白旭琴

〔摘? ? 要〕? 隨著教育信息化的深入發(fā)展，AR在小學(xué)科學(xué)教育中展現(xiàn)出巨大潛力。AR教育游戲的內(nèi)容應(yīng)緊扣小學(xué)科學(xué)教材，從科學(xué)知識出發(fā)，結(jié)合AR，優(yōu)化教學(xué)體驗。游戲設(shè)計應(yīng)圍繞交互式學(xué)習(xí)、科學(xué)實驗?zāi)M、知識探索任務(wù)和互動問答等模塊，通過直觀易操作的用戶界面，創(chuàng)造出符合小學(xué)生認知特點的教學(xué)環(huán)境。特別是在場景設(shè)計上，充分利用AR的視覺和交互優(yōu)勢，如自然生態(tài)環(huán)境模擬、虛擬實驗室等，可為學(xué)生提供豐富的教育體驗，發(fā)揮AR在小學(xué)科學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用優(yōu)勢，有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效果。

〔關(guān)鍵詞〕? 小學(xué)科學(xué)；AR游戲化教學(xué)；教育游戲

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ? 〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? ?〔文章編號〕? 1674-6317? ? （2024）? 14? ? 040-042

在教育信息化的大背景下，AR（增強現(xiàn)實技術(shù)）在小學(xué)科學(xué)教育領(lǐng)域展現(xiàn)出獨特的魅力和巨大的潛力。本文以“昆蟲知多少”AR教育游戲為例，旨在探討和分析AR在小學(xué)科學(xué)教育游戲設(shè)計與開發(fā)中的應(yīng)用。AR游戲化教學(xué)為學(xué)生提供了一個沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生的學(xué)習(xí)過程不再是被動接收，而是轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃犹剿骱桶l(fā)現(xiàn)。這不僅激活了學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，而且使得學(xué)習(xí)活動更具有計劃性和目的性?！袄ハx知多少”AR教育游戲的開發(fā)和設(shè)計，充分利用了AR的優(yōu)勢，創(chuàng)造了一個互動且有趣的學(xué)習(xí)環(huán)境。學(xué)生能夠通過具身化的互動體驗深入理解科學(xué)知識，從而實現(xiàn)有效且愉悅的學(xué)習(xí)過程。本研究深入了解AR如何在提升小學(xué)科學(xué)教育質(zhì)量和效果方面發(fā)揮關(guān)鍵作用。

一、“昆蟲知多少”AR教育游戲概述

（一）游戲設(shè)計理念與目標

“昆蟲知多少”AR教育游戲在設(shè)計理念上旨在結(jié)合AR與小學(xué)科學(xué)教育的教學(xué)需求，創(chuàng)造互動性強、沉浸感深的學(xué)習(xí)環(huán)境，構(gòu)建寓教于樂、科學(xué)與技術(shù)并重的新型教學(xué)模式，為學(xué)生提供全面、深入了解昆蟲世界的獨特學(xué)習(xí)體驗。游戲目標聚焦于提升學(xué)生對昆蟲學(xué)科知識的興趣與理解，同時促進學(xué)生科學(xué)探究能力的發(fā)展。在實施過程中，游戲以AR為核心，利用虛擬圖像疊加、交互式界面設(shè)計以及三維模擬技術(shù)，使學(xué)生能夠在虛擬與現(xiàn)實融合的環(huán)境中直觀體驗昆蟲的生態(tài)、形態(tài)與生活習(xí)性。此外，游戲通過融入科學(xué)探究的教學(xué)理念，設(shè)置一系列探索任務(wù)和實驗活動，引導(dǎo)學(xué)生運用觀察、分類、推理等科學(xué)方法，深化對昆蟲學(xué)科知識的理解。同時，游戲強調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的主體地位，鼓勵他們在探索式學(xué)習(xí)中自主設(shè)定學(xué)習(xí)目標，培養(yǎng)其自我引導(dǎo)學(xué)習(xí)的能力。

