基于增强现实技术的儿童水情教育绘本设计研究

水利部会同中宣部、教育部、共青团中央在深入调研我国水情教育，充分借鉴国内外经验的基础上，共同编制完成了《全国水情教育规划（2015—2020年）》，以增强民众水安全、水忧患、水道德意识。青少年是国家的未来，其思想意识与行为准则，关系着国民未来的水安全、水忧患意识和节水、护水、亲水的道德素养，鉴于此，社会各界开展了一系列水文化教育，水情教育读本在这种趋势下也应运而生，其中由多位水情教育专家联合打造，中国水利水电出版社出版的《水文化小学生读本（低、高年级）》正是为孩子们量身定做的教育读本。而如今在数字媒体发展的背景下，儿童读物正处于迅猛发展的势态，传统二维平面纸质书籍的阅读局限性更加明显,已很难满足现阶段学龄儿童的阅读需求，数字化读物方便快捷、静动结合的信息呈现方式，视听触融合的多感官参与和互动，为儿童带来全新的阅读体验。

AR技术的部分特征符合儿童能力发展特点，与少儿科普图书相结合不仅能让孩子们爱上阅读，还能让孩子们在阅读后通过和书中的内容进行真正意义上的互动，实现扎实、长久的记忆，甚至灵活的运用。本研究基于6～8岁学龄期儿童，针对该年龄段儿童的生理和认知思维，从信息的提炼与组织，结合AR技术探索、分析并设计符合儿童兴趣点的新技术水科普图书，让儿童在保持较高的兴趣下进行学习，培养爱水、护水、节水的生态文明意识。

一、增强现实技术在儿童科普绘本领域的优势

（一）虚实结合彰显感官优势

增强现实技术（Augmented Reality，简称 AR）是虚拟现实技术的衍生，是在其基础上发展而来的。其原理就是利用计算机技术将虚拟信息传递到现实环境之中，实现虚拟与现实的结合。AR儿童绘本，一般是指由纸质绘本与配套设计开发的带有AR互动功能的移动端App组成。家长需要协助儿童阅读，用手机或平板电脑终端设备下载和绘本配套的App，然后扫描纸质绘本上的标识或特定图像，识别成功后，手机或平板上会出现三维模型或动画并可与之进行互动。相较于传统纸质图画书，AR绘本以立体直观的非线性形式，把原本静态的图形图像转化为以声音、视频为一体的多维呈现，让儿童在视觉、听觉等多感官感知绘本内容。AR绘本是满足小读者好奇心的选择，同时也分担了很多父母难以挤出时间陪孩子读书的困扰。

（二）交互设计丰富阅读体验

传统纸质图书是单一线性的翻阅阅读，这种翻阅是一种消极被动的互动行为，儿童在翻阅读物时没有主动参与。AR儿童图书保留了传统纸质书以图像为载体的基本特征，并在传统纸质书的基础上增加可实时交互的虚拟元素（三维模型、声音、视频等），儿童借助点击、触摸、视听与AR图书进行互动，使之成为书中主人公，和书中的角色互动交流，这种沉浸式交互，让儿童产生一种身临其境的体验，同时也满足了儿童的好奇心与参与需求，极大地丰富了儿童的阅读体验。

（三）寓教于乐提高学习效率

传统纸质图书在内容上主要为静态平面插图为主，表现形式单一，阅读起来单调乏味。通过AR技术，孩子们可以跟着故事里的主人公一起体验或冒险，在三维模型、音频动画多媒体立体技术的加持下，他们经历了一系列鲜活的体验，会更加清楚地认识书里的内容知识，有效提升了读本信息的传达效率。儿童读者在有代入感的阅读情景下，更清晰地理解图书内容。这种从视觉、听觉、触觉多感官体验的阅读模式，是以一种玩中学的阅读方式，让静态的图文活起来，扩展多方位视听体验，激发儿童的阅读兴趣，提高阅读信息的效率。

二、AR儿童科普绘本案例分析

（一）《艾布克的立体笔记》

《艾布克的立体笔记》是一套结合AR增强现实技术的儿童科普图书，整套绘本利用AR技术让纸质内容转换为立体生动的知识内容，加之音效与交互设计，让科普探索趣味盎然。

《艾布克的立体笔记》适用年龄3～6岁，纸质绘本装帧精美，插画模仿水彩和马克笔材质，色彩淡雅配之手写风的文字，整体设计采用近几年比较流行的“手账”形式，小清新风格符合儿童的审美特征。目录也是图文并茂，画风可爱清新，生动有趣，让读者耳目一新。

