基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的兒童水情教育繪本設(shè)計(jì)研究

水利部會(huì)同中宣部、教育部、共青團(tuán)中央在深入調(diào)研我國(guó)水情教育，充分借鑒國(guó)內(nèi)外經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，共同編制完成了《全國(guó)水情教育規(guī)劃（2015—2020年）》，以增強(qiáng)民眾水安全、水憂患、水道德意識(shí)。青少年是國(guó)家的未來(lái)，其思想意識(shí)與行為準(zhǔn)則，關(guān)系著國(guó)民未來(lái)的水安全、水憂患意識(shí)和節(jié)水、護(hù)水、親水的道德素養(yǎng)，鑒于此，社會(huì)各界開展了一系列水文化教育，水情教育讀本在這種趨勢(shì)下也應(yīng)運(yùn)而生，其中由多位水情教育專家聯(lián)合打造，中國(guó)水利水電出版社出版的《水文化小學(xué)生讀本（低、高年級(jí)）》正是為孩子們量身定做的教育讀本。而如今在數(shù)字媒體發(fā)展的背景下，兒童讀物正處于迅猛發(fā)展的勢(shì)態(tài)，傳統(tǒng)二維平面紙質(zhì)書籍的閱讀局限性更加明顯,已很難滿足現(xiàn)階段學(xué)齡兒童的閱讀需求，數(shù)字化讀物方便快捷、靜動(dòng)結(jié)合的信息呈現(xiàn)方式，視聽觸融合的多感官參與和互動(dòng)，為兒童帶來(lái)全新的閱讀體驗(yàn)。

AR技術(shù)的部分特征符合兒童能力發(fā)展特點(diǎn)，與少兒科普?qǐng)D書相結(jié)合不僅能讓孩子們愛(ài)上閱讀，還能讓孩子們?cè)陂喿x后通過(guò)和書中的內(nèi)容進(jìn)行真正意義上的互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)扎實(shí)、長(zhǎng)久的記憶，甚至靈活的運(yùn)用。本研究基于6～8歲學(xué)齡期兒童，針對(duì)該年齡段兒童的生理和認(rèn)知思維，從信息的提煉與組織，結(jié)合AR技術(shù)探索、分析并設(shè)計(jì)符合兒童興趣點(diǎn)的新技術(shù)水科普?qǐng)D書，讓兒童在保持較高的興趣下進(jìn)行學(xué)習(xí)，培養(yǎng)愛(ài)水、護(hù)水、節(jié)水的生態(tài)文明意識(shí)。

一、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)在兒童科普繪本領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)

（一）虛實(shí)結(jié)合彰顯感官優(yōu)勢(shì)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Reality，簡(jiǎn)稱 AR）是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的衍生，是在其基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。其原理就是利用計(jì)算機(jī)技術(shù)將虛擬信息傳遞到現(xiàn)實(shí)環(huán)境之中，實(shí)現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)的結(jié)合。AR兒童繪本，一般是指由紙質(zhì)繪本與配套設(shè)計(jì)開發(fā)的帶有AR互動(dòng)功能的移動(dòng)端App組成。家長(zhǎng)需要協(xié)助兒童閱讀，用手機(jī)或平板電腦終端設(shè)備下載和繪本配套的App，然后掃描紙質(zhì)繪本上的標(biāo)識(shí)或特定圖像，識(shí)別成功后，手機(jī)或平板上會(huì)出現(xiàn)三維模型或動(dòng)畫并可與之進(jìn)行互動(dòng)。相較于傳統(tǒng)紙質(zhì)圖畫書，AR繪本以立體直觀的非線性形式，把原本靜態(tài)的圖形圖像轉(zhuǎn)化為以聲音、視頻為一體的多維呈現(xiàn)，讓兒童在視覺(jué)、聽覺(jué)等多感官感知繪本內(nèi)容。AR繪本是滿足小讀者好奇心的選擇，同時(shí)也分擔(dān)了很多父母難以擠出時(shí)間陪孩子讀書的困擾。

（二）交互設(shè)計(jì)豐富閱讀體驗(yàn)

