游戲化學習促進學生個性化發展的實證研究

李宜遜　李虹等

摘要：如何通過學生樂于接受的方式，為學生提供符合其發展水平和心理特點的個性化教學是教育實踐中的一個難題。依托信息技術，以計算機為媒介的學習軟件可以為個體提供理想的在線學習環境，自適應技術的應用則能進一步滿足學生個性化學習的需求，為每一位學生提供最優化的個性化教育，因而具有良好的運用前景。然而，目前國內還少有探索游戲化學習有效性的實證量化研究。該文在分析游戲化學習對學生個性化學習的影響的同時，通過教學實驗驗證了學習軟件GraphoGame拼音游戲的有效性，可為今后游戲化學習的研究與應用提供重要參考。

關鍵詞：個性化學習；游戲化學習；自適應技術；計算機輔助教學

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A

常規的班級教學常常強調按照一致的步調，為學生提供相同的學習內容，缺乏對學生個體差異的重視。大一統的教學模式效率雖高，但難以被當今強調個性化的學生所喜愛。尊重學生的獨特心理特點，基于學生在學習能力、學習進度等方面的個性化需求，為每一名學生提供個性化的教育是未來教育的發展趨勢之一。這種趨勢不僅強調為學生提供充分的自由度，鼓勵差異化教學，同時也依賴于新科技的開發，以期為學習者提供更多的選擇和控制。基于現代教育的終身學習理念，以學生樂于接受的方式來激發其學習動機、培養其學習能力，最終幫助學生實現自主學習是教育的重要一環。為此，很多研究者做了大量研究與嘗試，游戲化學習（Game-based Learning）則是其中重要的一種。

一、游戲化學習與個性化學習

游戲化學習是《2010年度地平線報告基礎教育版》中重點介紹的技術之一。游戲化學習是一個十分廣泛的范疇，從任務要求上看，涵蓋從簡單的、由個體完成的紙筆游戲到更為復雜的、需要多人參與的角色扮演游戲等不同類型；從學習目標上看，則包括任務導向、社交情境導向、教育導向、團隊協作技能導向等不同的游戲化學習。其中，教育導向的游戲化學習又主要分為：（1）不使用信息技術的游戲化學習；（2）使用信息技術且涉及多位學習者協作的游戲化學習；（3）使用信息技術但不涉及多位學習者協作的游戲化學習。其中第一類游戲化學習最為常見，設計和操作起來最為簡單，是很多教師在授課時都會采取的教學補充手段；第二類游戲化學習能很好地促進學習者之間的合作；第三類游戲化學習則適合學習者獨立靈活參與，是實現個性化學習、兼顧兒童發展多樣性的理想載體。

近年來，越來越多的教育實踐者嘗試將游戲化學習的框架根植于互聯網平臺，借助教育導向的游戲學習軟件，更好地滿足教學過程中學習界面的情景化、交互性的要求，從而充分激發兒童的學習興趣。日常觀察不難發現，課余時間玩電腦游戲在兒童中很流行，學生經常會專注于玩游戲長達數小時。調查研究表明，比起傳統的學習任務，兒童更喜歡基于計算機的學習任務，且在學習基于計算機的任務時更專心，學習動機更強。有研究顯示，能夠有效激發學習者內部動機的計算機游戲具有如下特征：有挑戰性、有新異元素、能引起好奇心，在一些無關緊要的元素上給予學習者控制力（如自主選擇游戲角色、名字）等。有研究者基于實證提出了設計計算機學習游戲的一系列標準：專注、有挑戰性、可控、有明確的目標、有反饋、能讓人投入、有社會互動性。此外，有研究按照上述標準評價了針對不同群體的計算機游戲，并明確指出，對于學齡兒童而言，適當的挑戰性是最重要的。難度過高將會削弱兒童的學習動機，難度過低則會令兒童感到無趣。兒童的個體差異決定了學習游戲的難度應能與每一位兒童的水平進行匹配，也就是滿足兒童個性化學習的需要。

個性化學習指的是以學生為中心，針對學生的個性特點靈活編排學習材料、安排學習進度、圍繞學生的既有水平和學習能力因材施教的教學方式。與當下普遍實施的固定班級、統一內容和進度的教學活動相比，個性化學習非常強調對學習者個體差異的重視，這不僅要求教育者在理念上對學生的個性化學習特點給予足夠的關注，同時在實踐上，更要求教育者能夠對每個學生的個體差異有足夠的了解，能夠對學生的現有水平進行準確的評估，并以此為依據，合理使用并及時調整學生的學習材料或進度。這在傳統的課堂教學模式中，即使在班級規模相對較小，教師有意識地關注學生個體學習特點的情況下，也難以實施。相比之下，信息技術的進步為此帶來了重要的實現手段。

