基于具身認知理論的教育游戲設計研究*
——從EGEC框架構建到“環衛斗士”游戲的開發與應用

李海峰，王 煒

(新疆師范大學 教育科學學院，新疆 烏魯木齊 830054)

基于具身認知理論的教育游戲設計研究*
——從EGEC框架構建到“環衛斗士”游戲的開發與應用

李海峰，王 煒

(新疆師范大學 教育科學學院，新疆 烏魯木齊 830054)

在教育游戲領域中，研究者們依據不同的視角探索了游戲對學習的促進作用，但是從具身認知理論對教育游戲進行研究的文章還鮮有出現。具身認知理論強調認知是具身的，認知、身體和環境是一個動態的統一體。基于具身認知理論，本研究構建了EGEC教育游戲開發框架，該框架顯示了從虛擬玩家內在心智到外在身體功能以及與不同環境之間的動態統一關系。根據EGEC教育游戲開發框架并利用Unity3D引擎技術，針對小學四年級的英語單詞學習開發了“環衛斗士”教育游戲并投入到教學實踐中，教師和學生對游戲軟件本身和學習效果做出了較好的評價，但是仍存在一些問題需要后續逐步解決。

具身認知；教育游戲；Unity3D；EGEC框架

一、引言

游戲是一種放松的智慧，游戲狀態是人的潛能得以“噴涌”的狀態，是人最具有創造性的狀態，是人身心最健康的狀態，是一種最佳的學習狀態[1]。正是因為游戲具有這些特殊的優越性，使得國際上眾多研究者、教師不斷探討教育與游戲的融合，嘗試利用多種理論、技術、方法支持內容學習提高學習者的學習質量和效果。就教育游戲理論的視角而言，與游戲相結合的理論包括“沉浸”理論(Flow Theory)[2]、RETAIN模型[3]、認知負荷理論、認知發展[4]、探究式[5]、情境化[6]、“吸收裂痕”與緩解策略[7]、伽達默爾游戲理論[8]、體感控制(The Leap)[9]、需求層次理論[10]、混沌理論[11]、Conceptual Play Spaces理論[12]、Gamesto-Teach理念[13]、后現代4R課程觀[14]、多元智能(Multiple Intelligence)[15]等。從教育游戲開發技術角度看，主要包括Flash、增強現實等。此外，研究者們還對教育游戲的學習效果進行了多維探究，主要包括動機與成效、教師角色與教師創作工具、興趣體驗、高級思維、學習活動與角色設計等。

通過對教育游戲研究的簡要概括可知，教育游戲從認知方式、學習內容、游戲環境、游戲技術等方面得到了較大的發展，但是目前從人類具身認知視角對教育游戲的研究還鮮有出現。具身認知理論的出現并不是與其他學習理論相駁，而是人們對知識的習得、學習過程內在機理認識的新視角和新發現。具身認知理論學派通過探索身體在思維和認知中的作用解釋了身體、認知和環境的緊密關系，認為身體的物理屬性決定了認知過程的方式和步驟，身體是認知內容提供的途徑，認知、身體和環境是一個動態的統一體。具身認知理論從身體這一視角為我們提供了如何看待認知、身體和環境的動態關系，也為如何設計教育游戲提供了一個新的心理學基礎和設計方法。筆者基于具身認識理論，利用具有虛擬現實功能的Unity3D開發工具，進行了關于小學英語單詞學習的教育游戲探索，探討具身認知視域下如何進行教育游戲的設計和虛擬環境的開發。

