基于增強現實技術的兒童水情教育繪本設計研究

水利部會同中宣部、教育部、共青團中央在深入調研我國水情教育，充分借鑒國內外經驗的基礎上，共同編制完成了《全國水情教育規(guī)劃（2015—2020年）》，以增強民眾水安全、水憂患、水道德意識。青少年是國家的未來，其思想意識與行為準則，關系著國民未來的水安全、水憂患意識和節(jié)水、護水、親水的道德素養(yǎng)，鑒于此，社會各界開展了一系列水文化教育，水情教育讀本在這種趨勢下也應運而生，其中由多位水情教育專家聯合打造，中國水利水電出版社出版的《水文化小學生讀本（低、高年級）》正是為孩子們量身定做的教育讀本。而如今在數字媒體發(fā)展的背景下，兒童讀物正處于迅猛發(fā)展的勢態(tài)，傳統二維平面紙質書籍的閱讀局限性更加明顯,已很難滿足現階段學齡兒童的閱讀需求，數字化讀物方便快捷、靜動結合的信息呈現方式，視聽觸融合的多感官參與和互動，為兒童帶來全新的閱讀體驗。

AR技術的部分特征符合兒童能力發(fā)展特點，與少兒科普圖書相結合不僅能讓孩子們愛上閱讀，還能讓孩子們在閱讀后通過和書中的內容進行真正意義上的互動，實現扎實、長久的記憶，甚至靈活的運用。本研究基于6～8歲學齡期兒童，針對該年齡段兒童的生理和認知思維，從信息的提煉與組織，結合AR技術探索、分析并設計符合兒童興趣點的新技術水科普圖書，讓兒童在保持較高的興趣下進行學習，培養(yǎng)愛水、護水、節(jié)水的生態(tài)文明意識。

一、增強現實技術在兒童科普繪本領域的優(yōu)勢

（一）虛實結合彰顯感官優(yōu)勢

增強現實技術（Augmented Reality，簡稱 AR）是虛擬現實技術的衍生，是在其基礎上發(fā)展而來的。其原理就是利用計算機技術將虛擬信息傳遞到現實環(huán)境之中，實現虛擬與現實的結合。AR兒童繪本，一般是指由紙質繪本與配套設計開發(fā)的帶有AR互動功能的移動端App組成。家長需要協助兒童閱讀，用手機或平板電腦終端設備下載和繪本配套的App，然后掃描紙質繪本上的標識或特定圖像，識別成功后，手機或平板上會出現三維模型或動畫并可與之進行互動。相較于傳統紙質圖畫書，AR繪本以立體直觀的非線性形式，把原本靜態(tài)的圖形圖像轉化為以聲音、視頻為一體的多維呈現，讓兒童在視覺、聽覺等多感官感知繪本內容。AR繪本是滿足小讀者好奇心的選擇，同時也分擔了很多父母難以擠出時間陪孩子讀書的困擾。

（二）交互設計豐富閱讀體驗

傳統紙質圖書是單一線性的翻閱閱讀，這種翻閱是一種消極被動的互動行為，兒童在翻閱讀物時沒有主動參與。AR兒童圖書保留了傳統紙質書以圖像為載體的基本特征，并在傳統紙質書的基礎上增加可實時交互的虛擬元素（三維模型、聲音、視頻等），兒童借助點擊、觸摸、視聽與AR圖書進行互動，使之成為書中主人公，和書中的角色互動交流，這種沉浸式交互，讓兒童產生一種身臨其境的體驗，同時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。

（三）寓教于樂提高學習效率

傳統紙質圖書在內容上主要為靜態(tài)平面插圖為主，表現形式單一，閱讀起來單調乏味。通過AR技術，孩子們可以跟著故事里的主人公一起體驗或冒險，在三維模型、音頻動畫多媒體立體技術的加持下，他們經歷了一系列鮮活的體驗，會更加清楚地認識書里的內容知識，有效提升了讀本信息的傳達效率。兒童讀者在有代入感的閱讀情景下，更清晰地理解圖書內容。這種從視覺、聽覺、觸覺多感官體驗的閱讀模式，是以一種玩中學的閱讀方式，讓靜態(tài)的圖文活起來，擴展多方位視聽體驗，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》是一套結合AR增強現實技術的兒童科普圖書，整套繪本利用AR技術讓紙質內容轉換為立體生動的知識內容，加之音效與交互設計，讓科普探索趣味盎然。

