體感交互技術在教育中的應用現狀述評

本文由《遠程教育雜誌》授權發布

作者：李青、王青

摘要

體感技術是人機互動歷史上的一次革命，它以軀體動作、聲音等自然語言來操縱多媒體設備，提供了革命性的體驗。目前，體感技術研究集中在感應精度與深度方面，在教育應用領域也有一些前沿探索和實驗。該技術自體感遊戲開始之際便進入了大眾視野，在實現技術上可分為慣性感測、光學感測以及慣性及光學聯合感測三類，微軟的Kinect採用了光學測感和聲學感知技術。在教育應用方面，體感遊戲開始進入課堂，就取得了較好的影響。它在語言、數學、科學、物理、特殊教育等不同學科領域內均有應用，通過三個典型案例詳細討論了其具體的教學步驟。體感技術在教學中作為教/學工具、教學內容和教學環境，可用於情境化學習、個別化學習以及遊戲化學習三類教學形式，並根據不同用途具有多個整合關鍵點。總之，體感技術應用在教育中具有體驗優、多感官、以學生為中心和支持合作學習的優勢，但現階段在部署、教學法和評價上還存在一些問題。

關鍵詞：體感技術；交互；教育遊戲；應用現狀

一、引言

體感技術(motion sensing)又稱動作感應控制技術、體感交互技術，它是一種直接利用軀體動作、聲音、眼球轉動等方式與周邊的裝置或環境互動，由機器對用戶的動作識別、解析，並做出反饋的人機互動技術[1][2]。它強調創造性地運用肢體動作、手勢、語音等現實生活中已有方式和計算機交互，而無需為人機互動額外學習，從而減輕了人們對滑鼠、鍵盤等非自然的操控方式的依賴，緩解了手指與滑鼠、鍵盤的緊張關係，使用戶關注於任務本身。

智慧型手機用戶對體感應該不陌生，轉動手機就可以在橫屏和豎屏之間切換，晃動一下就可切換歌曲；玩小球遊戲的時候，仿佛手裡平端著一塊板，上面的球會根據傾斜角度不同來回滾動……這些都是體感技術的具體應用。這種自然的人機互動體驗不僅使很多日常操作變得更加便捷，而且還能夠在無需觸碰的情況下處理諸如3D建模、搭配衣物、訓練運動員，以及在手術過程中放大查看醫學圖像等任務[3]。同時，體感技術也開始在教育中催生出新的應用，並正在改變和擴展學習的交互方式。

二、相關文獻研究

體感技術從推廣流行至今僅短短數年時間，但其在技術和應用兩個方面都頗具成果。基於對現有相關文獻的整理，體感技術實現方面的研究主要集中在對於感應深度和精度的探索上。如，Jan Smisek等人將Kinect作為3D測量設備，研究了Kinect的深度測量精度和錯誤率，設計了一個以Kinect為硬體平臺的測量工具，並在其中整合了坐標體系和標準手勢[4]。K. Khoshelham調查了Kinect偵測、獲取的數據質量，提出了一種誤差分析數學模型，證實誤差會隨著感應器離操作物體距離的增加而增大[5]。DiXu、Jianfei Cai等人優化了Kinect的融合技術，針對嘈雜環境中使用Kinect會產生的離散數據，提出了消除離散群的方案[6]。車力軍和孫峰分析了3G手機作為遊戲控制器的技術和3D顯示技術，預測了體感遊戲的下一步技術與應用發展[7]。賈立等綜合幀間差分法與LK光流法，提出了紛亂場景下特定運動目標體態識別抗幹擾算法，並在Kinect平臺上實現[8]。

