学习方式、传统在线学习方式、虚拟现实和增强现实学习方式进行了对比分析。接下来，从情境学习、具身认知、心流理论、合作学习理论出发，对基于虚拟现实和增强现实的教育游戏的理论基础进行了探讨。最后，本研究提出基于VR和AR的教育游戏教学应用模式，并得出该领域教学设计及实验设计的研究启示，并提出基于虚拟现实和增强现实的教育游戏发展前景。
关键词：教育游戏；虚拟现实（VR）；增强现实（AR）；学习科学；具身认知
中图分类号：G434 文献标识码：A
一、引言
近年来，教育游戏成为技术促进教学的研究热点之一。教育游戏利用网络技术或智能工具作为交互媒介来辅助学习、提高学习参与度和持续性，提升了学习方法的多样性及学习过程的交互性。研究者致力于从教学原则、学习活动设计和技术应用等角度研究教育游戏对学习的促进作用。如何维持学习者的学习兴趣、提升学习者的学习效果，是教育游戏研究领域所面临的挑战之一。2016年被媒体称为“VR元年”，随着智能信息技术的发展，智能设备能够为教育领域提供新的研究视角，研究者逐渐探索起虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术在教育领域中的应用。《国家教育事业发展“十三五”规划》中提到“要全力推动信息技术与教育教学深度融合。综合利用互联网、大数据、人工智能和虚拟现实技术探索未来教育教学新模式”。单纯地应用智能技术，较难维持学习者的学习兴趣与持续性，为智能技术增加游戏化元素，能够在提升趣味性的同时，保持学习者的学习动机。虚拟现实和增强现实技术如何更好地应用在教学之中，智能技术与传统教学方式如何优势互补，是教育研究者和一线教育实践工作者需要探索的问题。
本研究选取Web of Science数据库的核心合集为主要文献样本来源，同时兼顾国内学者的突出研究贡献。使用WOS数据库高级检索功能，即使用字段标识、布尔运算符、括号和检索结果集来创建检索式，所用到的字段标识TS代表主题。本研究最终确定检索式为：TS=（“Educational Game*” OR “Game-based Learning*” OR“Computer Game*” OR “Video Game*” OR“Serious Game*”OR “Digital Game*”OR“Online Game*” OR “Eleetronic Game*”OR “Simulation Game*”）AND TS=（Learn*OR Education*OR Teach*）AND TS=（“VirtualReality*” OR“Augmented Reality*” OR“VR”OR“AR” OR“Mixed Realitv”）。設置时间跨度为2000-2017年。通过对研究内容相关的文献进行筛选与内容分析，试图从教育游戏视角探析VR和AR智能技术在教学中的应用及发展前景，为其在教育游戏领域的实践与研究提供参考。
二、基于虚拟现实和增强现实教育游戏应用及对比
将虚拟现实和增强现实内容游戏化（Gamification）不仅仅是通过游戏化元素来提升学习或培训过程的趣味性，更是为了提高学习者的参与程度，使虚拟现实和增强现实内容的呈现形式不再单一而具有多样化形式。以游戏的方式还能减轻学习者面对某些特定内容的心理恐惧，如昆虫学习等。通过对相关文献分析，本文将分别介绍基于虚拟现实的教育游戏及基于增强现实教育游戏的研究案例，并进行传统面对面学习方式、传统在线学习方式、虚拟现实和增强现实学习方式的对比分析。
（一）基于虚拟现实的教育游戏
虚拟现实（Virtual Reality，VR）即采用三维图形、音频及特殊的外围设备，利用计算机生成交互式虚拟环境。虚拟现实环境中使用的显示设备是沉浸式体验式的，技术的沉浸式特点可以增加用户的参与度。虚拟现实技术的类型有三种：第一种是基于桌面的虚拟现实，这种形式的虚拟环境在显示器中设置，通过传统的输入设备，如鼠标、键盘来进行交互；第二种是基于头戴式设备的立体虚拟现实，这种形式向用户提供—个对象两个角度的不同图像，从而实现一种沉浸式3D体验效果；第三种是激光控制的虚拟现实，学习者可以通过外部工具产生的激光束来进行操作，从而达到交互的效果。虚拟现实技术类型的多样性为不同类型教学内容提供了多种选择，同时也丰富了教育游戏的设计形式。
1.基于桌面的虚拟现实教育游戏
基于桌面的虚拟现实技术无法做到完全的沉浸体验，但是其成本比3D立体化虚拟现实显示低得多。Rosenthal和Geuss等人设计的医学外科手术学习系统是典型的基于桌面的虚拟现实教育游戏，通过游戏任务促使学习者学习和训练精细操作技能。该研究将可操作、虚拟现实界面归类为视频游戏，学习者无需佩戴头戴式设置，而是通过控制实体操作杆对电脑桌面演示的腹腔镜虚拟对象进行外科手术。研究发现，具有较多视频游戏经验的儿童在VR教育游戏中表现要比具有较少视频游戏经验的儿童要好，成人学习者也是如此。基于虚拟现实的教育游戏不但能够提升教学的趣味性，在实验真实性上，能够帮助学习者从空间立体角度来进行操作和实验，在技能训练方面，借助于操作杆，学习者可以反复练习程序性技能，提高了实验工具的可重复实用性。
类似地，Roitberg和Banerjee等人也将虚拟现实系统中的操作环境设计成游戏环节。尽管这类系统在游戏化元素设计上略显单薄，但该形式也是VR技术在教育游戏领用中进行突破性尝试的发展人口。也有学者认为基于桌面的虚拟现实技术对学生的吸引力并不大，因为缺少真实的3D体验和声音情境交互，而基于头戴式设备的虚拟现实教育游戏更易使学习者产生沉浸体验。
