游戲化教學策略在模具設計課程中的實施與評估

陳茜， 文杰

（1.廣西工商職業技術學院 信息與設計學院， 廣西 南寧 530007；2.廣西計算中心有限責任公司， 廣西 南寧 530029）

0 引 言

隨著教育模式的不斷演變和科技的迅速發展，傳統的教育方法正面臨重大的挑戰和變革。特別是在高等職業教育領域，如何有效地提升學生的實際操作能力和創新思維，成為廣大教師和研究者關注的焦點。游戲化教學作為一種將游戲元素融入教學過程的方法，已在多個領域顯示獨特的優勢。游戲化指在非游戲環境中應用游戲設計元素，以增強用戶體驗和參與度[1]，這種方法能夠促進學生積極參與，增強學習動機，并提升教學效果。

在模具設計等技術密集型的專業教育中，游戲化教學的作用尤為顯著。模具設計是高度專業化且實踐性強的領域，不僅要求學生掌握理論知識，還要具備豐富的實踐技能和創新能力。然而，傳統的教學模式無法激發學生的學習興趣，缺乏有效的參與和互動，導致學生的理論學習和實際操作脫節。因此，探索適合模具設計教育的新型教學方法，特別是如何有效地應用游戲化教學策略，成為提高教學質量和學生學習效果的關鍵。

研究旨在探究游戲化教學策略在高職模具設計課程中的實施及其效果，通過分析游戲化教學的理論基礎和實踐策略，研究其對提高學生學習動機、參與度和學業成績的影響，為高職教育領域的教學方法[2]提供參考。

1 游戲化教學理論概述

1.1 游戲化教學的定義與發展

游戲化教學作為一種創新的教學方法，近年來受到了教育領域的廣泛關注。游戲化指在非游戲環境中應用游戲設計元素和機制的過程，通過增強用戶體驗和參與度，提高學習動機和效果。游戲化教學通過引入積分制度、徽章、排名、故事情節和反饋系統等游戲元素，創造了互動性和參與性高的學習環境，激勵學生積極參與學習過程。

游戲化教學的概念起源于21世紀初，隨著數字技術的發展和教育領域對學習動機及參與度研究的深入，游戲化教學作為創新的教學策略逐漸被教育工作者和學者認可。這種教學方法被應用于各種教育領域，從小學教育到高等教育、從語言學習到專業技能培訓，其獨特的優勢在于能夠將學習內容與游戲元素結合，通過游戲化的互動體驗激發學生的學習興趣和參與度[3]。

在理論發展方面，游戲化教學的研究涵蓋了心理學、教育學和計算機科學等多個學科。心理學理論認為在高度專注和充分投入的狀態下進行的活動可以帶來最大的滿足感和學習效果；在教育學領域，建構主義學習理論強調了學生在學習過程中的主動參與和知識構建的重要性；計算機科學則為游戲化教學提供了技術支持。

近年來，隨著教育技術的快速發展，游戲化教學開始融合更多創新技術，如虛擬現實（VR）、增強現實（AR）和人工智能（AI），為學生提供更加豐富和身臨其境的學習體驗。這些技術的應用不僅增強了游戲化教學的互動性和實用性，還為傳統教育方法提供了新的改革方向。

游戲化教學作為具有廣泛應用前景的教學策略，其理論和實踐的發展對于提高教育效果和促進學生全面發展具有重要意義。隨著技術的進一步發展和教育實踐的深入，游戲化教學有望在未來的教育領域發揮更大的作用。

1.2 游戲化教學的核心元素

游戲化教學作為一種有效的教育方法，其核心元素對于提高學生的參與度和學習效果至關重要。這些元素包括但不限于積分制度、徽章系統、排名榜、故事情節、角色扮演、即時反饋、目標設定和挑戰任務[4]，現探討這些核心元素及其在教學中的應用。

（1）積分制度：積分制度是游戲化教學中常用的激勵機制，通過完成特定任務或達成學習目標，學生可以獲得積分。這種機制可以量化學生的學習進展和成就，增加學習的動力和樂趣。