為了在游戲化學習中實現學生的個性化學習，研究者可將自適應算法應用于游戲學習軟件中。學習軟件不僅能夠記錄學生的線上學習數據并存儲至后臺服務器以便進一步分析，還能基于自適應算法，對學生的能力水平進行實時的動態評估，并據此安排和調整針對個體學生的個性化的學習材料。例如，實時編排的個性化學習內容能確保學習者的正確率在80%左右，以保護其學習動機，同時促進其學習其余20%的挑戰性材料。此外，根據學習者的學習進度與效果，進一步靈活調整學習時間和練習次數，從而實現個體化的自主學習。GraphoGame學習軟件就是一種以自適應為核心的教育導向的游戲化學習軟件。

GraphoGame是一系列界面友好、以自適應為核心的兒童閱讀學習軟件的統稱。由芬蘭于韋斯屈萊大學Agora研究中心基于對于閱讀障礙高危兒童長達二十余年的追蹤研究結果而逐步發展而成，主要用于幫助孩子學習拼音文字中基本的形—音對應規則，并逐步過渡到準確閱讀和流暢閱讀。研究顯示，只需要4個小時左右的游戲時間，原本不會閱讀的芬蘭兒童即可獲得基本的閱讀技能。該團隊與世界范圍內其他國家的研究者合作開發了不同語言版本，在英國、奧地利、瑞士、贊比亞等拼音文字國家中都取得了積極的干預結果。GraphoGame拼音游戲是首次在中文學習環境中的嘗試，通過探索其適用性和有效性，對今后漢字學習的理論研究和教育實踐都具有重要意義。

二、實證研究

（一）研究問題

基于游戲化學習的理念，通過量化的實證研究，探討GraphoGame拼音游戲在一年級兒童個性化學習中的作用，并分析訓練時長對學習效果的影響。

（二）研究工具

1.GraphoGame拼音游戲

作者根據人民教育出版社語文課本中的拼音教學部分，在GraphoGame平臺上自主研發了拼音學習程序，簡稱“GraphoGame拼音游戲”。在該游戲中，每個單元主要包含以下四個階段：

學習階段：以發音示范為主，旨在促進兒童形成拼音和讀音之間的配對聯想學習。兒童每次會在屏幕中央看到一個拼音，并同時從耳機中聽到對應的讀音。

游戲階段：旨在強化、鞏固兒童的音—形聯結。兒童在耳機中聽到一個音節，需從屏幕中央呈現的2-7個拼音中，選出與之匹配的一個。該游戲形式豐富，包括爬樓梯、射擊、打氣球、賽車、捕食、打靶、對決等多種形式，深受學生的喜愛。更為重要的是，在游戲過程中，后臺程序在向兒童及時提供正誤反饋的同時，實時評估兒童的現有水平，借助基于貝葉斯算法的自適應技術，不斷記錄并更新學生易混淆拼音的數據庫，并實時調整每一次拼音選項的數量，從而實現基于每個個體的現有水平調整學習材料難度和進度的目的。每一次學生的現有表現越好，則下一次干擾的拼音選項數量就越多，選項中包含的兒童易混淆拼音數量也越多，游戲難度變大；反之，如果學生的作答情況欠佳，則游戲難度隨之降低。這樣的設置可以保證兒童能達到80%左右的正確率，從而保護其學習動機，促進其努力學習其余20%的挑戰性材料。

反饋階段：報告兒童在整個游戲單元中的正確率。兒童的正確率越高，則可供選擇的貼畫數量越多，但無論兒童的正確率如何，都能選擇一張貼畫貼到自己的貼畫書中，從而保持其參與動機。

強化階段：以貼畫書的形式積累學生已經獲得的獎勵，以保持學生的學習動機。

2.拼音能力測驗工具

在兒童使用拼音游戲前后，分別用五個測驗測量兒童的拼音能力，以此評估兒童的進步。

拼音正誤評斷測驗：仿照Nevala和Lyytinen的方法，采用快速劃銷錯誤音節的形式考察兒童對于拼音的拼讀和書寫規則的掌握。視覺呈現150個音節，其中有47個不符合拼音規則的錯誤音節，如bàà，要求兒童在3分鐘之內盡可能多地劃掉錯誤音節。兒童平均每分鐘的擊中個數減去虛報個數，即為該測驗得分。

