基于智能手机的虚拟现实儿童教育游戏设计综述

摘 要 虚拟现实（VR）是一场近年来掀起数字革命，它能使用户沉浸到梦想世界。与大多数技术类似，随着时间流逝，VR开始变得越来越便宜。现在只要一台智能手机加上廉价的VR眼镜框，就能体验到VR世界。在本文中，介绍了一款虚拟现实教育游戏“嘟嘟幼儿园”，这是一款交互式3D游戏，面向3至6岁的儿童，在智能手机上运行，包括多个涵盖英语、数学、语文课程的小游戏，旨在帮助儿童通过游戏来学习。为了验证游戏的效果，我们还在一所幼儿园进行了测试。老师和学生的反馈都非常积极。

关键词 虚拟现实;教育游戏;智能手机应用程序;儿童教育

前言

在过去的几年中，数字技术见证了一场巨大的革命。通过使用个人计算机（PC），平板电脑，智能手机之类的设备将人们联系在一起，互联网已成为现代生活的骨干。而且，教育从这场革命中受益匪浅，它使教师能借助一些智能设备来开展更有效的教学工作。我们可以以新的形式来呈现学习内容，教学评估也可实时进行。这些变化打破了传统的教学方法，为学生带来了一种带有情感、有吸引力的新学习方法。

虚拟现实技术（英文名称：Virtual Reality，缩写为VR）是一种环境仿真技术，它通过三维视觉和听觉等手段，来模拟虚拟环境中的物理存在。使用虚拟现实设备的人将能够“环顾”整个人造世界，在其中移动并与虚拟对象进行交互，从而体验到一种身临其境的感受。

本文所要介绍的是一款名为“嘟嘟幼儿园”的VR儿童教育类游戏，该游戏运行在智能手机上，同时搭配三星Gear VR等VR设备使用。应用的目的是帮助3至6岁的儿童在沉浸式的、多彩的三维空间环境中通过游戏来学习知识。

1软件工具和硬件组件

“嘟嘟幼儿园”的主要开发工具是Unity 3D。Unity3D是由Unity Technologies公司开发的一款多平台专业游戏引擎以及集成开发环境（IDE）。它通常用于为PC，移动设备，VR设备，游戏主机和网站构建高质量的3D和2D游戏或其他交互应用;主要建模工具是Maya，Maya是最著名的三维动画软件之一。它可以提供完美的 3D 建模、动画、特效和高效的渲染功能。

“嘟嘟幼儿园”运行于安卓系统智能手机，可搭配最便宜的Google Cardboard手机VR眼镜框来使用。为了获得较好的效果，本文案例中所使用的硬件设备为三星Galaxy S10智能手机+三星Gear VR。三星Gear VR提供了一个带触摸板和按键的手柄控制器，使VR应用更具交互性。它还通过内置的陀螺仪和加速度传感器，实现了稳定和精确的头部跟踪，确保平顺的360度视觉体验[1]。

2系统设计

游戏的目的是促进学生参与解决与基本课程相关的练习，但避免使他们感到枯燥。实际上，学习的部分隐藏在普通游戏中，用户必须通过获得高分才能获胜。不需要通过传统的读书或写字方式来学习，需要他们做的只是戴上VR眼镜玩游戏。此外，“嘟嘟幼儿园”内拥有多种不同的小游戏，每个游戏都有自己的环境和玩法，让用户不容易感到无聊。例如，在一個游戏中，学生必须在日落时的沙漠中射击目标;在另一个游戏中，环境换成了海底世界，用户需要找出隐藏在其他海洋生物中的一条鱼……此外，很多游戏都需要体力活动，例如跳跃、转圈或四处走动，打破了以往的设置和游戏概念。具有不同环境和玩法的各种小游戏能吸引学生参加到游戏里的学习过程，而不会对学习产生排斥。

以下是应用程序的设计流程。进行应用程序后，首先询问用户的年龄，以根据不同年龄学生预期的技能水平选择合适的问题。之后，出现主菜单，学生可以在其中选择要玩的三个课程之一，即数学，英语或语文。下一步是从与所选课程相关的多个游戏中选择一个，例如气球、射击、寻找动物等。此时，游戏从一系列问题开始，根据课程和学生年龄，将问题分为多个类别，从问题库中随机选择问题。每个问题以书面句子的形式出现在屏幕顶部，同时还包含当前得分和游戏的计时等。如果学生正确回答，则分数会增加，并出现一个新问题;否则，分数会降低，并且会给再给学生一个机会回答该问题。在每个游戏结束时，显示最终分数界面，然后返回主菜单，学生可以在其中选择新课程和游戏来玩或退出应用程序。

英语是非常重要的语言工具，儿童早期英语学习是现在很多父母和教学机构关注的主题。作为一个主要的内容，“嘟嘟幼儿园”会根据学生的年龄，提供各种难度级别不同的英语学习游戏。包括查找字母、按顺序排列字母、用丢失的字母填充单词、将图片与单词匹配、识别颜色和动物等等。

