近年來，隨著科技的進(jìn)步，越來越多增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality)的應(yīng)用問世于日常生活中。雖然，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的技術(shù)早在十幾年前就有學(xué)者研究，不外乎是把應(yīng)用焦點(diǎn)放在導(dǎo)覽、建筑、工業(yè)發(fā)展與游戲等等。本研究希望設(shè)計(jì)一增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲架構(gòu)，應(yīng)用于既有的教學(xué)內(nèi)容上。透過增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特性，讓學(xué)習(xí)者能夠更融入學(xué)習(xí)內(nèi)容中，并藉由實(shí)際測試來了解增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于教育上會(huì)遇到的限制與困難。
1. 引言(INTRODUCTION)
隨著數(shù)字科技的進(jìn)步，教育內(nèi)容不再局限于書本上；開始有計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)設(shè)備的利用，學(xué)習(xí)教材就已逐漸摻入多媒體元素。在教學(xué)的過程中，學(xué)習(xí)單元甚至具有主題性，加深了學(xué)習(xí)者對(duì)教材的印象并提升了學(xué)習(xí)興趣。有些老師在教材內(nèi)加入游戲，希望學(xué)習(xí)者能將花在游戲上的熱誠與精力轉(zhuǎn)移到學(xué)習(xí)內(nèi)容上。游戲?qū)W習(xí)的過程，能夠讓學(xué)習(xí)者產(chǎn)生自發(fā)性學(xué)習(xí)的動(dòng)機(jī)，主動(dòng)積極且愉快得參與學(xué)習(xí)；因此在教學(xué)游戲的設(shè)計(jì)上，學(xué)生與情境教材媒體的互動(dòng)是非常重要的。多媒體教材提供的影音效果對(duì)學(xué)習(xí)的效果有很大的幫助，相較之下傳統(tǒng)的紙本教材就顯得枯燥無味。
游戲是兒童成長時(shí)重要的休閑活動(dòng)之一，兒童在游戲的過程中，會(huì)對(duì)新事物產(chǎn)生好奇心，能夠培養(yǎng)獨(dú)自解決問題的能力。對(duì)兒童而言，游戲就猶如他們的世界觀，兒童的認(rèn)知、行為、互動(dòng)與情緒，幾乎都是在游戲中得到。游戲?qū)W習(xí)主要的目的在加強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，讓學(xué)習(xí)者主動(dòng)參與游戲，并與其它學(xué)習(xí)者互動(dòng)，分享學(xué)習(xí)歷程與經(jīng)驗(yàn)。
近年來虛擬實(shí)境技術(shù)的應(yīng)用，學(xué)習(xí)者可以在虛擬的環(huán)境下互動(dòng)學(xué)習(xí)，還可以和他人討論與合作進(jìn)行學(xué)習(xí)活動(dòng)。但由于虛擬實(shí)境需要昂貴的硬設(shè)備，限制了廣泛應(yīng)用的可能性。所以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented reality）的技術(shù)，將虛擬的信息結(jié)合于現(xiàn)實(shí)環(huán)境下，將大幅度的提升虛擬實(shí)境不容易普及的問題。學(xué)習(xí)者可以在現(xiàn)實(shí)環(huán)境下體驗(yàn)多媒體教學(xué)，設(shè)備低廉且容易取得。重點(diǎn)是，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)可以提供學(xué)習(xí)者人性化的操作，自然且直接的互動(dòng)方式來進(jìn)行學(xué)習(xí)，并且讓學(xué)習(xí)者產(chǎn)生一種身歷其境的感覺。
2. 相關(guān)工作（RELATED WORK）
