论文部分内容阅读
摘要：在教育游戏领域中，研究者们依据不同的视角探索了游戏对学习的促进作用，但是从具身认知理论对教育游戏进行研究的文章还鲜有出现。具身认知理论强调认知是具身的，认知、身体和环境是一个动态的统一体。基于具身认知理论，本研究构建了EGEC教育游戏开发框架，该框架显示了从虚拟玩家内在心智到外在身体功能以及与不同环境之间的动态统一关系。根据ECJEC教育游戏开发框架并利用Unity 3D引擎技术，针对小学四年级的英语单词学习开发了“环卫斗士”教育游戏并投入到教学实践中，教师和学生对游戏软件本身和学习效果做出了较好的评价，但是仍存在一些问题需要后续逐步解决。
关键词：具身认知；教育游戏；Unity3D； EGJEC框架
中图分类号：G434
文献标识码：A
一、引言
游戏是一种放松的智慧，游戏状态是人的潜能得以“喷涌”的状态，是人最具有创造性的状态，是人身心最健康的状态，是一种最佳的学习状态。正是因为游戏具有这些特殊的优越性，使得国际上众多研究者、教师不断探讨教育与游戏的融合，尝试利用多种理论、技术、方法支持内容学习提高学习者的学习质量和效果。就教育游戏理论的视角而言，与游戏相结合的理论包括“沉浸”理论（Flow Theory）、RETAIN模型认知负荷理论、认知发展、探究式、情境化、“吸收裂痕”与缓解策略、伽达默尔游戏理论、体感控制（The Leap）、需求层次理论、混沌理论、Conceptual Play Spaces理论、Games-t.o-Teach理念、后现代4R课程观、多元智能（Mulciple Intelligence）等。从教育游戏开发技术角度看，主要包括Flash、增强现实等。此外，研究者们还对教育游戏的学习效果进行了多维探究，主要包括动机与成效、教师角色与教师创作T具、兴趣体验、高级思维、学习活动与角色设计等。
通过对教育游戏研究的简要概括可知，教育游戏从认知方式、学习内容、游戏环境、游戏技术等方面得到了较大的发展，但是目前从人类具身认知视角对教育游戏的研究还鲜有出现。具身认知理论的出现并不是与其他学习理论相驳，而是人们对知识的习得、学习过程内在机理认识的新视角和新发现。具身认知理论学派通过探索身体在思维和认知中的作用解释了身体、认知和环境的紧密关系，认为身体的物理属性决定了认知过程的方式和步骤，身体是认知内容提供的途径，认知、身体和环境是一个动态的统一体。具身认知理论从身体这一视角为我们提供了如何看待认知、身体和环境的动态关系，也为如何设计教育游戏提供了一个新的心理学基础和设计方法。笔者基于具身认识理论，利用具有虚拟现实功能的Unity3D开发工具，进行了关于小学英语单词学习的教育游戏探索，探讨具身认知视域下如何进行教育游戏的设计和虚拟环境的开发。
二、具身认知理论与教育游戏
（一）具身认知理论的内涵与认知观
1.具身认知理论的内涵
具身认知（Emhodied Cognition）也称为“涉身认知”，其内涵主要有三种观点：第一，瓦雷拉等人认为认知依赖于经验种类，经验义源自身体，身体义嵌于生物的、心理的和文化的环境中。具身认知理论既不赞成心物（心身）的二元论观点，也不主张物理（身体）一元论，它是心智、身体和环境的一体论，即心智在大脑中、大脑在身体中、身体在环境中，认知、身体和环境构成了一个动态的统一体。第二，西伦认为认知是具身的，即认知源于身体和世界的相互作用。心智与认知必然是以环境中具体的身体结构和身体活动为基础，心智始终是具（体）身（体）的心智，而最初的认知则与具（体）身（体）结构和活动方式始终内在关联。第三，莱考夫和约翰逊提出理性源自我们的大脑、身体和身体经验的本性]，认为身体的构造、神经结构、感官和运动系统的活动方式决定了我们的思维方式，塑造了人们看待世界的视角。不同生物的身体解剖结构决定了他们感知世界的差异，在概念的形成和推理中，人类的知觉和运动系统扮演了一种更重要的基础性角色。
2.具身认知理论认知观
（1）认知源自身体的体验，身体是连接认知与环境的中介和认知本身。身体的物理属性决定了认知过程进行的方式和步骤，并提供了认知的内容。身体不仅是连接认知与学习环境的中介，而且也是学习者认识自我的途径，即人们也在对自我本身进行着一系列探索和体验。具身认知是对传统认知心理学无身认知观点的挑战，即传统认知心理学中假设的符号表征、符号加工模式和连接主义模式。
（2）学习过程是认知、身体和环境的动态统一过程。认知是身体以合适的方式与我们生活世界中物体互动的结果，即认知、身体与环境的恰当有效互动才使学习得以发生。传统认知主义仅仅将存于大脑内的符号信息与表征、命题与规则的操作视为认知过程，然而人类周围的环境结构和信息也参与到了我们的认知过程中，人们会时不时地将环境中的相关信息纳入到相应的逻辑判断和推理之中来参与认知过程。正如具身认知理论认为，环境是认知过程必不可少的部分。
（二）教育游戏
游戏的本质是生命体（包括其他动物与人）的一种自我满足活动，一般表现为人（群体或个体）的一种娱乐活动。游戏是一种主体性活动，具有虚幻性、白发性、体验性、自主性与非功利性。教育游戏是为实现教育目标而采取的一种有效途径，即以游戏为载体实现对个体进行传承文化的活动.增加人们的知识与技能培养。教育游戏就是凭借游戏的这些特性，将教育内容融人其中，使学习者在一种自然状态下达到最佳的学习效果。与游戏相同，教育游戏构建于游戏义具有自己的基本特征，主要包括教育性、娱乐性、规则性、参与性、自我满足等。教育游戏与游戏的最大差别在于其较强的教育性，即学习内容、道德品质、技能培养等。游戏是学习内容的载体和一种学习方式，教育是教育游戏的核心和生命的源泉。在进行教育游戏设计时，必须以教育游戏的基本特征和学习内容进行策划，结合学习者的身心发展、认知水平、知识基础等进行综合把握。使学习者获得满足感、愉悦感最重要的条件之一是教育游戏的游戏规则设计，游戏是具有一定规则、相应道具的个体或群体性活动，人为了满足个人或群体的心理需求而在一定规则下进行探索、挑战、享受等一系列活动。游戏者是基于某种心理需求去选择游戏的，同时义可能无法满足自己的需求而放弃它，游戏的设计应该以满足游戏者的某种心理需求去设计规则和环境。 （三）具身认知与教育游戏