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

交互設計也是獨具匠心，通過操作手機或平板電腦，打開App對準有AR標識的頁面，虛擬三維圖形躍然紙上，還可以通過觸屏360度自由觀看，為讀者提供全新的視聽互動體驗。在第三輯《探索航天科技》中，探索專家“艾布克”帶領孩子們觀摩長征運載火箭和神舟飛船是怎樣分離的。打開App把攝像頭對準主圖，便出現一艘立體的正在飛行的火箭，先是拋下逃逸塔，然后是進行一系列的分離，讀者可以根據語音提示，點擊分離按鈕就可以操作火箭一級、二級、整流罩的分離，完成分離了，出現了飛船便進入了軌道。這本書通過AR技術讓深刻枯燥的科技知識變得有趣易懂，讓兒童玩中學樂在其中。

（二）《地球！給我咬一口》

《地球！給我咬一口》是國內原創(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院、中國高校虛擬現實VR/AR產學研聯盟、沉浸式交互動漫文化部重點實驗室主辦的首屆國際虛擬現實VR/AR大賽“金辰獎”獲獎作品——最佳AR兒童教育產品獎。這本地球科普圖書應用了大量AR技術，用智能手機或平板電腦觀看這本書時，把攝像頭對準書頁，書上的角色和知識就仿佛從紙上跳出來了一樣，從地球內部到地球表面，再到地球大氣層外，多彩的礦石及浩瀚的海洋，相關知識在增強現實技術的幫助下得到了最直觀的展現。這本書里，除了正常的理論常識介紹外，還有更多的互動環(huán)節(jié)，例如“敲一敲”“拉出來看看”，整個閱讀過程好玩、有趣，讓孩子更深入了解這些看似枯燥的知識，同時在了解這些深奧理論知識的基礎上，還可以親自參與進來，把自己融入這些深奧的知識里面。讓冰冷的理論知識不再遙遠。因為有了孩子們的親自參與，這些知識一下子就鮮活起來，給他們的印象也更深刻。

三、兒童認知特征

兒童從6周歲開始進入小學到8周歲是兒童的學齡初期，學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)展過程中的質變，這種質變需要一個較長的過渡階段，在開始時常帶有很大的不自覺性。這一時期的兒童離開幼兒園進入小學，學習模式發(fā)生改變，從以往通過游戲獲得的知識儲備轉變成通過各種學習來獲取知識信息，雖然他們的抽象思維水平不斷提高，發(fā)展的趨勢是抽象思維越來越占主導地位，但對于不同學科來講，會表現出很大的不均衡性，對于直接具象的內容吸收得較快，而對于邏輯較強抽象的概念難以理解，兒童還沒有掌握抽象邏輯思維結構，而每天獲取的知識量不斷增加，難度不斷提高，在多門學科壓力的沖擊下，會慢慢失去在中幼期所具有的既豐富又夢幻的想象力。學齡期兒童處于人生中求知欲最旺盛的時期，思維開始擺脫現象的束縛，獲得邏輯性，但還必須依賴于具體的經驗，因此兒童科普類繪本制作的核心在于符合兒童的認知發(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習效率。認知是人們獲得知識或應用知識或信息加工的過程，兒童科普教育的方法應依據兒童認知特點來制定，對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，通過參與游戲或是數字虛擬交互等方式來營造沉浸式視聽場景。兒童認知發(fā)展理論為兒童分段教育及分級閱讀提供了理論依據。每個年齡段兒童的認知特點也就是該階段主要心智發(fā)展關鍵期，因此對移動端的AR兒童水情教育繪本做進一步設計與開發(fā)時需要利用好每個認知階段的特點，針對不同階段兒童的認知特征進行，給圖書視覺設計增添說服力。