傳統(tǒng)紙質(zhì)圖書是單一線性的翻閱閱讀，這種翻閱是一種消極被動(dòng)的互動(dòng)行為，兒童在翻閱讀物時(shí)沒(méi)有主動(dòng)參與。AR兒童圖書保留了傳統(tǒng)紙質(zhì)書以圖像為載體的基本特征，并在傳統(tǒng)紙質(zhì)書的基礎(chǔ)上增加可實(shí)時(shí)交互的虛擬元素（三維模型、聲音、視頻等），兒童借助點(diǎn)擊、觸摸、視聽與AR圖書進(jìn)行互動(dòng)，使之成為書中主人公，和書中的角色互動(dòng)交流，這種沉浸式交互，讓兒童產(chǎn)生一種身臨其境的體驗(yàn)，同時(shí)也滿足了兒童的好奇心與參與需求，極大地豐富了兒童的閱讀體驗(yàn)。

（三）寓教于樂(lè)提高學(xué)習(xí)效率

傳統(tǒng)紙質(zhì)圖書在內(nèi)容上主要為靜態(tài)平面插圖為主，表現(xiàn)形式單一，閱讀起來(lái)單調(diào)乏味。通過(guò)AR技術(shù)，孩子們可以跟著故事里的主人公一起體驗(yàn)或冒險(xiǎn)，在三維模型、音頻動(dòng)畫多媒體立體技術(shù)的加持下，他們經(jīng)歷了一系列鮮活的體驗(yàn)，會(huì)更加清楚地認(rèn)識(shí)書里的內(nèi)容知識(shí)，有效提升了讀本信息的傳達(dá)效率。兒童讀者在有代入感的閱讀情景下，更清晰地理解圖書內(nèi)容。這種從視覺(jué)、聽覺(jué)、觸覺(jué)多感官體驗(yàn)的閱讀模式，是以一種玩中學(xué)的閱讀方式，讓靜態(tài)的圖文活起來(lái)，擴(kuò)展多方位視聽體驗(yàn)，激發(fā)兒童的閱讀興趣，提高閱讀信息的效率。

二、AR兒童科普繪本案例分析

（一）《艾布克的立體筆記》

《艾布克的立體筆記》是一套結(jié)合AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的兒童科普?qǐng)D書，整套繪本利用AR技術(shù)讓紙質(zhì)內(nèi)容轉(zhuǎn)換為立體生動(dòng)的知識(shí)內(nèi)容，加之音效與交互設(shè)計(jì)，讓科普探索趣味盎然。

《艾布克的立體筆記》適用年齡3～6歲，紙質(zhì)繪本裝幀精美，插畫模仿水彩和馬克筆材質(zhì)，色彩淡雅配之手寫風(fēng)的文字，整體設(shè)計(jì)采用近幾年比較流行的“手賬”形式，小清新風(fēng)格符合兒童的審美特征。目錄也是圖文并茂，畫風(fēng)可愛(ài)清新，生動(dòng)有趣，讓讀者耳目一新。

交互設(shè)計(jì)也是獨(dú)具匠心，通過(guò)操作手機(jī)或平板電腦，打開App對(duì)準(zhǔn)有AR標(biāo)識(shí)的頁(yè)面，虛擬三維圖形躍然紙上，還可以通過(guò)觸屏360度自由觀看，為讀者提供全新的視聽互動(dòng)體驗(yàn)。在第三輯《探索航天科技》中，探索專家“艾布克”帶領(lǐng)孩子們觀摩長(zhǎng)征運(yùn)載火箭和神舟飛船是怎樣分離的。打開App把攝像頭對(duì)準(zhǔn)主圖，便出現(xiàn)一艘立體的正在飛行的火箭，先是拋下逃逸塔，然后是進(jìn)行一系列的分離，讀者可以根據(jù)語(yǔ)音提示，點(diǎn)擊分離按鈕就可以操作火箭一級(jí)、二級(jí)、整流罩的分離，完成分離了，出現(xiàn)了飛船便進(jìn)入了軌道。這本書通過(guò)AR技術(shù)讓深刻枯燥的科技知識(shí)變得有趣易懂，讓兒童玩中學(xué)樂(lè)在其中。