具身认知有利于促进教育游戏玩家、游戏环境和认识活动的统一。游戏的本质是生命体的一种自我满足活动，是一种主体性活动，游戏参与者通过各种活动方式和游戏规则达到预定的目的且获得一定的体验。具身认知理论恰恰为游戏参与者提供了活动体验、游戏环境设计的有力支撑，有利于游戏的设计者从身体、环境和认知统一的角度来看待游戏的设计与开发。
具身认知有利于发挥游戏玩家的主体性和学习体验。具身认知强调身体在认知活动中的重要作用，身体的解剖学结构决定了人类认知内容的不同和认知方式的差异。从人类解剖学视角来看待游戏玩家的自身本能和学习体验，不仅有利于游戏设计者从玩家本身的认知特点、认知方式、个性特征、身体功能等方面考虑如何发挥他们的主体性，而且有利于促使设计者从相反的视角考虑如何设计学习环境、学习内容和工具支持来适应游戏玩家自身的认知特征和身体功能。换句话说，游戏环境设计、学习内容组织、游戏规则设计必须满足学习者的身体构造、神经结构、感官和运动系统的活动方式，才能发挥游戏玩家的主体性和学习体验。对于电子游戏的设计与开发而言，开发出具有身体构造、神经结构、感官和运动系统的游戏玩家显得尤为重要，不仅决定着游戏玩家是否能够通过虚拟化身灵活且充分地获得虚拟环境中的身体体验和主体性的发挥，而且也影响着玩家的认知方式、知识习得的途径和学习效果。
三、基于具身认知理论的教育游戏开发框架-EGEC教育游戏框架构建
本文所探讨的教育游戏是指电子教育游戏，是运用具身认知理论的基本思想来探讨虚拟环境中教育游戏的玩家功能、游戏环境、认知活动等内容的研究。在具身认知理论的指导下，笔者提出了EGEC教育游戏开发框架，探讨教育游戏设计与开发中玩家功能、游戏环境和认知活动之间的辩证统一关系和各自的特征。
（-）EGEC框架构建的理论依据
具身认知的核心观念是：人类凭借自己身体的功能，即身体的解剖学结构、神经系统、感觉器官，结合相应的活动方式来与自身和外部世界进行互动、交流，获得对白身和外在世界的了解，并在大脑内形成对世界的认知。这就决定了在电子教育游戏中，开发出具有模拟人类身体解剖学结构、神经系统、感觉器官的虚拟角色显得十分重要，不仅决定了游戏玩家如何通过其虚拟化身实现主体性、愉悦性、满足感，而且更为重要的是将会影响到学习者对学习内容的认知方式和知识的习得效果。就具身认知理论的视角而言，人类的身体与世界的互动构建了认识世界最为原初的概念，人们凭借这些原初概念支配着身体继续与自身和世界进行探索、交互和体验，不断更新、扩展认知和体验。换句话说，在电子游戏的设计与开发过程中，如何构建虚拟人物的身体功能将直接影响着虚拟环境中人与人、人与环境之间的交互灵活度和体验的深刻性。因此，电子教育游戏的设计与开发必须充分考虑虚拟人物的人体解剖学结构、神经系统、感官和运动系统，发挥外在学习者对内在游戏中虚拟人物的灵活掌控，并以此为中介获得愉悦感、满足感和学习体验。
（二）EGEC框架基本内容
基于具身认知理论构建电子教育游戏开发框架时必须充分考虑心智与认知、身体、环境的动态统一，虚拟玩家的身体结构、神经系统、运动方式和感觉器官既是认知内容的输入渠道，义是虚拟人物与外部环境进行体验和交互的途径。笔者基于具身认知理论构建了具身认知教育游戏开发框架（Educ：ational Game based on Embodied Cognir.ion， 简称“EGEC”），如图1所示。
具身认知游戏开发框架由内而外主要分为三个层次，即认知与心智、身体和环境。第一层和第二层构成了电子游戏中人的主要功能和智能，第三层由虚拟社会环境、自然环境和生物环境所构成。第二层是人与环境和人与自己心智进行交互的中介和桥梁，身体的解剖学结构、神经结构、感觉器官和运动系统的功能实现决定了游戏角色与环境的互动和体验的能力，也决定了与内在认知、心智的交互效果。在电子游戏中可以通过人工智能的编程技术实现第二层次的功能，使虚拟人物具备灵活的运动系统、感觉器官、神经结构和身体结构。譬如我们可以通过Maya建模技术和Unity3D引擎技术构造逼真的虚拟角色，而且能够使其具有较为完整的身体结构，能够拥有像人一样奔跑、跳跃的运动系统，通过程序的控制使其能够具有感知人、物的基本感知功能和判断能力。
环境层次主要包括物理环境、生物环境和社会环境，人们通过身体的体验和互动形成了对这些环境的了解。游戏环境的设计应该以学习内容为核心，保持与学习内容的关联，学习者通过身体在环境中进行体验和互动，实现对学习内容的习得和情景认知。学习环境的另一个特点是知识内容环境化，即将学习内容通过虚拟物体的形式进行表征，或者通过与虚拟物体融合的形式进行显示。在英语单词的学习游戏中，可以将单词和单词代表的内容进行结合实现知识的环境化，游戏玩家就能通过控制虚拟角色去感知和体验这些学习内容。学习环境还具有人际交互的重要特征，学习者在虚拟学习环境中通过人与人的交往实现角色身份、个性特征的扮演，进行人际关系的建立和知识的建构。
虚拟角色的认知与心智可分为两类，即外在控制者的认知与心智和虚拟环境中智能化角色的认知与心智。前者是学习者将虚拟角色作为其白身体验、感受虚拟环境的中介，通过虚拟角色的运动系统、身体功能的反馈来获得游戏的愉悦感、满足感和认知体验；后者往往是非学习者所控制的角色，诸如敌人、服务者等，主要是为了增加游戏的好玩性、挑战性和愉悦性，调动学习者的学习兴趣和学习动机。
认知与心智、身体功能、学习环境共同构成了具身认知理论下教育游戏开发框架的三个主要层次，无论是由内而外还是由外而内，它们都是一个动态的统一体。在电子教育游戏的设计与开发中，虚拟玩家身体的功能对于具身认知学习至关重要，外在学习环境与学习内容的关联是游戏环境设计的基础，培养学习者的认知与心智发展是教育游戏的主要目标。 （三）基于EGEC框架的教育游戏设计原则
