開心的游戲化學習

/ 云南師范大學文理學院

周加仙 / 華東師范大學教育學部

在智能手機及平板電腦等移動設備盛行的時代語境下，電子游戲化學習成為當下研究的焦點。將教育與生物科技、計算機技術等進行整合研究，揭示教育規律的核心本質，不僅能讓教育技術在以用戶為中心的原則上擴大應用效益，而且以教育技術和腦科學為理論支撐的游戲化教學方式，更能夠達到理想的教育過程，更有利于教育目標的實現。李璐、周加仙的文章從腦科學的角度，對快樂的游戲化學習進行了深入的分析，具有一定的科研和應用價值，將給創新型教學實踐帶來新的啟示。

——推薦人周曉林（北京大學心理與認知科學學院教授、腦科學與認知科學中心主任）

尋找快樂的本源，是人類社會亙古不變的議題。教育部部長陳寶生在北京十一學校考察后講到教育的三個“心”，其中，“小學階段要開心”受到各方面的高度關注。但是小學階段如何為學生釋放出更多的空間和時間，讓他們擁有快樂的學習時光，卻是教育工作者和相關部門面臨的一個亟待解決的問題。除了課程設置本身要更加符合小學年齡階段兒童的腦與認知發展規律以外，我們還應該結合腦與認知科學的研究成果，讓課程的實施過程，即教學，也成為開心的事情。

游戲化學習及開心的神經機制

一直以來，游戲都是兒童最主要的學習與交往方式。近年來，發達的計算機信息技術與各種媒體，將游戲化學習推向一個新的高潮。由于游戲的可操作性較強，6-12歲的兒童經過適當的指導能夠學會大部分電腦游戲。許多游戲化學習都比精心安排的傳統課程更能提高學生的參與水平（Johnson，2004），提高教學的效率。電子游戲化學習具備趣味的學習特點，能夠讓學習者，尤其是低年齡階段的學習者，在學習的過程中維持較長久的專注狀態，并提高玩家的學習動機。通過電子游戲本身所具備的圖片、聲音、影像以及文字等多媒體的整合特征，可有效地提升學習者對于學習的注意力及興趣，培養學習者的創造性思維與親社會行為。由此可見，采用電子游戲的學習模式，不僅可以激發學習者的學習動機，更可以結合教育教學的內容（Bruce，2018），讓兒童在游戲中得到樂趣的同時，也能夠學習到相關的知識，提高他們對于讀、寫、算及各類學科知識的學習興趣，促進小學生主動積極地參與和學習。借助電子游戲學習來達到學習的目標，可以讓小學生在學習的過程中更投入，學習更加主動，進而使得學習變成一件非常開心的事。

人們普遍認為，開心是幸福的重要組成部分，“開心”這一愉悅的反應，是哺乳動物的快樂行為在大腦中產生了顯著的正性反饋（Steiner et al.，2001），并且具有重要的進化功能。大多數哺乳動物的大腦中存在產生情感反應的相似神經機制，這種機制已經在物種進化過程中得到了選擇并保留了下來（Kringelbach，2010）。盡管各學科對于開心的見解眾說紛紜，但在神經科學里，對大腦在引起“喜歡”“快樂”等愉悅反應的神經機制的探討中，觀點比較一致。有研究發現，與開心有關的神經機制處于大腦的深處（如伏隔核、腹側蒼白球、腦干等位置），而其它與情緒相關的腦機制則位于大腦皮質的相關區域（如眶額、扣帶、內側前額葉和島狀皮質等）（Smith et al.，2010）。開心這一愉悅的情緒，會激活大腦中廣泛分布的網絡，并為興奮狀態具有高度分布性的腦區編碼提供了證據。但是迄今為止，僅在大腦皮質下的結構中發現了少數與愉悅存在因果關系的區域（Smith et al.，2010），這些區域被人們稱為腦中的“快樂中樞”。

