自動化理論視角下教育游戲的設計與開發

王博 石連栓 吉甜甜

摘要：基于自動化理論和強化理論，提出設計教育游戲應遵循的基本原則，使用Flash軟件設計，以“垃圾分類”為主題的教育游戲，幫助玩家提升環境保護的意識，學習垃圾分類的知識。

關鍵詞：垃圾分類;教育游戲;Flash

中圖分類號：TP311? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）01-0119-03

1 背景

隨著人們生活水平和消費水平的不斷提高，中國每年產生的生活垃圾的種類和數量也在不斷增長，同時“垃圾圍城”的問題也越來越嚴重。相關調查顯示，實施垃圾分類投放不僅可以加快垃圾的處理，有效解決“垃圾圍城”問題，而且提高了垃圾回收的效率，降低垃圾處理的成本[1]。2019年6月25日，《中華人民共和國固體廢物污染環境防治法》修訂草案初次提請全國人大常委會審議。草案對“生活垃圾污染環境的防治”進行了專章規定。2019年9月，為深入貫徹落實習近平總書記關于垃圾分類工作的重要指示精神，推動全國公共機構做好生活垃圾分類工作，發揮率先示范作用，國家機關事務管理局印發通知，公布《公共機構生活垃圾分類工作評價參考標準》，并就進一步推進有關工作提出要求。

目前，垃圾分類在我國還處于試行階段，群眾普遍積極性不高，在分類時需要人員指導。造成這一問題關鍵還是群眾對垃圾怎樣分類不清楚，僅依靠志愿者進行指導、張貼垃圾分類海報的方式影響范圍較小且針對人群固定，無法對人們進行良好的科普教育。作為一種新型的學習方式，教育游戲可以利用豐富的多媒體素材塑造出仿真的學習環境，幫助學習者去理解、體會和探究知識，促使學習者自然“習得”并“建構”知識[2]。教育游戲既能滿足學習者對寓教于樂的需求，又能激發學習者的學習動機，促進學習者形成積極的情感態度[3]。針對這一問題，筆者將游戲應用到垃圾分類中，希望通過這種方式讓學生學習垃圾分類的方法，增強環境保護的意識。

2 理論基礎

2.1 自動化理論

關于技能的學習可以追溯到桑代克早期對反饋練習效果的研究中，如今，反饋已成為教育領域一項特別重要的教學技術。

根據20世紀50年代開始逐步形成的技能學習理論，人的技能學習可以分為三個階段[4]。

認知階段（cognitive stage）。在該階段，程序性知識被編碼為陳述性形式，比如“一次性筷子是干垃圾”或者“電池類包括紐扣電池、手機電池是有害垃圾”。

聯結階段（associative stage）。在該階段，程序性知識被編碼為循序漸進的過程，但在應用時需要想著這個過程，比如在垃圾分類時，就要想著一次性筷子屬于干垃圾。

自動化階段（autonomous stage）。在該階段，程序性知識也是被編碼為循序漸進的過程，但是在應用時不需要想著這個過程。

當教學目標是幫助學習者提高自動化能力時，需要用到自動化理論，而且學習者需要通過反復練習來獲得自動化能力。

2.2 強化理論

強化理論，也叫作行為修正理論。該理論最早是由俄國生物學家巴甫洛夫提出，后由美國行為主義心理學家華生、桑代克、斯金納等進一步深入研究，尤其是斯金納針對強化理論做了更加詳盡的研究。斯金納認為強化理論是一種旨在強調人的行為和影響其行為的各種環境刺激間相互關系的理論，他認為由于人的行為引起的后果會對其行為發生反作用，因此，可以通過影響其行為后果的方法來糾正或者完全改變他們的行為[5]。而強化的意義就在于強化本身是個體的驅動力，得到了強化的行為出現的頻率就會增加，而沒有得到強化的行為必然逐步消退。