二、具身認知理論與教育游戲

(一)具身認知理論的內涵與認知觀

1.具身認知理論的內涵

具身認知(Embodied Cognition)也稱為“涉身認知”，其內涵主要有三種觀點：第一，瓦雷拉等人認為認知依賴于經驗種類，經驗又源自身體，身體又嵌于生物的、心理的和文化的環境中[16]。具身認知理論既不贊成心物(心身)的二元論觀點，也不主張物理(身體)一元論，它是心智、身體和環境的一體論，即心智在大腦中、大腦在身體中、身體在環境中[17]，認知、身體和環境構成了一個動態的統一體。第二，西倫認為認知是具身的，即認知源于身體和世界的相互作用[18]。心智與認知必然是以環境中具體的身體結構和身體活動為基礎，心智始終是具(體)身(體)的心智，而最初的認知則與具(體)身(體)結構和活動方式始終內在關聯[19]。第三，萊考夫和約翰遜提出理性源自我們的大腦、身體和身體經驗的本性[20]，認為身體的構造、神經結構、感官和運動系統的活動方式決定了我們的思維方式，塑造了人們看待世界的視角。不同生物的身體解剖結構決定了他們感知世界的差異，在概念的形成和推理中，人類的知覺和運動系統扮演了一種更重要的基礎性角色。

2.具身認知理論認知觀

(1)認知源自身體的體驗，身體是連接認知與環境的中介和認知本身。身體的物理屬性決定了認知過程進行的方式和步驟，并提供了認知的內容。身體不僅是連接認知與學習環境的中介，而且也是學習者認識自我的途徑，即人們也在對自我本身進行著一系列探索和體驗。具身認知是對傳統認知心理學無身認知觀點的挑戰，即傳統認知心理學中假設的符號表征、符號加工模式和連接主義模式。

(2)學習過程是認知、身體和環境的動態統一過程。認知是身體以合適的方式與我們生活世界中物體互動的結果，即認知、身體與環境的恰當有效互動才使學習得以發生。傳統認知主義僅僅將存于大腦內的符號信息與表征、命題與規則的操作視為認知過程，然而人類周圍的環境結構和信息也參與到了我們的認知過程中，人們會時不時地將環境中的相關信息納入到相應的邏輯判斷和推理之中來參與認知過程。正如具身認知理論認為，環境是認知過程必不可少的部分。

(二)教育游戲

游戲的本質是生命體(包括其他動物與人)的一種自我滿足活動，一般表現為人(群體或個體) 的一種娛樂活動[21]。游戲是一種主體性活動，具有虛幻性、自發性、體驗性、自主性與非功利性[22]。教育游戲是為實現教育目標而采取的一種有效途徑，即以游戲為載體實現對個體進行傳承文化的活動，增加人們的知識與技能培養。教育游戲就是憑借游戲的這些特性，將教育內容融入其中，使學習者在一種自然狀態下達到最佳的學習效果。與游戲相同，教育游戲構建于游戲又具有自己的基本特征，主要包括教育性、娛樂性、規則性、參與性、自我滿足等。教育游戲與游戲的最大差別在于其較強的教育性，即學習內容、道德品質、技能培養等。游戲是學習內容的載體和一種學習方式，教育是教育游戲的核心和生命的源泉。在進行教育游戲設計時，必須以教育游戲的基本特征和學習內容進行策劃，結合學習者的身心發展、認知水平、知識基礎等進行綜合把握。使學習者獲得滿足感、愉悅感最重要的條件之一是教育游戲的游戲規則設計，游戲是具有一定規則、相應道具的個體或群體性活動，人為了滿足個人或群體的心理需求而在一定規則下進行探索、挑戰、享受等一系列活動。游戲者是基于某種心理需求去選擇游戲的，同時又可能無法滿足自己的需求而放棄它，游戲的設計應該以滿足游戲者的某種心理需求去設計規則和環境。

(三)具身認知與教育游戲

具身認知有利于促進教育游戲玩家、游戲環境和認識活動的統一。游戲的本質是生命體的一種自我滿足活動，是一種主體性活動，游戲參與者通過各種活動方式和游戲規則達到預定的目的且獲得一定的體驗。具身認知理論恰恰為游戲參與者提供了活動體驗、游戲環境設計的有力支撐，有利于游戲的設計者從身體、環境和認知統一的角度來看待游戲的設計與開發。