基于EGEC框架进行教育游戏设计时至少应遵守以下几个原则：第一，学习者的身心发展是教育游戏设计的前提。不同身心发展阶段的学习者会对游戏内容、游戏环境、游戏规则等有不同的认知、控制的差异，遵循学习者的身心发展规律来运用EGEC框架将会使游戏的设计者、开发者更加关注学习者与游戏开发框架各个层次内容的联系和组织。譬如，如果开发的游戏是面向小学中年级的学生，那么在游戏环境的构建、玩家的角色设计、游戏规则的安排等方面应该符合处于该阶段学生的心理素质、认识能力。该阶段的学生更加倾向于卡通形象的动画角色，比如像“光头强”“熊大”“蓝精灵”等这类的动画形象，学习内容的设计也尽可能具体化和形象化，避免抽象性较高的逻辑思维和游戏规则。第二，教学目标是教育游戏设计围绕的核心。教育游戏是以一定的教学目标为导向的学习设计，游戏环境、游戏内容以及角色的某些特殊功能都要基于学习目标进行组织和构建。在电子教育游戏的设计与开发中，以故事叙事的形式构建游戏环境、游戏规则、游戏关卡、游戏角色等是非常有效的途径之一，该种方法能够将学习内容有效地融入教育游戏之中，在实现学习者主体性、满足感、愉悦感的同时使他们获得相应的知识和能力。第三，虚拟角色的身体功能是教育游戏设计与开发的关键。教育游戏的最终目的是使学习者通过游戏的参与达到预定的学习目标，虚拟角色的身体功能决定着他们如何获得体验和知识的习得，是影响教育目标能否实现的关键。在电子教育游戏中，开发者可以通过动画模型的构建、智能化程序的编写实现高度仿真的虚拟角色，玩家能够通过控制虚拟角色实现更大程度上的学习体验。第四，避免片面地、孤立地认识EGEC框架，要用动态、统一的观念进行教育游戏的构建。虚拟角色的身体功能决定了玩家对环境、学习内容的体验和原始概念的形成，形成的认知和心智反过来也指导着玩家的活动、思维方式。随着玩家对游戏环境、游戏内容、游戏规则的认知和心智发展，他们可以进行假设、推理来实现对一些特殊问题的预想，但不管怎样，假设和推理所用的认知和心智追根溯源无不是通过身体体验与互动得到的。第五，游戏规则是EGEC框架无形的“魂”。游戏归根结底是学习者娱乐的场所，是满足其一定心理需求的人造环境。教育游戏就是将游戏作为实现教育目的的途径，以符合学习者心理特征并满足其心理需求的娱乐方式实现对教育内容的愉悦学习，是将游戏中学习者欲要达到心理满足的强烈愿望转换为学习动机的一种学习途径。恰当的游戏规则设计不仅能够激发学习者的学习兴趣、发挥他们的主体性、获得愉悦感，而且能够将这些感受有效地转化为对学习知识的获得，促进学生的学习。在游戏规则的设计中，亚伯拉罕·马斯洛的需求层次理论是最为典型的游戏规则设计依据之一，该理论从生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我实现五个层次揭示了人类基本的需求发展过程，为教育游戏的规则设计提供了一种有力的理论支撑。
四、基于EGEC框架的“环卫斗士”教育游戏设计
（一）“环卫斗士”故事简介
人类对自然环境的大规模破坏激怒了森林中的熊族，它们为了拯救自然环境而勇于向破坏环境的“伐木盗贼”亮剑。在与“伐木盗贼”的奋战中，小熊的生命随时会受到敌人的威胁，当小熊连续受到伤害且达到它的生命底线时，则会转向英语单词训练场进行单词的学习。小熊通过英语单词的学习得分可以累积它的生命值，当达到规定的生命值时，则义可以返回森林并再次开始与“伐木盗贼”进行搏斗。教育游戏与商业游戏的最大区别是，前者以学习为目的，后者则以盈利为目的。“环卫斗士”游戏规则的设计并不是要求学生通过金钱的购买来获得相应的生命值，而是将学习者为实现不同层次心理需求的强烈愿望转化为依靠英语单词的学习而获得。
（二）“环卫斗士”教育游戏设计
1.学习者分析。“环卫斗士”游戏的学习者面向小学四年级学生，学习内容是与课程教学同步的英语单词，游戏学习的目的是为了巩固学生对单词的记忆。学生的知识基础是刚刚学过的英语单词。这一阶段的小学生对逼真的动画形象十分感兴趣，所以游戏主角以可爱的小熊作为玩家的虚拟化身，配合风景如画的3D场景，激发学生的学习兴趣。
2.教育内容设计。教师或学习者可以自定义英语单词的学习内容，通过对文件夹中的单词文本进行指定的格式修改、单词添加即可完成。“环卫斗士”游戏的教育目的是强化学生对指定单词的识别和记忆，通过小熊与伐木盗贼的斗争培养学生保护环境的意识。
3.游戏角色设计。虚拟角色的身体构造、神经系统、感觉器官和运动系统决定了学习者在游戏中如何体验、如何认知、如何交互。“环卫斗士”中的游戏角色是基于Maya建模技术和Unity3D引擎技术进行构建和驱动的，游戏中的小熊、伐木盗贼具有灵活的运动系统，能够灵活奔跑和跳跃。它们也具有一定的感知能力，“伐木盗贼”能够实时检测小熊的位置，并采取移动、奔跑、攻击等行为。
4.游戏规则设计。“环卫斗士”游戏的游戏规则旨在将玩家对游戏的渴望和心理需求的满足感与英语单词的学习关联起来，实现动机的转换，调动学生的学习兴趣。玩家登陆游戏平台后首先进入英语单词的学习，达到一定积分时则会进入到快乐的游戏场，即小熊斗伐木盗贼。在小熊与伐木盗贼的较量中，小熊和每个伐木盗贼都具有一定的生命值，如果被对方击中则会将生命值减1。挑战与获胜给玩家带来了快乐与兴趣，正是这种快乐在一定程度上满足了玩家的心理需求，然而，当其生命值等于0时，则被迫回到单词训练场学习单词，直到积分达到规定值后再返回游戏中。
“环卫斗士”游戏从三大类十一个角度进行了从学习者、学习内容、游戏环境、游戏玩家、游戏规则等方面的详细设计，如右表所示。
五、 “环卫斗士”教育游戏开发概要
“环卫斗士”游戏开发的重点和难点是游戏角色的身体功能实现、游戏规则的程序控制、英语单词的学习，本文主要就这三个方面进行一下简要概述。 （一）“环卫斗士”运动系统及其功能
凭借Unity3D引擎动画系统的骨骼重定向功能将导入的3D小熊模型进行动画状态机的设置，实现通过动画状态机对小熊模型的实时控制。小熊的动画状态以悠闲（Idle）状态为基础，通过速度参数、方向参数的变化进行动画状态的控制。为了更加灵活地控制小熊前进的方向、行走和奔跑，创建了WalkAndRun状态融合树，融合树的实质是将具有一些共性的动画以树状的形式组织，实现通过参数的灵活控制。小熊的WalkAndRun状态融合树包括行走和奔跑两个融合树，每个融合树分别由三个动画状态构成；行走和奔跑的运动状态控制是通过速度参数（Speed）控制的，行走和奔跑中的方向控制是通过方向参数（Direction）掌控的。
为了消灭伐木盗贼和实现自身防卫， “环卫斗士”拥有挥刀砍劈、舞刀旋转和口吐火球的基本功能。挥刀砍劈仅当小熊处于悠闲（Idle）状态时，通过按下键盘上的Ctrl键来实现。舞刀旋转功能是通过键盘上的R键实现的，该功能的实现不受当时小熊动画播放状态的影响。口吐火球是小熊最为厉害的功能之一，它能够在每隔两秒的时间中发射一次小火球，这一功能是通过Alt键实现的，当该键处于按下状态时，小熊则会从口里吐出小火球射向远方，实现攻击的功能。当小熊被伐木盗贼的宝剑击中时，其生命值就会减1，如果小熊的生命值小于或等于0时，则防御失败，玩家则会被迫进入英语单词学习场，通过英语单词学习来达到进入“小熊护林游戏场”的生命值，如图2所示。