本研究利用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的技術(shù)，以國小自然科學(xué)學(xué)習(xí)為目標(biāo)，建置行動(dòng)式游戲?qū)W習(xí)系統(tǒng)。本章先探討建構(gòu)主義的定義與論點(diǎn)，接著說明游戲?qū)W習(xí)與行動(dòng)學(xué)習(xí)的理論與應(yīng)用。最后再介紹增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的概念，以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用于教育上的國內(nèi)外相關(guān)研究。
2.1 建構(gòu)（Constructivism）
建構(gòu)主義是一種教學(xué)與學(xué)習(xí)的理念，探討如何有效的獲得知識(shí)以及了解知識(shí)最根本的意義。建構(gòu)主義主張知識(shí)是學(xué)習(xí)者經(jīng)由個(gè)人或合作的經(jīng)驗(yàn)建構(gòu)而來，也就是說，學(xué)習(xí)者不是單純的被動(dòng)接受知識(shí)，而是主動(dòng)的建構(gòu)知識(shí)。因此，建構(gòu)主義提倡以學(xué)習(xí)者為中心，負(fù)責(zé)傳授知識(shí)的教學(xué)者成為學(xué)習(xí)過程中的輔助角色，以協(xié)助學(xué)習(xí)者能更有效的獲得知識(shí)。Von Glasersfeld[1]認(rèn)為建構(gòu)主義并不是一味的建構(gòu)事物，而是在提倡建構(gòu)知識(shí)有著無限的可能性，強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者本身才是求知的重點(diǎn)。
Gergen[2]對(duì)建構(gòu)主義有不同的主張，他并不否定個(gè)人經(jīng)驗(yàn)的重要性，但是他認(rèn)為合作與互助才是學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。知識(shí)的建構(gòu)是由人文社會(huì)互動(dòng)為模式，因?yàn)閷W(xué)習(xí)者的知識(shí)并非天生就有，所以知識(shí)是學(xué)習(xí)者在互動(dòng)中發(fā)展出來的。結(jié)合上述學(xué)者論點(diǎn)，建構(gòu)主義主張學(xué)習(xí)者積極求知與強(qiáng)調(diào)互動(dòng)的重要性，學(xué)習(xí)者由外在環(huán)境所吸收的知識(shí)，透過社會(huì)互動(dòng)與自我的省思，建構(gòu)出個(gè)人的知識(shí)。
知識(shí)建構(gòu)的過程是在特定的情境下，個(gè)人藉由與環(huán)境互動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)去繁衍出個(gè)人化的知識(shí)。建構(gòu)主義強(qiáng)調(diào)的是互動(dòng)的重要性，以學(xué)習(xí)者自身的經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，透過互動(dòng)來建構(gòu)知識(shí)。在學(xué)習(xí)的互動(dòng)中，雖然會(huì)有過于主觀的論點(diǎn)出現(xiàn)，卻也是經(jīng)由與不同的人分享與討論的過程而產(chǎn)生的知識(shí)。所以在學(xué)習(xí)的過程中，能力較強(qiáng)的學(xué)習(xí)者可以輔助能力較差的人，使他們獲得較好的學(xué)習(xí)效果。
在這種的合作學(xué)習(xí)過程中，每個(gè)學(xué)習(xí)成員都要能感受到自己的重要性，認(rèn)定彼此是不可缺得而且息息相關(guān)。學(xué)習(xí)的成果有賴于所有成員的努力，不但有助于學(xué)習(xí)者的成就與人際關(guān)系，提升了團(tuán)體的向心力，也突顯出合作學(xué)習(xí)的優(yōu)點(diǎn)。從以上各論點(diǎn)可了解，在合作學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)習(xí)者不會(huì)因?yàn)槁斆髋c否而造成學(xué)習(xí)成效的差異。反而可讓不同能力的學(xué)習(xí)者彼此互相指導(dǎo)并分享經(jīng)驗(yàn)，獲得同步成長的意義。所以合作學(xué)習(xí)可以改善學(xué)習(xí)者間學(xué)習(xí)成效的落差，也有加強(qiáng)學(xué)習(xí)者溝通與互助的技巧。
