三維情境式教育游戲軟件的設計與案例研究

曹曉明　朱春鶯　李曉華

【摘要】目前教育游戲“娛教分離”的問題還比較嚴重。文章結合情境認知理論,提出情境式教育游戲的理念,嘗試利用虛擬現實技術創設適合學習者探究的游戲化學習情境以激發學習者的動機和探究興趣。文章對情境式教育游戲軟件的設計和開發要點進行了詳細的闡述,并概要介紹了該研究設計的游戲案例,試用效果表明學習者對情境式教育游戲有著較高的認同度,將結構化的知識融入到情境式教育游戲中是可行的。

【關鍵詞】教育游戲;情境認知;虛擬現實

【中圖分類號】G420 【文獻標識碼】A 【論文編號】1009—8097(2009)07—0078—04

一 問題的提出

作為近年來發展最迅猛的互聯網產業之一,游戲對青少年產生了深遠的影響。將游戲應用于教育教學之中的探索從未停止過,人們總是試圖尋找一條游戲與教育結合的完美途徑,從而利用游戲在動機方面的力量為使學習更為有趣[1] 。這種努力包括兩種取向,其一是通過精心選擇將有教學價值的游戲直接“拿來”,應用于課堂教學的適當階段以得到所預期的激發動機的目的,其二是改編或開發游戲為課堂教學所用[2] 。Kirriemuir和McFarlane的研究表明將游戲直接應用到課堂中是有障礙的,從而提出了“運用主流游戲的清淡版本于課堂的思想”[3]。但游戲通往與教育的結合之路似乎并不順暢,一個突出的原因就是很難在游戲的游戲性和知識性中尋找一個平衡點,無縫的融合則更是難上加難,以至于“寓教于樂”的網絡游戲鮮有成功的商業案例。

同將游戲直接應用于教學,實現特定目標的直接應用遇到的瓶頸相比,采用游戲的形式創設學習情境近些年卻有了較成功的探索。如“第二人生”網絡游戲融合了聯網游戲和在線虛擬社區的諸多概念,提供了積極的、浸潤式的數字化游戲式學習環境,應用效果良好[4] 。理論研究方面,早在上世紀90年代后,研究情境認知和情境學習以及情境化人工智能的熱潮已在認知科學領域出現;建構主義學習理論里也對情境創設有完整的理論和方法體系支撐;技術方面,虛擬現實技術的應用為創設沉浸式的學習環境,給學習者提供逼真的學習情景提供了可能,其同游戲開發結合,也是當前游戲開發的重要方向。依托虛擬現實技術,從“情境”角度出發,嘗試利用游戲創設適合學習者探究的逼真的游戲化學習情境,重點關注情境對學習者的內在支持,對促進游戲應用于教學有著重要的實踐意義。

二 情境教育和情境式教育游戲

情境教育來源于關于認知與情境學習理論的相關研究和實踐。該理論指出學習者參與基于社會情境的一般文化實踐是個人知識結構形成的源泉,在特定情境中獲得的知識比所謂的一般知識更有力和更有用,因此要將學習置于知識產生的特定的物理或社會情境中[5]。情境認知已成為一種能提供有意義學習并促進知識向真實生活情境轉化的重要學習理論。依托于情境認知理論,人們開展了大量的情境教育實踐,這類實踐一般將教育、教學內容鑲嵌在一個多姿多彩的大背景中,關注學習者在自然情境中的認知和環境對于學習者學習效果和智能的影響,并通過改進環境的設計來影響學習者的學習行為和學習結果。

我們所提出的情境式教育游戲是情境教育的一種特殊實踐形式。所謂情境式教育游戲是指以創設游戲化學習情境為主要目的,通過逼真的問題情境,富有真實感的具體場景或氛圍,激發和吸引學生主動學習的一類教育游戲。情境式游戲有別于一般的闖關或打斗類教育游戲,其將游戲設計的重點,放在游戲情境的創設上,力圖使游戲玩家能夠沉浸于游戲環境中,并通過情境引發學生內心的觸動,從而獲得一份真實的寓學于樂的游戲體驗。情境創設主要有通過游戲場景設計創設情境,運用角色扮演融入情境,引領學習者參與任務探索情境等三種方式。

三 情境式教育游戲軟件的策劃與設計

情境式游戲劇本的設計一般要包括游戲主題,故事背景、游戲場景、游戲任務、過關策略、活動流程圖、游戲地圖表、角色設計、角色對白設計、知識輔助表、道具設計、玩家操作設計等設計元素。其中有些元素是所有游戲共用的,遵循游戲設計的基本規律,下面選取其中的幾個在設計情境式教育游戲需要特別注意的關鍵元素進行闡述:

1 游戲主題與故事背景設計

情境式教育游戲主題的選擇要根據需求分析的結果來選擇,跟一些社會現象是相關的,不能憑空設想。比如在需求分析階段,了解到目前中小學所需的一些知識點,然后根據這些知識,聯系社會上的一些現象或學生經驗,設立主題,將相關知識融入到游戲的場景和任務設計中去。學習者玩游戲的過程,就同其學習過程無縫結合起來。例如本文案例中所給的劇本案例,主題與生態環境的保護有關。情境式教育游戲的故事背景營造了游戲發生的氛圍,交代了時空背景,其設計要突出體現娛樂性。故事背景不宜太復雜,或者離學習者的生活經驗和知識背景太遙遠,一般應該選取其熟悉的故事藍本或生活中的現象等為背景,并將游戲主體融入到這個背景中去,激發學習者的學習興趣。

2 場景與任務設計

情境式教育游戲可以通過游戲場景設計,構成一系列“戲劇式”故事情境。按照玩家在場景中的任務不同,情境式游戲的場景可以氛圍“演示型”場景和“任務型”場景。前者主要通過三維動畫,展示故事的發生背景,交代游戲操作規則或任務,展示過關后的場面效果等,玩家在此場景中一般以獲取信息為主,無具體操作任務,主要用于游戲的首場景,轉場場景和游戲結局中。后者是學習者主要操作的場景,要扮演游戲角色,根據提示完成游戲中的相關任務,達到游戲的過關要求。在“演示型”場景的設計中要盡量合理地交代游戲的背景知識,營造刺激學習者主動學習探究的氛圍,清晰地交代任務,并在切換場景中,給予學習者鼓勵或建議性反饋。在“任務型”場景設計中,要注意場景中任務的獨立性,有著清晰的完成任務的路線圖,并合理分配各任務在場景中的空間和時間分布。

任務設計要根據形象記憶法的原理,結合具體的學科特點將教學內容融入到游戲任務中。任務的規劃要根據教學內容具體設計,并注意由淺入深,合理布局難易程度。學習者完成任務的路徑和任務達成的標志要非常明確。同時要注意在完成任務中,增加激勵因素,如達成任務,“體力”、“智力”和“生命值”得到提升等,一方面增加了學習者的樂趣,另一方面,也使其學習興趣保持得更為持久。

3 玩家角色和NPC的設計

NPC相當于現實生活中的老師,不但引導著玩家進入游戲情境中,并走向下一步,還可以教會玩家一些知識。要結合游戲的內容和學習者的年齡特征,設計個性化、鮮明的NPC,同時注意學習者和各NPC角色的交互設計。這種交互,一方面體現在對白上,不要單調呆板,甚至可以盡量夸張一些,帶上一些幽默的成分,以增加娛樂性;另一方面,是學習者和NPC的“格斗”交互設計,這是體現游戲趣味性的重要方面,可以賦予各NPC不同的“功能優勢”,玩家通過在任務中的“修煉”,達到可以打敗相應NPC的目的。

四 情境式教育游戲案例-《拯救守護神》

結合情境式教育游戲的設計理念,我們開發了一款針對小學高年級學生策劃的,以環保為主題的情境式三維互動教育游戲《拯救守護神》。游戲的開發引擎采用Virtools Dev 4.0。

1游戲的背景和主題

故事的背景來源于中國古代的神話傳說,并被賦予了新的含義。傳說維護生態平衡,守護天下的四圣獸(青龍、白虎、朱雀、玄武)受到心魔的禁錮,導致生態環境破壞,加上人為因素加劇了生態惡劣,使得民不聊生。為了解決這個問題,學習者扮演的“尋神勇士”開始出發尋找四方神獸以此來挽救生態環境,拯救人類。

游戲的主題是使玩家了解到保護生態環境平衡的重要性。游戲中的每個守護神都賦予了不同意義,例如拯救掌管水的青龍象征著治理被污染的水土;拯救掌管空氣的白虎象征著治理被污染的空氣;拯救掌管天體的玄武對應星空探索;拯救朱雀與治理疾病,人類健康有關。每個游戲過程,都自然地融入中小學的相關知識。使玩家在玩游戲的過程中就像在進行環保一樣,而在環保過程中認識了生態平衡的重要性以及知道空氣污染、水土污染、生物疾病和星球的相關知識等。

2 游戲的流程和場景設計

由于每個“守護神”代表著不同的含義,游戲者找到并拯救全部的四個“守護神”才能完成游戲。在尋找每個“守護神”過程中,游戲者都要完成特定的任務。下面以尋找“白虎”守護神來表述游戲的流程設計。場景轉換步驟如下:

第一幕:選擇守護神

勇士來到續命谷,續命谷的谷主將守護神被取走魂魄的事情告訴勇士,請勇士去拯救守護神。守護神白虎、青龍、玄武和朱雀被困在不同的地方,一次只能救走一個。勇士要選擇自己想拯救的守護神。

第二幕:拯救白虎

由于白虎的魂魄被七星封魄陣困在白虎山上,勇士得想辦法到白虎山去破陣救出白虎的魂魄。勇士根據谷主的指引來到了杏花村。

場景一,在杏花村,分別遇到牧童、智者、和農夫。智者告訴勇士只有配制黑火藥才可以炸開擋住去路的水晶石,為此要獲得木炭、硝石和硫磺。途中,勇士幫助農夫找回了鋤頭。農夫因為感激送給他一些木炭,并帶他到萬安鎮去買硝石。

圖2 玩家向牧童問路場景,牧童“遙指杏花村”

場景二,隨著農夫來到了萬安鎮,在萬安鎮除去惡霸,打工賺錢買硝石。買完硝石后就去硫磺洞去取硫磺。

圖3 玩家在萬安鎮和惡霸搏斗場景

場景三,來到硫磺洞,遇到智者。智者告訴勇士硫磺洞有毒氣,囑咐勇士要小心。勇士離開智者后,去取防毒面具。有了防毒面具便進入硫磺洞,打到了怪物,取得了硫磺。

圖4 玩家在硫磺洞和怪物搏斗場景

場景四,玩家把獲得的碳,硝,硫磺按照比例配置成炸藥,炸開了通往“白虎山”的石門,破解了七星封魄陣,到達了“白虎山”,并且種上了花草樹木,空氣得到了凈化,白虎重現,該關節拯救完畢。

3 游戲中融入的教育知識

在本環節的游戲中,涉及到多個學科的知識。語文方面,玩家置身杏花村場景,并遇到做出“遙指杏花村”的動作提示的牧童,營造了杜牧的古詩《清明》的情景。化學方面,營造了一個配置炸藥的問題情境,玩家要破解“七星封魄陣”的任務,這一問題在游戲中被分解為尋找木炭,硝和硫磺,并要按照比例配置。其過程如下表所示:

環保知識方面,玩家了結了二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳四種氣體,其中有些是毒的氣體還要尋找去除毒氣的方法(如可用氨水,或者亞硫酸鈉和硫酸除去二氧化硫);可以用綠色植物來凈化空氣等,為此需要多種植各種花草樹木等。數學知識方面,配置炸藥的過程,需要計算各成份的重量。德育方面,營造了拾金不昧,鋤強扶弱的正面教育氛圍。在游戲場景里還隱含了地理知識等。

4 游戲的試用效果

基于需求調查結果,本文研究團隊完成了游戲的設計和開發,并將最終開發的案例拿到深圳小學試用,大部分學生反饋游戲趣味性和知識性都比較強,玩游戲的過程比較自然順暢,沒有感受到“在做題”的生硬感覺。進一步對游戲中所含知識的抽查也表明,學生對相關知識的掌握良好。顯示學生對本游戲案例有著較高的認同度,通過情境式教育游戲,創設學習環境是可行的。

五 總結和展望

一個優秀的教育游戲軟件應該是教學藝術和技術的完美統一。通過虛擬現實等仿真技術,構建沉浸式的教育游戲情境,為學習者營造一個逼真的探究環境,可以有效整合學習環境和娛樂環境,將學科知識有機整合到游戲場景中,從而有益于學習者的情境認知。同時,本文的研究也表明,教育游戲的策劃和設計(特別是腳本設計)對體現教育游戲的教育性起著至關重要的作用,應該在后續的研究和應用中得到充分重視。

盡管虛擬現實技術對啟發青少年在游戲中的創意體驗,娛教于樂,充分體現教育與游戲相結合有著重要意義,但其應用于教育游戲還有一定的技術門檻。特別是目前的游戲引擎大多是商業游戲引擎或者通用三維漫游引擎,尚沒有出現一款專門針對教育游戲開發,內置多樣化場景和角色模板的簡單易用的教育游戲開發引擎,使得情境式教育游戲軟件的推廣和應用還存在著較大的難度,設計和開發目前還屬于研究機構或商業公司的工作范疇,一線教師大多還不能像制作普通多媒體課件一樣,制作情境式教育游戲軟件。在此方面的研究,將對教育游戲開發的“平民化”有著重要意義,也應是下一步教育游戲發展的方向。

參考文獻

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[2] 蘇冠銘.引發學習動機的最佳方案:電腦游戲[DB/OL].

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[6]教育游戲研究網.國內網絡游戲廠商們所使用的游戲引擎[DB/OL].