基于CiteSpace的中小學信息技術課程游戲化教學現狀研究

◇牡丹江師范學院計算機與信息技術學院 屈志偉 車 璐 劉佳明 趙秀芬 張 偉

本文以中國知網數據庫收錄的2007-2022年的495篇文獻為研究對象，使用CiteSpace軟件對國內游戲化信息技術教學的研究熱點和趨勢進行了可視化分析。研究發現，目前游戲化信息技術教學的研究主題以行動研究和教學設計為主；應用學段集中于初中和小學階段；研究的主要目標為培養中小學生的計算思維等信息技術核心素養，以及通過激發學生學習興趣和主動性來促進教學效率等，最后提出了游戲化信息技術教學未來發展的可能路徑。

1 引言

近年來，我國游戲化教學的相關研究在不同學科領域取得了豐厚的研究成果，大多數研究表明游戲化教學可以顯著提高學生課堂活動的參與度，對提高學習動機、促進學習效果及計算思維培養等方面有著正向作用。以計算機網絡環境為基礎的信息技術課程本身具有較高的交互性需求，結合游戲化教學在計算思維培養中的獨特優勢，使得中小學信息技術課程已成為游戲化教學理論應用的主陣地。然而，目前還沒有關于我國中小學信息技術課程游戲化教學研究現狀的可視化分析文獻。為了未來研究的順利開展，本文通過CiteSpace可視化分析工具，對2007-2022年國內中小學信息技術課程游戲化教學研究相關文章進行可視化分析，旨在深入了解游戲化教學在其中應用的研究熱點和現狀趨勢，探索和展望二者結合的未來研究發展路徑。

2 相關概念論述

2.1 游戲化教學

學術界對游戲化的普遍定義為，將游戲設計的元素應用到非游戲情境之中[1]。目前，游戲化概念廣泛應用于設計、營銷、教育等領域，而游戲化教學就是將游戲元素應用到教育教學活動中的產物。對于游戲化教學的定義，學界的普遍觀點可以概括為：將游戲和游戲元素應用到教育教學活動之中，在圍繞教學目標的基礎上，根據不同的教學內容和學習者特征，以游戲作為工具開展教學活動[2]，或將游戲設計元素融入教學設計的各環節，使其貫徹整個教學活動過程，為學生創設愉悅的學習環境，從而充分激發學生的學習動機，促進學生之間，師生之間正向社交活動的教學模式[3]。隨著我國新課程改革的逐漸深入，如何促進學生的學習動機、培養多元智力素養和高階思維成為中小學教育尚待解決的難題。因此，游戲化教學、翻轉課堂、項目式學習等教學模式在中小學課堂的應用將會越來越廣泛。

2.2 中小學信息技術課程

2022年4月，教育部發布義務教育課程方案和課程標準（2022年版），并于2022年秋季學期開始執行。信息科技課程比起信息技術的操作和知識點，更加重視學生的創造力和問題解決能力，強調對學生核心素養的培養，提出要注重活動化、游戲化、生活化的學習設計[4]。如何設計有效的信息技術課堂，將課程內容與學生的認知特點相結合，激發學習動機，培養核心素養是當前信息技術教育正在探索的難題。

3 研究設計

3.1 研究工具

本研究采用陳超美教授開發的CiteSpace文獻可視化綜述性軟件進行數據分析，并對收集到的文獻進行深入閱讀和概括總結，從關鍵詞共現分析和聚類分析兩方面入手，力圖反映目前國內中小學信息技術游戲化教學應用的研究現狀和發展趨勢，以促進我國游戲化教學理論和信息技術教學的進一步發展。

3.2 數據來源

本研究數據采集于中國知網，2002年，游戲化一詞首次被提出，并于2008年出現在教育技術文獻當中。所以作者將檢索范圍設定為2007年1月1日至2022年7月20日，檢索項為主題，檢索詞為“游戲化教學and信息技術”or“游戲化學習and信息技術”，共搜集到文獻852篇，經手工篩選去除重復文獻、會議報告、無關文獻等后，獲得學術期刊和碩博論文共495篇。檢索結果以Refworks的格式導出并使用用CiteSpace軟件進行分析，可以基本得到目前國內信息技術課程游戲化研究的熱點趨勢和發展狀況。