音節切分測驗：仿照Nevala和Lyytinen的方法，采用切分音節的形式考察兒童快速識別音節的能力。測驗視覺呈現11行無空格的音節串，每個音節串由10個音節組成，要求兒童根據拼音拼讀規則在3分鐘之內盡可能多地將相鄰的兩個音節分開。兒童平均每分鐘正確切分的音節個數即為該測驗得分。

音節快速朗讀測驗：考察兒童的拼音解碼流暢性。視覺呈現小學語文課本中最先出現的100個音節，要求兒童在2分鐘內又快又好地逐個朗讀。統計兒童平均每分鐘讀對的音節個數作為測驗得分。

音節聽寫測驗：考察兒童的拼音拼寫技能。語音呈現10個書寫中容易出錯的雙音節，要求兒童在答題紙上拼寫出來，整個音節拼寫及聲調正確才能得分，每個音節1分，共20分。

拼音完形填空測驗：考察兒童的拼音閱讀理解能力。視覺呈現20幅簡筆畫，要求兒童根據其意義，填補拼音短語或句子中的空缺音節，每題1分，共計20分。

（三）研究過程

1.被試

在北京市某普通小學中同一位語文教師的兩個一年級自然班中，隨機選擇其中一個班為訓練組，另一個班為控制組。完成前后測及訓練的兒童22人（男11人，女11人；平均月齡80.95），只參與前后測的對照組兒童20人（男9人，女11人；平均月齡80.05），所有兒童的母語均為普通話。

2.實驗過程

在得到家長的知情同意后，于一年級上學期第9周，即兒童剛學完拼音時，對兩組進行相同的前測，此后開始為期四周的干預，期間只有訓練組使用拼音游戲，干預結束后，兩組接受與前測完全相同的后測。整個干預過程在兒童家中進行，由研究者、家長和語文教師三方共同完成。干預結束后，訓練組游戲時間在33-282分鐘之間，平均值為153.77分鐘（標準差為69.57）；游戲通關數量在5-15之間，平均值為11 50關（標準差為3.66），其中全部通關9人，占比41%。

（四）實驗結果與分析

1.拼音游戲在提高兒童拼音拼讀能力中的作用

分別統計兩組兒童在干預前、后各測驗的成績并計算進步量循測減去前測），結果如表1所示。為了確認兩組兒童在干預之前是否同質，以組別為自變量，月齡及五個前測成績為因變量進行多元方差分析，結果顯示組別的主效應不顯著，Wilksλ=.88，F（1，40）=.794，p>.05，表明在干預之前，兩組兒童的月齡及拼音能力不存在顯著差異。

為了探討參與拼音游戲對兒童各項拼音技能的影響，分別以各項前測成績為協變量，組別為自變量，后測成績為因變量，對五個測驗進行協方差分析。結果表明，訓練組的拼音正誤評斷、音節切分和音節快速朗讀成績顯著高于對照組，F（1，42）=9.33，p<.01；F（1，42）=4.18，p<.05；F（1，42）=3.33，p<.10，其余測驗中兩組無顯著差異，F（1，42）=2.11，p>.10；F（1，42）=.21，p>.10。

由于本研究的被試量較小，為了更好地探討拼音游戲的效果，采用Hatcher提出的效應值分析法，基于兒童的進步量（ds）進行分析，兩組在五個測驗上的進步差異效應值結果如表1所示。

與協方差分析結果一致，與對照組相比，訓練組僅在拼音正誤評斷、音節切分和音節快速朗讀三個測驗上具有中等效應及以上的進步優勢，而其余兩個測驗沒有明顯效應。由此可見，拼音游戲能顯著地幫助兒童快速地識別拼音音節是否正確、進行快速的拼音音節切分和命名，但不能顯著提高其拼音拼寫技能。這可能主要與游戲本身的設計編排有關。這提示我們，識別和書寫是兩個相對獨立的心理過程，識別能力的顯著提高并不能保證書寫能力的發展，因此，今后還需要更多的研究和教學干預程序來關注如何提高學生的拼音書寫能力。

2.訓練時間長短與兒童進步大小的關系

由于本研究中的拼音游戲是在兒童家中進行，研究者無法對訓練時間進行嚴格控制，訓練組兒童參與游戲的時間存在巨大差異。已有研究顯示，訓練時長會影響兒童的進步大小，因此，仿照Lin的方法，根據游戲時間是否高于平均值（M=153.77），將訓練組兒童分為高、低訓練時間兩組，樣本量分別為8和14，平均訓練時長分別為228.25分鐘和111.21分鐘，標準差分別為42.54和38.47。分別統計兩組在訓練前、后各個測驗的成績、進步，結果如表2所示。多元方差分析顯示，兩個訓練組與對照組的月齡和五個前測成績均無顯著差異，Wilksλ=.759，F（1，20）=.837，p>.05，表明訓練前三個組的月齡及拼音能力相當。由于每一組人數較少，采用效應值分析法比較兩個訓練組相對于控制組的進步大小。