（二）智能化的伐木盗贼
一款游戏的可玩性基本上是由敌人的AI来决定的，AI即人工智能，通常被添加给非主角控制的角色[24]。伐木盗贼是“环卫斗士”游戏中虚构的一个非学习者控制的角色，它以破坏环境、毁坏森林为目的。游戏的好玩性、娱乐性、挑战性就在于赋予“伐木盗贼”能够进行独立思考、主动攻击、自我防护等方面的功能，即角色的智能化。AI的有效性仅限于其行为和条件以及程序员可以多么熟练地预测AI可能处于的情景[25]。在“环卫斗士”游戏中，主要从两个方面进行小熊的智能化设计，即生存设计、行为设计。首先，生存设计是指伐木盗贼具有规定的生命数值，他们能够抵抗住小熊的10次攻击。如果游戏场景中的伐木盗贼数量少于10人时，游戏系统则会自动在相应位置生成一定数量的伐木盗贼，使游戏玩家能够持续获得游戏的愉悦感和挑战性。其次，伐木盗贼最受玩家欢迎的是它能够像人类一样进行判断、思考和采取相应的行为，诸如闲逛、侦查、攻击等。在通常状态下，伐木盗贼会无所事事地在某个地点一会行走、一会转身、一会若有所思，这些功能是通过程序随机切换他的动画状态实现的。伐木盗贼通过Vector3.Distance（）方法实现对小熊位置的实时检测，并测试它与自己的距离是否在攻击的范围内，如果距离等于或小于10米时，伐木盗贼就会立刻停止闲散的游荡，然后转身朝向小熊走来。如果它们之间的距离等于或小于1米时，伐木盗贼则会自动停止走动，同时会向小熊挥刀砍劈。伐木盗贼智能的实现是通过程序控制Unity3D的动画系统完成的，通过将行走、砍劈等动画状态组织在动画状态机中，凭借计算机的输入系统与动画过度参数的关联来实现其动作的灵活控制和人工智能化。
（三）英语单词训练场
在“英语单词训练场”这一关卡中，小熊主要通过英语单词的游戏学习获得积分、增加生命值，并将小熊的状态与分值进行关联实现实时的学习成绩反馈。英语单词学习包括英语单词、单词的读取、3D单词创建、单词匹配共四个部分，前两部分主要是数据的组织和读取，后两部分涉及到Unity3D物理引擎中预件、刚体、碰撞器等功能。英语单词学习的基本规则是：当英语单词从空中飘落且没有超出地面界限时，学习者必须通过鼠标点击的形式完成英、汉之间的正确匹配，否则将会对分值减1。当英语单词游戏刚开始时，会随机产生四个中文词组和一个英语单词，如果词组触地则会消失，当四个词组全部消失时会重新开始生成新的四组中文词汇和一个英语单词，如图3所示。
第一，词组数据的渎取。该游戏的英汉词组是通过TXT格式的文本存储的，每行设置英语和中文两个词语，中间以“l”相隔，便于后续单词的分离和组合。在数据的读取过程中，利用C#脚本中File.OpenTexto方法以流的形式读取指定的文本数据，并将其以ArrayList的格式存贮为数组。
第二，创建3D文字。游戏3D文字的创建过程包括三个主要阶段，即随机提取数组、分离单词、赋予预件。单词数据的提取是从ArrayList格式的数组中随机提取，并通过Random（）方法实现。检测英语单词学习效果的途径是通过单词的正确匹配，方法是将数组中英汉混合的词语通过Split0方法进行分离，并将中文赋予给3D文字预件，同时在四个数组词语中随机提取一个英语单词并赋予Lahel标签作为要匹配的目标词语。
第三，3D文字的实例化。在Unity3D中，预件是能够重复实例化的一个实体母版，通过实例化的方法能够实现各种预件物体的动态克隆，英语单词游戏就充分利用了预件的重用性实现了英语单词的重复组合和销毁。预件在实例化之前必须为它添加相应的功能组件，因为Unity3D中所有的物体全是由不同的功能组件形成的，包括具有不同功能的各种脚本。在该游戏中，3D文字预件至少包括：碰撞组件、刚体组件、文字网格组件（TextMesh）和变换组件，缺少任何一项都不可能实现预定的目标。当将单词进行英、汉分离后，同时将中文词语赋予预件中的文字网格组件（Text.Mesh），然后通过GameOhject类中的Inscanc.iate0方法实例化具体的3D文字，此时就会出现中文词语从空而降的情景。
第四，英、汉词语的点选与匹配。单词的学习成绩最终是通过学习者点选与匹配单词证实的，通过英汉单词的分离、预件文本的赋予、中文单词的实例化和英语单词的随机提取等过程最终形成了单词的匹配预设，即如果学习者点选的中文与提示的英语单词一致则加1分，否则减1分。根据学习者的得分情况，小熊会表现出悠闲状态、挥手状态、兴奋状态和悲伤状态，作为对学习者学习成绩的持续评价。
六、 “环卫斗士”游戏评价
（一）基于RETAIN模型的“环卫斗士”游戏评价
美国中佛罗里达大学的Gunter博士和Kenny博士提出了教育游戏设计和评价的RETAIN模型，包括Relevance（相关）、Embedding（嵌入）、Transfer（迁移）、Adaptation（适应）、Immersion（沉浸）、Naturalization（自然化）六个方面，Gunter博士和Kenny博士并基于该模型提出了教育游戏评价标准和量表[26]。笔者邀请了10名小学教师对“环卫斗士”游戏进行评价，评价以Gunter博士和Kenny博士的量表为准进行评分，总分100分。评价结果显示，最高分90分，最低分61分，平均分为82.3分。教师们对游戏的总体评价较好，尤其是游戏的交互性能、环境设计、内容学习。不足之处在于功能还不太全面，比如能不能提供一些单词的声音训练，是不是应该加强关于学习目标和鼓励机制的设计等。
（二）“环卫斗士”游戏的学习效能评价
为了评估“环卫斗士”游戏的学习效能，将其投入到贵州省铜仁市某小学的四年级英语单词学习中。游戏的学习效能评价主要包括学习动机、学习兴趣、学习成绩等三个方面的影响。就学习兴趣和学习动机而言，“环卫斗士”与纸质的单词朗读和默写相比能够更加有效地激发和保持学生的学习兴趣和动机，而且随着学习时间的持续，两种不同学习方式之间产生的差异越发显著。在对小学四年级第二单元的英语单词学习之后，采用游戏学习的班级要比普通班级的平均分高出 6.2分，课堂中学生有意注意力的保持也具有非常明显的优势。
七、结语与展望