具身認知有利于發揮游戲玩家的主體性和學習體驗。具身認知強調身體在認知活動中的重要作用，身體的解剖學結構決定了人類認知內容的不同和認知方式的差異。從人類解剖學視角來看待游戲玩家的自身本能和學習體驗，不僅有利于游戲設計者從玩家本身的認知特點、認知方式、個性特征、身體功能等方面考慮如何發揮他們的主體性，而且有利于促使設計者從相反的視角考慮如何設計學習環境、學習內容和工具支持來適應游戲玩家自身的認知特征和身體功能。換句話說，游戲環境設計、學習內容組織、游戲規則設計必須滿足學習者的身體構造、神經結構、感官和運動系統的活動方式，才能發揮游戲玩家的主體性和學習體驗。對于電子游戲的設計與開發而言，開發出具有身體構造、神經結構、感官和運動系統的游戲玩家顯得尤為重要，不僅決定著游戲玩家是否能夠通過虛擬化身靈活且充分地獲得虛擬環境中的身體體驗和主體性的發揮，而且也影響著玩家的認知方式、知識習得的途徑和學習效果。

三、基于具身認知理論的教育游戲開發框架——EGEC教育游戲框架構建

本文所探討的教育游戲是指電子教育游戲，是運用具身認知理論的基本思想來探討虛擬環境中教育游戲的玩家功能、游戲環境、認知活動等內容的研究。在具身認知理論的指導下，筆者提出了EGEC教育游戲開發框架，探討教育游戲設計與開發中玩家功能、游戲環境和認知活動之間的辯證統一關系和各自的特征。

(一)EGEC框架構建的理論依據

具身認知的核心觀念是：人類憑借自己身體的功能，即身體的解剖學結構、神經系統、感覺器官，結合相應的活動方式來與自身和外部世界進行互動、交流，獲得對自身和外在世界的了解，并在大腦內形成對世界的認知。這就決定了在電子教育游戲中，開發出具有模擬人類身體解剖學結構、神經系統、感覺器官的虛擬角色顯得十分重要，不僅決定了游戲玩家如何通過其虛擬化身實現主體性、愉悅性、滿足感，而且更為重要的是將會影響到學習者對學習內容的認知方式和知識的習得效果。就具身認知理論的視角而言，人類的身體與世界的互動構建了認識世界最為原初的概念，人們憑借這些原初概念支配著身體繼續與自身和世界進行探索、交互和體驗，不斷更新、擴展認知和體驗。換句話說，在電子游戲的設計與開發過程中，如何構建虛擬人物的身體功能將直接影響著虛擬環境中人與人、人與環境之間的交互靈活度和體驗的深刻性。因此，電子教育游戲的設計與開發必須充分考慮虛擬人物的人體解剖學結構、神經系統、感官和運動系統，發揮外在學習者對內在游戲中虛擬人物的靈活掌控，并以此為中介獲得愉悅感、滿足感和學習體驗。

(二)EGEC框架基本內容

基于具身認知理論構建電子教育游戲開發框架時必須充分考慮心智與認知、身體、環境的動態統一，虛擬玩家的身體結構、神經系統、運動方式和感覺器官既是認知內容的輸入渠道，又是虛擬人物與外部環境進行體驗和交互的途徑。筆者基于具身認知理論構建了具身認知教育游戲開發框架(Educational Game based on Embodied Cognition，簡稱“EGEC”)，如圖1所示。

圖1 具身認知教育游戲開發框架

具身認知游戲開發框架由內而外主要分為三個層次，即認知與心智、身體和環境。第一層和第二層構成了電子游戲中人的主要功能和智能，第三層由虛擬社會環境、自然環境和生物環境所構成。第二層是人與環境和人與自己心智進行交互的中介和橋梁，身體的解剖學結構、神經結構、感覺器官和運動系統的功能實現決定了游戲角色與環境的互動和體驗的能力，也決定了與內在認知、心智的交互效果。在電子游戲中可以通過人工智能的編程技術實現第二層次的功能，使虛擬人物具備靈活的運動系統、感覺器官、神經結構和身體結構。譬如我們可以通過Maya建模技術和Unity3D引擎技術構造逼真的虛擬角色，而且能夠使其具有較為完整的身體結構，能夠擁有像人一樣奔跑、跳躍的運動系統，通過程序的控制使其能夠具有感知人、物的基本感知功能和判斷能力[23]。