研究者采用非侵入性的功能磁共振成像（fMRI）技術，對正在進行游戲化學習的個體進行研究。研究表明，此時學習者的腦中會出現更多與記憶系統有關的腦區激活，且激活隨著游戲化投入程度的加深而增強，即學習效果與學習動機之間的關系，會受到學習背景的調節（Kuntson et al.，2001；Nieuwenhuis et al.，2005）。此外，大量研究表明，游戲化學習能夠更有效地促進知識與技能的學習以及態度的轉變，在游戲化學習過程中個體在前額葉及頂葉區能夠觀察到更多腦區激活的情形（Sitzmann，2011；Howard-Jones，2014；Islas，2014）。相較于傳統的教學方式，參與游戲化方式學習的學習者學習更主動，對知識的記憶效果更好。在學習過程中，經過工作記憶訓練的個體，在前額葉及頂葉區可以觀察到更多的腦區激活，對所學知識內容的遷移與應用的信心也明顯提高（Hays，2005）。

游戲化學習激發開心的途徑及神經機制

組隊攻關更“開心”——競爭與合作的社會性交互作用。有研究表明，參與性與社會動態性對學習至關重要。腦際波形同步可能是社會性互動的神經標記，這種同步性很可能是由共同的注意機制驅動的（Suzanne，2017）。班級同學間的腦電波同步程度似乎可以很好地預測同伴間的相處狀況，以及學生們對課程的參與程度。毫無疑問，共同學習更“開心”。

在游戲化學習中，競爭可以有效地激發學生的學習動機。學生在多人游戲的環境里，通過多人游戲的競爭，激發學習者的動機并推動學習者的自我學習（Burguillo，2010）。另一方面，在合作游戲里，同組的游戲玩家，均向著自身團隊期望的共同目標而奮斗，同一團隊的玩家們無論輸或贏都是以團隊為單位，對他們而言，要贏得的目標是團隊整體的利益而非個人利益。因而在進行游戲化學習時，由于其存在的競爭和合作學習的環境，學生間不僅通過言語進行交流，而且通過多種方式對實時的感覺運動信息進行共享，以便更好地完成小組學習的任務。感覺運動信息的共享可以產生聯合注意、共享情緒等，從而激發與學生心智化能力發展高度相關的顳頂聯合區域的激活（Hutcherson et al.，2015），該區域的激活表明，游戲化學習中潛在的社會性交互作用，能夠使學生在共同的學習活動中，提升其對自我以及對他人的覺知能力，這對于青少年兒童的社會性心理能力提升大有裨益。

合作與競爭的順利完成均會激活額頂腦網絡以及前腦島（Rilling et al.，2008），且在合作的過程中，個體的眶額葉皮質呈現出更多的激活。這些區域的激活，讓學生在游戲化團隊學習的過程中，便于將自己的戰隊與其他戰隊區分，從而有效地提升學生的決策能力；組隊攻關的挑戰可以使學生潛移默化地體驗到團隊之間互惠協作的真諦，從而培養學生的利他行為。良好的同伴關系，能夠讓青少年兒童體驗到更多的快樂。合作與競爭的交互，不僅使得游戲化學習的神秘性與刺激性并存，而且能增加學生之間的信任與合作，因此，組隊學習更“開心”。

獲得獎勵更“開心”——獎勵機制與不確定性獎勵的效用。電子游戲中的獎勵機制有助于吸引玩家留在游戲中，并且通過一步一步的進步和與之伴隨的正性強化，使玩家沉浸其中，這也是電子游戲之所以受到歡迎的主要原因。在游戲的過程中，玩家在獲得游戲積分或者點卡的時候，個體腦中腹側背蓋區的多巴胺神經元投射到邊緣系統相關腦區的神經通路，刺激信號通過多巴胺激活此處的神經元，傳遞到玩家的“獎勵中樞”，即中腦邊緣多巴胺系統中，游戲者由此體驗到開心的愉悅感（Salamone，2012）。