交互设计也是独具匠心，通过操作手机或平板电脑，打开App对准有AR标识的页面，虚拟三维图形跃然纸上，还可以通过触屏360度自由观看，为读者提供全新的视听互动体验。在第三辑《探索航天科技》中，探索专家“艾布克”带领孩子们观摩长征运载火箭和神舟飞船是怎样分离的。打开App把摄像头对准主图，便出现一艘立体的正在飞行的火箭，先是抛下逃逸塔，然后是进行一系列的分离，读者可以根据语音提示，点击分离按钮就可以操作火箭一级、二级、整流罩的分离，完成分离了，出现了飞船便进入了轨道。这本书通过AR技术让深刻枯燥的科技知识变得有趣易懂，让儿童玩中学乐在其中。

（二）《地球！给我咬一口》

《地球！给我咬一口》是国内原创AR地球科普绘本，由资深童书编辑策划，此书曾获得由北京电影学院、中国高校虚拟现实VR/AR产学研联盟、沉浸式交互动漫文化部重点实验室主办的首届国际虚拟现实VR/AR大赛“金辰奖”获奖作品——最佳AR儿童教育产品奖。这本地球科普图书应用了大量AR技术，用智能手机或平板电脑观看这本书时，把摄像头对准书页，书上的角色和知识就仿佛从纸上跳出来了一样，从地球内部到地球表面，再到地球大气层外，多彩的矿石及浩瀚的海洋，相关知识在增强现实技术的帮助下得到了最直观的展现。这本书里，除了正常的理论常识介绍外，还有更多的互动环节，例如“敲一敲”“拉出来看看”，整个阅读过程好玩、有趣，让孩子更深入了解这些看似枯燥的知识，同时在了解这些深奥理论知识的基础上，还可以亲自参与进来，把自己融入这些深奥的知识里面。让冰冷的理论知识不再遥远。因为有了孩子们的亲自参与，这些知识一下子就鲜活起来，给他们的印象也更深刻。

三、儿童认知特征

儿童从6周岁开始进入小学到8周岁是儿童的学龄初期，学龄初期儿童的思维由具象思维发展到抽象思维，是思维发展过程中的质变，这种质变需要一个较长的过渡阶段，在开始时常带有很大的不自觉性。这一时期的儿童离开幼儿园进入小学，学习模式发生改变，从以往通过游戏获得的知识储备转变成通过各种学习来获取知识信息，虽然他们的抽象思维水平不断提高，发展的趋势是抽象思维越来越占主导地位，但对于不同学科来讲，会表现出很大的不均衡性，对于直接具象的内容吸收得较快，而对于逻辑较强抽象的概念难以理解，儿童还没有掌握抽象逻辑思维结构，而每天获取的知识量不断增加，难度不断提高，在多门学科压力的冲击下，会慢慢失去在中幼期所具有的既丰富又梦幻的想象力。学龄期儿童处于人生中求知欲最旺盛的时期，思维开始摆脱现象的束缚，获得逻辑性，但还必须依赖于具体的经验，因此儿童科普类绘本制作的核心在于符合儿童的认知发展和特有的审美视角，这有利于激发儿童的想象力，从而提高他们的理解力与学习效率。认知是人们获得知识或应用知识或信息加工的过程，儿童科普教育的方法应依据儿童认知特点来制定，对于他们的水科普教育最好是以具备大量图形图像信息的情景式教育，这就需要多展示图片、影像，通过参与游戏或是数字虚拟交互等方式来营造沉浸式视听场景。儿童认知发展理论为儿童分段教育及分级阅读提供了理论依据。每个年龄段儿童的认知特点也就是该阶段主要心智发展关键期，因此对移动端的AR儿童水情教育绘本做进一步设计与开发时需要利用好每个认知阶段的特点，针对不同阶段儿童的认知特征进行，给图书视觉设计增添说服力。