（二）《地球！給我咬一口》

《地球！給我咬一口》是國(guó)內(nèi)原創(chuàng)AR地球科普繪本，由資深童書編輯策劃，此書曾獲得由北京電影學(xué)院、中國(guó)高校虛擬現(xiàn)實(shí)VR/AR產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟、沉浸式交互動(dòng)漫文化部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主辦的首屆國(guó)際虛擬現(xiàn)實(shí)VR/AR大賽“金辰獎(jiǎng)”獲獎(jiǎng)作品——最佳AR兒童教育產(chǎn)品獎(jiǎng)。這本地球科普?qǐng)D書應(yīng)用了大量AR技術(shù)，用智能手機(jī)或平板電腦觀看這本書時(shí)，把攝像頭對(duì)準(zhǔn)書頁(yè)，書上的角色和知識(shí)就仿佛從紙上跳出來(lái)了一樣，從地球內(nèi)部到地球表面，再到地球大氣層外，多彩的礦石及浩瀚的海洋，相關(guān)知識(shí)在增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的幫助下得到了最直觀的展現(xiàn)。這本書里，除了正常的理論常識(shí)介紹外，還有更多的互動(dòng)環(huán)節(jié)，例如“敲一敲”“拉出來(lái)看看”，整個(gè)閱讀過(guò)程好玩、有趣，讓孩子更深入了解這些看似枯燥的知識(shí)，同時(shí)在了解這些深?yuàn)W理論知識(shí)的基礎(chǔ)上，還可以親自參與進(jìn)來(lái)，把自己融入這些深?yuàn)W的知識(shí)里面。讓冰冷的理論知識(shí)不再遙遠(yuǎn)。因?yàn)橛辛撕⒆觽兊挠H自參與，這些知識(shí)一下子就鮮活起來(lái)，給他們的印象也更深刻。

三、兒童認(rèn)知特征

兒童從6周歲開始進(jìn)入小學(xué)到8周歲是兒童的學(xué)齡初期，學(xué)齡初期兒童的思維由具象思維發(fā)展到抽象思維，是思維發(fā)展過(guò)程中的質(zhì)變，這種質(zhì)變需要一個(gè)較長(zhǎng)的過(guò)渡階段，在開始時(shí)常帶有很大的不自覺(jué)性。這一時(shí)期的兒童離開幼兒園進(jìn)入小學(xué)，學(xué)習(xí)模式發(fā)生改變，從以往通過(guò)游戲獲得的知識(shí)儲(chǔ)備轉(zhuǎn)變成通過(guò)各種學(xué)習(xí)來(lái)獲取知識(shí)信息，雖然他們的抽象思維水平不斷提高，發(fā)展的趨勢(shì)是抽象思維越來(lái)越占主導(dǎo)地位，但對(duì)于不同學(xué)科來(lái)講，會(huì)表現(xiàn)出很大的不均衡性，對(duì)于直接具象的內(nèi)容吸收得較快，而對(duì)于邏輯較強(qiáng)抽象的概念難以理解，兒童還沒(méi)有掌握抽象邏輯思維結(jié)構(gòu)，而每天獲取的知識(shí)量不斷增加，難度不斷提高，在多門學(xué)科壓力的沖擊下，會(huì)慢慢失去在中幼期所具有的既豐富又夢(mèng)幻的想象力。學(xué)齡期兒童處于人生中求知欲最旺盛的時(shí)期，思維開始擺脫現(xiàn)象的束縛，獲得邏輯性，但還必須依賴于具體的經(jīng)驗(yàn)，因此兒童科普類繪本制作的核心在于符合兒童的認(rèn)知發(fā)展和特有的審美視角，這有利于激發(fā)兒童的想象力，從而提高他們的理解力與學(xué)習(xí)效率。認(rèn)知是人們獲得知識(shí)或應(yīng)用知識(shí)或信息加工的過(guò)程，兒童科普教育的方法應(yīng)依據(jù)兒童認(rèn)知特點(diǎn)來(lái)制定，對(duì)于他們的水科普教育最好是以具備大量圖形圖像信息的情景式教育，這就需要多展示圖片、影像，通過(guò)參與游戲或是數(shù)字虛擬交互等方式來(lái)營(yíng)造沉浸式視聽場(chǎng)景。兒童認(rèn)知發(fā)展理論為兒童分段教育及分級(jí)閱讀提供了理論依據(jù)。每個(gè)年齡段兒童的認(rèn)知特點(diǎn)也就是該階段主要心智發(fā)展關(guān)鍵期，因此對(duì)移動(dòng)端的AR兒童水情教育繪本做進(jìn)一步設(shè)計(jì)與開發(fā)時(shí)需要利用好每個(gè)認(rèn)知階段的特點(diǎn)，針對(duì)不同階段兒童的認(rèn)知特征進(jìn)行，給圖書視覺(jué)設(shè)計(jì)增添說(shuō)服力。