4 研究結果分析

4.1 關鍵詞共現分析

關鍵詞是學術文章核心內容的突出和概括，將檢索、精煉獲得的495篇文獻數據處理之后導入CiteSpace，選擇節點類型為keyword，運行可生成關鍵詞共現網絡圖，通過對關鍵詞的中心度和頻次分析，可以在一定程度上了解研究對象的熱點和發展趨勢，具體關鍵詞共現分析如圖1所示。

圖1 關鍵詞共現網絡圖

通過Citespace軟件分析，共生成關鍵詞節點251個，關鍵詞連線481條。頻次高于8次的關鍵詞有20個。如圖1所示，每一個節點代表一個關鍵詞，節點越大、關鍵詞字號越大說明頻次越高，關鍵詞頻次排序前十的關鍵詞分別是“信息技術”、“游戲化”、“初中”、“應用”、“教學”、“小學”、“計算思維”、“游戲”、“游戲教學”、“課堂教學”、，頻次前20的關鍵詞及其中心性如表1所示。

表1 關鍵詞頻次及中心性

中心性代表節點在網絡中的重要性，中心性越高代表關鍵詞的影響力越大，綜合頻次和中心性可以反映出2005年以來我國中小學信息技術游戲化教學研究的熱點。因為本次研究中采用游戲化教學和信息技術作為主題來收集數據，所以信息技術和游戲化的頻次及中心都較高，但需要注意的是頻次和中心性并無正相關關系。

結合關鍵詞共現圖和表格數據來看，我國中小學信息技術游戲化教學研究現狀總體上呈現出一定程度的集中趨勢，集中于“信息技術“”游戲化”“教育游戲”等核心關鍵詞，形成了以“計算思維”、“游戲教學”、“初中”、“小學”、“核心素養”、“教學”等次熱點主題，而這些次熱點主題又分化出其他分支研究主題。根據關鍵詞共現分析我們可以得出以下結論：目前國內信息技術課程應用游戲化教學的年段主要集中于初中，其次是小學階段，研究方向主要面向計算思維和核心素養的培養，集中于探索游戲化教學理論在信息技術課程中的教學應用模式、策略和方法的實踐行動研究。

4.2 關鍵詞聚類分析

在citespace軟件中采用LLR對數似然率算法分析和keyboard聚類命名方式，共生成52個類團，在這里選擇顯示最具代表性的10個類團。聚類分析圖如圖2所示，其中，Q值為0.543（>0.3），S值為0.743（>0.5），Q>0.3意味著劃分出社團結構是顯著的，S值大于0.5時即可說明聚類具有合理性，而S值在0.7時，則表明聚類是高效率且令人信服的，由此可見本研究中劃分出的網絡社團結構顯著，聚類結果具有高合理性。

圖2 關鍵詞聚類分析圖譜

CiteSpace的關鍵詞聚類功能是通過算法將相近的關鍵詞進行聚類，并給每個聚類中最具代表性的關鍵詞打上標簽，再進行排序，給標簽賦予不同的值，值越小則說明該聚類的類團越大。本次生成的10個主要聚類，包括聚類#0 信息技術、聚類 #1教育游戲、聚類 #2 游戲化、聚類 #3 計算思維、聚類 #4游戲教學等。通過聚類分析，我們可以統計和整合游戲化信息技術教學的研究熱點。

時間線視圖可以顯示各聚類之間的關系和時間跨度。在Citespace中設置時間切片為1年，在layout中選擇Timeline View，可以清晰地看到游戲化信息技術教學各個聚類熱點的時間演變過程，如圖3所示。

圖3 關鍵詞聚類時間線圖譜

綜合圖2和圖3，我們可以進行比較完善的關鍵詞聚類分析。游戲化信息技術教學整體上呈現出由點到面，百花齊放的發展趨勢，從2010年開始逐漸進入繁榮期，并不斷產生著新的熱點。

聚類#1 教育游戲是早在2007年就開始興盛的研究熱點，可以說教育游戲是游戲化教學理論的前身之一。20世紀初，隨著計算機設備的普及、網絡和游戲技術的發展，游戲逐漸展露出對孩子和成人的強大吸引力，學者們開始思考通過游戲實現“寓教于樂”教育思想的可能性，教育游戲理論便應運而生。教育游戲的理論研究可以分為游戲的教育價值，教育游戲的設計開發，教育游戲的評價研究三個方面，至今教育游戲已產出了不少的研究成果和成功案例，成為游戲化教學理論的重要部分。