（2）徽章系統：徽章或勛章是對學生特定成就的認可，不僅可以作為獎勵，還可以展示學生在某一領域或技能上的成就，增強學生的成就感和自豪感。

（3）排名榜：排名榜通過展示學生之間的相對表現，激發競爭意識和參與度。這種元素可以增加游戲化學習的動態性和挑戰性，鼓勵學生努力提高自己的排名。

（4）故事情節和角色扮演：故事情節可以提供一個引人入勝的背景，使學習內容更加生動有趣。角色扮演則允許學生在模擬環境中實踐和體驗，更好地理解和吸收知識。

（5）即時反饋：即時反饋對于學生的學習過程至關重要，可以幫助學生及時了解自己的學習狀態，進行相應的調整和提高。

（6）目標設定和挑戰任務：明確的目標設定和挑戰性任務可以激發學生的參與興趣和探索欲。這些任務應具有適當的難度，既能讓學生感受挑戰，又不至于讓其感到沮喪。

這些游戲化教學的核心元素通過創造一個互動和參與度高的學習環境，有效地提升了學習體驗的質量，使學習過程更加個性化和動態化，能夠滿足不同學生的學習需求和興趣。通過結合這些元素，游戲化教學不僅增加了學習的趣味性，還有助于提高學生的學習動機和成效。隨著教育技術的不斷發展，這些元素在教育實踐中的應用將更加廣泛和深入，為傳統教學方法提供了新的視角。

2 模具設計教育現狀與挑戰

2.1 模具設計教育特點

模具設計教育作為高等職業教育的重要組成部分，其具有獨特的特點和挑戰。這些特點不僅對教學方法的選擇和實施有著重要的影響，而且對學生的學習效果和職業發展具有深遠的意義。

模具設計是一門高度實踐性的學科，不僅要求學生掌握理論知識，還要具備良好的實踐操作技能。模具設計過程包括了模具的設計、加工和檢驗等多個環節，這些環節需要學生能夠將理論知識有效地應用于實際操作中。模具設計涉及復雜的技術問題，包括材料科學、機械設計、計算機輔助設計（CAD）和計算機輔助制造（CAM）。這些技術的發展日新月異，要求教師和學生不斷更新知識和技能，以適應行業的最新發展。

隨著技術的發展和市場的變化，模具設計領域不斷提出新的要求和挑戰。這要求模具設計教育不僅要教授學生現有的知識和技能，還要培養其創新能力和解決問題的能力。在模具設計教育中，理論知識和實踐技能的結合尤為重要。有效的教學方法應該能夠幫助學生理解抽象的理論概念，并將這些概念應用于具體的實踐項目中。模具設計教育需要結合行業需求，課程內容和教學方法應與行業標準和最新趨勢保持一致，以確保學生畢業后其能力能夠滿足行業的實際需要。

綜上所述，模具設計教育的特點要求教師不斷探索和實施創新的教學策略，如采用游戲化教學，以提高學生的學習興趣、參與度和實踐能力。同時，教師也需要密切關注行業發展，確保教學內容的時效性和實用性。通過這種方式，模具設計教育可以培養適應行業未來挑戰的專業人才。

2.2 面臨的教學挑戰

模具設計教育作為一種專業技術教育，面臨一系列的教學挑戰，這些挑戰對于教師和學生都是不容忽視的。

（1）理論與實踐融合的困難：模具設計教育需要將抽象的理論知識與具體的實踐技能相結合，這一過程充滿挑戰。教師需要找到有效的方法來確保學生能夠理解理論知識，并運用到實際操作中，這不僅要求教師具有深厚的專業知識，還要求具備創新的教學方法。

（2）保持技術更新的挑戰：模具設計是技術不斷發展的領域，新的設計理念、材料和制造技術不斷涌現。教師需要不斷更新自己的知識體系，同時也要更新教學內容，以確保學生能夠學到最新的行業知識。