在體感設備的創新應用方面也有一些研究。例如，Gallo，L.研發了一個無需操作、且具有高度互動性的醫學影像系統控制器，將Kinect作為輸入設備，幫助用戶在一定的距離內，通過手和手臂的手勢與系統互動。該系統不需要複雜的校準，適合在需要滅菌的手術室中使用[9]。Daniel Sales等研發了一種基於人工神經網絡的自主導航系統，以Kinect作為傳感器檢測、識別不同的環境，將機器人自主導航到達目的地[10]。黃康泉等討論了體感設備在視頻會議系統中的應用及實現，提出利用Kinect把即時動態捕捉、影像辨識、語音辨識和社群互動等功能整合到視頻會議中，獲得更好地用戶體驗[11]。李東旭等人探討了對於圖書館行業如何抓住體感技術來優化圖書館服務，體感技術理念對於圖書館的影響以及體感技術在圖書館應用的可行性[12]。

國內在體感技術的教育應用方面已經有初步的研究。張詩潮和錢冬明介紹了人機互動技術的基本概念和發展現狀，論述了新型自然交互技術在教育的應用[13]。顧漢傑探討了體感手勢控制在教育遊戲中應用的可行性，梳理出適合體感開發的遊戲類型和智力屬性，在此基礎上提出基於Leap Motion SDK的設計框架，建立仿真型、題庫型、融合型等三種場景模型[14]。呂開陽等提出利用Kinect體感技術開發動物外科輔助教學系統的設想，通過Kinect收集操作者的聲音、手勢和動作，轉化為可理解的命令，對外科輔助教學系統進行操作，從而指導現場教學[15]。馬建榮等論證了體感對親子互動遊戲有效支持，在此基礎上詳述了利用該技術進行親子體感遊戲設計的過程[16]。李裡程和李勇帆詳細論述了基於Kinect的兒童體感交式互多媒體電子書及其學習平臺的結構功能、系統模型、體態捕捉與識別、體態資料庫的構建、學習內容的設計開發與實現[17]。

上述研究可見，無論在國外還是國內，體感技術的發展都有了長足的進步。在技術方面，不斷向更高的感應精度與深度發展。體感技術的應用領域也在不斷得到擴展，被普及到各個行業中。在教育領域內，已經有學者開始關注這一方向，並且在實現技術和教學模式上都有了前沿探索。

三、體感技術的發展和實現技術

(一)發展進程

體感技術進入大眾視野，始於2004年索尼公司推出的一款PS2遊戲機的配件EyeTOY，如圖1(左)所示，它帶來了一種新穎的人機互動方式。在遊戲中，EyeTOY上的攝像頭會將電視前的玩家掃描並整合到遊戲畫面中，玩家可以在遊戲場景中揮動雙手來進行拳擊、放煙花等遊戲。

真正展現這項技術商業價值的是任天堂遊戲機Wii上配備的Wiimote手柄，如圖1(中)所示，它能夠完美捕捉用戶動作。Wiimote內安裝了一個三軸加速度傳感器，能夠在XYZ三個方向上感知3G加速度，並且通過模擬方式輸出結果。Wii主機將玩家揮動手柄的動作複製，並在遊戲中的卡通人物上重現[18]。索尼公司於2010年3月推出了PS3遊戲機上的Play Station Move動感控制器。2012年10月，微軟發布了遊戲主機Xbox的體感配件Kinect，它集圖像識別、視頻捕捉、語音控制等多種技術於一體，無需藉助任何手持設備，通過手勢、肢體動作、語音等自然方式即可實現與終端的交互，使得Xbox中的各種遊戲具有更強的真實感和娛樂性。

隨著技術的進步，體感技術開始在遊戲機以外的其他需要人機互動的場合下逐漸推廣。例如，在家電領域，LG和三星為智能電視配備了手勢與語音控制終端。國內的邁樂公司自主研發了「大飛鼠F10」遙控器，如圖1(右)所示。該設備集成了空中滑鼠、無線鍵鼠和遙控器三大功能，可通過手勢動作和設備交互，操作起來時尚、方便、簡單。