環境層次主要包括物理環境、生物環境和社會環境，人們通過身體的體驗和互動形成了對這些環境的了解。游戲環境的設計應該以學習內容為核心，保持與學習內容的關聯，學習者通過身體在環境中進行體驗和互動，實現對學習內容的習得和情景認知。學習環境的另一個特點是知識內容環境化，即將學習內容通過虛擬物體的形式進行表征，或者通過與虛擬物體融合的形式進行顯示。在英語單詞的學習游戲中，可以將單詞和單詞代表的內容進行結合實現知識的環境化，游戲玩家就能通過控制虛擬角色去感知和體驗這些學習內容。學習環境還具有人際交互的重要特征，學習者在虛擬學習環境中通過人與人的交往實現角色身份、個性特征的扮演，進行人際關系的建立和知識的建構。

虛擬角色的認知與心智可分為兩類，即外在控制者的認知與心智和虛擬環境中智能化角色的認知與心智。前者是學習者將虛擬角色作為其自身體驗、感受虛擬環境的中介，通過虛擬角色的運動系統、身體功能的反饋來獲得游戲的愉悅感、滿足感和認知體驗；后者往往是非學習者所控制的角色，諸如敵人、服務者等，主要是為了增加游戲的好玩性、挑戰性和愉悅性，調動學習者的學習興趣和學習動機。

認知與心智、身體功能、學習環境共同構成了具身認知理論下教育游戲開發框架的三個主要層次，無論是由內而外還是由外而內，它們都是一個動態的統一體。在電子教育游戲的設計與開發中，虛擬玩家身體的功能對于具身認知學習至關重要，外在學習環境與學習內容的關聯是游戲環境設計的基礎，培養學習者的認知與心智發展是教育游戲的主要目標。

(三)基于EGEC框架的教育游戲設計原則

基于EGEC框架進行教育游戲設計時至少應遵守以下幾個原則：第一，學習者的身心發展是教育游戲設計的前提。不同身心發展階段的學習者會對游戲內容、游戲環境、游戲規則等有不同的認知、控制的差異，遵循學習者的身心發展規律來運用EGEC框架將會使游戲的設計者、開發者更加關注學習者與游戲開發框架各個層次內容的聯系和組織。譬如，如果開發的游戲是面向小學中年級的學生，那么在游戲環境的構建、玩家的角色設計、游戲規則的安排等方面應該符合處于該階段學生的心理素質、認識能力。該階段的學生更加傾向于卡通形象的動畫角色，比如像“光頭強”“熊大”“藍精靈”等這類的動畫形象，學習內容的設計也盡可能具體化和形象化，避免抽象性較高的邏輯思維和游戲規則。第二，教學目標是教育游戲設計圍繞的核心。教育游戲是以一定的教學目標為導向的學習設計，游戲環境、游戲內容以及角色的某些特殊功能都要基于學習目標進行組織和構建。在電子教育游戲的設計與開發中，以故事敘事的形式構建游戲環境、游戲規則、游戲關卡、游戲角色等是非常有效的途徑之一，該種方法能夠將學習內容有效地融入教育游戲之中，在實現學習者主體性、滿足感、愉悅感的同時使他們獲得相應的知識和能力。第三，虛擬角色的身體功能是教育游戲設計與開發的關鍵。教育游戲的最終目的是使學習者通過游戲的參與達到預定的學習目標，虛擬角色的身體功能決定著他們如何獲得體驗和知識的習得，是影響教育目標能否實現的關鍵。在電子教育游戲中，開發者可以通過動畫模型的構建、智能化程序的編寫實現高度仿真的虛擬角色，玩家能夠通過控制虛擬角色實現更大程度上的學習體驗。第四，避免片面地、孤立地認識EGEC框架，要用動態、統一的觀念進行教育游戲的構建。虛擬角色的身體功能決定了玩家對環境、學習內容的體驗和原始概念的形成，形成的認知和心智反過來也指導著玩家的活動、思維方式。隨著玩家對游戲環境、游戲內容、游戲規則的認知和心智發展，他們可以進行假設、推理來實現對一些特殊問題的預想，但不管怎樣，假設和推理所用的認知和心智追根溯源無不是通過身體體驗與互動得到的。第五，游戲規則是EGEC框架無形的“魂”。游戲歸根結底是學習者娛樂的場所，是滿足其一定心理需求的人造環境。教育游戲就是將游戲作為實現教育目的的途徑，以符合學習者心理特征并滿足其心理需求的娛樂方式實現對教育內容的愉悅學習，是將游戲中學習者欲要達到心理滿足的強烈愿望轉換為學習動機的一種學習途徑。恰當的游戲規則設計不僅能夠激發學習者的學習興趣、發揮他們的主體性、獲得愉悅感，而且能夠將這些感受有效地轉化為對學習知識的獲得，促進學生的學習。在游戲規則的設計中，亞伯拉罕·馬斯洛的需求層次理論是最為典型的游戲規則設計依據之一，該理論從生理需求、安全需求、社交需求、尊重需求和自我實現五個層次揭示了人類基本的需求發展過程，為教育游戲的規則設計提供了一種有力的理論支撐。

