小學數學類教育游戲表現形式的研究

黃恩銘　王琣　譚敏敏

摘 要：對小學數學類教育游戲的表現形式進行研究探討，有助于設計開發更適合小學生興趣與習慣的教育游戲，并且使教育游戲既有較好的教育性又有較強的可玩性。首先探討了游戲與小學數學教育融合的方法途徑，分析了小學數學學科內容與特點，并進行了游戲案例開發，最后總結出了適合小學數學類教育游戲設計的一般表現形式，即：益智解謎類表現形式、角色扮演類表現形式、射擊動作類表現形式。

關鍵詞：小學數學；教育游戲；融合；表現形式

中圖分類號：G434 文獻標志碼：A 文章編號：1673-8454（2016）22-0012-04

一、概述

游戲是一種消遣、娛樂方式，如今已與眾多領域有交叉，并在不少領域得到了新的廣泛應用，比如，游戲與軍事訓練、游戲與教育等等。最近幾年國內關于教育游戲方面的研究也吸引了越來越多人關注，并且已經有一大批專家學者投入到了具體的研究當中。數學是一門比較單調、乏味的學科，讓兒童不再感覺數學學習是枯燥的一個行之有效的方法是將數學學習與游戲融合。而在游戲中如何表現數學內容，讓兒童既玩的高興又學得快樂有效，這是數學教育游戲設計與開發的一個重點和難點。目前大多數已有的教育游戲產品中，普遍存在教材搬家、學習內容與游戲生硬嫁接或者過多追求休閑娛樂之現象，游戲過程與教學目標未達到“內在一致性”。深入研究小學數學類教育游戲在表現形式上的設計原則，不僅有助于改善教育游戲的可玩性，更重要的是能夠提升其學習效果。

本研究從兩個方面進行，首先對小學數學學科內容進行梳理分析，找出適合使用教育游戲形式表現的內容與知識點；然后結合具體的數學教育游戲實例，詳細分析三種可以承載數學知識內容的游戲表現形式。

二、小學數學學科內容分析

義務教育階段，數學學科內容主要包括四大類：“數與代數”、“空間與圖形”、“統計與概率”、“實踐與綜合應用”。在此四大類內容當中，小學數學涉及的知識與內容主要包括數的認識與運算、常見的量、現實世界中的物體、幾何體和平面圖形、現實生活中的數據和客觀世界中的隨機現象、自主探索、交流合作等等。依照新的課程標準，我國小學數學學科內容大體上主要包括以下幾個方面：（1）數的認識；（2）加減乘除運算；（3）認識位置與方向；（4）認識時間與時間單位；（5）認識人民幣；（6）長度單位及其相互轉換；（7）簡單的幾何圖形，包括形狀、周長、面積、對稱、平移、旋轉等；（8）認識質量；（10）分數與小數；（11）統計，包括隨機事件、概率和統計等；（12）空間與圖形，包括長方體、正方體、圓柱體和圓錐體等；（13）百分數與比例。

小學數學學習內容涉及面廣，一方面，并不是所有的內容都可以以游戲作為其表現載體。抽象概念和內容不適合在游戲中學習；加減運算、認識時間、簡單的幾何圖形和空間圖形等概念比較具體，現實生活中兒童可以經常接觸，在游戲中模擬會起到較好的學習效果。另一方面，適合用游戲作為載體的學習內容當中，不同的類別或者相同類別不同水平或者目標要求，其游戲的表現形式應當有所差異。

三、教育游戲與小學數學的融合

教育游戲與小學數學融合，就是利用孩子喜聞樂見的游戲方式去表現小學數學學科的學習內容，這就涉及到了教育游戲表現形式的問題。從游戲與教學內容的融合方式看，不應該只是游戲與知識的簡單嫁接，而是應著眼于提高教學內容與游戲任務融合的順暢性與邏輯連貫性。將游戲融入教師的數學教學和兒童數學學習中，構建起與數學之間的橋梁，最大限度地支持和滿足兒童感知和操作的需求，從而培養兒童對數學的興趣和自主探索的能力。[1]

