基于現實增強技術下的兒童認知卡片
——以“貝貝識卡片”為研究

許文靜 （南京理工大學 210094）

近幾年來，隨著科技的不斷快速發展，移動通訊技讓智能手機越來越普及，傳統的學習方式已大大改變了。移動學習也大大的提高，例如各大高校的在線圖書館、電子書包、學習類的app等等越來越多的自主學習應用軟件的開發被應用于我們的日常生活中。

增強現實技術是能將現實中的圖像、音頻、和視頻以及觸覺感知等數字信息或計算機生成的信息實時地輸送到真實環境里。同時能進行人機交互，讓人們更加真實的感受。傳統的教學方式基本上是非常的枯燥乏味的。特別是我國的“填鴨式”教育更是，這也就導致了很多學生的學習差異。也造成了學生學習精力不集中，興趣缺乏的現象。特別是幼兒教育更為突出，而AR技術發展到今天已經日趨成熟，它所具有良好的互動性和展示效果，可以讓孩子的精力集中，同時還可以培養孩子興趣。可以很好的彌補傳統教育的弊端。AR技術可以進行虛擬仿真，在枯燥的學習中通過AR技術來虛擬地理地貌、歷史場景、歷史事件、歷史人物、宇宙星座等等來輔助教學增加學生學習興趣。

一、國內外目前基于AR技術的教育應用研究

目前國內外對于現實增強技術的教育應用研究可以分為3個方面：第一基于傳統的掃描圖片或二維碼在此基礎上的應用，第二基于位置式的戶外游戲學習，第三是基于手勢識別與動作識別的教育游戲為主。綜上所述，顯然增強現實技術逐步融合到各類學習環境中是發展的必然趨勢，總體來講有如下幾個方面：1拓寬了教學內容和教學活動；2.激發學生的學習興趣3提高了孩子的認知能力4并且在一定程度上節約了資源從而保護了環境。

二、學齡前兒童使用電子產品調研

基于前期的資料調研我們發現AR技術是教育應用是一個新的起點，因此我們打算制作一款基于AR技術下的兒童識別卡片APP。因此我們制定了大量的問卷調查，走訪多家幼兒園進行問卷調查與采訪形式，針對學齡前兒童每天使用電子產品的時間（如圖2-1所示）我們發現81.48%的學齡前兒童使用電子產品時間在一個小時以內，有18.52%幼兒每天使用電子產品在一個小時以上。

兒童每天使用電子產品時間（圖2-1）

學齡前兒童每天用電子產品的頻率（如圖2-2所示）我們發現大部分學齡前兒童每周都會花時間使用電子產品，但時間各不相同，平均平率在每周有3天會使用電子產品。

學齡前兒童每周使用電子產品頻率（如圖2-2所示）

學齡前兒童經常使用的軟件類型（如圖2-3所示）問卷顯示，有37，04%的學齡前兒童經常使用益智類軟件，有20.37%的學齡前兒童經常使用學習類軟件，有35.19%的學齡前兒童經常使用娛樂類軟件說明學齡前兒童最主要的實用軟件是益智類和娛樂類。雖然學習類軟件低于益智類和娛樂類，但仍然值得我們去研究與開發。

學齡前兒童經常使用的軟件類型（圖2-3）

家長對學齡前兒童使用電子產品的態度（如圖2-4所示）有44.44%的家長對待電子產品的態度只要不影響健康就可以。如圖2-5所示我們可以看見54%的家長認為學習類軟件對孩子的學習有一定的幫助，而28%的家長表示不確定。

家長對學齡前兒童使用電子產品的態度（圖2-4）

經過前期的問卷調研我們發現學齡前兒童對電子產品的擁有率和使用率較高，多數家長對學習類軟件不排斥并且認為對孩子的學習有一定的積極作用。因此，在這個信息化時代，多媒體設計與教育相結合的應用是當下流行的趨勢，在教育領域的發展前景也將會越來越廣闊。