聚類#3計算思維是運用計算機科學基本概念解決問題、設計系統和理解人類行為的方式，涵蓋了計算機科學領域廣度的一系列思維工具。計算思維概念提出后，世界各國紛紛開展課程改革，將計算思維納入本國的學科體系，并著手研究培養計算思維的教學模式。在此背景下，我國高中信息技術課程標準修訂組經過十年的調查研判，于2017年將信息意識，計算思維，數字化學習與創新，信息社會責任組合為信息技術學科核心素養，計算思維正式納入我國信息技術課程體系。2022年的義務教育信息科技課程標準也將這四個要素確立為義務教育階段的核心素養，以促進學生數字素養與技能的提升。因此，如何有效培養計算思維，是游戲化教學理論應用于信息技術課程的主要探索方向。

由圖3中還可以看出，2018年左右游戲化教學與編程教育開始了廣泛結合，游戲化編程教學是游戲化教學理論在信息技術教育領域的獨特成果。以圖形化編程軟件Scratch為主的游戲化少兒編程課程，已經廣泛應用于國內外市場少兒編程市場，游戲化教學成為少兒編程教育的首選項，而Code Combat、Robo Code等面向Python，JavaScript編程語言的教育游戲也取得了不錯的應用成果，將成為游戲化信息技術教學的重要發展方向之一。

5 研究結論與展望

5.1 研究結論

通過對2007-2022年中小學游戲化信息技術教學相關文獻的關鍵詞共現分析得知：“信息技術”、“游戲化”、“初中”、“應用”頻次較高；根據關鍵詞聚類分析可知，“信息技術”、“教育游戲”、“游戲化”、“計算思維”為較大的聚類，由此可以得出結論：目前游戲化教學理論在信息技術課程中的研究普遍偏向于應用研究和教學模式探討，理論研究和評價研究較少；應用主要面向于初中階段，其次是小學階段，高中階段的應用占比不大；應用的期望效果是培養中小學生的計算思維等信息技術核心素養，以及通過激發學生學習興趣和主動性來促進教學效率等。

5.2 未來發展路徑

在結合以上分析和閱讀大量文獻的基礎上，本文認為中小學游戲化信息技術教學未來的發展路徑可能有以下三個方向。

（1）游戲化教學應用逐漸拓展到高中階段。研究結果表明，目前游戲化教學理論的應用主要集中于初中和小學階段，隨著近年來中學人工智能教育的推廣，游戲化教學才以與編程教育相結合的形式逐漸在高中階段開始規模化應用，而國外的一些研究已經將游戲化教學的應用拓展到了職業教育、高等教育至終身教育階段。一些教育工作者認為，游戲化教學法只適合低年齡段的學生，實際上，游戲本身具有全年齡的特性，游戲化教學也具有拓展到全階段教育的嘗試價值，只要通過適當的方式，相信游戲的元素和模式可以在任何年齡段和經驗層次的人身上發揮出教育價值。

（2）編程教育與游戲化教學的深度結合。2017年，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，提出“實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育”。在中小學信息技術課程中，編程教育的比重正逐年增長，VB、Python等主流編程語言已進入中學信息技術教科書，程序設計競賽的規模也大幅度增加。為了讓中小學生對邏輯性較強的編程語言產生學習興趣，擺脫枯燥的學習過程，許多教師將游戲化教學與編程課程相結合，在側重培養學生計算思維的同時，通過激發學習動機來提高編程教學效果。隨著游戲技術與編程教學理論的不斷發展，二者之間如何進行更深層次的結合，以在中小學編程教育中產生更好的教學效果，同樣是游戲化信息技術教學領域未來發展的探索方向之一。

（3）教育元宇宙概念賦予游戲化教學理論新活力。教育元宇宙是伴隨元宇宙理念興起而產生的前沿教育概念和學習形態，是基于元宇宙技術營造的沉浸性學習環境。游戲技術作為元宇宙的六大支柱技術之一[5]，在目前元宇宙的設計和具象化中起著重要的支撐作用，游戲化教學過程中為學生提供的高沉浸性學習環境和高頻次的心流體驗，也為教育元宇宙進行沉浸性學習設計提供了理論指導和依據。目前，已有學者構建了教育元宇宙理論和基礎架構，圍繞以Roblox和Minecraft為代表的元宇宙屬性游戲開展教學實驗，并取得了積極的學習促進效果反饋。我們有理由相信，教育元宇宙概念與游戲化教學理論的相互融合與促進，在未來將會為游戲化教學理論帶來突破性、變革性的發展，并為中小學游戲化信息技術教學提供全新高效的方法和思路。