四、基于移動(dòng)端的AR兒童水知識(shí)繪本設(shè)計(jì)思路

（一）知識(shí)內(nèi)容定位：趣味性故事為交互做好鋪墊

對(duì)于兒童來(lái)說(shuō)科普知識(shí)相比其他類型繪本較為枯燥，因此趣味性同樣是科普繪本的必備條件。主題構(gòu)思是最關(guān)鍵的一環(huán)，要從豐富性和創(chuàng)意性出發(fā)，同時(shí)不能影響傳遞知識(shí)信息，通過(guò)具有吸引力和創(chuàng)造性的故事情節(jié)與畫面，潛移默化地對(duì)兒童精神層面進(jìn)行滋養(yǎng)和塑造。例如美國(guó)科普繪本《神奇校車之水的故事》，以衣著夸張，行為乖張著稱的卷毛老師為主人公，開著一輛校車帶學(xué)生校外實(shí)踐，這校車非常神奇，能上天又能下海，它可以帶所有的學(xué)生到人類想不到的地方。神奇校車一飛沖天，停在一朵白云上，全班學(xué)生頓時(shí)都變成了大大小小的雨滴，跌落小溪接著流浪到水庫(kù)，然后又潛入自來(lái)水廠。洗澡、消毒一番后，泡在配水塔里，最后鉆進(jìn)輸水管，一路游到廁所回到學(xué)?！吧衿嫘＼嚒毕盗袌D書，是美國(guó)國(guó)家圖書館推薦給全美學(xué)齡前兒童和小學(xué)生的課外自然科普讀物，曾被美國(guó)“波士頓環(huán)球報(bào)——號(hào)角出版社”評(píng)為最有價(jià)值的童書，自引進(jìn)中國(guó)以來(lái)，受到無(wú)數(shù)小讀者的喜愛(ài)。書中造型怪異的弗瑞絲小姐（卷毛老師），駕駛著神奇的校車帶著孩子們上天下海探究科學(xué)的奧秘，把課堂上枯燥的講述變成有趣的實(shí)地探訪。復(fù)雜嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)概念通過(guò)體驗(yàn)性的畫面和活潑逗趣的對(duì)話來(lái)進(jìn)行傳達(dá)，讓孩子們?cè)谳p松、有趣、浪漫的氛圍下學(xué)習(xí)科學(xué)。

（二）角色設(shè)計(jì)：生動(dòng)角色代入學(xué)習(xí)情境

不同于故事繪本，科普?qǐng)D書以傳遞科學(xué)知識(shí)為核心，學(xué)齡期兒童雖然具備一定的邏輯思考能力，但由于缺乏大量的文字儲(chǔ)備，若沒(méi)有一個(gè)生動(dòng)有趣的角色代入學(xué)習(xí)的情境，單純地依靠插圖和文字是很難提高兒童的學(xué)習(xí)興趣的。兒童科普繪本中的角色有著承上啟下連貫信息的作用，就如同博物館有一個(gè)好的解說(shuō)員，要讓一部作品受到兒童的喜愛(ài)，設(shè)計(jì)一個(gè)生動(dòng)傳神的角色形象是很重要的。

水知識(shí)的繪本角色設(shè)計(jì)可以從繪本內(nèi)容的關(guān)鍵詞展開聯(lián)想，比如《有趣的水》，將水滴進(jìn)行擬人化處理，將人的意識(shí)、情感、能力體現(xiàn)在擬人化的角色上，通過(guò)夸張生動(dòng)的方式對(duì)科學(xué)內(nèi)容進(jìn)行描繪。也可以站在兒童的角度去大膽設(shè)想，嘗試兒童喜歡的客觀對(duì)象，比如《地球，給我咬一口》繪本中的角色是一個(gè)可愛(ài)的果凍獸，果凍獸偷咬一口地球，或許正是地球被咬一口，我們才能更直觀地看到地球的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，果凍獸還會(huì)講解有關(guān)知識(shí)，帶著孩子暢游地球，這本書涉及的知識(shí)豐富：地球外部的鄰居、各大星系、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外部大氣、地球表面的七大洲四大洋、氣候、四季、石頭、海水，甚至是自然災(zāi)害……這些初高中地理知識(shí)，對(duì)于一個(gè)六七歲的孩子，若是沒(méi)有一個(gè)角色的代入，從中起到連接的作用，是很難讓兒童對(duì)科普?qǐng)D書產(chǎn)生興趣，獲取知識(shí)的。此外AR繪本不是靜態(tài)的圖書形式，所以不僅要考慮角色的三維視角，還要考慮角色的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)，讓角色在不同的場(chǎng)景中能夠真實(shí)生動(dòng)地呈現(xiàn)給讀者。