不確定的游戲獎勵會導致大腦釋放出更多的神經遞質多巴胺。例如，卡牌游戲從抽牌開始本身就帶有概率型獎勵的隨機色彩，這也是卡牌游戲的魅力所在。當受到獎勵的可能性為50%時，多巴胺的釋放達到峰值。這也從神經生理學的角度較好地解釋了為什么人們更容易被機遇性游戲吸引的原因（Howard-Jones，2011）。在游戲化學習中，學生不斷被電子游戲學習系統給予的新道具、新任務和新的劇情刺激，逐步形成新的學習行為模式，中腦腹側的多巴胺神經系統進而被更大地激活，使多巴胺神經元持續放電的現象增多，從而使學生在游戲化學習的過程中，不斷地感覺到情感上的滿足，最終達到快樂學習的目的。

贏得勝利更“開心”——情緒情感參與游戲化學習的效用。一款成功的游戲往往能夠喚起玩家的各類情緒，并使各類情緒在正負值間強烈地波動。每個人都喜歡玩那些能夠帶來愉悅體驗的游戲，為了促進交互式學習游戲的趣味性，越來越多的研究人員將注意力轉移到人類用戶表達的情感體驗上，并努力實現能夠自動解碼并以適當方式回應這些情緒的情感智能界面。情緒情感是游戲玩家與游戲本身互動的一種走勢（Perron，2005；Bruce，2018）。經由游戲產生的情緒似乎是一個過程而不是一種狀態，包括玩家對情境的評估和對應激情況的反應準備。在通常情況下，一種情境與個體行為之間的相互作用決定了游戲的情緒，而這種情緒會隨著具體情況的實現而發生變化。如果學生意識到游戲情境的趣味性或者操控性，無論游戲中的任何一個步驟是否會轉瞬即逝，都會使得學生的情緒與情感整合到游戲化的學習中。

與游戲化學習中產生的情緒息息相關的杏仁核，在情緒性記憶過程中同時觸發應激激素的釋放，經由下丘腦—垂體—腎上腺通路反饋到記憶鞏固和儲存腦區（內側顳葉和前額葉）（LaBar，2006），以提高學生的學習記憶效果。此外，前額葉皮質也在對情緒性刺激的注意加工中激活，情緒對學生選擇性注意具有重要的影響作用，積極的情緒可以拓寬學習者的注意廣度，而這兩個因素，是學習效果的關鍵影響因素。游戲化學習可以讓學生在參與的過程中引起更高的學習動機，保持更高的注意狀態，獲得更多的記憶性知識。點滴的勝利累積，會使得諸如睪丸素的類固醇激素增加，而這對兒童青少年的發展調節與生存和生產有關的心理和行為具有重要作用。贏得勝利更“開心”，因為學習者體驗到了“一分耕耘，一分收獲”的甜蜜滋味。

綜上所述，游戲化學習對于提高學生學習的動機、提升教學的效果具有重要的作用和意義。但是，長期以來，社會、家長、教師等對電子游戲的錯誤認知，往往對電子游戲持排斥的態度。事實上，只要正確引導與合理安排，游戲化教學也能夠對兒童、青少年的腦與認知發展發揮促進作用。目前，存在的一個問題是，真實教育游戲情境中的設計技術欠缺，很少有針對性強、科目性強且優質成熟的游戲化教學平臺，如沒有專門針對小學數學學習的游戲化教學平臺或游戲化自學平臺。因此，當務之急是，培養一批不僅掌握了腦與認知科學的基本知識，還掌握了游戲設計的應用技術或者工具的專業化學習游戲設計人才。這種人才能夠根據科學研究的成果，搭建游戲化的學習平臺，編寫游戲化學習的軟件，來促進學生的學習。

（本欄目內容系作者個人學術觀點，不代表本刊觀點，僅供學術討論。未經授權，不得轉載）