2.2 游戲與學(xué)習(xí)
游戲的目的雖然千變?nèi)f化，但本質(zhì)上能夠讓使用者投入情感在游戲中。吳幸玲[2]認(rèn)為，當(dāng)一個(gè)活動(dòng)只要有包含游戲特色，如感官上的刺激、自由度、令人回味的過程、迫不及待的結(jié)果等等，就可以被稱作是游戲。
動(dòng)機(jī)是學(xué)習(xí)的原動(dòng)力，往往有好的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)就可以提升學(xué)習(xí)效果，反之就會(huì)有反效果。挑戰(zhàn)性、好奇心、控制權(quán)、奇幻性等等，都是加強(qiáng)內(nèi)在動(dòng)機(jī)的元素。透過與其它玩家的互動(dòng)，產(chǎn)生合作或競爭的刺激感，容易使學(xué)習(xí)者愿意花更多的時(shí)間與精力在學(xué)習(xí)上。適度的加深難度與復(fù)雜度，更可以提升學(xué)習(xí)者解決問題的能力與信心[3]。
Mitchell 與Savill-SMIth[4]提出電子游戲可以幫助學(xué)習(xí)者提升學(xué)習(xí)興趣與自信。互動(dòng)性的游戲還可以增進(jìn)人際關(guān)系，游戲?qū)W習(xí)包含的內(nèi)在動(dòng)機(jī)可以達(dá)到的學(xué)習(xí)效果如下：
1.主動(dòng)學(xué)習(xí)：
利用游戲有挑戰(zhàn)性的目標(biāo)與主題性，讓學(xué)習(xí)者主動(dòng)去操作游戲，培養(yǎng)主動(dòng)學(xué)習(xí)并探討內(nèi)容的態(tài)度。
2.提高學(xué)習(xí)興趣：
利用游戲的趣味性，將枯燥無味的教材設(shè)計(jì)成游戲，讓教材變得生動(dòng)有趣，讓學(xué)習(xí)者產(chǎn)生興趣。
3.個(gè)人化的學(xué)習(xí)教材：
根據(jù)學(xué)習(xí)者能力與環(huán)境的不同，去設(shè)計(jì)游戲?qū)W習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)習(xí)者能夠依照個(gè)人興趣與能力來學(xué)習(xí)。
4.減輕學(xué)習(xí)壓力：
讓學(xué)習(xí)者可以在輕松的環(huán)境下學(xué)習(xí)，不會(huì)有現(xiàn)實(shí)世界中測驗(yàn)不及格或不可反悔的壓力。
5.提升創(chuàng)意與思考：
游戲利用視覺效果、內(nèi)容探索和游戲的創(chuàng)意來增加學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)習(xí)者培養(yǎng)獨(dú)立思考的能力。
Cassell 與Ananny[5]設(shè)計(jì)了一個(gè)虛擬計(jì)算機(jī)人物與玩具城堡構(gòu)成的互動(dòng)虛擬系統(tǒng)（圖 1）。屏幕畫面里的虛擬人物擁有與現(xiàn)實(shí)玩具城堡一樣的虛擬城堡，虛擬人物會(huì)一邊說故事，一邊指示游戲者如何進(jìn)行游戲。該系統(tǒng)讓游戲者與虛擬人物互動(dòng)，更讓他們能身歷其境的去體驗(yàn)故事內(nèi)容。
圖1. 互動(dòng)虛擬系統(tǒng)
Peta 與Helen[6]設(shè)計(jì)了一套給兒童的游戲教材叫”Electronic Blocks”（ Figure 2），這是一套電子積木玩具，兒童根據(jù)線索將適合的積木裝在一起，不同功能積木有不同的組合。這個(gè)游戲藉由設(shè)計(jì)、探索與建構(gòu)等過程，提升兒童的學(xué)習(xí)技巧。
圖 2. 電子模板(Electronic Blocks)
綜合上述文獻(xiàn)得知，游戲式的學(xué)習(xí)與學(xué)習(xí)效果是息息相關(guān)的。將學(xué)習(xí)者對(duì)游戲所產(chǎn)生興趣，在不自覺的情況下將這份熱誠轉(zhuǎn)換為學(xué)習(xí)目標(biāo)，并且減少學(xué)習(xí)壓力，讓學(xué)習(xí)的過程更有趣，以達(dá)到提升學(xué)習(xí)成效的目的。
2.3 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)