（3）培養學生創新能力的挑戰：除了技術技能的培養，模具設計教育還需要培養學生的創新思維和解決問題的能力。這要求教師不僅要教授知識，還要激發學生的創造力和批判性思維能力。

（4）實踐資源的限制：高質量的實踐教學需要相應的實驗設備和材料，這對于較多教育機構是一大挑戰，資源的限制可能會影響實踐教學的質量和學生的學習體驗。

（5）學生個體差異的應對：在模具設計教育中，學生的背景、興趣和學習能力存在差異。教師需要設計靈活多樣的教學方法，以滿足不同學生的學習需求。

（6）行業需求與教學內容的銜接：模具設計行業的快速變化要求教育內容能夠緊跟行業的最新發展，教師面臨如何將行業需求與教學內容有效結合的挑戰。

這些挑戰要求模具設計教育領域的教師不斷創新教學方法，尋找新的教學策略（如游戲化教學），以提高教學效果，滿足學生和行業的需求。同時，這也表明了模具設計教育領域在教學資源配置、課程設計和教師培訓等方面需要進一步發展和完善。

3 游戲化教學策略實施

3.1 策略設計

3.1.1 教學活動設計

根據理論的啟示，游戲化教學活動的實施可被分解為5個階段：初步準備、激活環節、知識傳授、深入探索以及評估環節[5]。在這5個階段中，學生的參與難度逐步增加。為保障各階段順利進行，現對每一環節進行了詳細規劃。初步準備階段主要涉及學生特性分析、教學內容與目標的細化、游戲規則的制定、游戲任務的確定以及游戲反饋的設計，這一階段的核心目的是為后續教學活動的順利開展做好準備工作?；诮嬛髁x學習理論，強調學生在學習環境中的情境化知識構建，因此，教師在課程開始時需創設與學生高度契合的學習情境，故將游戲化教學的第二環節設定為激活階段，該階段旨在激發學生的學習熱情，創造學習情境，并協助學生形成合作小組，增強組內協作。知識傳授階段包括教師對課程知識的闡述和學生的個人探索挑戰。深入探索階段是任務層次的提升和小組間的競爭，基于先前階段的任務，進一步提升任務難度，小組間在規定時間內協作完成更高級別的任務。評估環節則是成果展示和獎勵總結，展示內容包括任務完成情況和組內分工等，獎勵總結意在認可個人和小組的表現，并由教師與學生共同回顧課堂知識，對課程內容進行總結。游戲化教學活動的整體流程表現為逐漸深入且系統化的過程[6]，如圖1所示。

圖1 游戲化教學活動流程

3.1.2 游戲化元素的融合

在模具設計課程的教學中，融合游戲化元素是提高教學效果的重要策略。游戲化元素的有效融合需要綜合考慮教學內容、學生特性及教學目標，以下是在游戲化教學環境中融合這些元素的策略。

（1）目標∕挑戰：在教學活動中，設定清晰具體的學習目標，讓學生明確學習方向。在模具設計的課程中，這些目標可以是設計一個特定的模具部件或完成一個復雜的模具設計項目。隨著學生熟練度的提高，目標的難度也相應提升，以激發學生的挑戰欲望，并引導其進入“心流”狀態[7]。

（2）競爭與合作：在模具設計的教學中引入競爭和合作元素，例如通過小組間的設計比賽來激發競爭意識，同時也鼓勵小組內的成員合作解決設計難題。這種方式不僅提高了學生的參與度，還促進了團隊協作和知識共享。

（3）獎勵與反饋：在模具設計教學中，應用積分、徽章和排行榜作為獎勵機制，激勵學生的學習動力。同時，提供即時和持續的反饋，幫助學生了解自己的學習進度和需要改進的地方。