（二）游戲內(nèi)容和功能

“昆蟲知多少”AR教育游戲的內(nèi)容和功能設(shè)計需緊密圍繞小學(xué)科學(xué)教育的核心要求，將昆蟲學(xué)的基礎(chǔ)知識與AR巧妙融合。游戲以昆蟲生態(tài)、生物分類、生理結(jié)構(gòu)及其環(huán)境適應(yīng)性為主要教學(xué)內(nèi)容，運用AR實現(xiàn)三維昆蟲模型的展示，使學(xué)生能夠從多角度、多維度觀察昆蟲的形態(tài)特征及生活習(xí)性。功能方面，游戲集成了交互式學(xué)習(xí)模塊、科學(xué)實驗?zāi)M、知識探索任務(wù)等多元化元素。交互式學(xué)習(xí)模塊通過觸摸、聲音和視覺反饋，增強學(xué)生對昆蟲特性的感知和認識?？茖W(xué)實驗?zāi)M環(huán)節(jié)則利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生在模擬的實驗環(huán)境中進行觀察和實驗，如觀察昆蟲的生長過程、分析其在生態(tài)系統(tǒng)中的角色等。知識探索任務(wù)設(shè)計旨在激發(fā)學(xué)生的探究興趣，通過完成系列任務(wù)以加強對昆蟲學(xué)知識的理解和應(yīng)用。此外，游戲還包括互動問答和反饋機制，幫助教師評估學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，促進學(xué)生對所學(xué)知識的鞏固與深化。

（三）游戲設(shè)計原則

“昆蟲知多少”AR教育游戲設(shè)計應(yīng)緊扣小學(xué)科學(xué)教育的特點與需求，強調(diào)教育性、互動性、趣味性、技術(shù)性、適宜性原則的有機結(jié)合。教育性原則要求游戲內(nèi)容符合小學(xué)科學(xué)教學(xué)大綱，涵蓋昆蟲學(xué)的基礎(chǔ)理論與實際應(yīng)用，確保信息的科學(xué)性和準確性?；有栽瓌t強調(diào)通過AR實現(xiàn)的虛擬與現(xiàn)實的交互，如三維昆蟲模型的操作，增強學(xué)生的參與感和實驗性學(xué)習(xí)體驗。趣味性原則在于將學(xué)習(xí)過程游戲化，通過模擬探索、任務(wù)挑戰(zhàn)等形式，激發(fā)學(xué)生對昆蟲學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)習(xí)動機。技術(shù)性原則關(guān)注游戲在技術(shù)實現(xiàn)上的先進性和穩(wěn)定性，確保AR的順暢運行與用戶體驗的高效性。此外，本游戲在設(shè)計上還考慮了適宜性原則，確保游戲難度、操作界面與小學(xué)生的認知水平和操作能力相匹配。

二、“昆蟲知多少”AR教育游戲設(shè)計與開發(fā)

（一）融合設(shè)計理念與教育目標

在“昆蟲知多少”AR教育游戲的設(shè)計與開發(fā)實踐中，設(shè)計理念與教育目標的融合體現(xiàn)了深入的教育理論研究與先進的技術(shù)應(yīng)用。游戲的核心教育理念基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論，強調(diào)通過互動體驗促進學(xué)生的知識建構(gòu)和理解深化。在此基礎(chǔ)上，游戲設(shè)計圍繞昆蟲學(xué)科的核心概念和原理，通過AR的沉浸式環(huán)境，使學(xué)生能夠在模擬真實的自然環(huán)境中進行觀察、實驗和探究，從而達到寓教于樂的效果。教育目標方面（如表所示），旨在提高學(xué)生的

“昆蟲知多少”AR教育游戲的教育目標

[總體目標 增強學(xué)生對昆蟲世界的興趣和認識。 提高學(xué)生科學(xué)探究能力，尤其是觀察、分類、實驗和推理技能。 促進學(xué)生理解昆蟲在自然界和生態(tài)系統(tǒng)中的作用。 培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境保護意識和對生物多樣性重要性的認識。 低年級

教育目標 認識常見昆蟲的基本形態(tài)特征。 理解昆蟲的基本生活習(xí)性（如食物、棲息地）。 學(xué)習(xí)昆蟲的簡單分類方法，如按照生活環(huán)境分類。 培養(yǎng)對昆蟲和自然世界的好奇心。 中年級