EGEC教育游戏框架产生于具身认知理论的指导下教育游戏中游戏玩家、认知和环境的统一关系之中，为教育游戏的设计者与开发者如何认知虚拟玩家的身体功能、认识活动和游戏环境提供了一种新的视角。在“环卫斗士”游戏的设计、开发和实践应用中，进一步证实了EGEC教育游戏开发框架对游戏中角色功能设计、环境安排、活动组织等具有参考价值。在未来教育游戏的研究中，将进一步丰富和发展EGEC教育游戏开发框架的内涵和外延，拓展其开发与应用的实践领域。
关键词：具身认知；教育游戏；Unity3D； EGJEC框架
中图分类号：G434
文献标识码：A
一、引言
游戏是一种放松的智慧，游戏状态是人的潜能得以“喷涌”的状态，是人最具有创造性的状态，是人身心最健康的状态，是一种最佳的学习状态。正是因为游戏具有这些特殊的优越性，使得国际上众多研究者、教师不断探讨教育与游戏的融合，尝试利用多种理论、技术、方法支持内容学习提高学习者的学习质量和效果。就教育游戏理论的视角而言，与游戏相结合的理论包括“沉浸”理论（Flow Theory）、RETAIN模型认知负荷理论、认知发展、探究式、情境化、“吸收裂痕”与缓解策略、伽达默尔游戏理论、体感控制（The Leap）、需求层次理论、混沌理论、Conceptual Play Spaces理论、Games-t.o-Teach理念、后现代4R课程观、多元智能（Mulciple Intelligence）等。从教育游戏开发技术角度看，主要包括Flash、增强现实等。此外，研究者们还对教育游戏的学习效果进行了多维探究，主要包括动机与成效、教师角色与教师创作T具、兴趣体验、高级思维、学习活动与角色设计等。
通过对教育游戏研究的简要概括可知，教育游戏从认知方式、学习内容、游戏环境、游戏技术等方面得到了较大的发展，但是目前从人类具身认知视角对教育游戏的研究还鲜有出现。具身认知理论的出现并不是与其他学习理论相驳，而是人们对知识的习得、学习过程内在机理认识的新视角和新发现。具身认知理论学派通过探索身体在思维和认知中的作用解释了身体、认知和环境的紧密关系，认为身体的物理属性决定了认知过程的方式和步骤，身体是认知内容提供的途径，认知、身体和环境是一个动态的统一体。具身认知理论从身体这一视角为我们提供了如何看待认知、身体和环境的动态关系，也为如何设计教育游戏提供了一个新的心理学基础和设计方法。笔者基于具身认识理论，利用具有虚拟现实功能的Unity3D开发工具，进行了关于小学英语单词学习的教育游戏探索，探讨具身认知视域下如何进行教育游戏的设计和虚拟环境的开发。
二、具身认知理论与教育游戏
（一）具身认知理论的内涵与认知观
1.具身认知理论的内涵
具身认知（Emhodied Cognition）也称为“涉身认知”，其内涵主要有三种观点：第一，瓦雷拉等人认为认知依赖于经验种类，经验义源自身体，身体义嵌于生物的、心理的和文化的环境中。具身认知理论既不赞成心物（心身）的二元论观点，也不主张物理（身体）一元论，它是心智、身体和环境的一体论，即心智在大脑中、大脑在身体中、身体在环境中，认知、身体和环境构成了一个动态的统一体。第二，西伦认为认知是具身的，即认知源于身体和世界的相互作用。心智与认知必然是以环境中具体的身体结构和身体活动为基础，心智始终是具（体）身（体）的心智，而最初的认知则与具（体）身（体）结构和活动方式始终内在关联。第三，莱考夫和约翰逊提出理性源自我们的大脑、身体和身体经验的本性]，认为身体的构造、神经结构、感官和运动系统的活动方式决定了我们的思维方式，塑造了人们看待世界的视角。不同生物的身体解剖结构决定了他们感知世界的差异，在概念的形成和推理中，人类的知觉和运动系统扮演了一种更重要的基础性角色。
2.具身认知理论认知观
（1）认知源自身体的体验，身体是连接认知与环境的中介和认知本身。身体的物理属性决定了认知过程进行的方式和步骤，并提供了认知的内容。身体不仅是连接认知与学习环境的中介，而且也是学习者认识自我的途径，即人们也在对自我本身进行着一系列探索和体验。具身认知是对传统认知心理学无身认知观点的挑战，即传统认知心理学中假设的符号表征、符号加工模式和连接主义模式。
（2）学习过程是认知、身体和环境的动态统一过程。认知是身体以合适的方式与我们生活世界中物体互动的结果，即认知、身体与环境的恰当有效互动才使学习得以发生。传统认知主义仅仅将存于大脑内的符号信息与表征、命题与规则的操作视为认知过程，然而人类周围的环境结构和信息也参与到了我们的认知过程中，人们会时不时地将环境中的相关信息纳入到相应的逻辑判断和推理之中来参与认知过程。正如具身认知理论认为，环境是认知过程必不可少的部分。
（二）教育游戏
游戏的本质是生命体（包括其他动物与人）的一种自我满足活动，一般表现为人（群体或个体）的一种娱乐活动。游戏是一种主体性活动，具有虚幻性、白发性、体验性、自主性与非功利性。教育游戏是为实现教育目标而采取的一种有效途径，即以游戏为载体实现对个体进行传承文化的活动.增加人们的知识与技能培养。教育游戏就是凭借游戏的这些特性，将教育内容融人其中，使学习者在一种自然状态下达到最佳的学习效果。与游戏相同，教育游戏构建于游戏义具有自己的基本特征，主要包括教育性、娱乐性、规则性、参与性、自我满足等。教育游戏与游戏的最大差别在于其较强的教育性，即学习内容、道德品质、技能培养等。游戏是学习内容的载体和一种学习方式，教育是教育游戏的核心和生命的源泉。在进行教育游戏设计时，必须以教育游戏的基本特征和学习内容进行策划，结合学习者的身心发展、认知水平、知识基础等进行综合把握。使学习者获得满足感、愉悦感最重要的条件之一是教育游戏的游戏规则设计，游戏是具有一定规则、相应道具的个体或群体性活动，人为了满足个人或群体的心理需求而在一定规则下进行探索、挑战、享受等一系列活动。游戏者是基于某种心理需求去选择游戏的，同时义可能无法满足自己的需求而放弃它，游戏的设计应该以满足游戏者的某种心理需求去设计规则和环境。 （三）具身认知与教育游戏
具身认知有利于促进教育游戏玩家、游戏环境和认识活动的统一。游戏的本质是生命体的一种自我满足活动，是一种主体性活动，游戏参与者通过各种活动方式和游戏规则达到预定的目的且获得一定的体验。具身认知理论恰恰为游戏参与者提供了活动体验、游戏环境设计的有力支撑，有利于游戏的设计者从身体、环境和认知统一的角度来看待游戏的设计与开发。