三、基于現實增強技術下的“貝貝識卡片”APP設計策略

針對前期的調研我們設計一款名叫“貝貝識卡片”app軟件，針對學齡前兒童認知卡片而開發的。這款APP基于現實增強技術，在原來傳統的卡片基礎上增加現實互動的3D動畫。可以豐富孩子的認知，同時運用自定義的認知卡片能讓孩子更加深刻的實體感受教育。擴大學齡前兒童對新鮮事物的興趣與觀察與注意的持久度。這款APP軟件可以加強孩子與父母的互動，提高父母對孩子認知的觀察，加強對孩子教育樣式的多樣化，真正可以理解孩子的認知與想法。

在前期的設計中包括三個模塊分別是：開始游戲、我的收集、家長中心。其中開始游戲是結合認知卡片與游戲的一個認知和互動的過程，以游戲的形式來拉近孩子的興趣，在游戲的過程學習到卡片。第二個模塊便是“我的收集”模塊，我們會在系統里先基于AR技術設置傳統的一些固定的卡片例如：人物、動物、運動、交通等方便學齡前兒童基礎的認識卡片。對于 0-3 歲的幼兒，對實物的認知處在形象記憶中，AR 第一級認識卡只有卡片對應逼真實體模型，直觀認知真實實體。但在此基礎上我們還有自定義模塊設置，“貝貝識卡片”還解決了虛擬人物認知和真實人、物認知混淆的難點，比如，對于自己的父母，傳統認知卡里“父母”的形象一般是一個“陌生的卡通形象”，對于“動物”的認知，傳統認知卡提供的是區別于動物園里的真實世界形象，非常容易混淆了幼齡兒童的認知世界。“ 貝貝識卡片”提供全新的人機交互方式，可以隨心所欲創作卡片內容，替換掉紙質卡片的“卡通形象”底圖，讓兒童擁有“真正”的真實認知。考慮到對認知知識范圍的未來拓展，“貝貝識卡片”自定義的人機交互設計功能可以讓用戶自我編輯定義新的卡片，真正實現了衍生更多的教育知識、知識教育不限時間和地點。“貝貝識卡片”替代了傳統紙質認知卡片無法實現的人機交互體驗，比如連續拍照、視頻錄制、截屏分享等。傳統的認知卡片為平面圖片，缺乏互動，并且需要家長在一旁指導，而 AR 認知卡體現的三維互動，生動有趣，是以孩子為主導自我學習的認知卡片。第三個模塊式“家長中心”包絡：兒童的信息、游戲設置、休息設置、時間設置。家長中心采用簡單的運算法則來驗證家長登錄，可以很好的起到保護孩子使用卡片的有效時間，防止孩子過度沉迷游戲中。

“貝貝識卡片”的核心需求包括三個方面：第一方面是其教育價值自定義的認知卡片，為每一個孩子量身定做，在基于現實增強的基礎下的卡片既顯得生動活潑，有為每個孩子的認知具體化。第二面是其娛樂化學齡前兒童的普遍特性就是活潑好動，對任何事情充滿無限的好奇與想象力，但往往對待事物注意力的變化特別快。“貝貝識卡片”這款app結合益智游戲為特色，不僅提高孩子認知能力，同時還培養孩子持久的注意力與耐心。第三方面便是它的便捷性，改變了傳統的紙質識卡片的呆板模式，隨時隨地的可以方便使用。基于現實增強的技術，讓孩子的學習也那么有趣味。

四、結語

《地平線報告》中認為增強現實技術教育應用將在未來年內得到接受，現在已經過去了年，其教育應用的案例仍然不多。究其原因，是增強現實技術現在仍然不成熟，增強現實識別能力和沉浸式體驗仍然存在缺陷，但是現實增強技術應用在教育領域未來仍然有極高的開發潛能。我們本次的設計基于前期的針對學齡前兒童的調研基礎上通過問卷調查和訪談的方式確定兒童認知增強現實應用程序應具有圖像獲取模塊、圖像識別模塊、多媒體呈現模塊、交互模塊。“貝貝識卡片”得核心功能包括家長可以根據孩子的認知情況進行自定義手機卡片，獨特個性化為每一個孩子。配套書籍可以讓孩子自由配色，提高孩子的手動能力。益智游戲結合認知卡片，帶有故事情節的同時，系統控制孩子玩游戲的時間，達到學習娛樂相互促進。基于現實增強現實的認知卡片，給孩子更加強大的視覺感受，豐富孩子的認知能力。

以下成果展示：