根據強化的措施和目的不同，強化可以分為以下四種：

1）正強化。如果學習者的行為符合教學目標，就要給予學習者獎勵，讓這種行為得到保持甚至發揚。這是一種常用的且有效的激勵方式，主要方法有表揚、獎金等。

2）負強化。在正式學習之前告知某些不符合教學目標的行為以及發生的后果，避免這種行為帶來的不愉快。

3）自然消退。對于某些行為不理睬，以表示對這種行為的否定，時間一長，這種行為就會自然消退。

4）懲罰。對于某種行為，采取一定的方式來表達對這種行為的否定，以期減少甚至消除這種行為。

從以上四種類型可以看出，強化實際上是改變某種行為的方式，通過強化，學習者可以獲得某種行為、延續某種行為或者改變某種行為。然而，強化作用還要與個體生理需求和社會需求聯系，將內在動機與外部動機聯系起來，指導學習者進行良好的行為控制。所以，將強化理論運用于教育過程中，可以對學生良性行為的塑造起到很好的作用。

3 基于自動化理論的教育游戲設計原則

將游戲引入到教育中的目的是提高學習興趣，促進學習。因此，游戲的中任何內容都應該以促進學習者的知識建構為目的，本文依據自動化學習理論和強化理論，提出教育游戲設計應遵循的基本原則。

3.1 教育性

教育軟件最基本的特性就是要有教育性，軟件本身是要為教育服務的。本文中的教育游戲案例主要針對九年制義務教育階段的小學生，年齡主要在10～13歲，所以更加注重激發學習者的內部動機，讓學習者掌握垃圾分類的知識，同時，也要提高學習者環境保護的意識。

3.2 趣味性

社區督導員、志愿者進行指導以及張貼海報宣傳垃圾分類的方法，對于小學生來說乏味枯燥，缺乏興趣。利用游戲進行宣傳，與以上方式最大的區別就是具有趣味性，通過對游戲的界面設計、關卡設計，提升學習者的學習興趣，使學習者可以積極主動地學習。

3.3 循序漸進

教育游戲的關卡設計遵循循序漸進的原則，難度適中，由易到難。若難度太低，學習者感受不到挑戰的樂趣，逐漸缺乏興趣;若難度太高，學習者就會“知難而退”，達不到教學的效果。

3.4 及時反饋

學生每一步操作結束后，都要及時給予反饋信息。根據斯金納的強化理論，反饋的目的就是要加強正強化，同時讓某些錯誤的行為逐漸消退。及時呈現正確內容或者是利用練習加強學生印象，便于學生掌握自己的學習情況。

4 垃圾分類教育游戲的設計與開發

教育游戲的設計是教育游戲開發的前提，良好的教育游戲設計對于整個開發過程至關重要[6]。本案例中開發的基于Flash軟件的垃圾分類游戲，旨在通過教育游戲的方式向小學生傳播垃圾分類的知識，提高學習者環境保護的意識。

4.1 前期分析

教育游戲最基本的特性就是教育性和游戲性的兼顧與平衡，在用游戲吸引學習者興趣的同時，加以良好的教學設計為支撐。

1）學習對象分析

垃圾分類教育游戲的學習對象為10～13歲的小學生。這個年齡階段的學習者正處于抽象邏輯思維時期，可以很好地理解所學的概念和法則。而且這個時期的學生在學習上具有一定的自主性，思維比較活躍，對游戲具有濃厚的興趣且動手操作能力較強，學習熱情比較高。

2）需求分析

通過訪談、問卷調查等多種方式收集家長、老師的意見，及時發現當前關于垃圾分類的科普方式中存在的問題，并明確適合用教育游戲去解決的問題。教育游戲在呈現垃圾分類知識時更加直觀，能夠模擬真實情境，實現學習者與物體間的交互。同時結合教育游戲寓教于樂的特點，為游戲制定合理的主題場景，激發學習者的動力，提高學習興趣。