另一方面，中文是我们的母语。“嘟嘟幼儿园”的语文教学是通过3D游戏这一互动的、生动有趣的方式，提供包括识字卡片、拼音认读、儿歌等教学内容。

数学是“嘟嘟幼儿园”涵盖的另一个针对低龄学生的重要主题。实际上，对大多数低龄学生来说，数学教学可能是一个真正的挑战。“嘟嘟幼儿园”提供了一种充满乐趣的数学，与数学有关的游戏包括数数，比较大小，简单运算等。

下一节将演示与以上三方面教学有关的游戏的演示示例，以展示游戏的实际运行方式[2]。

3运行方案

如前所述，游戏必须由老师或家长在智能手机上下载，并且安装到Samsung Gear VR或同类设备上才能玩。当“嘟嘟幼儿园”运行时，主屏幕会询问玩家年龄，随之安排玩家到对应的年级班级，其后所显示的游戏和难度便都是适合所选年龄段的。主屏幕背景是一栋教学楼，前面是黄色的校车，标题为“嘟嘟幼儿园”，以营造一种主题的教育氛围。

选择正确的年龄并进入对应的教室后，学生将选择三个教学主题之一。值得一提的是，英语游戏的问题和分数用英语编写，语文当然是用中文，而数学问题则使用中文和英语双语显示。

以一个名为射击数字的数学游戏的为例，在该游戏中，学生被要求找到一个正确的数字并在4个选择之间射击正确的目标。在此游戏中，所有选项都显示在屏幕上，因此玩家无须旋转或上下移动头。当学生提出错误答案时，总分会降低，并要求玩家重试。另一方面，正确的答案是通过在当前分数上添加额外的分数来奖励的，并且会出现一个新的问题。每个游戏都包含多个问题，难度越来越高。此外，每次玩游戏时都会更改问题，并从“嘟嘟幼儿园”的问题库中随机选择，以避免重复。完成任何游戏后，都会出现一个最终屏幕，显示最终分数，为了鼓励学生再次学习并提高分数，分数记录非常重要。因此，父母或老师可以使用分数来衡量学生的进度并确定游戏的有效性。

再介绍一个英语游戏，要求学生在多个字母中识别某个字母（在本示例中为A）。海滩和海洋主题与船，鸟和其他色彩鲜艳的元素混合使用，使游戏更具挑战性和吸引力。实际上，此游戏屏幕使用360度全景，玩家必须旋转并上下移动头部才能找到答案。此外，“嘟嘟幼儿园”在其许多游戏中都会鼓励玩家站起来，移动，跳跃。学生必须上下左右寻找，直到找到字母A。

最后，我们介绍一个与语文相关的游戏示例。是一个查找动物的小游戏，要求学生在四种选择中寻找特定的动物，如，在一个森林场景中，出现四种不同的动物，学生要根据出现的文字卡片找出特定的目标。如果答案正确，就能得到分数。

4系统测试

除了上述示例外，“嘟嘟幼儿园”还有更多不同的游戏，具有不同的想法和主题。我们已经在一所幼儿园进行了调研测试，为了获得更准确的结果，我們要求教师和家长在学生定期使用应用程序一周后填写相关调查表。

调研结果非常积极正面，教师和学生满意度都很高。绝大多数学生都非常喜欢这款游戏，很多人反映，他们并不觉得自己是在学习或做作业。采用“嘟嘟幼儿园”作为教学工具的教师报告说，使用“嘟嘟幼儿园”的学生的语言和数学技能有较明显的提高。总体而言，教师将“嘟嘟幼儿园”视为一种可接受的支持教学方法。另一方面，反馈中也包含了许多有用的建议，我们计划在改进“嘟嘟幼儿园”时考虑这些建议，例如添加新主题和添加更多动画对象。

5结束语

数字技术已成为包括教育在内的所有现代生活必不可少的部分。VR是一种向用户呈现3D图像的方法，以创建一个虚拟世界来模拟真实环境。尽管不是新鲜事物，但在最近几年中，VR应用的重要性显著提高。VR在教育领域的应用前景非常广阔，因为它能将枯燥的教学内容以充满吸引力的方式呈现出来。调研显示，利用VR教育游戏，能帮助学生更有效地完成学习，在玩游戏的过程中提高各种知识技能。此外，当前市场上许多VR设备在价格上已经降到大众可负担的程度，这是VR能够普及的一个重要前提。在我们的调研中，几乎所有人都同意，如果VR眼镜的价格变得更加负担得起，那么VR技术将变得更加流行，这在未来几年中有望实现。

参考文献

[1] 田元，周幂，夏丹，等.基于移动增强现实的学龄前儿童教育游戏研究与设计[J].电化教育研究，2019，40（04）：68-75.

[2] 王瑜.虚拟现实技术开发儿童教育类游戏的研究分析[J].计算机时代，2017，（11）：71-73.

作者简介

孙一帆（1974-），男，江苏省苏州市人;毕业院校：苏州大学，学历：硕士研究生，讲师，现就职单位：苏州工艺美术职业技术学院，研究方向：交互设计。