(二)實現技術

目前，體感技術在技術的實現上已基本成熟。依照感知方式與原理的不同，主要可分為慣性感測、光學感測以及慣性及光學聯合感測三類(見表1)。這三類技術各有優勢，適用於不同的場景和用途。由於專利壁壘，不同廠商選擇了不同的技術路線。下面不妨以Kinect為例，分析體感技術的實現原理。Kinect的核心部件由一個特殊的3D體感攝影頭構成，具有即時動態捕捉、影像辨識、麥克風輸入、語音辨識和社群互動等功能。它以影像辨識為核心技術，結合了2D平面影像與3D深度影像，可精確捕捉玩家的身形輪廓與肢體位置，判斷玩家的姿勢動作並將這些動作映射為對遊戲的操作。Kinect的基本組成部分為紅外發射機、紅外攝像頭、彩色攝像頭和麥克風陣列，如圖2所示。紅外發射機發出光源照射人體，經過反射後被紅外攝像頭讀取，然後分析紅外光譜，創建可視範圍內的人體和物體深度圖像，進而識別人體動作(見圖3)；RGB攝像頭可以拍攝視角範圍內的視頻圖像，對人體動作進行輔助校正；由四個麥克風構成的陣列可採集聲音，過濾背景噪音和定位聲源，或進行語言識別。

和人眼下意識地聚焦在移動物體上類似，Kinect會自動尋找圖像中較可能是人體的移動物體，然後對景深圖像進行像素級評估，辨別人體的不同部位。在這一過程中，系統使用了優化算法縮短響應時間，採用分割策略來區分人體和背景環境，從噪音中提取出有用信號。Kinect可以主動追蹤最多兩個玩家，或者被動追蹤最多四名玩家的形體和位置。在這一階段，系統為每個被追蹤的人體在景深圖像中創建遮罩，將背景物體(比如，椅子和家具等)剔除。在後面的處理流程中僅僅傳送遮罩後的有效數據，以減輕體感計算量。過濾後的人體圖像被傳送入一個辨別人體部位的機器學習系統中，隨後由機器學習系統判斷某個特定像素屬於哪個身體部位。該處理流程的最後一步是根據前階段運算的結果，追蹤到約20個關節點，生成一個人體骨架系統，以準確地評估人體實際所處位置和動作。

四、體感技術與教學的整合

(一)在不同學科領域內的應用

體感技術的應用融合了認知和文化層面因素：基於手勢的溝通方式，鼓勵用戶去觸摸、移動或者以其他的方式操縱設備。將其應用在教學，將有利於培養學習者的手眼協調能力、社交合作能力以及創新思維能力。從硬體上來看，在教室中可用的體感設備既可以是微軟的Kinect和任天堂的Wii這樣的遊戲主機，也可以是智慧型手機或平板電腦，還有可能是Leap Motion這樣的PC機外接輸入控制器。從用途來看，體感設備的探索性的應用也正在快速發展，大量被作為教育遊戲，以及運動技能訓練工具使用。此外，體感設備還可以作為一般性的教育技術裝備被使用，承擔交互式白板、空中滑鼠和鍵盤等功能，這豐富了教學活動中互動。筆者通過對體感設備在教育中應用的報導和文獻進行分析，總結了體感技術在教育、培訓和訓練中的主要應用，如表2所示。

此外，在計算機科學技術和電子技術領域，愛好者、研究機構和硬體廠商圍繞體感技術本身的軟硬體開發，也開展了一系列的教育活動。譬如，為鼓勵開發者利用Kinect硬體開發創新的應用軟體，微軟不僅發布了Kinect的Windows SDK，而且在不同場合宣傳、推廣和培訓潛在的開發者。2011年12月，微軟亞洲研究院在北京舉辦了Kinect for windows培訓班，包括高校師生在內的上百人參加了培訓[22]。微軟還資助了亞洲十所高校的13個Kinect創新應用開發項目，包括中科院的基於Kinect的手語識別和翻譯應用，浙江大學的基於多個Kinect設備的人體模型捕捉應用等。

(二)三個典型案例

教育遊戲是體感技術的教育應用的一個主戰場。學習者通過不同的遊戲(例如，怪物、體育、冒險)掌握具體的行為和社交技能，學習溝通和團隊合作，並且積極強化彼此，建立信任，實現身體鍛鍊和社交互動。下面我們將通過三個典型案例，分析體感技術如何整合課堂教學。