四、基于移动端的AR儿童水知识绘本设计思路

（一）知识内容定位：趣味性故事为交互做好铺垫

对于儿童来说科普知识相比其他类型绘本较为枯燥，因此趣味性同样是科普绘本的必备条件。主题构思是最关键的一环，要从丰富性和创意性出发，同时不能影响传递知识信息，通过具有吸引力和创造性的故事情节与画面，潜移默化地对儿童精神层面进行滋养和塑造。例如美国科普绘本《神奇校车之水的故事》，以衣着夸张，行为乖张著称的卷毛老师为主人公，开着一辆校车带学生校外实践，这校车非常神奇，能上天又能下海，它可以带所有的学生到人类想不到的地方。神奇校车一飞冲天，停在一朵白云上，全班学生顿时都变成了大大小小的雨滴，跌落小溪接着流浪到水库，然后又潜入自来水厂。洗澡、消毒一番后，泡在配水塔里，最后钻进输水管，一路游到厕所回到学校……“神奇校车”系列图书，是美国国家图书馆推荐给全美学龄前儿童和小学生的课外自然科普读物，曾被美国“波士顿环球报——号角出版社”评为最有价值的童书，自引进中国以来，受到无数小读者的喜爱。书中造型怪异的弗瑞丝小姐（卷毛老师），驾驶着神奇的校车带着孩子们上天下海探究科学的奥秘，把课堂上枯燥的讲述变成有趣的实地探访。复杂严谨的科学概念通过体验性的画面和活泼逗趣的对话来进行传达，让孩子们在轻松、有趣、浪漫的氛围下学习科学。

（二）角色设计：生动角色代入学习情境

不同于故事绘本，科普图书以传递科学知识为核心，学龄期儿童虽然具备一定的逻辑思考能力，但由于缺乏大量的文字储备，若没有一个生动有趣的角色代入学习的情境，单纯地依靠插图和文字是很难提高儿童的学习兴趣的。儿童科普绘本中的角色有着承上启下连贯信息的作用，就如同博物馆有一个好的解说员，要让一部作品受到儿童的喜爱，设计一个生动传神的角色形象是很重要的。

水知识的绘本角色设计可以从绘本内容的关键词展开联想，比如《有趣的水》，将水滴进行拟人化处理，将人的意识、情感、能力体现在拟人化的角色上，通过夸张生动的方式对科学内容进行描绘。也可以站在儿童的角度去大胆设想，尝试儿童喜欢的客观对象，比如《地球，给我咬一口》绘本中的角色是一个可爱的果冻兽，果冻兽偷咬一口地球，或许正是地球被咬一口，我们才能更直观地看到地球的内部结构，果冻兽还会讲解有关知识，带着孩子畅游地球，这本书涉及的知识丰富：地球外部的邻居、各大星系、内部结构、外部大气、地球表面的七大洲四大洋、气候、四季、石头、海水，甚至是自然灾害……这些初高中地理知识，对于一个六七岁的孩子，若是没有一个角色的代入，从中起到连接的作用，是很难让儿童对科普图书产生兴趣，获取知识的。此外AR绘本不是静态的图书形式，所以不仅要考虑角色的三维视角，还要考虑角色的动态结构，让角色在不同的场景中能够真实生动地呈现给读者。

（三）交互设计：寓教于乐的游戏形式

AR水知识科普绘本在传统纸质绘本的基础上，通过增强现实技术以视听交互的方式为儿童呈现虚拟与现实交叠的场景，让儿童在阅读的过程中产生身临其境的感觉。此外，儿童可以通过移动设备在APP功能的协助下实现触控交互，使小读者从被动阅读转变为主动参与，在寓教于乐中提高学习效率。

目前，儿童科普图书中的AR交互主要以游戏形式为主，水情教育绘本应根据水知识内容和儿童认知特征，设计合理丰富的游戏内容。

1.易操作

由于儿童对世界的认知有限，越简单的事物越容易获得他们的喜爱，设计游戏界面功能和视觉元素时，要充分考虑儿童用户的实用需求，避免冗杂的操作，以免影响用户体验。

2.多感官交互

AR儿童绘本是多感官交互表达的呈现，在视觉传达的基础上，融入声音的交互提示和反馈，使儿童直观地感受故事内容，又能激发儿童读者的探索兴趣与求知欲。

3.亲子互动

在亲子阅读交流中父母是决定阅读效果的关键，因此，加入多人模式的游戏设计，让家长适时参与其中，以增进孩子与父母的感情，达到绘本教育的功效。

4.技术实现

AR技术应用于儿童科普绘本项目时，涉及相关的技术很多，制作出版流程也比普通书籍要复杂，除了绘本内容故事角色设定，整体的图文排版，还涉及三维数字内容的制作和程序的编写，而这些只是前期绘本的制作工作，后期出版则要联系科技公司，设计研发相对应的App，因为AR效果的呈现需要借助手机、平板设备才能实现。

五、结语

水作为生态环境的核心部分，需要被人们了解与保护，面向儿童的水情教育绘本融合AR技术，改变了传统纸质阅读被动单一的信息传达模式，在传统二维平面的基础上融入三维，让读者感受到虚拟与现实的场景交叠，并通过视听交互、触控交互、媒介交互构建沉浸式阅读，让儿童在多感觉体验中有效学习水知识，在低年龄阶段了解水情，培养生态保护意识，为生态文明建设打下良好的人文素养基础。