由表2可知，雖然與對照組相比，兩個訓練組均在拼音正字法意識、音節切分和音節快速朗讀三個測驗中均有明顯進步，但是高訓練時間組的優勢效應更大，并在音節聽寫測驗中也表現出中等效應的進步優勢，表明訓練時間長的兒童進步更大。因此，為了增大兒童的學習收益，足夠長的訓練時間必不可少。

（五）小結

本研究以拼音游戲為干預工具，通過為期四周的干預實驗，分別探討了游戲化學習對提高兒童拼音能力的有效性以及訓練時長對兒童進步大小的影響。結果顯示，兒童僅僅平均參與游戲2.5個小時，就可顯著提高拼音能力，這與拼音文字中的GraphoGame研究的發現相一致，即總共數小時的游戲干預就足以取得良好的效果。訓練時間越長，兒童的進步優勢越大，這也與已有的計算機干預研究結論相同。這些結果表明，本研究中使用的拼音游戲可靠有效，兒童能夠通過拼音游戲展開有效的個性化學習，并取得良好的學習效果。

三、啟示與建議

（一）打造高質量教育類游戲和游戲平臺的核心因素

美國教育部發布的《早期教育技術開發指南》中明確指出，大規模推廣的教育類游戲必須先經受科學實證研究的檢驗。總體而言，設計和發展高質量的教育類游戲，要求設計團隊經歷調研、設計、調試和實驗等四個步驟，期間需要循環往復多次以臻完善。

1.調研。在確定所要設計的教育類游戲的學習目標后，設計團隊需要通過充分的調研來確定游戲的大致設計方向，包括平臺建立和內容設計。目前理想的游戲平臺應當包括兼容良好的在線測評模塊以及采用了自適應算法的學習模塊。在內容設計上，設計團隊不僅要對已有的同類教育類游戲進行充分調研，以領域內的理論和實踐成果作為基礎，還應當與一線教師、學生家長、學生群體及相關的學科專家進行深入訪談溝通，以便從現實角度充分了解和調整游戲的設計方向。

2.設計。在確定游戲的設計方向后，應當基于相關的學習理論并參考最新的學科實證研究結果，選取和編制合理的學科學習材料，編排恰當的材料呈現順序，設置科學的學習方式，最終完成游戲的學習內容模塊的建構。

3.調試。在將學習內容模塊編入游戲平臺，得到初步的游戲版本后，應當選取游戲的目標群體進行試用并收集反饋，以為游戲的調試和完善提供參考。在這個環節，設計團隊除了要關注游戲程序中可能存在的錯誤外，還應當注意那些關于游戲中所設置的用以維護學生學習動機的元素以及人機交互性的反饋。調試階段可能會涉及到下至底層程序、上至學習內容設計等不同層面的改動，最終得到一個較為理想的成型游戲版本。

4.實驗。游戲版本成型后，設計團隊應通過小范圍的實驗研究來檢驗該游戲的有效性，如本文中所介紹的關于拼音游戲的實證研究，并基于研究結果為一線教師應用游戲提供指導意見，包括游戲的具體促進作用、適合的群體以及使用的特點等。此外，在大范圍推廣游戲前，應當通過大量的在異質樣本中展開的實證研究，摸索有效、合理的操作推廣模式，建立完善的操作指南。在整個實驗階段，設計團隊應當注意對游戲所收集的學生的學習數據保密，也應當重視對這些數據的合理分析，基于數據結果不斷完善游戲。

本研究中所使用的拼音游戲設計，正是基于芬蘭和中方研究者數十年研究的成果，采用上述步驟逐步研發完成的，本文即是最后一步實驗研究的結果。

（二）將游戲化學習融入日常教學

游戲化學習是一種理想的促進學生個性化學習的工具，其作用并非是替代學校教育，而是作為教學輔助手段供教師靈活應用。如果教師能夠將游戲化學習合理地融入日常教學，那么將能夠在提高教學效率的同時，打破時間、空間的限制，為不同能力的學生提供充分的課余練習機會及個性化指導，促進學生的發展，本研究為此提供了量化的支持性證據。基于我國目前的教育現狀，即使是在教育資源相對發達的地區，班級規模仍多為三十人以上，現有的師資力量仍難以為每一位學生提供一對一的個性化輔導。相比之下，基于自適應算法，發展不同類型的教育類游戲，能夠以較高的性價比為教師提供強有力的工具，使其能根據不同學生的學習進度及薄弱環節，靈活使用諸如漢字游戲、漢語閱讀理解游戲、算數游戲、英語詞匯游戲、英語閱讀流暢性游戲等等不同類型的游戲。