要了解增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的定義，就要先說明混合實(shí)境（Mixed reality）的定義。MiLGram 和Kishino[7]提到一真實(shí)與虛擬環(huán)境的連續(xù)范圍，由左至右為真實(shí)環(huán)境（ Real Environment ） 至虛擬環(huán)境（ VirtualEnvironment），混和實(shí)境則是混合真實(shí)與虛擬的環(huán)境。連續(xù)范圍中最左邊到最右邊分別被稱為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和擴(kuò)增虛擬（Augmented Virtuality）。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)定位于混合實(shí)境范圍中間偏左，顧名思義主要是以真實(shí)環(huán)境為主、虛擬對(duì)象為輔，也就是將虛擬的對(duì)象依附在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中。反之，擴(kuò)增虛擬則是將現(xiàn)實(shí)的對(duì)象依附在虛擬環(huán)境里（圖 3）。
圖 3.現(xiàn)實(shí)與虛實(shí)的連續(xù) (Reality-Virtuality Continuum)
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)較常見的表現(xiàn)方式，是實(shí)時(shí)將虛擬的對(duì)象顯示在相機(jī)/攝影機(jī)的屏幕上。展示的方式可以分「光學(xué)式頭盔」（Optical see-through head mounteddisplay ） 、影像式頭盔（ Video see-through headmounted display）以及計(jì)算機(jī)屏幕展示（Monitor Baseddisplay）。視覺上看起來就像是虛擬對(duì)象真實(shí)存在于現(xiàn)實(shí)環(huán)境，將虛擬依附在現(xiàn)實(shí)環(huán)境上就是增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)最大的特色。計(jì)算機(jī)會(huì)辨別「標(biāo)記」（Marker）的位置將事先準(zhǔn)備好的虛擬3D 模型顯示出來，隨著使用者觀看角度的改變，3D 虛擬對(duì)象也會(huì)呈現(xiàn)出不同的角度。而操作者可以挪動(dòng)標(biāo)記來改變屏幕里虛擬對(duì)象的位置，達(dá)到人機(jī)交互式的效果。（圖 4）Azuma[8]定義增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的特性：
1.相同性：在同一接口上同時(shí)結(jié)合真實(shí)與虛擬對(duì)象。
2.實(shí)時(shí)性：實(shí)時(shí)于真實(shí)環(huán)境下顯示虛擬對(duì)象。
3.空間性：虛擬的對(duì)象迭合在真實(shí)的環(huán)境空間，能夠與使用者互動(dòng)。
圖 4. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)概念圖（本研究整理）
Henrysson, Billinghurst, & Ollila[9]等學(xué)者在手機(jī)上設(shè)計(jì)了一套增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互式網(wǎng)球游戲（ 圖5）。在游戲桌上放置標(biāo)記，用手機(jī)內(nèi)建的相機(jī)讀取標(biāo)記后，屏幕實(shí)時(shí)顯示虛擬的網(wǎng)球場和網(wǎng)球。兩個(gè)玩家面對(duì)面用手機(jī)去追虛擬的網(wǎng)球，適時(shí)的按下「回?fù)簟沟陌存I將網(wǎng)球回?fù)簦繕?biāo)在將網(wǎng)球來回打的次數(shù)能越多越好。
此系統(tǒng)采用三種實(shí)驗(yàn)方式來進(jìn)行測試。
1.手機(jī)屏幕上可以看得到對(duì)手的情況下進(jìn)行游戲。
2.手機(jī)屏幕上看不到對(duì)手，只看到虛擬的游戲畫面。
3.在游戲桌中間用黑布擋住玩家彼此，完全看不到對(duì)手的情況下進(jìn)行游戲。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果玩家認(rèn)為手機(jī)屏幕上看得到對(duì)手的情況下比較容易上手，未來計(jì)劃也加入震動(dòng)力回饋、音效與計(jì)算分?jǐn)?shù)，讓游戲更加寫實(shí)來增加游戲性質(zhì)。