（4）時間限制與規則：設置合理的時間限制和明確的游戲規則，以增加學習活動的緊迫感和引導性。時間限制要適當，確保學生能夠在壓力下保持高效學習，而不是感到過度緊張。

（5）動力元素的應用：利用情感、敘事、進展和關系等動力元素，以提升學生的內在動機，例如通過故事情節將模具設計項目放入實際應用的背景中，讓學生在完成設計任務的同時感受到自己的進步和在團隊中的地位變化。

游戲化元素的有效融合能夠顯著提升模具設計專業教學的吸引力和有效性[8]，這要求教師不僅深入理解這些游戲元素的本質和功能，而且能夠根據模具設計課程的特點靈活運用這些元素，創造一個既具有挑戰性又富有成就感的學習環境。

3.2 實施過程

3.2.1 課堂應用

研究選擇的對象是23級模具設計1班和2班的學生，這些學生生活中不可或缺的是現代信息技術產品，如手機和電腦等移動設備。由于互聯網信息的快速傳播，學生思想活躍，對知識和信息的選擇表現個性化特征，喜歡通過互聯網展示自己，并且重視他人的評價和認可。然而，學生普遍存在自我管理能力較差的問題，導致在校的有效學習時間較少。在課堂上，學生表現較消極，不愿意與同學和教師進行交流，更傾向于沉浸在網絡世界中，導致課堂參與度和學習動力不足。較多學生在選擇專業時對所學專業了解不足，對未來缺乏明確規劃，在課堂學習中被動接受知識，缺乏主動探索，長此以往可能導致自信心不足，自我成就感低。因此，教師在教學中需要引導學生，激發其重返課堂的興趣和積極性。

所選課程是高職一年級的《模具設計與制造》，該教材包含10個大的項目，是一門融合了沖壓工藝與模具設計、塑料成型工藝與模具設計、模具制造技術等內容的必修課。通過學習這門課程，學生可以初步掌握沖壓工藝及沖模設計的基礎知識，了解沖模加工的特點，并具備編制沖壓工藝規程的能力，同時也將掌握塑料模的基本結構和設計知識。課程的上課形式主要分為理論知識講解和學生實訓兩大類，因此針對課程安排進行了案例選擇，例如《拉深工藝與模具設計》主要通過教師講授和引導，使學生掌握拉深模的設計工作部分；而《凸、凹模加工工藝制定》則是一門實訓課，學生需要在規定時間內根據教師的任務完成操作。選擇不同性質的課程是為了檢驗游戲化教學活動設計的普遍適用性，由于學生在課堂上的積極性和參與度并不高，教師需要通過有效的教學活動調動學生參與課堂的積極性。

3.2.2 學生參與與互動

（1）案例一：拉深工藝與模具設計。圖2所示為案例一課堂測試分數分布情況，課堂測試結果顯示特定的成績分布特征。在48名學生中，僅有5名學生的分數位于60～70分，而大多數學生的成績集中在80～90分。通過對60～70分的5份試卷進行分析，發現學生在拉深工藝計算方面出現錯誤，主要源于他們對拉深系數概念的理解不夠透徹。相反，有29名學生的成績在80～100分，表明大部分學生對課堂所講授的知識掌握較好，說明本課程的基本教學目標已基本達成。該成績分布反映學生對拉深工藝與模具設計課程內容的整體理解情況以及教學過程中需要關注的改進方向。

圖2 課堂測試成績分布

（2）案例二：凸、凹模加工工藝制定。在案例二中，通過分析學生在提交的實訓作業完成情況，可以評估學生是否達到了該課堂的基本教學目標。實訓作業的評分采用等級制，分為特別優秀、優秀、良好、合格和不合格。根據圖3所示的實訓作業評分分布情況，46名學生中大多數成績在良好或更高等級，且沒有學生被評為不合格，這表明學生通過游戲化教學活動對模具制造的工藝和方法有了良好的掌握。該現象不僅反映游戲化教學活動在提高學生學習效果方面的有效性，也突顯了在高職教育中應用創新教學方法的重要性。通過這種方式，學生能夠更加積極地參與學習過程，更好地理解和掌握專業知識。