四、基于移動端的AR兒童水知識繪本設計思路

（一）知識內容定位：趣味性故事為交互做好鋪墊

對于兒童來說科普知識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。主題構思是最關鍵的一環(huán)，要從豐富性和創(chuàng)意性出發(fā)，同時不能影響傳遞知識信息，通過具有吸引力和創(chuàng)造性的故事情節(jié)與畫面，潛移默化地對兒童精神層面進行滋養(yǎng)和塑造。例如美國科普繪本《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，開著一輛校車帶學生校外實踐，這校車非常神奇，能上天又能下海，它可以帶所有的學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，全班學生頓時都變成了大大小小的雨滴，跌落小溪接著流浪到水庫，然后又潛入自來水廠。洗澡、消毒一番后，泡在配水塔里，最后鉆進輸水管，一路游到廁所回到學?！吧衿嫘＼嚒毕盗袌D書，是美國國家圖書館推薦給全美學齡前兒童和小學生的課外自然科普讀物，曾被美國“波士頓環(huán)球報——號角出版社”評為最有價值的童書，自引進中國以來，受到無數小讀者的喜愛。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的奧秘，把課堂上枯燥的講述變成有趣的實地探訪。復雜嚴謹的科學概念通過體驗性的畫面和活潑逗趣的對話來進行傳達，讓孩子們在輕松、有趣、浪漫的氛圍下學習科學。

（二）角色設計：生動角色代入學習情境

不同于故事繪本，科普圖書以傳遞科學知識為核心，學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備，若沒有一個生動有趣的角色代入學習的情境，單純地依靠插圖和文字是很難提高兒童的學習興趣的。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好的解說員，要讓一部作品受到兒童的喜愛，設計一個生動傳神的角色形象是很重要的。

水知識的繪本角色設計可以從繪本內容的關鍵詞展開聯想，比如《有趣的水》，將水滴進行擬人化處理，將人的意識、情感、能力體現在擬人化的角色上，通過夸張生動的方式對科學內容進行描繪。也可以站在兒童的角度去大膽設想，嘗試兒童喜歡的客觀對象，比如《地球，給我咬一口》繪本中的角色是一個可愛的果凍獸，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部結構，果凍獸還會講解有關知識，帶著孩子暢游地球，這本書涉及的知識豐富：地球外部的鄰居、各大星系、內部結構、外部大氣、地球表面的七大洲四大洋、氣候、四季、石頭、海水，甚至是自然災害……這些初高中地理知識，對于一個六七歲的孩子，若是沒有一個角色的代入，從中起到連接的作用，是很難讓兒童對科普圖書產生興趣，獲取知識的。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，還要考慮角色的動態(tài)結構，讓角色在不同的場景中能夠真實生動地呈現給讀者。

（三）交互設計：寓教于樂的游戲形式

AR水知識科普繪本在傳統紙質繪本的基礎上，通過增強現實技術以視聽交互的方式為兒童呈現虛擬與現實交疊的場景，讓兒童在閱讀的過程中產生身臨其境的感覺。此外，兒童可以通過移動設備在APP功能的協助下實現觸控交互，使小讀者從被動閱讀轉變?yōu)橹鲃訁⑴c，在寓教于樂中提高學習效率。

目前，兒童科普圖書中的AR交互主要以游戲形式為主，水情教育繪本應根據水知識內容和兒童認知特征，設計合理豐富的游戲內容。

1.易操作

由于兒童對世界的認知有限，越簡單的事物越容易獲得他們的喜愛，設計游戲界面功能和視覺元素時，要充分考慮兒童用戶的實用需求，避免冗雜的操作，以免影響用戶體驗。

2.多感官交互

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

3.親子互動

在親子閱讀交流中父母是決定閱讀效果的關鍵，因此，加入多人模式的游戲設計，讓家長適時參與其中，以增進孩子與父母的感情，達到繪本教育的功效。

4.技術實現

AR技術應用于兒童科普繪本項目時，涉及相關的技術很多，制作出版流程也比普通書籍要復雜，除了繪本內容故事角色設定，整體的圖文排版，還涉及三維數字內容的制作和程序的編寫，而這些只是前期繪本的制作工作，后期出版則要聯系科技公司，設計研發(fā)相對應的App，因為AR效果的呈現需要借助手機、平板設備才能實現。

五、結語

水作為生態(tài)環(huán)境的核心部分，需要被人們了解與保護，面向兒童的水情教育繪本融合AR技術，改變了傳統紙質閱讀被動單一的信息傳達模式，在傳統二維平面的基礎上融入三維，讓讀者感受到虛擬與現實的場景交疊，并通過視聽交互、觸控交互、媒介交互構建沉浸式閱讀，讓兒童在多感覺體驗中有效學習水知識，在低年齡階段了解水情，培養(yǎng)生態(tài)保護意識，為生態(tài)文明建設打下良好的人文素養(yǎng)基礎。