此外，游戲化學習還能在很大程度上減小由于教育資源分布不均導致的學生學習機會之問的差異，以推進教育公平的實現。客觀而言，我國在教育環境和資源上的地區發展不平衡的現狀短期內難以發生實質性改變，偏遠地區兒童的受教育狀況將極大地影響整個社會的總體教育發展水平，也將在很大程度上決定國家未來的發展和進步，全面提升偏遠和落后地區的教育水平任重而道遠。從投入產出比來看，通過在教學中輔以教育類游戲的方式可以較為經濟地減少由教育資源分布不均所導致的不同地域學生的學習機會之間的差異。就拼音學習而言，我國大部分學生長期在方言或者少數民族語言環境下成長，相應的教育類游戲，如拼音游戲和漢字游戲等，能為他們提供良好的聽、說環境，提高語言學習效率。

（三）教育類游戲的發展趨勢

當今的教育生態早已不再局限于課時、教室，也不再只是學生和教師之間的互動。互聯網的便捷打破了家庭和學校之間協作的壁壘，使越來越多的家長得以以積極的態度與教師一起努力建構學校一家庭教育的共同體。雖然目前較為常見的協作模式大多仍停留在基于郵件和即時聊天軟件等平臺的任務和觀點交流上，但未來基于準確數據的教育類游戲將在促進這一教育共同體上發揮重要作用。教育類游戲中的在線評估模塊能夠減少家長對于教師反饋兒童學習進程方面的依賴。通過直接向家長呈現評估結果，家長得以更直觀地了解兒童的學習軌跡及特點，以便更主動、更具有針對性地卷入學校一家庭教育共同體。本文的實證研究部分正是這樣一個例子，兒童在課余時間，在家長的從旁協助下，在家中使用拼音游戲復習鞏固拼音知識，在這個過程中，兒童能夠根據自身的基礎和需要得到充分的學習機會，家長能夠及時獲取兒童的評估數據并視情況給予輔導，教師也能夠便捷地從后臺監測全班學生的學習數據以調整下一步的教學計劃。

未來的教研也將不會受到時間、空間的限制，教師們理應能夠共享教案，共同構建和使用一個開源的教學資源庫，形成一個集思廣益的教學共同體。專業化的教育類游戲正是這樣的教學共同體產生和發展的理想平臺。將學科專家以及一線教師共同設計和維護的不同學科的學習內容模塊化、電子化，發展成為教育類游戲，直接呈現給學生，那么將大大減少一線教師的備課壓力，并提高教學質量。以語文學科學習為例，漢字教學是小學語文教學的重中之重，研究和實踐都表明基于字理的教學方式更具效率，然而，要求大部分語文教師能夠熟練運用字理備課，并在有限的課時內完成教學，是極具挑戰的。相比之下，由語文學科專家及一線語文教師共同協作，基于漢字字理對小學漢字庫進行編排，發展出一個漢字游戲作為教輔工具，能夠很好地解決這一矛盾。

本文主要討論的是針對個性化學習的教育類游戲，目的是關注學習者的個性特點，為個體提供理想、充足的學習機會，并充分利用游戲中的各類元素激發學習者的學習興趣和提高參與頻率，最終促進個體的發展。通過根植于自適應技術的教育類游戲，教育者不僅可以更為有效、便捷地為學習者提供滿足個性需求的學習機會，更能實時記錄學習者的學習軌跡、評估學習者的知識掌握情況，以便教育者擬定下一步的教學方案。值得指出的是，在現代信息技術的強有力支撐下，學習者的學習方式正在發生巨大的變革。例如，面向多位學習者協作的教育類游戲將是未來發展的重要組成部分，這類游戲能夠很好地培養學生的協作精神、解決問題和交流等能力。此外，在未來的部分教育類游戲中，學生將不再局限于被動的參與或互動，而是能夠主動參與到學習任務的設計中，在教育類游戲平臺上展開朋輩協作學習，在提高自主感、參與感的同時，獲得終身受益的作為知識創造者的寶貴經歷。