1.「散點圖」數學教學案例

這是一個利用Kinect平臺上的體感遊戲合集Kinect Sports：Season Two中的「Skiing」遊戲(後文簡稱「滑雪」，見圖4)來完成中學數學課程「散點圖」相關知識內容的教學案例。學生在遊戲中扮演滑雪者的角色，需要在數學知識的幫助下獲得超越競爭對手的優勢。該遊戲讓學生有機會在一個高度逼真的場景裡使用、分析和應用散點圖。活動的主要步驟如下[23]：(1)回顧「散點圖」的相關知識；(2)每個學生在一張大的方格紙上繪製散點圖，X軸標記嘗試次數，y軸標記時間；(3)讓學生分組進行滑雪遊戲；(4)每次運動後他們都要在坐標系上記錄下屏幕上的遊戲結果；(5)當所有學生完成後，每一個學生都要根據自己所記錄的點來繪製趨勢線，確定曲線的斜率、y軸截距，並轉化為函數方程；(6)集合全班同學，分別從數學和現實世界兩個方面解釋這些結果，並討論如何應用在「散點圖」模塊中所獲得的知識幫助提高遊戲水平。

在本案例中，基於Kinect的體感遊戲作為一種有效的教學工具，豐富了教學環境。教師利用體感遊戲，通過精巧的教學設計將課堂轉變成身臨其境的競技場，一改傳統課堂中單調、機械的「聽一讀一問答」這類基於灌輸和記憶的教學法。體感技術也成為對學生的學習活動進行測量、記錄、反饋和跟蹤的工具。另外，本案例中體感技術的應用，將一部分學習活動形式變為學生們喜聞樂見的電子遊戲，學習者期待在課堂上身臨其境且具有挑戰性的學習體驗。不僅有利於激發學習者的學習動機和學習興趣，還有利於知識的保持和遷移。同時，教學內容不再只是客觀知識，還包括價值觀、良好的體育道德和團隊合作等情感態度方面的能力。

2.YooStar特殊教育社交技巧訓練教學案例

體感技術在人機互動界面方面的優勢為特殊教育提供了更多的可能性，這裡我們將分析一個特殊教育的案例一一「社交技巧」課程。本案例使用Kinect遊戲「Yoostar2」(見圖5)作為角色扮演的平臺，訓練有社交障礙的兒童學習如何在不同情況下採取適當的交際行為。這款遊戲使用Kinect體感外設捕捉玩家的動作以及聲音，使其親身參與到那些經典電影的片段的扮演中，系統會根據玩家對於影片的還原程度，給出相應的評價。在本課程中，兒童從遊戲提供的經典影片中選擇喜愛的角色，並更改劇本以改變電影中人物的社交活動[24]。具體的活動步驟如下：(1)當一個學生玩遊戲時，其他學生堵住自己的耳朵並專注玩家的肢體語言，並根據電影中的事件、角色分析該生在交際活動中的情感脈絡；(2)當每個學生表演完以後，在全班討論此情景下該生角色扮演的結果；(3)當所有學生完成了遊戲後，討論玩家的實際表現與電影中演員表現之間的差異；(4)識別出玩家的表現不符合交際規範的交互，並提供改進的思路。

在本案例中，體感遊戲作為教學模擬環境和教學評估工具，在整個教學過程中起到了重要的作用。體感技術不僅是教學環境的一部分，而且是學習者進行社交學習的主要工具。在遊戲中，學習者利用體感設備選擇場景，並且根據場景模擬交際，能夠打破社交障礙兒童在真實世界中人際交往中難以克服的恐懼感，從而起到了較好地訓練效果。

