創新與實現——用教育游戲開展適應性學習

　　一、教育游戲的發展與現狀
　　
　　幼兒游戲教育是一種很常見的教育方式。游戲可以被理解為從參與者的興趣出發，通過一定內部和外部的操作過程使參與者在積極的緊張中獲得身心成長的活動。游戲是放松的，但要求注意力集中，這種心理過程使游戲參與者樂此不疲、無壓迫感，是一種積極的緊張。游戲通過這種積極的緊張使兒童身體和心智進步。在現實生活中除了幫助幼兒成長的游戲之外，還有很多提供青少年和成人的游戲，包括學習知識的，如填字游戲；訓練智力的，如象棋；鍛煉身體的，如踢毽兒。在這個階段，不管是游戲者本人，還是其監護人、教育家也都能夠正確地認識和理解這種游戲式的學習。
　　但是為什么當電子游戲出現之后，包括視頻游戲、電腦游戲以及現在流行的網絡游戲卻引來了包括家長、教師以及教育家們的批評和前所未有的恐慌呢？我們在與以前被大家接受的游戲進行對比中發現，問題出在游戲的內容。現在大多數電子游戲的內容與青少年游戲者年齡不相適應，它非但不能使游戲者的心智獲得進步，反而可能會讓游戲者脫離現實，對他們的成長起到阻礙作用。
　　
　　二、適應性教育游戲的設計與實現
　　
　　我們將研究重點放在了電腦游戲上。經過研究、分析與設計，我們開發了一套教育游戲軟件——游戲化學習社區。它包括兩個部分：學生端工具與教師端工具。這兩部分有機結合，共同構成一個適應性學習系統。現分別介紹這兩個部分的基本功能，以及兩部分如何配合使用，開展適應性教學。
　　如圖1所示，學生運行學生端程序后，先注冊新用戶，登錄游戲，再通過學生Avatar（替身）進入游戲場景，與游戲場景以及處在游戲場景中的其他同學進行交互。在游戲場景中設置有需要學生完成的任務、激勵學生學習的措施、幫助學生進行游戲學習的模塊，以及供師生、生生討論的交流區。學生在游戲場景中漫游時會遇到游戲中的代表不同身份的NPC（Not Player Character，非玩家），通過和這些NPC對話，獲得完成任務的指導信息，并且可以學到一些基本的知識點內容。信息收集模塊不斷地從游戲場景中收集變化的信息并存放在信息庫中，記錄學生的學習路徑。此外，教師可以通過教師監控模塊適時或非適時地讀取信息庫中的信息，根據這些信息分析目前特定學生所處的狀態以及在游戲場景中的具體情況，做出決定或給出策略，并通過場景編輯模塊向場景庫中添加新的場景或修改已有場景。場景更新模塊會適時地檢查場景庫的更新狀態，并及時更新游戲場景。通過這種方式提供給學生個性化的指導。
　　教師端工具主要包括三部分功能。其一是情境的創設，教師可以從零開始，由上至下、由小到大地創設出一個完整的游戲情境。教師可以設計人物對話、幫助信息和獎勵措施，可以根據概念地圖來設計游戲路線和各種策略，自行編輯和添加游戲中的地圖、NPC，Tile（可行走區域）和關卡游戲等，組成一個個完整的情境。情境創設工具采用所見即所得的操作界面，方便使用者操作。其二是場景的實時監控。實時監控在教師端重現學生端的游戲場景，方便教師跟蹤學生端的學習狀態，及時給出幫助支架。其三是場景的動態更新。如果學生在某一場景中出現了問題，可能是因為學生在構建知識或者完成任務時遇到了困難，也可能是因為學生在場景中迷失了自己，不知所措。這時，教師通過監控功能捕捉到這一信息，教師操縱教師端工具進行動態修改，從而幫助學生完成學習任務。教師端工具與學生端工具采用統一的數據格式，可以與學生端實現“無縫結合”。教師端的場景監控功能可以取得與學生端完全一致的游戲情境。學生遇到學習困難時，監控功能提示給教師學生端的信息，教師可以利用情境創設工具創設出新的游戲情境——支架，通過場景的動態更新發送給學生，從而實現不同學生有不同的游戲路線和場景，以適應所有的學生。可以說，教師工具是一個半開放的系統，一方面它可以根據學生的學習狀態和預設的學習策略從場景庫中選擇合適的場景推送給學生，另一方面教師也可以自己創設和選擇適合該學生學習的場景發送給他。