具身认知有利于发挥游戏玩家的主体性和学习体验。具身认知强调身体在认知活动中的重要作用，身体的解剖学结构决定了人类认知内容的不同和认知方式的差异。从人类解剖学视角来看待游戏玩家的自身本能和学习体验，不仅有利于游戏设计者从玩家本身的认知特点、认知方式、个性特征、身体功能等方面考虑如何发挥他们的主体性，而且有利于促使设计者从相反的视角考虑如何设计学习环境、学习内容和工具支持来适应游戏玩家自身的认知特征和身体功能。换句话说，游戏环境设计、学习内容组织、游戏规则设计必须满足学习者的身体构造、神经结构、感官和运动系统的活动方式，才能发挥游戏玩家的主体性和学习体验。对于电子游戏的设计与开发而言，开发出具有身体构造、神经结构、感官和运动系统的游戏玩家显得尤为重要，不仅决定着游戏玩家是否能够通过虚拟化身灵活且充分地获得虚拟环境中的身体体验和主体性的发挥，而且也影响着玩家的认知方式、知识习得的途径和学习效果。
三、基于具身认知理论的教育游戏开发框架-EGEC教育游戏框架构建
本文所探讨的教育游戏是指电子教育游戏，是运用具身认知理论的基本思想来探讨虚拟环境中教育游戏的玩家功能、游戏环境、认知活动等内容的研究。在具身认知理论的指导下，笔者提出了EGEC教育游戏开发框架，探讨教育游戏设计与开发中玩家功能、游戏环境和认知活动之间的辩证统一关系和各自的特征。
（-）EGEC框架构建的理论依据
具身认知的核心观念是：人类凭借自己身体的功能，即身体的解剖学结构、神经系统、感觉器官，结合相应的活动方式来与自身和外部世界进行互动、交流，获得对白身和外在世界的了解，并在大脑内形成对世界的认知。这就决定了在电子教育游戏中，开发出具有模拟人类身体解剖学结构、神经系统、感觉器官的虚拟角色显得十分重要，不仅决定了游戏玩家如何通过其虚拟化身实现主体性、愉悦性、满足感，而且更为重要的是将会影响到学习者对学习内容的认知方式和知识的习得效果。就具身认知理论的视角而言，人类的身体与世界的互动构建了认识世界最为原初的概念，人们凭借这些原初概念支配着身体继续与自身和世界进行探索、交互和体验，不断更新、扩展认知和体验。换句话说，在电子游戏的设计与开发过程中，如何构建虚拟人物的身体功能将直接影响着虚拟环境中人与人、人与环境之间的交互灵活度和体验的深刻性。因此，电子教育游戏的设计与开发必须充分考虑虚拟人物的人体解剖学结构、神经系统、感官和运动系统，发挥外在学习者对内在游戏中虚拟人物的灵活掌控，并以此为中介获得愉悦感、满足感和学习体验。
（二）EGEC框架基本内容
基于具身认知理论构建电子教育游戏开发框架时必须充分考虑心智与认知、身体、环境的动态统一，虚拟玩家的身体结构、神经系统、运动方式和感觉器官既是认知内容的输入渠道，义是虚拟人物与外部环境进行体验和交互的途径。笔者基于具身认知理论构建了具身认知教育游戏开发框架（Educ：ational Game based on Embodied Cognir.ion， 简称“EGEC”），如图1所示。
具身认知游戏开发框架由内而外主要分为三个层次，即认知与心智、身体和环境。第一层和第二层构成了电子游戏中人的主要功能和智能，第三层由虚拟社会环境、自然环境和生物环境所构成。第二层是人与环境和人与自己心智进行交互的中介和桥梁，身体的解剖学结构、神经结构、感觉器官和运动系统的功能实现决定了游戏角色与环境的互动和体验的能力，也决定了与内在认知、心智的交互效果。在电子游戏中可以通过人工智能的编程技术实现第二层次的功能，使虚拟人物具备灵活的运动系统、感觉器官、神经结构和身体结构。譬如我们可以通过Maya建模技术和Unity3D引擎技术构造逼真的虚拟角色，而且能够使其具有较为完整的身体结构，能够拥有像人一样奔跑、跳跃的运动系统，通过程序的控制使其能够具有感知人、物的基本感知功能和判断能力。
环境层次主要包括物理环境、生物环境和社会环境，人们通过身体的体验和互动形成了对这些环境的了解。游戏环境的设计应该以学习内容为核心，保持与学习内容的关联，学习者通过身体在环境中进行体验和互动，实现对学习内容的习得和情景认知。学习环境的另一个特点是知识内容环境化，即将学习内容通过虚拟物体的形式进行表征，或者通过与虚拟物体融合的形式进行显示。在英语单词的学习游戏中，可以将单词和单词代表的内容进行结合实现知识的环境化，游戏玩家就能通过控制虚拟角色去感知和体验这些学习内容。学习环境还具有人际交互的重要特征，学习者在虚拟学习环境中通过人与人的交往实现角色身份、个性特征的扮演，进行人际关系的建立和知识的建构。
虚拟角色的认知与心智可分为两类，即外在控制者的认知与心智和虚拟环境中智能化角色的认知与心智。前者是学习者将虚拟角色作为其白身体验、感受虚拟环境的中介，通过虚拟角色的运动系统、身体功能的反馈来获得游戏的愉悦感、满足感和认知体验；后者往往是非学习者所控制的角色，诸如敌人、服务者等，主要是为了增加游戏的好玩性、挑战性和愉悦性，调动学习者的学习兴趣和学习动机。
认知与心智、身体功能、学习环境共同构成了具身认知理论下教育游戏开发框架的三个主要层次，无论是由内而外还是由外而内，它们都是一个动态的统一体。在电子教育游戏的设计与开发中，虚拟玩家身体的功能对于具身认知学习至关重要，外在学习环境与学习内容的关联是游戏环境设计的基础，培养学习者的认知与心智发展是教育游戏的主要目标。 （三）基于EGEC框架的教育游戏设计原则
基于EGEC框架进行教育游戏设计时至少应遵守以下几个原则：第一，学习者的身心发展是教育游戏设计的前提。不同身心发展阶段的学习者会对游戏内容、游戏环境、游戏规则等有不同的认知、控制的差异，遵循学习者的身心发展规律来运用EGEC框架将会使游戏的设计者、开发者更加关注学习者与游戏开发框架各个层次内容的联系和组织。譬如，如果开发的游戏是面向小学中年级的学生，那么在游戏环境的构建、玩家的角色设计、游戏规则的安排等方面应该符合处于该阶段学生的心理素质、认识能力。该阶段的学生更加倾向于卡通形象的动画角色，比如像“光头强”“熊大”“蓝精灵”等这类的动画形象，学习内容的设计也尽可能具体化和形象化，避免抽象性较高的逻辑思维和游戏规则。第二，教学目标是教育游戏设计围绕的核心。教育游戏是以一定的教学目标为导向的学习设计，游戏环境、游戏内容以及角色的某些特殊功能都要基于学习目标进行组织和构建。在电子教育游戏的设计与开发中，以故事叙事的形式构建游戏环境、游戏规则、游戏关卡、游戏角色等是非常有效的途径之一，该种方法能够将学习内容有效地融入教育游戏之中，在实现学习者主体性、满足感、愉悦感的同时使他们获得相应的知识和能力。