曾鈺新　王建一

關鍵詞：科普游戲 娛樂性 教育性 具身認知 體驗設計

中圖分類號：TB472 文獻標識碼：A

文章編號：1003-0069（2022）07-0040-03

引言

科普游戲逐漸成為一種新的科學文化載體，科普游戲產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展，國內(nèi)也出現(xiàn)了越來越多關于科普游戲的學術研究[1]。目前，我國的科普游戲依然存在娛樂性和教育性不平衡的問題[2]，教育性與游戲性在游戲核心機制上缺乏融合[3]，科普內(nèi)容的生硬嵌入影響了科普傳播的效果。具身認知理論是認知加工研究的新興領域，研究了身體體驗及交互行為是如何影響人的情緒和認知的。借助具身理論提高用戶的認知效率，對科普游戲的設計與實踐具有指導意義[4]。因此，本文基于具身認知理論，分析了具身環(huán)境、交互設計和反饋、隱喻和反饋概念對于科普游戲設計的意義，提出了具身認知理論視角下的科普游戲設計方法，并依據(jù)此設計方法進行了空間碎片撞擊科普游戲的設計與開發(fā)實踐。

一、具身認知理論概述

具身認知提出：認知思維和情緒體驗與生理體驗有著密不可分的聯(lián)系。與傳統(tǒng)的符號加工模式不同，具身理論指出認知并非是“離身”和獨立的，也并非是外界刺激與行為效應的對應公式。認知還產(chǎn)生于身體的物理構造、身體所處的環(huán)境，以及身體與外界環(huán)境交互方式[5]。認知是身體的認知，心智也是身體的心智，人們的認知很大程度取決于自身的生理條件，以及獲取信息的方式。早期人類與現(xiàn)代人類對“遠”的距離認知迥異，是由于出行方式不同導致出行體驗產(chǎn)生差異。根據(jù)麥克盧漢在《理解媒介》一書中提出的“一切技術都是人的延伸”理論，電話、計算機、機械臂等工具大大地延伸了人的身體，強化了人的能力和條件，反過來影響了人類的認知過程[6]。

具身認知理論有以下幾個核心要義：（1）認知是嵌入具身環(huán)境的;（2）認知是源于具身交互的，交互方式和反饋共同影響認知過程;（3）抽象思維是具身體驗隱喻而來的[7]。

1.具身環(huán)境。具身環(huán)境理論指出，身體所處的環(huán)境，也構成了認知加工的信息來源。第一層含義在于，信息的存儲不僅僅發(fā)生于大腦內(nèi)部，也發(fā)生在外界環(huán)境。大腦把環(huán)境結構納入認知過程，減輕認知負擔，提高認知效率，如：依據(jù)狀態(tài)可見原則設計的交互產(chǎn)品，用戶無需將系統(tǒng)狀態(tài)納入記憶而徒增負擔。第二層含義在于，環(huán)境信息與腦內(nèi)信息共同決定了認知的結果，同樣的信息在不同的環(huán)境中產(chǎn)生不同的意義。

2.交互方式和反饋。認知源于交互，交互方式和交互反饋構成了認知結果。比如，交互方式“用竹簽插著吃”以及交互反饋“聞起來臭吃起來香”構成了對臭豆腐認知的主要部分;采用其他的交互方式及反饋，人就會認為是其他食物。又如“推”與“提”這兩種交互方式，對物體的重量產(chǎn)生了不同的暗示，交互方式本身也在影響認知結果。

3. 抽象思維和隱喻。抽象思維是通過更具象的具身體驗隱喻而形成的，隱喻即使用一種事物表示另一種事物[8]。具身理論認為，絕大部分抽象思維都能追溯到基本的身體體驗，如冷與熱、遠與近等。這些身體體驗形成了冷漠、熱情、疏遠、拉近等抽象含義[9]?！拔ｋU”的意義可能產(chǎn)生于受傷和死亡的體驗，即“身體流血”和“心率加快”的身體體驗;因此，“危險”的抽象意義與“流血”“心率加快”產(chǎn)生了意義的聯(lián)結，當人看到血紅色或聽到急促的蜂鳴聲，就習慣性地感受到“危險”。

二、科普游戲

科普類游戲為功能游戲的一個分支。功能游戲在娛樂性的基礎上，具有提供知識、訓練技能、培養(yǎng)行為等功能性。此外，科普游戲還具有傳播科學文化知識、提高用戶的科學文化素養(yǎng)、培養(yǎng)科學精神等特殊功能。

因此，依據(jù)科普游戲的定義，一款優(yōu)秀的科普游戲需要同時擁有以下三個特性：（1）娛樂性，娛樂性是游戲的本質屬性;（2）科學性，即游戲傳遞的科學知識是正確的;（3）反思性，即游戲能夠提升興趣，引發(fā)關注和思考。