教育目標 深入了解昆蟲的生理結(jié)構(gòu)和生命周期。 學(xué)習(xí)昆蟲與環(huán)境之間的相互關(guān)系，例如昆蟲的授粉作用。 開展簡單的昆蟲觀察實驗，如觀察螞蟻的行為。 增強對生物多樣性和生態(tài)保護的認識。 ]科學(xué)素養(yǎng)，特別是對昆蟲生物學(xué)的認知能力和科學(xué)探究技能。為實現(xiàn)此目標，在設(shè)計教育游戲時需綜合考慮學(xué)生的年齡特征、認知發(fā)展階段和學(xué)習(xí)興趣，確保游戲內(nèi)容的適宜性和有效性。將AR的交互特性與學(xué)習(xí)內(nèi)容的科學(xué)性相結(jié)合，創(chuàng)造了一個促進學(xué)生主動學(xué)習(xí)、探究和思考的環(huán)境，有效地將設(shè)計理念與教育目標融為一體。

（二）內(nèi)容設(shè)計

“昆蟲知多少”AR教育游戲在內(nèi)容設(shè)計上，緊密遵循人教版小學(xué)科學(xué)教材的教學(xué)大綱，涵蓋了從二年級到六年級生命科學(xué)知識的關(guān)鍵教學(xué)內(nèi)容，并巧妙地融合了AR的應(yīng)用。針對二年級“觀察小動物”單元，游戲設(shè)計了一系列觀察昆蟲的活動，如虛擬現(xiàn)實環(huán)境中的昆蟲觀察日記，使學(xué)生能夠直觀地了解昆蟲的外形、行為習(xí)性。針對四年級上冊《多樣的動物》和《動植物繁殖》的學(xué)習(xí)內(nèi)容，游戲通過AR展示了昆蟲生命周期的每個階段，如蝴蝶的卵—幼蟲—蛹—成蟲階段，同時介紹昆蟲與植物間的相互作用，如授粉過程。針對四年級下冊的“養(yǎng)蠶”單元和《環(huán)境中的生物》教學(xué)內(nèi)容，游戲引入了蠶的生長過程和昆蟲在生態(tài)系統(tǒng)中的角色，包括食物鏈、生物多樣性的重要性。針對六年級上冊的“田野里的生物”單元教學(xué)內(nèi)容，游戲設(shè)計了田野生態(tài)環(huán)境探索活動，利用AR模擬昆蟲在自然環(huán)境中的行為和相互關(guān)系。針對六年級下冊的“生物與環(huán)境”單元教學(xué)內(nèi)容，則通過AR，展現(xiàn)了昆蟲與其所在環(huán)境間復(fù)雜的相互作用，如昆蟲對環(huán)境的適應(yīng)性和影響等。

（三）用戶界面設(shè)計

“昆蟲知多少”AR教育游戲的用戶界面設(shè)計緊扣其教育目標和功能需求，構(gòu)建了一個綜合性的交互平臺。界面設(shè)計遵循直觀、易操作和教育性原則，創(chuàng)造了一個便于小學(xué)生使用和教師指導(dǎo)的環(huán)境。具體而言，游戲的用戶界面可以分為以下幾個主要模塊（如圖所示）。

用戶界面設(shè)計

1.交互式學(xué)習(xí)模塊

該模塊設(shè)計為沉浸式學(xué)習(xí)環(huán)境，集成了三維昆蟲模型展示，允許學(xué)生通過觸摸、縮放等手勢控制觀察昆蟲的細節(jié)。此外，還包括昆蟲的生活習(xí)性、生態(tài)環(huán)境等信息的展示。在此模塊中，教師可引入昆蟲收集和分類的游戲機制，學(xué)生可以“捕捉”不同的虛擬昆蟲，將其添加到自己的虛擬昆蟲圖鑒中。每次收集到新昆蟲時解鎖相關(guān)知識點和趣味事實，在增強學(xué)習(xí)趣味性的同時，鼓勵學(xué)生主動探索昆蟲世界。

2.科學(xué)實驗?zāi)M模塊

在此模塊中，設(shè)計了多個虛擬實驗，如蝴蝶生命周期觀察、昆蟲生態(tài)系統(tǒng)模擬等，以增進學(xué)生對昆蟲科學(xué)的實際應(yīng)用和理解。在此模塊中，教師可以設(shè)計一系列基于任務(wù)的實驗挑戰(zhàn)，如“幫助蝴蝶完成生命周期”或“構(gòu)建一個平衡的昆蟲生態(tài)系統(tǒng)”。通過完成挑戰(zhàn)，學(xué)生可以獲得獎勵，如徽章、積分或解鎖額外的游戲內(nèi)容等。