（三）交互設(shè)計(jì)：寓教于樂(lè)的游戲形式

AR水知識(shí)科普繪本在傳統(tǒng)紙質(zhì)繪本的基礎(chǔ)上，通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)以視聽交互的方式為兒童呈現(xiàn)虛擬與現(xiàn)實(shí)交疊的場(chǎng)景，讓兒童在閱讀的過(guò)程中產(chǎn)生身臨其境的感覺(jué)。此外，兒童可以通過(guò)移動(dòng)設(shè)備在APP功能的協(xié)助下實(shí)現(xiàn)觸控交互，使小讀者從被動(dòng)閱讀轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)參與，在寓教于樂(lè)中提高學(xué)習(xí)效率。

目前，兒童科普?qǐng)D書中的AR交互主要以游戲形式為主，水情教育繪本應(yīng)根據(jù)水知識(shí)內(nèi)容和兒童認(rèn)知特征，設(shè)計(jì)合理豐富的游戲內(nèi)容。

1.易操作

由于兒童對(duì)世界的認(rèn)知有限，越簡(jiǎn)單的事物越容易獲得他們的喜愛(ài)，設(shè)計(jì)游戲界面功能和視覺(jué)元素時(shí)，要充分考慮兒童用戶的實(shí)用需求，避免冗雜的操作，以免影響用戶體驗(yàn)。

2.多感官交互

AR兒童繪本是多感官交互表達(dá)的呈現(xiàn)，在視覺(jué)傳達(dá)的基礎(chǔ)上，融入聲音的交互提示和反饋，使兒童直觀地感受故事內(nèi)容，又能激發(fā)兒童讀者的探索興趣與求知欲。

3.親子互動(dòng)

在親子閱讀交流中父母是決定閱讀效果的關(guān)鍵，因此，加入多人模式的游戲設(shè)計(jì)，讓家長(zhǎng)適時(shí)參與其中，以增進(jìn)孩子與父母的感情，達(dá)到繪本教育的功效。

4.技術(shù)實(shí)現(xiàn)

AR技術(shù)應(yīng)用于兒童科普繪本項(xiàng)目時(shí)，涉及相關(guān)的技術(shù)很多，制作出版流程也比普通書籍要復(fù)雜，除了繪本內(nèi)容故事角色設(shè)定，整體的圖文排版，還涉及三維數(shù)字內(nèi)容的制作和程序的編寫，而這些只是前期繪本的制作工作，后期出版則要聯(lián)系科技公司，設(shè)計(jì)研發(fā)相對(duì)應(yīng)的App，因?yàn)锳R效果的呈現(xiàn)需要借助手機(jī)、平板設(shè)備才能實(shí)現(xiàn)。

五、結(jié)語(yǔ)

水作為生態(tài)環(huán)境的核心部分，需要被人們了解與保護(hù)，面向兒童的水情教育繪本融合AR技術(shù)，改變了傳統(tǒng)紙質(zhì)閱讀被動(dòng)單一的信息傳達(dá)模式，在傳統(tǒng)二維平面的基礎(chǔ)上融入三維，讓讀者感受到虛擬與現(xiàn)實(shí)的場(chǎng)景交疊，并通過(guò)視聽交互、觸控交互、媒介交互構(gòu)建沉浸式閱讀，讓兒童在多感覺(jué)體驗(yàn)中有效學(xué)習(xí)水知識(shí)，在低年齡階段了解水情，培養(yǎng)生態(tài)保護(hù)意識(shí)，為生態(tài)文明建設(shè)打下良好的人文素養(yǎng)基礎(chǔ)。