近年來，一些優(yōu)秀的科普游戲逐漸涌現(xiàn)，但從整體來看，國內(nèi)科普游戲設計仍存在一些問題，主要包括以下兩個方面：（1）“樂”“教”不平衡;（2）“樂”“教”融合不暢[10] 。

1.“樂”“教”不平衡。樂教不平衡即科普游戲的娛樂性和科學性、教育性不平衡，有兩種表現(xiàn)形式：一種是游戲性不足，游戲性屈從于科學性，因此玩家的游戲動機不足，游戲也難以產(chǎn)生良好的科普效果;另一種則是科學性和教育性不足，由于過分關注游戲的趣味機制，導致游戲內(nèi)容脫離科學實際，無法達到傳播正確的科學知識的目的[2]。

2.“樂”“教”融合不暢。除了樂教不平衡，樂教融合不暢也是科普游戲面臨的主要問題。樂教融合不暢，即科學內(nèi)容與游戲機制的脫節(jié)。大部分科普游戲的科普內(nèi)容游離于游戲核心機制之外，只通過其他簡單的形式如答題、背景介紹展示科普內(nèi)容[10]?？茖W和娛樂在時空上沒有一致性，導致玩家注意力無法延續(xù)、學習效果不佳，游戲的傳播性和整體性受到很大影響。如：生理科普游戲《兒童學身體》，科學知識設置在非游戲的獨立模塊，游戲機制與科學知識關聯(lián)較小，科普效果差。

三、具身視角下的科普游戲設計方法研究

（一）設計方法概述：面向科普游戲“樂”“教”不平衡、融合不暢的問題，提出具身視角下的科普游戲設計方法。結合具身認知的核心要義，提出了三種主要方法：（1）具身環(huán)境設計，即通過環(huán)境和敘事聯(lián)結玩家內(nèi)在記憶，場景化科普知識;（2）交互方式和反饋設計，即對科學內(nèi)容進行游戲機制轉化，設計擬真化交互方式和反饋以表達科普內(nèi)容;（3）隱喻設計，即通過特定的隱喻設計喚醒玩家內(nèi)在具身體驗，表達抽象概念或引起玩家反思。設計方法如圖1所示。

（二）具身環(huán)境設計：環(huán)境是玩家最先感知到的內(nèi)容。玩家在虛擬環(huán)境中進行交互，并且將交互結果轉化為認知。情境認知理論提出，學習者在非真實情境中被動接收抽象概念，僅僅關注推理和思考而忽視文化和物理情境，會致使抽象知識與真實概念的脫節(jié)，產(chǎn)生惰性知識[11]。因此，具身環(huán)境設計的意義就在于創(chuàng)造一個具有真實感和沉浸感的文化及物理情境，將科普知識納入其中，促進科普知識的認知。在科普游戲設計中，具身環(huán)境體現(xiàn)在兩個方面：視覺環(huán)境、敘事環(huán)境。

1.視覺環(huán)境仿真設計。對視覺環(huán)境進行仿真設計，再現(xiàn)科普內(nèi)容發(fā)生的真實物理空間。玩家將游戲機制所呈現(xiàn)出來的科普內(nèi)容與語境相關聯(lián)，獲取情境化的科學內(nèi)容，提高對科學知識和現(xiàn)象理解的深刻性。優(yōu)秀的視覺環(huán)境仿真設計，在具體化真實物理空間的基礎上，還可以利用逼真的場景設計，關聯(lián)玩家腦內(nèi)對相似真實場景的記憶，利用再現(xiàn)手段提高系統(tǒng)沉浸性。設計精良的飛行模擬游戲《微軟模擬飛行器》，最大程度地還原了真實飛行情境的場景、天氣及突發(fā)情況，游戲中的樹木與建筑根據(jù)現(xiàn)實地理情況實時渲染，玩家甚至可以找到自己的家。經(jīng)過視覺環(huán)境仿真設計的科普游戲產(chǎn)品，既能夠使科學知識情境化、具體化，又能再現(xiàn)腦中真實，大大提高科學知識的真實性、可信度。

2.敘事環(huán)境設計。對語境環(huán)境進行敘事設計，可以通過設計背景故事和游戲任務來實現(xiàn)。背景故事設計能夠令游戲事件的發(fā)生合理化，同時為科學知識提供確切的語境空間，與物理環(huán)境空間相呼應。游戲任務設計則為玩家執(zhí)行復雜的科學任務提供動機，引導玩家的交互行為，以引入主觀情緒提高玩家的認知效率。《遺忘島》游戲中，玩家扮演一個被困無人島的科學家，玩家必須對不同的氣候或生物的真實照片進行分類，賺取金幣以逃出無人島。通過趣味的背景故事和巧妙的任務設計，玩家在游戲時不自覺地應對挑戰(zhàn)、處理沖突，提高了對科學內(nèi)容的認知和學習效率 [12]。