圖 5. 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)交互式網(wǎng)球游戲
“The eye of judgment”，是一款使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)所作的桌上型卡片游戲（圖 6）。利用攝影機(jī)判斷卡片上的標(biāo)記樣式與位置，并在屏幕上顯示虛擬的對(duì)象，如怪獸、魔法特效等等。游戲的操作也全部都使用卡片，例如翻轉(zhuǎn)、重迭還有行動(dòng)卡、取消卡等等。玩起來的感覺就像是實(shí)際在玩桌上型游戲一樣，但是不同的地方是將游戲內(nèi)容中虛擬的對(duì)象呈現(xiàn)在現(xiàn)實(shí)生活中，增加了感官上的刺激。游戲的過程的聲光效果，大大提升了它的游戲性，算是一款很成功的游戲[10]。
圖 6. “The eye of judgment”游戲情境
Mulloni, Wagner, & Schmalstieg[11]研發(fā)了一套具有行動(dòng)性的游戲（圖 7），游戲中虛擬的地圖對(duì)應(yīng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境的房間，在房間的各角落貼上標(biāo)記代表地圖上牛群的位置。玩家們用行動(dòng)裝置去讀取標(biāo)記，來搜集該地點(diǎn)的牛群，或是搶奪在對(duì)手領(lǐng)地內(nèi)之牛群，取得較多牛群的即是贏家。玩家們必須在房間里跑來跑去，與隊(duì)友戰(zhàn)略的討論來完成游戲目標(biāo)，游戲的過程中不單純只是與隊(duì)友的互動(dòng)，隨時(shí)還會(huì)有敵隊(duì)挑釁、示威的舉動(dòng)出現(xiàn)，在互動(dòng)性與行動(dòng)性方面達(dá)到了很好了效果。
圖 7. 畫面
由這些例子可以看出，游戲的人機(jī)接口一直在進(jìn)步，且朝向更直覺化、更符合人類日常生活的型態(tài)。
尤其是“The eye of judgment”，使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)所做的人機(jī)接口，彌補(bǔ)了紙牌游戲聲光效果的貧乏。在實(shí)體紙牌游戲上加上虛擬的特效，來增進(jìn)游戲?qū)ν婕业奈Α＿@游戲不但保留了紙牌游戲在玩法上的特性，也增加了虛擬的游戲特效，成功的創(chuàng)造出顛覆傳統(tǒng)的數(shù)位多媒體游戲。
蘇俊欽[12]為兒童設(shè)計(jì)了一套增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)中文注音符號(hào)學(xué)習(xí)教材（圖 8），系統(tǒng)依照每個(gè)注音符號(hào)的發(fā)音，建構(gòu)相對(duì)應(yīng)的虛擬動(dòng)物圖像，以動(dòng)畫告知兒童去拿取正確的標(biāo)記。簡單的系統(tǒng)操作與虛擬圖像的輔助，可以有效增強(qiáng)兒童的興趣，并提升學(xué)習(xí)集中力，加深兒童對(duì)中文注音的印象。
圖 8. 系統(tǒng)
Kondo[13]提出”Augmented Textbook”的應(yīng)用，從書本中觀看虛擬的圖像，可以彌補(bǔ)純文字的單調(diào)與版面配置的限制。他也將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用在博物館的導(dǎo)覽系統(tǒng)中，在導(dǎo)覽過程中3D 對(duì)象會(huì)顯現(xiàn)在行動(dòng)裝置上，配合語音的介紹，可以加深游客的印象，比起單純的走馬看花還要來的充實(shí)。（圖 9）
圖 9. 增強(qiáng)教材(Augmented Textbook)