第三，虚拟角色的身体功能是教育游戏设计与开发的关键。教育游戏的最终目的是使学习者通过游戏的参与达到预定的学习目标，虚拟角色的身体功能决定着他们如何获得体验和知识的习得，是影响教育目标能否实现的关键。在电子教育游戏中，开发者可以通过动画模型的构建、智能化程序的编写实现高度仿真的虚拟角色，玩家能够通过控制虚拟角色实现更大程度上的学习体验。第四，避免片面地、孤立地认识EGEC框架，要用动态、统一的观念进行教育游戏的构建。虚拟角色的身体功能决定了玩家对环境、学习内容的体验和原始概念的形成，形成的认知和心智反过来也指导着玩家的活动、思维方式。随着玩家对游戏环境、游戏内容、游戏规则的认知和心智发展，他们可以进行假设、推理来实现对一些特殊问题的预想，但不管怎样，假设和推理所用的认知和心智追根溯源无不是通过身体体验与互动得到的。第五，游戏规则是EGEC框架无形的“魂”。游戏归根结底是学习者娱乐的场所，是满足其一定心理需求的人造环境。教育游戏就是将游戏作为实现教育目的的途径，以符合学习者心理特征并满足其心理需求的娱乐方式实现对教育内容的愉悦学习，是将游戏中学习者欲要达到心理满足的强烈愿望转换为学习动机的一种学习途径。恰当的游戏规则设计不仅能够激发学习者的学习兴趣、发挥他们的主体性、获得愉悦感，而且能够将这些感受有效地转化为对学习知识的获得，促进学生的学习。在游戏规则的设计中，亚伯拉罕·马斯洛的需求层次理论是最为典型的游戏规则设计依据之一，该理论从生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我实现五个层次揭示了人类基本的需求发展过程，为教育游戏的规则设计提供了一种有力的理论支撑。
四、基于EGEC框架的“环卫斗士”教育游戏设计
（一）“环卫斗士”故事简介
人类对自然环境的大规模破坏激怒了森林中的熊族，它们为了拯救自然环境而勇于向破坏环境的“伐木盗贼”亮剑。在与“伐木盗贼”的奋战中，小熊的生命随时会受到敌人的威胁，当小熊连续受到伤害且达到它的生命底线时，则会转向英语单词训练场进行单词的学习。小熊通过英语单词的学习得分可以累积它的生命值，当达到规定的生命值时，则义可以返回森林并再次开始与“伐木盗贼”进行搏斗。教育游戏与商业游戏的最大区别是，前者以学习为目的，后者则以盈利为目的。“环卫斗士”游戏规则的设计并不是要求学生通过金钱的购买来获得相应的生命值，而是将学习者为实现不同层次心理需求的强烈愿望转化为依靠英语单词的学习而获得。
（二）“环卫斗士”教育游戏设计
1.学习者分析。“环卫斗士”游戏的学习者面向小学四年级学生，学习内容是与课程教学同步的英语单词，游戏学习的目的是为了巩固学生对单词的记忆。学生的知识基础是刚刚学过的英语单词。这一阶段的小学生对逼真的动画形象十分感兴趣，所以游戏主角以可爱的小熊作为玩家的虚拟化身，配合风景如画的3D场景，激发学生的学习兴趣。
2.教育内容设计。教师或学习者可以自定义英语单词的学习内容，通过对文件夹中的单词文本进行指定的格式修改、单词添加即可完成。“环卫斗士”游戏的教育目的是强化学生对指定单词的识别和记忆，通过小熊与伐木盗贼的斗争培养学生保护环境的意识。
3.游戏角色设计。虚拟角色的身体构造、神经系统、感觉器官和运动系统决定了学习者在游戏中如何体验、如何认知、如何交互。“环卫斗士”中的游戏角色是基于Maya建模技术和Unity3D引擎技术进行构建和驱动的，游戏中的小熊、伐木盗贼具有灵活的运动系统，能够灵活奔跑和跳跃。它们也具有一定的感知能力，“伐木盗贼”能够实时检测小熊的位置，并采取移动、奔跑、攻击等行为。
4.游戏规则设计。“环卫斗士”游戏的游戏规则旨在将玩家对游戏的渴望和心理需求的满足感与英语单词的学习关联起来，实现动机的转换，调动学生的学习兴趣。玩家登陆游戏平台后首先进入英语单词的学习，达到一定积分时则会进入到快乐的游戏场，即小熊斗伐木盗贼。在小熊与伐木盗贼的较量中，小熊和每个伐木盗贼都具有一定的生命值，如果被对方击中则会将生命值减1。挑战与获胜给玩家带来了快乐与兴趣，正是这种快乐在一定程度上满足了玩家的心理需求，然而，当其生命值等于0时，则被迫回到单词训练场学习单词，直到积分达到规定值后再返回游戏中。
“环卫斗士”游戏从三大类十一个角度进行了从学习者、学习内容、游戏环境、游戏玩家、游戏规则等方面的详细设计，如右表所示。
五、 “环卫斗士”教育游戏开发概要
“环卫斗士”游戏开发的重点和难点是游戏角色的身体功能实现、游戏规则的程序控制、英语单词的学习，本文主要就这三个方面进行一下简要概述。 （一）“环卫斗士”运动系统及其功能
凭借Unity3D引擎动画系统的骨骼重定向功能将导入的3D小熊模型进行动画状态机的设置，实现通过动画状态机对小熊模型的实时控制。小熊的动画状态以悠闲（Idle）状态为基础，通过速度参数、方向参数的变化进行动画状态的控制。为了更加灵活地控制小熊前进的方向、行走和奔跑，创建了WalkAndRun状态融合树，融合树的实质是将具有一些共性的动画以树状的形式组织，实现通过参数的灵活控制。小熊的WalkAndRun状态融合树包括行走和奔跑两个融合树，每个融合树分别由三个动画状态构成；行走和奔跑的运动状态控制是通过速度参数（Speed）控制的，行走和奔跑中的方向控制是通过方向参数（Direction）掌控的。
为了消灭伐木盗贼和实现自身防卫， “环卫斗士”拥有挥刀砍劈、舞刀旋转和口吐火球的基本功能。挥刀砍劈仅当小熊处于悠闲（Idle）状态时，通过按下键盘上的Ctrl键来实现。舞刀旋转功能是通过键盘上的R键实现的，该功能的实现不受当时小熊动画播放状态的影响。口吐火球是小熊最为厉害的功能之一，它能够在每隔两秒的时间中发射一次小火球，这一功能是通过Alt键实现的，当该键处于按下状态时，小熊则会从口里吐出小火球射向远方，实现攻击的功能。当小熊被伐木盗贼的宝剑击中时，其生命值就会减1，如果小熊的生命值小于或等于0时，则防御失败，玩家则会被迫进入英语单词学习场，通过英语单词学习来达到进入“小熊护林游戏场”的生命值，如图2所示。
（二）智能化的伐木盗贼