（三）交互和反饋設計：科學內(nèi)容的呈現(xiàn)，首先需要尋找適合游戲的具體操作實踐，抽象化為游戲核心機制，并通過合適的交互方式來呈現(xiàn)。環(huán)境一致性原則指出，盡可能選用與真實情境相同的交互方式，以達到對交互與預期的一致，減少界面學習成本。對于具身視角下的科普游戲設計而言，采用與真實情境相似的交互方式，可以提升玩家對于科學操作實踐的認知。在虛擬現(xiàn)實平臺內(nèi)設計科普游戲，應直接運用手勢識別，而不要使用按鍵替代;在手機或電腦終端，應采用交互范例或擬真的交互方式，如：通過陀螺儀和鼠標轉動視角而非鍵盤;通過拖拽表示移動而非點擊。

交互操作引起了特定反饋，玩家感知到操作與反饋的聯(lián)系性，就形成了對科學內(nèi)容的認知。因此，反映了科普內(nèi)容的交互反饋應當加以強調，使之反復且生動地向玩家展現(xiàn)。騰訊追夢與科普中國聯(lián)合開發(fā)的《電是怎樣形成的》中，玩家可以通過拖拽以更換發(fā)電材料，選取瓶子上下晃動以添加溶液中的溶質，觀察電燈亮度和電扇轉動速度，據(jù)此了解發(fā)電材料與電流大小的關系。玩家在真實情景的自主交互，察覺了反饋的不同，并通過反復獲得了對結果的確信，這種具身體驗就轉化為了知識。

（四）隱喻設計：除了傳遞科學知識和再現(xiàn)科學現(xiàn)象，科普游戲的另一任務是向玩家傳遞科學精神、提高玩家的科學思維、引發(fā)情感體驗和反思。這些抽象內(nèi)容，需要利用具體的元素進行隱喻。

在設計中應當先分析科普游戲需要表達的抽象概念，如環(huán)保、緊急、開放、機密等，通過聯(lián)想和具象化，追溯與之相近的符號，不斷重復以得到游戲設計可以利用的元素，包括：圖標、色彩、界面、文字等視覺元素，音樂、音效等聲音元素，游戲機制、游戲節(jié)奏、任務難易度等游戲性元素。玩家在游戲過程中不自覺地與這些元素互動，而這些視聽元素、游戲體驗共同構成了玩家對科普游戲的整體印象和情感體驗，最終引發(fā)玩家對科普內(nèi)容的反思。

四、具身認知理論視角下的科普游戲設計實踐

（一）空間碎片碰撞游戲的設計背景和目的

在空間資源日漸重要的背景下，持續(xù)增長的空間碎片正在對空間探索造成巨大威脅，空間碎片逐漸成為了航空航天的重點研究領域。設計該領域的科普游戲，有助于傳播空間碎片領域知識及技術，提升公眾科學素養(yǎng)，對科學研究具有推動作用。本文基于具身認知理論視角下的科普游戲設計方法，實踐了空間碎片碰撞科普游戲《尋芯計劃》的設計與開發(fā)。

（二）游戲機制設計

《尋芯計劃》的游戲核心機制圍繞著衛(wèi)星受空間碎片撞擊、衛(wèi)星受損、衛(wèi)星修復以及衛(wèi)星防護技術升級而展開。將以上科普游對象進行游戲機制轉化：玩家需控制衛(wèi)星，躲避致命的碎片撞擊，并合理使用資源，執(zhí)行修復、防護，積攢能量以升級科技，獲得最終勝利。玩家在游玩的過程中，感受碎片碰撞的危害、學習衛(wèi)星防護材料的知識、了解空間碎片前沿技術，在完成任務挑戰(zhàn)中提升了科學素養(yǎng)。游戲的主要流程如圖2所示：

（三）《尋芯計劃》具身環(huán)境設計

1.視覺環(huán)境設計：運用三維建模、燈光照明設計、粒子系統(tǒng)、環(huán)境貼圖，設計衛(wèi)星與碎片碰撞的真實環(huán)境。地球環(huán)境采用燈光照明設計，為地球增加立體感、渲染環(huán)境氛圍;使用粒子系統(tǒng)對太陽進行仿真，設置粒子參數(shù)，逼真地再現(xiàn)太陽在太空中的視覺形象。在設計過程中，借鑒經(jīng)典科幻電影《太空救援》的鏡頭和空間布局，力求玩家腦內(nèi)空間環(huán)境的情景再現(xiàn)，強沉浸感和真實感，以求玩家對場景真實的確信，設計效果如圖3所示。