Liu, Cheok, Mei-Ling, & Theng[14]設(shè)計(jì)了九大行星增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與花園學(xué)習(xí)系統(tǒng)。九大行星教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要提供9 張標(biāo)記卡片，分別代表不同的行星。在學(xué)習(xí)過程中，系統(tǒng)會(huì)提供題目，學(xué)習(xí)者將代表答案的標(biāo)記卡片移動(dòng)到系統(tǒng)指定的位置來作答。花園學(xué)習(xí)系統(tǒng)同樣也是靠移動(dòng)標(biāo)記來種植物，比方說長得像鏟子的標(biāo)記用來挖土，太陽符號(hào)的標(biāo)記代表陽光等等，學(xué)習(xí)的過程中還可以觀看植物的各種特征。比起枯燥的教科書與只有文字選項(xiàng)的仿真試題，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)擁有3D 虛擬對(duì)象的優(yōu)勢，而且操作簡單，不僅可以減少教科書的使用量，也提高了學(xué)習(xí)者的集中力與學(xué)習(xí)成效。（圖 10）
圖 10. 系統(tǒng)
Dünser 和Hornecker[15]設(shè)計(jì)了以增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)為基礎(chǔ)的游戲”Big Feet and Little Feet”（ 圖 11）。這個(gè)游戲以童話故事為背景，經(jīng)由操作可移動(dòng)式的記號(hào)進(jìn)行游戲。游戲的主角為兩只小雞，系統(tǒng)設(shè)計(jì)兩個(gè)玩家同時(shí)進(jìn)行互助式的解謎。游戲內(nèi)容分為多個(gè)章節(jié)，每個(gè)章節(jié)都有著不同的任務(wù)。兩個(gè)玩家移動(dòng)著各自代表小雞的標(biāo)記一起合作解謎，比如說跳過籬笆、躲避狐貍、讓小雞們安全到家等等。實(shí)驗(yàn)分為一個(gè)玩家獨(dú)力完成游戲或兩個(gè)玩家互相幫助解謎，最后在旁觀察游戲過程時(shí)學(xué)生的舉動(dòng)，分析其差異性與對(duì)學(xué)習(xí)與互動(dòng)的成效。玩家在游戲結(jié)束后多數(shù)對(duì)過程意猶未盡，并期待有更多故事可以選擇閱讀，證實(shí)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)能提高學(xué)習(xí)者的集中力并培養(yǎng)獨(dú)立思考的能力。
圖 11. 大腳和小腳（Big Feet and Little Feet）
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的技術(shù)能讓使用者更人性化的操作游戲系統(tǒng)，靠著自然拿取標(biāo)記的動(dòng)作，使直覺化的互動(dòng)學(xué)習(xí)內(nèi)容更加簡單明了。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)也塑造了適合交互式學(xué)習(xí)的環(huán)境，讓學(xué)習(xí)者可以彼此實(shí)時(shí)與教材內(nèi)容互動(dòng)，而且不再只限制在單一計(jì)算機(jī)屏幕或書本頁面，提供無限可能性的學(xué)習(xí)環(huán)境。
增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)能夠有效的提升學(xué)習(xí)者的興趣，增加自發(fā)性的學(xué)習(xí)效能。有效的提供互動(dòng)的學(xué)習(xí)平臺(tái)，不再只是讓學(xué)習(xí)者一個(gè)人揣摩游戲系統(tǒng)，而是在互助與切磋的環(huán)境下一起成長，完全符合社會(huì)建構(gòu)式主義的理想概念，一開始就帶給學(xué)習(xí)者足夠的新鮮感，并在游戲中增加學(xué)習(xí)的自信心，也足以增加游戲的互動(dòng)性質(zhì)，加以提升學(xué)習(xí)效果。綜合以上相關(guān)研究與應(yīng)用得知增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用在教育上的好處如下：
1.學(xué)習(xí)的新鮮感：新的教學(xué)技術(shù)，多樣化的內(nèi)容呈現(xiàn) 在學(xué)生面前，給予學(xué)習(xí)者許多樂趣，刺激學(xué)習(xí)熱誠。
2.互動(dòng)性：在課堂上學(xué)生直接的互動(dòng)，增加學(xué)生們的參與程度與學(xué)習(xí)自信心。
3.增加空間概念：看得見的畫面，更能將抽象化的東西以圖形表示，3D的對(duì)象也能提升學(xué)生對(duì)空間的理解能力。