一款游戏的可玩性基本上是由敌人的AI来决定的，AI即人工智能，通常被添加给非主角控制的角色[24]。伐木盗贼是“环卫斗士”游戏中虚构的一个非学习者控制的角色，它以破坏环境、毁坏森林为目的。游戏的好玩性、娱乐性、挑战性就在于赋予“伐木盗贼”能够进行独立思考、主动攻击、自我防护等方面的功能，即角色的智能化。AI的有效性仅限于其行为和条件以及程序员可以多么熟练地预测AI可能处于的情景[25]。在“环卫斗士”游戏中，主要从两个方面进行小熊的智能化设计，即生存设计、行为设计。首先，生存设计是指伐木盗贼具有规定的生命数值，他们能够抵抗住小熊的10次攻击。如果游戏场景中的伐木盗贼数量少于10人时，游戏系统则会自动在相应位置生成一定数量的伐木盗贼，使游戏玩家能够持续获得游戏的愉悦感和挑战性。其次，伐木盗贼最受玩家欢迎的是它能够像人类一样进行判断、思考和采取相应的行为，诸如闲逛、侦查、攻击等。在通常状态下，伐木盗贼会无所事事地在某个地点一会行走、一会转身、一会若有所思，这些功能是通过程序随机切换他的动画状态实现的。伐木盗贼通过Vector3.Distance（）方法实现对小熊位置的实时检测，并测试它与自己的距离是否在攻击的范围内，如果距离等于或小于10米时，伐木盗贼就会立刻停止闲散的游荡，然后转身朝向小熊走来。如果它们之间的距离等于或小于1米时，伐木盗贼则会自动停止走动，同时会向小熊挥刀砍劈。伐木盗贼智能的实现是通过程序控制Unity3D的动画系统完成的，通过将行走、砍劈等动画状态组织在动画状态机中，凭借计算机的输入系统与动画过度参数的关联来实现其动作的灵活控制和人工智能化。
（三）英语单词训练场
在“英语单词训练场”这一关卡中，小熊主要通过英语单词的游戏学习获得积分、增加生命值，并将小熊的状态与分值进行关联实现实时的学习成绩反馈。英语单词学习包括英语单词、单词的读取、3D单词创建、单词匹配共四个部分，前两部分主要是数据的组织和读取，后两部分涉及到Unity3D物理引擎中预件、刚体、碰撞器等功能。英语单词学习的基本规则是：当英语单词从空中飘落且没有超出地面界限时，学习者必须通过鼠标点击的形式完成英、汉之间的正确匹配，否则将会对分值减1。当英语单词游戏刚开始时，会随机产生四个中文词组和一个英语单词，如果词组触地则会消失，当四个词组全部消失时会重新开始生成新的四组中文词汇和一个英语单词，如图3所示。
第一，词组数据的渎取。该游戏的英汉词组是通过TXT格式的文本存储的，每行设置英语和中文两个词语，中间以“l”相隔，便于后续单词的分离和组合。在数据的读取过程中，利用C#脚本中File.OpenTexto方法以流的形式读取指定的文本数据，并将其以ArrayList的格式存贮为数组。
第二，创建3D文字。游戏3D文字的创建过程包括三个主要阶段，即随机提取数组、分离单词、赋予预件。单词数据的提取是从ArrayList格式的数组中随机提取，并通过Random（）方法实现。检测英语单词学习效果的途径是通过单词的正确匹配，方法是将数组中英汉混合的词语通过Split0方法进行分离，并将中文赋予给3D文字预件，同时在四个数组词语中随机提取一个英语单词并赋予Lahel标签作为要匹配的目标词语。
第三，3D文字的实例化。在Unity3D中，预件是能够重复实例化的一个实体母版，通过实例化的方法能够实现各种预件物体的动态克隆，英语单词游戏就充分利用了预件的重用性实现了英语单词的重复组合和销毁。预件在实例化之前必须为它添加相应的功能组件，因为Unity3D中所有的物体全是由不同的功能组件形成的，包括具有不同功能的各种脚本。在该游戏中，3D文字预件至少包括：碰撞组件、刚体组件、文字网格组件（TextMesh）和变换组件，缺少任何一项都不可能实现预定的目标。当将单词进行英、汉分离后，同时将中文词语赋予预件中的文字网格组件（Text.Mesh），然后通过GameOhject类中的Inscanc.iate0方法实例化具体的3D文字，此时就会出现中文词语从空而降的情景。
第四，英、汉词语的点选与匹配。单词的学习成绩最终是通过学习者点选与匹配单词证实的，通过英汉单词的分离、预件文本的赋予、中文单词的实例化和英语单词的随机提取等过程最终形成了单词的匹配预设，即如果学习者点选的中文与提示的英语单词一致则加1分，否则减1分。根据学习者的得分情况，小熊会表现出悠闲状态、挥手状态、兴奋状态和悲伤状态，作为对学习者学习成绩的持续评价。
六、 “环卫斗士”游戏评价
（一）基于RETAIN模型的“环卫斗士”游戏评价
美国中佛罗里达大学的Gunter博士和Kenny博士提出了教育游戏设计和评价的RETAIN模型，包括Relevance（相关）、Embedding（嵌入）、Transfer（迁移）、Adaptation（适应）、Immersion（沉浸）、Naturalization（自然化）六个方面，Gunter博士和Kenny博士并基于该模型提出了教育游戏评价标准和量表[26]。笔者邀请了10名小学教师对“环卫斗士”游戏进行评价，评价以Gunter博士和Kenny博士的量表为准进行评分，总分100分。评价结果显示，最高分90分，最低分61分，平均分为82.3分。教师们对游戏的总体评价较好，尤其是游戏的交互性能、环境设计、内容学习。不足之处在于功能还不太全面，比如能不能提供一些单词的声音训练，是不是应该加强关于学习目标和鼓励机制的设计等。
（二）“环卫斗士”游戏的学习效能评价
为了评估“环卫斗士”游戏的学习效能，将其投入到贵州省铜仁市某小学的四年级英语单词学习中。游戏的学习效能评价主要包括学习动机、学习兴趣、学习成绩等三个方面的影响。就学习兴趣和学习动机而言，“环卫斗士”与纸质的单词朗读和默写相比能够更加有效地激发和保持学生的学习兴趣和动机，而且随着学习时间的持续，两种不同学习方式之间产生的差异越发显著。在对小学四年级第二单元的英语单词学习之后，采用游戏学习的班级要比普通班级的平均分高出 6.2分，课堂中学生有意注意力的保持也具有非常明显的优势。
七、结语与展望
EGEC教育游戏框架产生于具身认知理论的指导下教育游戏中游戏玩家、认知和环境的统一关系之中，为教育游戏的设计者与开发者如何认知虚拟玩家的身体功能、认识活动和游戏环境提供了一种新的视角。在“环卫斗士”游戏的设计、开发和实践应用中，进一步证实了EGEC教育游戏开发框架对游戏中角色功能设计、环境安排、活动组织等具有参考价值。在未来教育游戏的研究中，将进一步丰富和发展EGEC教育游戏开发框架的内涵和外延，拓展其开发与应用的实践领域。