2.敘事設計：游戲設計了“未來社會我國重要軍事衛(wèi)星受空間碎片撞擊而損毀”這一背景故事，以及“玩家需要躲避碰撞碎片尋找軍事衛(wèi)星的重要芯片”的游戲任務。通過敘事設計：（1）玩家被賦予了國家級別的重要任務，情感因素提高了專注度和自主性;（2）未來時間背景，使圍繞未來技術的游戲機制合理化;（3）“軍事衛(wèi)星被碎片擊毀”故事本身就具有啟示意義，強調了空間碎片仿真主題，強化了玩家對碎片危害的認知。通過場景再現(xiàn)和敘事，玩家將游戲機制置于一個具有真實感、沉浸感的環(huán)境及語境內(nèi)。當游戲內(nèi)容產(chǎn)生結果和意義時，玩家傾向于認為該意義基于真實的科學研究和科學現(xiàn)象。

（四）《尋芯計劃》交互方式與反饋設計

1.交互方式設計：本實踐模擬了航天員在太空中的衛(wèi)星操作方式和觀測方式，力圖帶給玩家有真實感的交互體驗：（1）太空中缺少受力支點，頭部和視角轉動時會產(chǎn)生遲滯。設置攝像機的轉動速度，編寫轉動延遲函數(shù)，以模擬鏡頭延遲效果;（2）衛(wèi)星操作控件如姿態(tài)控制器、變軌避讓器的設計上，借鑒了閘門的操作方式，推動打開，拉回關閉，當虛擬現(xiàn)實眼鏡游玩時，結合體感設備，可以實現(xiàn)手勢控制衛(wèi)星的衛(wèi)星;（3）衛(wèi)星推進器使用粒子系統(tǒng)模擬。與現(xiàn)實交互方式貼近的交互設計，能提供良好的具身交互體驗，玩家也能夠正確預測與系統(tǒng)的交互方式，減輕學習負擔。交互方式直觀、易于理解和記憶，能夠減輕復雜交互方式對科普效率的負面影響。

2.交互反饋設計：反饋是玩家獲取科普內(nèi)容的最主要方式，玩家進行了避讓、修復、升級等操作，會觀察到碰撞造成的受損情況發(fā)生了改變。其中，受損情況的反饋，根據(jù)防護材料的不同，衛(wèi)星分別會產(chǎn)生穿孔、失效、失去姿態(tài)、碎片云等效果，如圖4所示。通過操作和觀察反饋，玩家能夠了解到空間碎片相關的科學知識和技術。

（五）《尋芯計劃》隱喻設計

1.抽象概念分析：游戲的設計目的之一在于科普空間碎片的危害性，基于真實的科學研究成果和研究方向，為玩家拓展未來空間技術研究的視野，提高玩家的科學素養(yǎng)。因此，本游戲的隱喻設計需要包含以下幾個抽象概念：（1）危害性;（2）科學性;（3）未來感。

2.設計過程：先對抽象概念進行具象化聯(lián)想，再使用可利用的具象元素進行設計?！翱茖W性”“未來感”，具象化聯(lián)想轉化成如下幾個設計元素：（1）科技藍和金屬灰，作為交互界面的主要色調;（2）扁平化風格，作為界面視覺元素設計的統(tǒng)一準則;（3）科技“秩序感”的統(tǒng)一樣式，作為界面設計的標準。對“危險性”進行具象化聯(lián)想：（1）紅色，作為異常情況提示文字的顏色;（2）急促蜂鳴聲，作為危機提示音。利用色彩設計、界面設計方法，設計出了《尋芯計劃》的交互界面，如圖11所示。其中，受損數(shù)據(jù)的展示中：“齒輪”“盾牌”等具象化圖形隱喻控制、安全等抽象概念;電池樣式隱喻受損情況;顏色隱喻嚴重性等。

3.效果分析：通過游戲內(nèi)視聽元素的隱喻設計，玩家在游戲過程中能調動內(nèi)在的“緊張”與“危機”“秩序”與“混亂”“未來”與“科技”的抽象概念記憶，在交互過后獲得對應的情感體驗，引發(fā)對游戲內(nèi)容的思考。

結語

本文基于具身認知理論，面向科普游戲的設計現(xiàn)狀，提出了具身認知視角下的科普游戲設計策略：通過具身環(huán)境設計、交互與反饋設計、隱喻設計等具身體驗設計手段，一方面給用戶帶來情感體驗和沉浸體驗，提高系統(tǒng)的趣味性、交互性、反思性;另一方面，結合情境化學習和游戲核心機制交互反饋，提高系統(tǒng)的科普效率。具身認知理論視角下的科普游戲設計策略，為科普游戲娛樂性與教育性的平衡與融合提出新的思路。