圖3 實訓作業成績分布

4 教學效果的評估與分析

4.1 學生學習成效

通過引入游戲元素到教學活動中，實現了對模具設計課程教學的游戲化，該方法已經在描述性統計分析中顯示出積極效果：高職學生普遍對于游戲元素在教學中的應用表示認可。為了深入探討游戲元素對學習效果的影響，從游戲元素的角度出發，分析其對學生學習成效的具體影響。學習效果被劃分為4個維度：技術技能提升、創新思維培養、實際操作能力、團隊協作與溝通[9]。為了展示不同游戲化元素如何在不同學習成效維度上產生影響，用1～5分的評分機制體現，其中5分代表極大的正面影響，1分代表極小或無影響。模具設計課程中游戲化教學元素對學習成效影響評估如表1所示。

表1 模具設計課程中游戲化教學元素對學習成效影響評估

4.2 策略的有效性評估

在對高職《模具設計與制造》課程中應用游戲化教學策略的研究中，深入分析和評估該策略的有效性，不僅關注學生的客觀外在表現，還通過科學方法量化游戲化教學對學習成效的影響。

（1）教學策略與學習動機的關聯：游戲元素的引入提升了學生的學習動機，這種提升不僅源于游戲化環境的趣味性，還與游戲機制中的目標設定和即時反饋有關[10]。游戲化環境創造了一個激勵性的學習氛圍，使學生能夠在達成具體目標的同時獲得成就感。

（2）認知過程的深化：通過游戲化教學，學生在認知學習過程中表現更高的參與度和理解能力。游戲化策略如角色扮演和模擬環境提供了豐富的情境學習機會，促進了學生對模具設計原理和應用的理解。

（3）情感態度的正向變化：學生在游戲化教學活動中展現了更積極的情感態度。游戲元素如故事情節和團隊挑戰增強了學習的吸引力，使學習變得更為生動和令人興奮，提高了學生的情感投入和滿意度。

（4）合作交流技能的提升：游戲化教學環境促進了學生之間的合作交流。團隊挑戰和協作任務要求學生共同協作解決問題，這不僅增強了他們的團隊合作能力，還提升了溝通技能。

（5）量化分析與多元回歸：采用統計分析軟件對游戲元素與學習效果的4個維度進行了相關性和回歸分析[11]。通過建立標準化回歸方程，研究揭示了不同游戲元素對不同學習維度的具體影響，為游戲化教學策略的進一步優化提供了數據支撐。

研究不僅證明了游戲化教學策略在高職《模具設計與制造》課程中應用的有效性，還通過量化方法探討了其對學習動機、認知、情感態度和合作交流等多個維度的積極影響。這些發現對于理解和提升游戲化教學的實踐應用具有重要意義，同時也為未來教育教學方法的改革和發展提供了理論依據和實踐指導。

5 結束語

在對高職《模具設計與制造》課程中實施游戲化教學策略的研究過程中，通過系統的理論分析和實證研究，全面評估了游戲化教學在技術教育領域的應用效果和影響，強調了創新教學方法在技術教育中的重要性。游戲化教學作為一種新興教學模式，為傳統的高職教育帶來了新的活力和可能性，有助于激發學生的學習潛能，提高教學質量。研究結果表明，游戲化教學策略在提升學習動機、深化認知理解、優化情感態度及促進協同互動方面具有顯著效果。這不僅為游戲化教學在模具設計課程中的應用提供了實證支持，也為其他技術類課程提供了可借鑒的教學模式。未來的研究可以進一步探討游戲化教學在不同學科和不同教學環境中的應用效果以及如何有效融合新興技術（如虛擬現實、增強現實）來豐富游戲化教學的內容和形式。

游戲化教學作為一種有效的教學方法，在高職教育中展現巨大的潛力和價值。通過持續的研究和實踐，游戲化教學有望成為提升技術教育質量和效果的重要工具，為培養創新型技術人才做出貢獻。