3.「魚兒飛躍時」多學科課程整合教學案例

魚兒飛躍時(When Fish Fly)是由美國加州幾所高中的學生在教師的指導下自己設計的體感遊戲開發項目，它將體感遊戲作為學習內容和工作目標。該遊戲在2011年的微軟全球教育論壇中展示，取得了轟動的效果。該項目的目標是希望透過遊戲設計來開展學習創新，它以西雅圖的傳統漁港Pike Fish Place為背景，設計了時間長度為一學期的專題式學習活動計劃[25]。為了完成遊戲設計和開發，學生搜集了漁港的歷史演變、經濟發展和貿易交易等相關資料，在遊戲中模擬了市場交易活動。開發遊戲需要學生綜合應用電腦多媒體科技、配樂、美術設計、資料整理能力，以及數學、商業、歷史文化等方面的知識[26]。該遊戲具有以下的特色：(1)以西雅圖的漁港為背景，為學習者營造了一個真實的市場交易情境；(2)學生在情境中發現問題，自行探索問題；(3)在情境中或遊戲中所呈現的均是知識性資料；(4)學習者需要逐一解決遊戲所呈現的問題；(5)通過及時反饋來檢測和評價遊戲結果。

該項目基於微軟簡單易用的Kinect for Windows開發包，以實際開發業務為活動內容，訓練學生綜合應用多學科知識的能力，並通過跨校園的團隊合作，讓每個參與者都能夠發揮專長，最終建立起一種基於任務的創新合作學習模式。遊戲項目完成以後，開發團隊已將遊戲共享在網際網路上，供全球的教育者免費下載和使用。

五、在教學應用中的角色、用途及教學模式

(一)在教學活動中的角色和用途

從Wii和Kinect普及開始，體感技術在學校環境中有了初步應用。雖然大多還處於前期探索和驗證階段，未獲得大規模推廣，但已經逐步沉澱出一些使用經驗。根據其在學習環境和學習活動中所處的地位的不同，筆者認為，目前體感技術在教育實踐中主要扮演了教學工具、學習資源和學習環境三種不同的角色。

1.作為教學具

教室中的Kinect是一個高度靈活、可移動、易於使用並配備了大量的應用程式和資源的教/學具。體感技術具有友善的人機接口和較好的操縱感，使得交互無需通過鍵盤或滑鼠操作，學生只需要移動身體，或者用聲音與學習內容互動。這種設計應用在教具和學具上，提供了一種新穎的操作方式，並降低了工具的使用難度。將體感和電子白板結合，可以擴展電子白板的功能，提供手勢輸入方式。體感技術還可以增加用戶學習的沉浸感，將用戶對於技術抗拒意識降低到最小，關注學習內容。它還可以幫助建立肢體動作和學習內容之間的關聯性，可以實現利用身體的運動來幫助學生積極參與並專注教學活動，打破了傳統教學中的靜坐、靜聽的教學方式，真正實現從經驗中積累知識，在活動中學習。

2.作為教學內容

體感遊戲本身也可以作為教學內容。以教學為目標開發的數學遊戲和語言遊戲，直接包含學習內容，它和課程目標結合緊密。體育類遊戲也常常用作體育課上的熱身環節，或是輔助訓練的內容。體感遊戲能夠提供精心設計的逼真情境，使得學生所學的內容從教材中的文字，拓展為活動和技能的學習。中學數學教師Johny Kissko認為，「在代數課上利用體感技術，學生問到的問題都遠遠超出了教學大綱的要求，這是一個巨大的成功，因為這使得學生將知識應用在真實世界背景下的思考[27]。」

在上文的「魚兒飛躍時」案例中，為了創設了一個逼真的漁港交易情境，學習者需要主動去搜集和整理歷史、經濟等方面的信息，然後在遊戲中設計相關的線索，並作為遊戲活動的重要資料提供給遊戲者。更重要的是遊戲開發中，各種專業知識和技能也是該項目預期的重點，並且需要通過合作來完成。

3.作為教學環境

教學環境是教學活動、學習活動發生的外部條件。作為外部環境，體感技術可以激活主動學習，促使學生能動的參與教學活動。對於許多教師來說，如何激發學習者主動性是最具挑戰性的問題，現實中有許多阻礙因素使得主動學習無法在課堂上持續，而Kinect可以克服這些因素。體感技術的應用使得學習行為本身成為機體與環境相互作用的過程，這使學生處於舞臺中心，並激勵學生去學習，在學習中真正地投入注意力和興趣，通過思考自行解決問題。