3）教學設計

通過垃圾分類小知識將程序性知識編碼為陳述性形式，先讓學習者了解垃圾是怎樣分類的。通過闖關游戲和反饋的方式進行強化，促進學習者知識編碼的過程。

4.2教育游戲設計與開發

1） 界面設計

結合本案例的教學內容和學習者的特點，游戲場景的整體色彩以藍色和綠色為主，搭配以卡通的垃圾桶，突出垃圾分類的主題。同時搭配圖標和特殊字體，界面看起來美觀大方、引人注意，呈現出圓潤、憨厚、笨拙可愛、親和力等，使界面具備趣味性的特征，最重要的是給學習者驚喜、快樂的情感體驗[7]。所以教育游戲的整體界面設計以色彩鮮艷、活潑明亮為主。

游戲中所需要的圖片素材經過Photoshop軟件處理后導入到Flash庫中，根據需求將圖片制作成影片剪輯或者按鈕等，然后進行界面的設計與布局。本案例的“開始”界面和“游戲說明”界面如圖1所示，主要游戲界面如圖2所示。

2） 交互設計

交互設計在教育游戲的設計中處于非常重要的地位，是教育游戲的靈魂。在本案例的游戲中，人機交互是必不可少的。10～13歲的小學生，對智能設備的操作比較熟悉且認識一定數量的文字，不會影響學習者的游戲體驗感。本案例的交互主要通過代碼來實現，將代碼寫入按鈕元件中，通過點擊按鈕來實現交互。

3） 關卡設計

在垃圾分類教育游戲中設計由易到難的不同關卡。一方面是為了加深學習者的短時記憶，促進知識編碼的過程;另一方面為了讓學習者有個接受的過程，不會因為難度過高而產生消極情緒，提高學習者的興趣。

4） 反饋機制設計

及時有效的反饋機制也是教育游戲設計中的一個重要方面，充分運用強化理論，給用戶及時反饋。在學生完成操作后，及時給予反饋，便于學生了解自己的操作是否正確。反饋的形式也多種多樣，可以簡單地給予對錯，也可以使用豐富的動畫、鼓勵的語言等。

在學習者每一步操作結束后，游戲及時給予反饋信息。若學習者操作錯誤，及時為學習者講解。將反饋動畫制作成影片剪輯，根據學習者操作的結果決定幀的跳轉。如學生操作正確，反饋方式如圖3所示，學生操作錯誤反饋如圖4所示。

5 結束語

本文根據自動化學習理論，借助Flash軟件，以垃圾分類為背景設計了一款教育游戲。首先介紹了國內對垃圾分類措施的實行現狀，其次根據自動化學習理論和強化理論，提出了基于自動化理論的教育游戲設計原則，并設計開發了垃圾分類游戲。本案例能夠使學習者在游戲中學習，達到寓教于樂的目的，提高學習者的學習主動性。但本案例仍存在一些不足，比如游戲界面的美觀和教育游戲的沉浸感等方面仍需進一步改進。

參考文獻：

[1] 徐林，凌卯亮，盧昱杰.城市居民垃圾分類的影響因素研究[J].公共管理學報，2017，14（1）：142-153，160.

[2] 龔朝花，曾雪慶.基于PACTS模型的教育App質量評價指標體系研究[J].現代教育技術，2018，28（1）：45-51.

[3] 尚俊杰，肖海明，賈楠.國際教育游戲實證研究綜述：2008年—2012年[J].電化教育研究，2014，35（1）：71-78.

[4] Fitts P M， Posner M I.Human performance[M]. Belmont， CA： Brooks/Cole，1967.

[5] 張文華，加毛太.強化理論與學生良性行為的塑造[J].青海民族大學學報（社會科學版），2013，39（2）：122-124.

[6] 李彤彤，馬秀峰，馬翠平.教育游戲的情感化設計探究[J].現代教育技術，2010，20（9）：32-34，39.

[7] 宋繼東.淺析人機交互圖形化界面的情感化設計[J].藝術與設計（理論），2008（11）：168-170.

【通聯編輯：唐一東】

收稿日期：2021-09-15

作者簡介：王博（1997—），女，碩士研究生（在讀），研究方向為教育軟件工程;石連栓（1964—），男，教授，博士后，研究方向為智能教育軟件;吉甜甜（1994—），女，碩士研究生（在讀），研究方向為教育軟件工程。

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