四、基于EGEC框架的“環衛斗士”教育游戲設計

(一)“環衛斗士”故事簡介

人類對自然環境的大規模破壞激怒了森林中的熊族，它們為了拯救自然環境而勇于向破壞環境的“伐木盜賊”亮劍。在與“伐木盜賊”的奮戰中，小熊的生命隨時會受到敵人的威脅，當小熊連續受到傷害且達到它的生命底線時，則會轉向英語單詞訓練場進行單詞的學習。小熊通過英語單詞的學習得分可以累積它的生命值，當達到規定的生命值時，則又可以返回森林并再次開始與“伐木盜賊”進行搏斗。教育游戲與商業游戲的最大區別是，前者以學習為目的，后者則以盈利為目的。“環衛斗士”游戲規則的設計并不是要求學生通過金錢的購買來獲得相應的生命值，而是將學習者為實現不同層次心理需求的強烈愿望轉化為依靠英語單詞的學習而獲得。

(二)“環衛斗士”教育游戲設計

1.學習者分析。“環衛斗士”游戲的學習者面向小學四年級學生，學習內容是與課程教學同步的英語單詞，游戲學習的目的是為了鞏固學生對單詞的記憶。學生的知識基礎是剛剛學過的英語單詞。這一階段的小學生對逼真的動畫形象十分感興趣，所以游戲主角以可愛的小熊作為玩家的虛擬化身，配合風景如畫的3D場景，激發學生的學習興趣。

2.教育內容設計。教師或學習者可以自定義英語單詞的學習內容，通過對文件夾中的單詞文本進行指定的格式修改、單詞添加即可完成。“環衛斗士”游戲的教育目的是強化學生對指定單詞的識別和記憶，通過小熊與伐木盜賊的斗爭培養學生保護環境的意識。

3.游戲角色設計。虛擬角色的身體構造、神經系統、感覺器官和運動系統決定了學習者在游戲中如何體驗、如何認知、如何交互。“環衛斗士”中的游戲角色是基于Maya建模技術和Unity3D引擎技術進行構建和驅動的，游戲中的小熊、伐木盜賊具有靈活的運動系統，能夠靈活奔跑和跳躍。它們也具有一定的感知能力，“伐木盜賊”能夠實時檢測小熊的位置，并采取移動、奔跑、攻擊等行為。