體感技術可以用於構建具備增強現實功能的教室，在一定程度上彌補了虛擬實驗室與真實實驗室的差距。利用體感技術，我們可以把教室擴展成多種體驗環境，只需要更換不同的遊戲或軟體就可以切換實驗內容。在某個時刻，學生也許是在環形屏幕上探索宇宙，下一節課，在同一教室內又可以虛擬解剖人體。體感遊戲還可以作為人際交往的平臺。在上面第二個案例中，社交障礙兒童更傾向於同虛擬形象交互，以緩解真實世界中得壓迫感。也有研究者設計了用遊戲中的虛擬形象和他人交互的活動，讓學習者控制自己的替身與世界各地的學習夥伴在虛擬空間中交流。

(二)體感技術整合教學的三種形式

1.情境化教學

在體感技術的幫助下，學生可以處在高度逼真的情境中學習，甚至可以使知識具象化、可視化、變得生動活潑。體感技術的應用，使學習者從被動地接受信息變成在情境中自己理解、加工並主動建構信息。它不僅可以提供生動豐富的學習材料，還可以通過創設情境，來提供應用知識的機會，促進知識、技能與體驗的連接，促進課內外遷移，從而培養靈活運用所學知識去解決實際問題的能力。

在體感遊戲創設的情境中，學生是主角，不但可以激發他們的學習興趣和願望，還可以持續強化和促使他們主動學習。位於臺灣臺南的東海小學，將體感遊戲應用在體育課上，學生們站在大屏幕前，準備起跑。老師發令後，學生們立即揮動雙手、抬起雙腳，拼命地在鋪墊上跑跑跳跳。通過遊戲模擬，強化學生在跑步、跳遠等體育項目的正確姿勢和技巧[28]。體感遊戲所構造的虛擬情境還能培養學生的自信，避免錯誤造成的尷尬，鼓勵平時不愛表現的學生也積極參與[29]。

2.個別化學習

體感技術也可用來設計學生上課時間、課外或在家裡的自學活動。教育者可以提供各種類型的課內、課外活動，使學習更加具有吸引力，從而更好地服務於學生的個別化學習。例如，在語言和藝術課程中，利用角色扮演的體感遊戲可以幫助學習者在課後學習如何進行情感交流與表達。不同的學習者有不同的偏好，他們會選擇不同的人物角色，完成的任務也各有差異。在整個遊戲過程中，體感遊戲系統可以對學習者的活動進行評價和反饋，並給予相應指導。

3.遊戲化學習

體感技術的出現，為遊戲化學習提供了更多的可能。教育技術的實踐已經證明，遊戲不僅可以幫助學習者加強學習的沉浸感，而且可以激發學習者的學習興趣，提供及時的反饋和一個安全的失敗嘗試。體感技術使得學習活動更加趨向於多模態和遊戲化，學生積極使用他們所有的感官進行學習時會獲得更高的績效。在課堂教學中，教師可以使用體感技術輕鬆地創建具有較強交互性的課堂活動。有研究顯示，使用身體的運動可以促進學習過程[30]。John Medina的實驗也證實了運動使得更多的血液流向大腦，從而幫助學習者更好的集中注意力[31]。實際上，越來越多的教師正在通過體感技術將更多的活動整合進課程內容中，而不只是在體育課上才會有。

(三)技術與教學整合的關鍵點

如前文所述，在課堂上可以利用體感設備實現多種教學用途。那麼，如何實現體感技術和教學內容的整合？將Kinect這類體感遊戲用於課堂時，首先要確定使用目的：我們是打算將其作為課程的一部分，還是用於指導實踐？是用於完成形成性評價，還是用於進行學習活動的擴展？根據不同的教學目標，我們可以設計不同類型的教學活動來整合體感遊戲。這是關鍵點之一。