選擇哪些游戲類型、形式與小學數學學科內容進行融合？目前電子游戲領域比較成熟的游戲類型主要有九種，通過對比分析與開發實踐總結，得出其中三種類型比較適合呈現小學數學學科內容知識，他們是：益智解謎類、角色扮演類、射擊動作類。益智解謎類游戲最初是用來培養和開發兒童智力的拼圖游戲，用來呈現小學數學學科內容不失為明智選擇。角色扮演類游戲重點在于玩家扮演游戲中的一個或者多個角色，有完整的故事情節，強調情節的發展和個人的探索和體驗，利用角色扮演類游戲來表現小學數學學習中的知識探究最合適不過。射擊動作類游戲比較簡單，但它可以提供一種緊張刺激的氣氛來鍛煉兒童的注意力和反應能力，將小學數學學科內容，比如數的認識、四則運算等等，轉移到該類型的游戲中既易于實現也一定的意義。在教育游戲與小學數學融合的三種可行的途徑中，不同的學習內容選擇不同的融合途徑，從而達到最佳的表現形式。

四、小學數學類教育游戲的表現形式

1.三種表現類型與小學數學學科內容的對應關系

小學數學類教育游戲的內容表現形式的設計，既要充分考慮小學數學學科內容的特點，還要重點把握小學生的心理年齡特征。如果機械的將數學內容以游戲的形式呈現，為了吸引學生的注意而冠以游戲的名義披上游戲的外衣，而實際上卻是數學習題的羅列，不僅不能提高學生的學習效果，反而讓學生的厭倦情緒更加嚴重。避免上述問題的關鍵在于，什么樣的學習內容應該用什么樣的方式表現，才能真正達到娛教一體的目的。上面已經提到，小學數學教育游戲可以用以下三種形式表現：益智解謎、角色扮演和動作射擊，這三種類型可以將小學數學學科大部分內容以游戲的形式很好的展現給小學生們。表1是它們與小學數學學科內容的對應關系，但并非一一對應，而是相互之間有所交叉。

2.以益智解謎類游戲呈現小學數學學科內容

益智解謎游戲是兒童最為喜聞樂見的游戲類型，并且可能很早就開始接觸。用益智游戲來呈現學習內容，他們更樂于接受。在游戲中沒有曲折的故事情結和復雜的游戲任務，其最為典型的特征是，游戲設置了大量的關卡，關卡由易到難逐漸加大，具有一定的挑戰性。將益智解謎類游戲與小學數學內容相融合，重點考慮的是如何按由易到難的規律將學習內容放置到對應的關卡中，并且在每一個關卡中如何生動的展現給兒童。在傳統的課堂教學中，教學生識數的最常用的方法是數實物，學生容易理解和記憶。游戲也可以借用這種方法，但是不能局限于此，需要加入一些“游戲化”的因素與操作。基 于此，本研究設計開發了一款學齡前兒童學習數數的小游戲《小貓的生日派對》，如圖1所示。第一關創設了一個輕松愉快的生日派對情景，兒童需要根據語音提示往生日蛋糕上插上一定數目的蠟燭，兒童拖動蠟燭操作的過程就是一個數數的過程，非常生動形象，既過了生日的癮又學會了數數。另外，也可以借用網上非常流行的一種休閑游戲的形式——切東西——來表現加減運算的學科內容，這是一種用戶體驗非常好的休閑娛樂游戲形式，用在數學加減運算訓練中也十分適合，如本研究設計開發的《非常時刻》。游戲對象為小學一年級學生，學習內容為100以內加減法快速運算。為了達到快速運算的訓練目的，游戲創設了一個比較緊張的氣氛——三秒鐘拆除炸彈。將答案選項捆綁在炸彈上，炸彈吊在繩子上左右晃動。為了增加吸引力，采用Box2d物理引擎，具有很強的真實感，如圖2所示。這種類型的休閑游戲可玩性非常大，操作游戲的自由度也很大，兒童不僅可以學習學科知識，還可以鍛煉思維和精細動作。