3.知識探索任務(wù)模塊

知識探索任務(wù)模塊圍繞特定的學(xué)習(xí)主題設(shè)計，例如昆蟲分類、昆蟲與環(huán)境的相互作用等，學(xué)生需通過完成任務(wù)掌握相關(guān)知識點。在此模塊中，每個探索任務(wù)都被設(shè)計成一系列小游戲或謎題，例如“昆蟲迷宮”或“生態(tài)鏈連連看”，還通過游戲化的方式提高了學(xué)習(xí)的動機和參與度。

4.互動問答與反饋模塊

該模塊提供了互動式的問題解答環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)和鞏固所學(xué)內(nèi)容。同時，教師可以通過該模塊獲得學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋，評估其學(xué)習(xí)效果。在此模塊中，教師可以設(shè)計一個類似游戲秀的環(huán)節(jié)，學(xué)生需在有限時間內(nèi)回答關(guān)于昆蟲的問題。正確回答可以積累積分，積分可以用來解鎖額外的游戲內(nèi)容或者在游戲中獲得特殊榮譽。

（四）場景設(shè)計

“昆蟲知多少”AR教育游戲的場景設(shè)計，充分利用了AR的視覺、交互和沉浸的優(yōu)勢，以配合游戲的內(nèi)容和功能模塊，為學(xué)生提供豐富的教育體驗。游戲的場景設(shè)計遵循教育心理學(xué)和認知科學(xué)原則，確保每個環(huán)節(jié)都能有效支持學(xué)習(xí)目標的實現(xiàn)。

在交互式學(xué)習(xí)模塊中，場景設(shè)計模擬自然生態(tài)環(huán)境，如森林、草地等，使學(xué)生能夠在接近真實的環(huán)境中觀察昆蟲。場景不僅展示昆蟲的外觀和行為習(xí)性，還能模擬其生活周期和生態(tài)互動，如捕食、授粉等過程。

在科學(xué)實驗?zāi)M模塊中，場景以實驗室為背景，提供虛擬顯微鏡、放大鏡等科學(xué)工具，使學(xué)生能夠進行昆蟲解剖、生命周期觀察等實驗操作。場景設(shè)計模擬真實的科學(xué)探究過程，有助于學(xué)生理解昆蟲生物學(xué)的復(fù)雜概念。

知識探索任務(wù)模塊的場景設(shè)計圍繞具體的學(xué)習(xí)主題，如昆蟲的分類、生態(tài)鏈中的角色等。場景提供任務(wù)指導(dǎo)和反饋，如虛擬導(dǎo)師、提示信息板等，指導(dǎo)學(xué)生完成特定任務(wù)，如昆蟲分類、生態(tài)鏈中昆蟲的角色等，引導(dǎo)學(xué)生在探究中逐步解鎖新的知識和技能。

互動問答與反饋模塊則設(shè)計為虛擬教室或互動論壇，提供學(xué)生和教師交流的平臺，不僅有學(xué)生對昆蟲學(xué)知識的問答環(huán)節(jié)，還有教師的反饋和評估，以有助于學(xué)生了解自己的學(xué)習(xí)進度和掌握程度。

三、結(jié)語

綜上所述，“昆蟲知多少”AR教育游戲的設(shè)計與開發(fā)實踐，展現(xiàn)了AR在小學(xué)科學(xué)教育領(lǐng)域的廣闊應(yīng)用前景。通過結(jié)合人教版小學(xué)科學(xué)教材的核心內(nèi)容，游戲在提升學(xué)生科學(xué)知識和探究能力方面取得了顯著效果。尤其是在游戲場景的設(shè)計上，通過模擬自然環(huán)境和科學(xué)實驗室，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。此外，游戲中的互動問答與反饋機制也為教師提供了有效的教學(xué)評估工具。本研究不僅為AR在小學(xué)科學(xué)教育中的應(yīng)用提供了有價值的案例，也為未來教育技術(shù)的融合與創(chuàng)新提供了新的思路和方向。

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