關鍵點二是選擇使用什麼樣的遊戲。這和具體的教學目標、教學內容相關。在很多時候，我們並不能找到直接可用的體感遊戲或是軟體，但可以有技巧的借用。幸運的是，網際網路上已經有一些關於利用Wii和Kinect進行教學的相關資源以及一些愛好者教師提供的個人網站(如，www.kinecteducation.com)。在這類網站上，你不僅能找到在課堂上使用體感遊戲教學的實例，還包括許多支持具體學習的應用。微軟官方也提供了Kinect課程計劃庫及課程案例，涉及科學、語言、數學、地理等學科，覆蓋幼兒、兒童和中學生多個群體[32]。

關鍵點之三是確定教學模式和教學活動安排。前文已經分析了整合體感遊戲時，我們可以採用情境化學習、遊戲化學習相關的教學模式和活動設計。對於遊戲活動的安排，在課堂上我們一般會採用小組合作學習，在課後則可採用個別化的教學模式。

最後一個關鍵點是確定評價的方法和尺度，包括遊戲結果和學習活動成果的關係，小組遊戲時如何度量和評價小組成員對於活動結果的貢獻等。這也是一個難點，雖然體感遊戲大多和課程學習內容有相關關係，但往往並不直接關聯。因此，學生在遊戲中的表現需要以一定方式轉化成課程內容或是對課程內容的應用，正如上文我們討論的第一個案例「滑雪」遊戲所展示的內容。

六、評述和總結

(一)在教育應用中的優勢

體感技術作為一種新型的交互方式，由於其具有很好的識別、跟蹤能力，以及其易操作的特點，已在很多領域得以應用。在最近的幾年中，任天堂的Wii和微軟的Kinect遊戲平臺推動了體感技術在教育應用，取得了一定的成果。體感技術在這些早期的嘗試中表現出諸多的優勢，具體體現在：

1.成本低，使用難度低，學習體驗優

體感遊戲套件和遊戲主機以及電視機均是通用器材，價格不高，容易獲得。體感技術模擬了人與人的交互方式，通常不需要用戶再學習新的操作方法，僅通過日常生活中約定俗成的交流方式，直接針對要操作的對象即可完成交互。學習者通過簡單的自然動作就能夠實現對軟體的控制，如，向左揮動手臂，計算機把這個動作識別為遊戲場景向左移動，或者學習者直接說出「LEFT」，計算機也會作出同樣的反應。利用體感技術進行人機互動，降低了因缺乏計算機操作經驗額外增加的認知負荷和挫折感，使學習者把關注的焦點更多地放在學習活動中，增加其參與感和控制感。

2.多種感官並用，沉浸感好，有效提升學習效果

體感外設具有即時動態捕捉、影像識別、麥克風輸入、語音識別等功能。因此，在教學應用中可以充分激活學習者的視覺、聽覺、觸覺、肢體運動，並作出相應反饋，使用戶產生「身臨其境」感覺，有效提升其在遊戲中的置入感、沉浸感。多感官的刺激，能夠從多個通道同時促進學習者的認知過程，提高學習者的手眼協調能力。

3.以學生為中心，學習更具主動性

體感遊戲實現了教學重心的轉移。在涉及遊戲的學習活動中，學生是活動的主體，處於支配地位。他們積極、主動地參與到活動中，不斷嘗試，期待取得更好的結果。教師在此活動中，更多扮演了活動和規則的設計者、教練以及活動的推動者的角色。

4.支持多個學習者同時操作的合作學習任務

在體感遊戲中，電視和遊戲機都是可共享的教學設備，支持多個學習者同時使用或輪流使用。根據教學目標的不同，或是遊戲規則的不同，我們可設計出讓學生結對PK或分組合作等多種形式的競技活動。遊戲為我們構建了小組互動的空間，加強了學習者之間的人際聯繫。