此外，認識人民幣和簡單幾何圖形等內容都可以與益智解謎類游戲進行完美的結合。

3.以角色扮演類游戲呈現小學數學學科內容

角色扮演游戲強調的是構建一個虛擬的世界，玩家在虛擬的環境里扮演一個或者多個角色進行相關的活動。無論是游戲任務，還是游戲規則和游戲操作方法都比較復雜，因此角色扮演類游戲更適合小學較高年級學生用來進行探究式學習。創設虛擬的游戲環境與創設真實的數學探究式學習情景相關聯，游戲因素與學習內容相匹配，玩家的游戲任務與學生的學習任務相同步，游戲升級和學習探究相統一。角色扮演類游戲結合最新的體感技術可以極大的增加用戶的置入感；體感技術使得學習活動更加趨向于多模態和游戲化，學生積極使用他們所有感官進行學習時會獲得更高的績效。[2]

角色扮演類數學游戲首先需要從學科領域中選擇和確立主題，在虛擬的游戲環境中加入真實的探究式學習情境，學生在游戲中通過獨立自主地發現問題、實驗、操作、收集和處理信息、表達與交流后獲得知識、培養能力。它應該有一套比較完善的知識體系，整個游戲或者整套游戲下來，幾乎能涵蓋某一學習階段的某方面的所有學習內容，學生在角色扮演類數學游戲中的學習是連續的、循序漸進的，一個個游戲任務的完成過程和游戲升級過程，就是學生學習知識豐富和學習能力提高的過程。

目前，已經有一批比較經典的角色扮演類教育游戲作品，如專門用于訓練市長的《模擬城市》1，訓練董事長的《模擬領導》，訓練員工的《直言者》和訓練海軍陸戰隊員的《DOOM》、還有香港中文大學研發的《農場狂想曲》2等等。這幾款大型游戲，涉及的內容非常豐富。角色扮演類是一種很好的教育游戲形式，特別是培養學生獨立探索、協作學習等能力更為有效。有些數學學科內容像認識方位、認識人民幣、長度單位與空間幾何圖形的學習等，學生在角色扮演類游戲中學習會學得更深刻。學生可以扮演探險者，以探險的方式認識復雜的方位；可以模擬商人，通過虛擬的交易環境去認識人民幣、了解市場交易規律；可以成為數學家，設計各種各樣的空間幾何圖形，從而加深對數學空間圖形的理解與應用；等等。《小小營業員》是一款幫助小學生更直觀認識人民幣的角色扮演類小游戲，如圖3。學生扮演的是超市收銀員的角色，每一次顧客挑選好商品結賬時，收銀員都需要回找給顧客正確的人民幣，從而達到認識人民幣的作用。

4.以動作射擊類游戲呈現小學數學學科內容

與益智解謎類游戲類似，動作射擊類游戲也是一種模式相對簡潔、內容相對單一、任務相對簡單的小型游戲。將動作射擊類游戲與小學數學學科內容相融合，讓學生在緊張、刺激的環境下進行某方面的強化鍛煉，可以起到更好的訓練效果。不僅訓練了學科知識內容，還能鍛煉學生集中注意力的能力，學生的手眼協調能力也會得到進一步的加強。

動作射擊類游戲比較適合兒童學習數字和進行加減乘除運算的強化訓練。游戲操作簡單，兒童不用把大部分的心思放到游戲控制上，可以集中精力進行數字學習或者加減乘除運算。在動作射擊類游戲中，玩家的焦點通常是武器和目標靶子，因此，將其與數字認識或四則運算的學習融合時，應該盡可能地把這兩方面的學習內容融入到射擊武器和目標靶子上。基于此，我們設計開發了一款動作類加減運算小游戲《超級一跳》（圖4），它還結合了冒險、收集金幣與闖關等多種因素，做到了較強的游戲趣味性。在學習內容的表現上也做得比較到位，學生控制主角向前進，途中需要躲避或者殺死怪物并且收集金幣，每跑一段距離就會遇到一道學習任務，題目十分明顯的懸掛于正上方，題目的正下方安排了四個答案選項，只需要控制主角跳起撞擊正確的答案，即可將答案移動到運算式子等號的后方，跟紙上答題一樣。這樣一個設計比較巧妙，答題的操作完全延續了游戲本身的操作，而不會因額外的點擊或者輸入操作而減慢游戲的進程。