　　
　　三、適應性教育游戲的教學實驗
　　
　　在系統實現后，筆者在北京市海淀區翠微小學進行了教學實驗。
　　研究的焦點問題是如何在游戲化學習中應用動態情境工具有效地實施適應性學習。
　　實驗進行前，筆者對實驗教師進行了訪談。教師一方面很希望能夠盡快讓學生們體驗到情境化的學習環境，一方面也對自己編寫腳本、創設情境感到有些憂慮，不知道自己能否設計出學生喜愛的、體現自己教學意圖的支架情境。為了使教師能夠更好地理解游戲化學習，熟悉游戲化學習社區，我們在實驗進行之初安排讓學生先體驗研究者事先設計好的游戲情境。
　　學生們對游戲表現出了極大的興趣，時而熱烈討論，時而抓耳撓腮，時而為過關而歡呼。在這個過程中，教師通過對學生在體驗中出現的問題進行指導，基本對游戲中學生常發生困難的情境有了一個把握。
　　隨后，教師利用業余時間搜集資料，編寫故事腳本，創作新的游戲情境并融合進新的知識點。在創設游戲的過程中，教師根據學生前一階段的體驗過程及不同學生的不同情況，設計出特定的場景（即策略），并在線支持學生學習。
　　學生體驗由教師創設的新的游戲情境，如果遇到困難，教師會將幫助場景（策略）發送給他。隨著實驗的進行，這個過程（學生遇到問題，教師支持）不斷循環，在學生端就形成了針對這個學生的學習環境。
　　我們分別對學生使用游戲情境前后進行了相關知識點的題目測試，結果如圖2、圖3所示。
　　
　　可以看出，沒有支架支持的游戲與增加了教師創設情境的游戲學習對于學生的學習成績都有提高，但是前者主要提高了低分數段學習者的學習質量，特別是顯著提高了原來數學成績不合格學習者的數學成績，但對于原來處于高分數段學習者的學習成績提高不顯著。在體驗教師創設的游戲學習情境后，低分數段和中高分數段學習者的學習成績均有顯著提高。實驗結果表明：（1）情境化學習環境中教師工具的確可以將教師的教學設計有效地與游戲情境相結合，從而提高學生的學習成績；（2）教師創設的情境對低分數段以及中高分數段學生成績的提高有明顯作用，而研究者創設的游戲主要對低分數段學生成績的提高有明顯作用。為什么會出現這種情況？筆者認為，一是在學生的體驗過程中，由于教師對其在線學習的支持，他得到了一個適應他本人水平的學習環境；二是教師在創設故事腳本時非常有針對性地對幾個知識點進行創設，且每個知識點都設計了三個不同難易程度的體驗游戲，從而使每個分數段的學生都有適合自己的體驗游戲，這樣每個分數段的學習者都有一個適應他的水平的游戲情境，因而能達到理想的學習效果。
　　游戲化學習還在嘗試階段，利用它來開展適應性學習我們也在嘗試。由于創設情境需要編寫腳本、制作素材，只有在積累了大量的游戲情境后，在線場景的及時更新才能夠進行得更好。相信隨著研究的深入和素材的積累，一定會取得更好的效果。
　　（本研究由北京市優秀人才培養專項經費資助）
　　（作者單位：天津科技大學計算機科學與信息工程學院 首都師范大學教育技術系）
　　（注:“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文）