5.提供創新的表達方式

在教室中，學生一般通過語言和文本來表達和溝通，體感技術支持學習者在真實空間中通過肢體運動變化操控遊戲，提供了新穎的表達方式。例如，在算數字的遊戲中，遊戲者可用兩個手臂擺出大於號，小於號和等於號。角色扮演類的遊戲更是以肢體語言作為通關的條件。誇張的肢體活動不僅有利於學習者對概念的認知，也能幫助他們在運動中放鬆舒緩情緒，在輕鬆歡樂的環境中實現有效的學習。

(二)目前存在的問題

當然，現階段體感技術應用在教學中也存在很多的問題，既有技術層面的又有教育層面的。在技術層面，現有的體感技術產品大多存在精度和延遲問題。他們對於一些細緻動作的識別感應能力稍弱，而且對複雜運動的識別有延遲現象。如，在彈力球遊戲中，玩家普遍反映因為延遲而經常擋不到球。跳遠也往往由於起跳動作的識別延遲而造成玩家犯規失分。此外，現有的體感技術平臺普遍缺乏觸覺反饋體驗，這是一個比較大的體驗黑洞。比如，在棒球遊戲中，雙手空擺姿勢假裝揮棒的感受恐怕遠不及手中握有棒，更不用說進球後的震動反饋。

體感技術在教學場景中實際使用還存在這樣一些問題：其一，教室空間有限，如果讓學生分組遊戲，則需要布置多臺電視機和遊戲機，並劃設遊戲區域。這樣會使得本來就不大的教室更加擁擠，課堂活動時氣氛會比較雜亂；其二，使用體感遊戲平臺時，準備和調試設備需要時間，而且有可能需要技術人員支持，當然也許學生就是最好技術服務人員；其三，為了賦予遊戲教育意義，這些遊戲需要進行篩選，根據遊戲內容和遊戲的功能設計教學活動。幾乎沒有體感遊戲是為某門課程的教學而專門開發，因此，能用的遊戲往往較少或沒有；再有就是，由於遊戲設備的封閉性，體感遊戲中的數位化信息很難導出和再利用，很多場景下只能手工紀錄遊戲結果，而不能直接導出數位化的學習活動記錄或是報告；此外，家長對於遊戲化學習的接受程度不一，扭轉家長們對於遊戲的否定看法，需要切實的教學效果和較多的介紹和推廣工作。

體感技術教育應用的普及，在教學法層面上也存在一些問題，在大規模推廣前迫切需要解決。首先，和其他新技術一樣，體感遊戲需要新的教學法支持。對現有學習理論的修正，並形成固定、可操作的教學模式，可能會是一個較長的探索過程。其次，教師在開始時可能不能很快適應新的教法，普遍在這類教學活動的設計上缺乏經驗。因此，為達到較好的效果，就需要對教師進行專門的培訓，並提供典型課例與可供參考的教學方案。再次，由於體感遊戲的遊戲屬性，它更傾向於在非正式的學習活動中使用，常常缺乏明確的、可度量的教學目標，或是和現有教學目標的一致性程度較差。最後，由於缺乏合適的評價模型和評價策略，對其學習結果和學習績效的衡量也比較困難。

雖然，目前體感技術本身還不夠成熟，體感遊戲也剛剛開始在各個領域內有創新地應用。但遊戲並不是體感技術的邊界，作為一種全新的交互方式，它正逐漸滲透到人們生活和工作的各個領域，包括教學和學習。它喚醒了人機互動領域中更大膽的創新精神，指明了未來人機互動的發展方向。相信不久的將來，體感技術會更多地參與到學習過程中，並且催生出越來越多地教育創新。

基金項目：本文為國家科技重大專項課題「基於Web的無線泛在業務環境體系架構、關鍵技術研究與演示驗證」項目(課題編號：2012ZX03005008)的研究成果之一。

[作者簡介]李青，博士，北京師範大學博士後，郵電大學副教授，碩士生導師，主要研究方向為遠程教育、數位化學習環境、移動學習等；王青，北京郵電大學教育技術專業碩士研究生，主要研究方向為數位化學習環境設計。

轉載自：《遠程教育雜誌》2015年1期／總226期

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