數的認識、加減乘除運算等方面內容是小學數學學習最為基礎和重要的部分之一，設計開發動作射擊類數學游戲時，應該從以下幾方面考慮其具體的表現形式。

（1）有一定的刺激因子以引起學生的注意

引起注意是提高學習效果的關鍵的因素。在游戲中刺激因子越多越能引起學生的注意，但是與學習內容無關的刺激因子越多，學生的注意力將不在學習內容上，而將注意力放在游戲情節或者其他界面元素。[3]因此，刺激因子要有，但要求適當，否則會恰得其反。例如，我們在《歡樂打地鼠》（圖5）中將答案寫在時而出洞時而隱藏的地鼠頭部，不僅增加了任務難度，而且更能引起學生注意。

（2）算式、答案與其他游戲因素既有區分又有“內在一致性”

運算類數學游戲中，玩家的焦點應該是算式和答案，此兩者在游戲界面中應該處于突出的地位，時刻都在玩家視野范圍內，不用特意尋找。也就是說，表示數學算式的元素和其他游戲元素在顯示上應該有較大的區分度，背景是靜止的，則表示學習內容的元素就應該是運動的；其他元素的色彩應該比較淺淡，而學習內容元素的色彩應該比較鮮艷。在《超級一跳》中，算式、答案都十分明顯，與其他游戲因素區分度較大，但絕非完全脫離關系，且學生在游戲中不需要停止當前的游戲操作而轉向答題操作，答題的操作其實就是當前正在進行的游戲操作，做到“內在一致性”。

（3）游戲情境與運算練習有一定的聯系且來源于生活

訓練運算能力的小游戲，如果游戲情境過于復雜，會使學生糾纏于游戲情節，不再關注學習內容。一個好的生活“圖景”可以很好地勾畫出知識產生的來龍去脈、知識的適用條件等隱性知識。[4]設計此類游戲時，可以從日常生活中選擇游戲情境，如超市購物、種植蔬菜、摘收水果、幫父母做家務等等。在鍛煉學生數學運算能力之余，還可以讓他們產生比較真實的體驗，甚至可以體會到日常勞動的光榮。

（4）運算反饋要及時使學生得到加強

在數學加減乘除運算類游戲中，常用的反饋形式有兩種，一是即時反饋，特別是回答問題出錯時，即時反饋顯得更為重要，反饋內容不僅應該簡單明了地重現問題，還應該強調正確的答案。二是總結性反饋，將學生在游戲過程中所回答問題的情況做跟蹤記錄，整個游戲結束或者某一關卡結束后，顯示該學生整體的答題情況，答對題目和答錯題目的個數，錯誤類型總結，然后給出簡單的學習診斷，使該學生對自己的運算能力有大概的了解，對哪些數字的認知還不到位等等。最后，根據學生答題情況的記錄，讓該學生重玩游戲時，盡可能多的出現之前回答錯誤的題目，使學生薄弱的部分不斷得到加強。上述列舉的教育游戲實例都涵蓋了這兩種反饋，每回答一道題目，都會及時給出正確或者錯誤提示；而當整個游戲完成、失敗或者勝利，都會有比較詳細的總結，如完成任務所用的時間、得分是多少和錯題庫等等。學生可以根據即時反饋及時調整最佳狀態，當完成任務時還可以根據總的情況去了解自己的薄弱環節。

五、總結

小學數學類教育游戲的設計者和開發者都應該努力的尋找更為適合小學數學游戲的表現形式，而不是僅僅將重心放在游戲的技術實現與游戲的功能上，只有這樣才能設計和開發出更多適合大部分兒童的數學教育游戲，才能讓兒童在玩的過程中同時能夠學到更多的東西，既滿足兒童好玩的心理，又能兼顧兒童的數學學習。

參考文獻：

[1]陳學成，曾彬.關于我國幼兒園數學教學游戲化的研究綜述[J].湖北第二師范學院學報，2015，（12）：97-100.

[2]李青，王青.體感交互技術在教育中的應用現狀述評[J].遠程教育雜志，2015，33（1）：48-56.

[3]洪榮昭，陳安秀.數字游戲在過動癥兒童在數學學習之研究[A].莊紹勇，焦建利等.游戲化學習與教育變革[C].北京：北京大學出版社，2011：142-151.

[4]高淮微.教育游戲中游戲任務設計的原則和方法[J].遠程教育雜志，2007，（03）：69-78.（編輯：郭桂真）