4.游戲規則設計。“環衛斗士”游戲的游戲規則旨在將玩家對游戲的渴望和心理需求的滿足感與英語單詞的學習關聯起來，實現動機的轉換，調動學生的學習興趣。玩家登陸游戲平臺后首先進入英語單詞的學習，達到一定積分時則會進入到快樂的游戲場，即小熊斗伐木盜賊。在小熊與伐木盜賊的較量中，小熊和每個伐木盜賊都具有一定的生命值，如果被對方擊中則會將生命值減1。挑戰與獲勝給玩家帶來了快樂與興趣，正是這種快樂在一定程度上滿足了玩家的心理需求，然而，當其生命值等于0時，則被迫回到單詞訓練場學習單詞，直到積分達到規定值后再返回游戲中。

“環衛斗士”游戲從三大類十一個角度進行了從學習者、學習內容、游戲環境、游戲玩家、游戲規則等方面的詳細設計，如右表所示。

“環衛斗士”游戲的設計細目表

五、“環衛斗士”教育游戲開發概要

“環衛斗士”游戲開發的重點和難點是游戲角色的身體功能實現、游戲規則的程序控制、英語單詞的學習，本文主要就這三個方面進行一下簡要概述。

(一)“環衛斗士”運動系統及其功能

憑借Unity3D引擎動畫系統的骨骼重定向功能將導入的3D小熊模型進行動畫狀態機的設置，實現通過動畫狀態機對小熊模型的實時控制。小熊的動畫狀態以悠閑(Idle)狀態為基礎，通過速度參數、方向參數的變化進行動畫狀態的控制。為了更加靈活地控制小熊前進的方向、行走和奔跑，創建了WalkAndRun狀態融合樹，融合樹的實質是將具有一些共性的動畫以樹狀的形式組織，實現通過參數的靈活控制。小熊的WalkAndRun狀態融合樹包括行走和奔跑兩個融合樹，每個融合樹分別由三個動畫狀態構成；行走和奔跑的運動狀態控制是通過速度參數(Speed)控制的，行走和奔跑中的方向控制是通過方向參數(Direction)掌控的。

為了消滅伐木盜賊和實現自身防衛，“環衛斗士”擁有揮刀砍劈、舞刀旋轉和口吐火球的基本功能。揮刀砍劈僅當小熊處于悠閑(Idle)狀態時，通過按下鍵盤上的Ctrl鍵來實現。舞刀旋轉功能是通過鍵盤上的R鍵實現的，該功能的實現不受當時小熊動畫播放狀態的影響。口吐火球是小熊最為厲害的功能之一，它能夠在每隔兩秒的時間中發射一次小火球，這一功能是通過Alt鍵實現的，當該鍵處于按下狀態時，小熊則會從口里吐出小火球射向遠方，實現攻擊的功能。當小熊被伐木盜賊的寶劍擊中時，其生命值就會減1，如果小熊的生命值小于或等于0時，則防御失敗，玩家則會被迫進入英語單詞學習場，通過英語單詞學習來達到進入“小熊護林游戲場”的生命值，如圖2所示。

圖2 “環衛斗士”游戲場景一瞥

(二)智能化的伐木盜賊

一款游戲的可玩性基本上是由敵人的AI來決定的，AI即人工智能，通常被添加給非主角控制的角色[24]。伐木盜賊是“環衛斗士”游戲中虛構的一個非學習者控制的角色，它以破壞環境、毀壞森林為目的。游戲的好玩性、娛樂性、挑戰性就在于賦予“伐木盜賊”能夠進行獨立思考、主動攻擊、自我防護等方面的功能，即角色的智能化。AI的有效性僅限于其行為和條件以及程序員可以多么熟練地預測AI可能處于的情景[25]。在“環衛斗士”游戲中，主要從兩個方面進行小熊的智能化設計，即生存設計、行為設計。首先，生存設計是指伐木盜賊具有規定的生命數值，他們能夠抵抗住小熊的10次攻擊。如果游戲場景中的伐木盜賊數量少于10人時，游戲系統則會自動在相應位置生成一定數量的伐木盜賊，使游戲玩家能夠持續獲得游戲的愉悅感和挑戰性。其次，伐木盜賊最受玩家歡迎的是它能夠像人類一樣進行判斷、思考和采取相應的行為，諸如閑逛、偵查、攻擊等。在通常狀態下，伐木盜賊會無所事事地在某個地點一會行走、一會轉身、一會若有所思，這些功能是通過程序隨機切換他的動畫狀態實現的。伐木盜賊通過Vector3.Distance()方法實現對小熊位置的實時檢測，并測試它與自己的距離是否在攻擊的范圍內，如果距離等于或小于10米時，伐木盜賊就會立刻停止閑散的游蕩，然后轉身朝向小熊走來。如果它們之間的距離等于或小于1米時，伐木盜賊則會自動停止走動，同時會向小熊揮刀砍劈。伐木盜賊智能的實現是通過程序控制Unity3D的動畫系統完成的，通過將行走、砍劈等動畫狀態組織在動畫狀態機中，憑借計算機的輸入系統與動畫過度參數的關聯來實現其動作的靈活控制和人工智能化。