3. 實(shí)現(xiàn)方法(METHODOLOGY)
本論文嘗試?yán)迷鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用于教育方面，以小學(xué)自然科學(xué)「天文」單元為主題，設(shè)計(jì)一套增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。希望經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)與測試之后，可以了解學(xué)習(xí)者對(duì)游戲內(nèi)容的看法與態(tài)度，并分析增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的特性與應(yīng)用于教育上的效果。
3.1 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲規(guī)劃與接口設(shè)計(jì)
本研究在經(jīng)由參考多篇文獻(xiàn)后得知，互助、競爭與在游戲中學(xué)習(xí)可以增加學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)⑻摂M對(duì)象融合真實(shí)環(huán)境，讓學(xué)習(xí)者更能沉浸于游戲中，而且硬設(shè)備簡單容易取得，不會(huì)增加經(jīng)濟(jì)上的負(fù)擔(dān)。加上增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)有著實(shí)時(shí)、簡單且人性化的操作特性，能夠提升游戲的流暢度。
結(jié)合以上多種優(yōu)點(diǎn)，本研究設(shè)計(jì)一套交互式多媒體學(xué)習(xí)平臺(tái)，主題設(shè)定為小學(xué)自然科學(xué)中太陽、月亮與地球的相互關(guān)系。內(nèi)容小則從三個(gè)星球的信息介紹，到三個(gè)星球位置關(guān)系改變?cè)斐闪舜骸⑾摹⑶铩⒍募镜拇笠?guī)模畫面展示等等，透過系統(tǒng)指示一步一步達(dá)到游戲目標(biāo)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，為考慮增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)獨(dú)特的操作方式，且結(jié)合多媒體技術(shù)呈現(xiàn)，學(xué)習(xí)平臺(tái)設(shè)計(jì)分為兩個(gè)部分：
1.接口操作：學(xué)習(xí)者透過系統(tǒng)指示，移動(dòng)指定標(biāo)記完成游戲內(nèi)容。游戲接口設(shè)計(jì)左半邊為教材選單，右半邊分為上下兩個(gè)影像區(qū)塊，上面為多媒體展示窗口，下面為增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)操作窗口。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)窗口觀看到的是虛擬對(duì)象結(jié)合真實(shí)環(huán)境，而多媒體展示窗口是系統(tǒng)給予學(xué)習(xí)者指示與展現(xiàn)教材內(nèi)容用。
2.互動(dòng)設(shè)計(jì)：人機(jī)接口的互動(dòng)除了展現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)虛擬與現(xiàn)實(shí)結(jié)合的特色外，隨著多媒體展示窗口給予游戲操作指示后，在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)操作窗口下移動(dòng)標(biāo)記的動(dòng)作，會(huì)相對(duì)實(shí)時(shí)看到對(duì)應(yīng)的多媒體呈現(xiàn)于多媒體展示窗口。
圖 12. 接口設(shè)計(jì)概念圖
游戲設(shè)計(jì)內(nèi)容以四季的變化為例，題目設(shè)定為「請(qǐng)問地球分別在太陽的何處會(huì)產(chǎn)生四季？」系統(tǒng)會(huì)指示請(qǐng)先把代表太陽的標(biāo)記放置于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)操作畫面中間位置，再請(qǐng)把地球標(biāo)記先后放置于春、夏、秋、冬四個(gè)對(duì)應(yīng)位置完成作答。相對(duì)多媒體展示窗口會(huì)有對(duì)應(yīng)的簡介、提示與動(dòng)畫指導(dǎo)。