(三)英語單詞訓練場

在“英語單詞訓練場”這一關卡中，小熊主要通過英語單詞的游戲學習獲得積分、增加生命值，并將小熊的狀態與分值進行關聯實現實時的學習成績反饋。英語單詞學習包括英語單詞、單詞的讀取、3D單詞創建、單詞匹配共四個部分，前兩部分主要是數據的組織和讀取，后兩部分涉及到Unity3D物理引擎中預件、剛體、碰撞器等功能。英語單詞學習的基本規則是：當英語單詞從空中飄落且沒有超出地面界限時，學習者必須通過鼠標點擊的形式完成英、漢之間的正確匹配，否則將會對分值減1。當英語單詞游戲剛開始時，會隨機產生四個中文詞組和一個英語單詞，如果詞組觸地則會消失，當四個詞組全部消失時會重新開始生成新的四組中文詞匯和一個英語單詞，如圖3所示。

圖3 英語單詞訓練場

第一，詞組數據的讀取。該游戲的英漢詞組是通過TXT格式的文本存儲的，每行設置英語和中文兩個詞語，中間以“|”相隔，便于后續單詞的分離和組合。在數據的讀取過程中，利用C#腳本中File.OpenText()方法以流的形式讀取指定的文本數據，并將其以ArrayList的格式存貯為數組。

第二，創建3D文字。游戲3D文字的創建過程包括三個主要階段，即隨機提取數組、分離單詞、賦予預件。單詞數據的提取是從ArrayList格式的數組中隨機提取，并通過Random()方法實現。檢測英語單詞學習效果的途徑是通過單詞的正確匹配，方法是將數組中英漢混合的詞語通過Split()方法進行分離，并將中文賦予給3D文字預件，同時在四個數組詞語中隨機提取一個英語單詞并賦予Label標簽作為要匹配的目標詞語。

第三，3D文字的實例化。在Unity3D中，預件是能夠重復實例化的一個實體母版，通過實例化的方法能夠實現各種預件物體的動態克隆，英語單詞游戲就充分利用了預件的重用性實現了英語單詞的重復組合和銷毀。預件在實例化之前必須為它添加相應的功能組件，因為Unity3D中所有的物體全是由不同的功能組件形成的，包括具有不同功能的各種腳本。在該游戲中，3D文字預件至少包括：碰撞組件、剛體組件、文字網格組件(TextMesh)和變換組件，缺少任何一項都不可能實現預定的目標。當將單詞進行英、漢分離后，同時將中文詞語賦予預件中的文字網格組件(TextMesh)，然后通過GameObject類中的Instantiate()方法實例化具體的3D文字，此時就會出現中文詞語從空而降的情景。

第四，英、漢詞語的點選與匹配。單詞的學習成績最終是通過學習者點選與匹配單詞證實的，通過英漢單詞的分離、預件文本的賦予、中文單詞的實例化和英語單詞的隨機提取等過程最終形成了單詞的匹配預設，即如果學習者點選的中文與提示的英語單詞一致則加1分，否則減1分。根據學習者的得分情況，小熊會表現出悠閑狀態、揮手狀態、興奮狀態和悲傷狀態，作為對學習者學習成績的持續評價。