3.2 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲研究架構(gòu)
首先研讀并搜集國內(nèi)外文獻(xiàn)資料，歸納出增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的特性，設(shè)計(jì)適合學(xué)習(xí)者互動(dòng)合作的游戲內(nèi)容。教材內(nèi)容以小學(xué)自然科學(xué)「天文」單元為主，替小學(xué)生量身制訂的游戲內(nèi)容，希望能夠讓學(xué)習(xí)者產(chǎn)生興趣，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者們解決問題的能力，在游戲中間接達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。然后建置增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，以網(wǎng)頁多媒體互動(dòng)平臺(tái)為架構(gòu)，配有網(wǎng)絡(luò)攝影機(jī)以讀取標(biāo)記，并與后端服務(wù)器傳送與接收學(xué)習(xí)內(nèi)容信息。系統(tǒng)建置完成后，挑選國小高年級(jí)學(xué)生為測試對(duì)象。主要目的在測試系統(tǒng)的穩(wěn)定度及學(xué)生對(duì)系統(tǒng)得適應(yīng)程度，游戲結(jié)束之后詢問學(xué)生的意見，并透過問卷的方式了解學(xué)生對(duì)兩種不同的系統(tǒng)有甚么樣的感想，斟酌修改系統(tǒng)問題與內(nèi)容。最后進(jìn)入實(shí)驗(yàn)階段進(jìn)行教學(xué)成效的測試，在游戲的過程中參與并在旁觀察學(xué)生的反應(yīng)，并在結(jié)束之后給予問卷調(diào)查。在教學(xué)進(jìn)行中，系統(tǒng)在數(shù)據(jù)庫記錄學(xué)習(xí)內(nèi)容，以便分析學(xué)生學(xué)習(xí)成效的差異。實(shí)驗(yàn)完成后，開始分析搜集到的資料與問卷，了解增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)對(duì)教學(xué)成效之影響，學(xué)習(xí)者與教學(xué)者的意見與態(tài)度，并對(duì)學(xué)習(xí)方式與課程設(shè)計(jì)進(jìn)行評(píng)估。
4. 結(jié)論與未來工作(CONCLUSION&FUTURE WORK)
本研究系統(tǒng)還在建置階段，除了研究如何使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)結(jié)合多媒體素材之外，連接數(shù)據(jù)庫的問題也逐漸在克服中。當(dāng)然，設(shè)計(jì)游戲也是最重要的一環(huán)，如何對(duì)應(yīng)學(xué)習(xí)者當(dāng)下所學(xué)的教材，設(shè)計(jì)操作接口既簡單人性化，可以減少學(xué)習(xí)時(shí)間，又能夠提升娛樂性質(zhì)，有效的引起學(xué)習(xí)者興趣，產(chǎn)生學(xué)習(xí)者主動(dòng)求知的欲望。
隨著數(shù)字科技與多媒體整合技術(shù)的進(jìn)步，將增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)能讓虛擬對(duì)象融入現(xiàn)實(shí)生活的特性應(yīng)用在教育上，結(jié)合游戲?qū)W習(xí)的概念，是否能帶來更大的成效是值得讓人期待的。本研究未來希望能完成系統(tǒng)實(shí)作，經(jīng)過多次的實(shí)驗(yàn)修正教學(xué)內(nèi)容，最后評(píng)估增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)結(jié)合游戲應(yīng)用于教育上的成效。
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