六、“環衛斗士”游戲評價

(一)基于RETAIN模型的“環衛斗士”游戲評價

美國中佛羅里達大學的Gunter博士和Kenny 博士提出了教育游戲設計和評價的RETAIN模型，包括Relevance (相關)、Embedding (嵌入)、Transfer(遷移)、Adaptation (適應)、Immersion (沉浸)、Naturalization (自然化)六個方面，Gunter博士和Kenny 博士并基于該模型提出了教育游戲評價標準和量表[26]。筆者邀請了10名小學教師對“環衛斗士”游戲進行評價，評價以Gunter博士和Kenny 博士的量表為準進行評分，總分100分。評價結果顯示，最高分90分，最低分61分，平均分為82.3分。教師們對游戲的總體評價較好，尤其是游戲的交互性能、環境設計、內容學習。不足之處在于功能還不太全面，比如能不能提供一些單詞的聲音訓練，是不是應該加強關于學習目標和鼓勵機制的設計等。

(二)“環衛斗士”游戲的學習效能評價

為了評估“環衛斗士”游戲的學習效能，將其投入到貴州省銅仁市某小學的四年級英語單詞學習中。游戲的學習效能評價主要包括學習動機、學習興趣、學習成績等三個方面的影響。就學習興趣和學習動機而言，“環衛斗士”與紙質的單詞朗讀和默寫相比能夠更加有效地激發和保持學生的學習興趣和動機，而且隨著學習時間的持續，兩種不同學習方式之間產生的差異越發顯著。在對小學四年級第二單元的英語單詞學習之后，采用游戲學習的班級要比普通班級的平均分高出6.2分，課堂中學生有意注意力的保持也具有非常明顯的優勢。

七、結語與展望

EGEC教育游戲框架產生于具身認知理論的指導下教育游戲中游戲玩家、認知和環境的統一關系之中，為教育游戲的設計者與開發者如何認知虛擬玩家的身體功能、認識活動和游戲環境提供了一種新的視角。在“環衛斗士”游戲的設計、開發和實踐應用中，進一步證實了EGEC教育游戲開發框架對游戲中角色功能設計、環境安排、活動組織等具有參考價值。在未來教育游戲的研究中，將進一步豐富和發展EGEC教育游戲開發框架的內涵和外延，拓展其開發與應用的實踐領域。

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李海峰：助教，在讀博士生，研究方向為CSCL、教學系統化設計理論與方法(tangshanlhf@163.com)。

王煒：教授，博士生導師，新疆師范大學教育科學學院副院長，研究方向為遠程教育學、CSCL(345979411@qq.com)。

2014年10月7日

責任編輯：趙興龍

The Design Research on Educational Game based on the Theory of Embodied Cognition——from EGEC Frame Construction to the Development and Application of “Sanitation Fighter”Game

Li Haifeng, Wang Wei
(Education Science College, Xinjiang Normal University, Urumqi Xinjiang 830054)

In the field of educational game, the researchers explore the promoting action about game for learning according to different perspective, but the articles about the research of educational game based on embodied cognition theory rarely appears. Embodied cognition theory emphasizes that cognition is Embodied cognition, body and environment is a dynamic combination. Based on Embodied cognition theory the author establishes the EGEC educational game development framework. The framework shows the dynamic united relations from the virtual player internal mental to the external body function and between the different environments.According to the EGEC educational game development framework and using Unity3D engine technology, the author developed the“sanitation fighter” educational game of English vocabulary learning for the fourth grade in primary school, and put it into teaching practice. The teachers and students make a better evaluation, but there are still some problems need to solve step by step in the future.

Embodied Cognition; Educational Game; Unity3D; EGEC Framework

G434

A

1006—9860(2015)05—0050—08

* 本文系新疆師范大學博士研究生科技創新項目“CSCL中知識建構的趨勢研究”(項目編號：XJ107621401)的階段性成果。