游戲化學習方式如何影響知識保留

摘要：知識保留被視為衡量長期學習成效的關鍵指標。游戲化學習作為一種創新的教學方法近年來受到越來越多研究者的關注。游戲化學習方式對促進知識保留具有潛在優勢且受到廣泛認可，但也存在諸多爭議，因此有必要采用元分析方法進行深入探索。通過對2000—2023年的38項實驗和準實驗研究及其45個效應量的分析發現：（1）游戲化學習方式對學生學習知識保留具有中等程度的正向影響；（2）在6個調節變量中，學段、干預周期及數字游戲類型對知識保留效果具有調節效應；而協作類型、學科和延后測試時間對知識保留效果并不具有調節效應。為了增強游戲化學習對知識保留的促進作用，應建立以知識保留為核心，以學段、知識類型、協作模式、游戲機制、干預方式為要素的應用框架；對于教育游戲而言，在設計上需要綜合考慮學習情境、知識類型、教學目標、學生特點、干預時間等相關影響要素，以發揮其促進學習的最大優勢。

關鍵詞：游戲化學習；教育游戲；知識保留；學習效果；元分析

中圖分類號：G434 文獻標識碼：A 文章編號：1009-5195（2024）06-0055-14 doi10.3969/j.issn.1009-5195.2024.06.007

一、引言

在教學實踐中，無論所教授內容的性質、學生的年齡或其背景如何，學習后發生遺忘是一個普遍存在的現象。正因如此，學生長期且穩定的學習效果被視為重要的教學目標之一。知識保留（Knowledge Retention）正是衡量這種長期學習成效的關鍵指標，即學生在完成學習后，能夠在一定時間內持續回憶并應用所學知識的能力（Custers，2010）。艾賓浩斯的遺忘曲線理論為理解知識保留提供了重要的理論基礎，其揭示了記憶在初始學習后的前幾天內衰減速度最快，并在大約一周后趨于穩定的現象（Murre et al.，2015）。基于這一理論，學術界普遍將教學結束后一周視為評估學生知識保留效果的關鍵時間點（Roediger et al.，2011）。

游戲化學習作為一種創新的教學方法，通過將教育內容與游戲機制相結合，引入互動、娛樂和競爭元素，從而為學生創造一個愉悅的學習環境。這種環境不僅能激發學生的學習動機，增強他們的參與度（Ye?ilba? et al.，2020），同時也具有增強學習表現、提升學生自我效能感、培養積極學習態度和價值觀的巨大潛力（尚俊杰等，2015；Kanade et al.，2024）。這些特點使得游戲化學習在促進知識保留方面具有潛在的優勢（Yang et al.，2023）。

盡管游戲化學習的優勢被廣泛認可，但其對知識保留的具體影響仍然是一個有待深入探討的問題。現有的實證研究提供了一些有益的見解，其中，主流觀點認為相較于傳統教學方法，游戲化學習能夠更有效地提高學生的知識保留（Roman et al.，2020；Lutfi et al.，2023）；而少部分研究則得出了不同的結論，認為游戲化學習對知識保留的影響并不顯著（Tubelo et al.，2019；Yeo et al.，2020）。這一矛盾的存在表明對游戲化學習的影響進行更全面和系統的研究很有必要。

近年來，有關游戲化學習的元分析主要圍繞學習效果（李玉斌等，2019；任巖等，2023）、學業成就（蔡丹菊等，2021）、數學學習（朱莉等，2022；Dondio et al.，2023）、計算思維（Lu et al.，2023；Sun et al.，2023）等展開。而對于游戲化學習方式對學生知識保留的影響，仍然缺乏全面而深入的認識。基于此，本研究綜合利用先前探究游戲化學習對知識保留影響研究的結果，分析了游戲化學習對知識保留的總體影響，以及該影響是否因游戲干預設計（游戲形式、協作模式等）、學段或學科知識類型的差異而異，以期在揭示游戲化學習方式對學生知識保留影響機制的同時，為游戲化教學設計提供更適切的策略指導。

二、文獻綜述

1.游戲化學習方式具有促進知識保留的潛力

一般而言，游戲化學習在教學實踐中以兩種形式存在：一種是使用游戲設計元素（如積分、競爭、協作）作為課堂教學的手段；另一種是專門設計和開發以計算機網頁或應用程序為載體的嚴肅游戲（Serious Game）。本研究關注的游戲化學習形式包括上述兩類。

游戲化學習對提高學習成效（尤其在促進知識保留方面）的潛力引起了教育研究者的高度關注。知識保留被視為評估學習成效的核心指標，它描述了學生在學習后一定時間跨度內持續回憶并有效應用所學知識的能力。這對教師的教學實踐提出了新的要求，即教師需要在教學設計中融入有效的策略和方法，通過多樣化的教學內容組織、創新的呈現方式、精心設計的學習任務以及周密的評估策略，增強學習者對知識的長期保持能力。為了全面評估學習者的知識保留情況，研究者通常會在教育干預后的不同時間點，利用不同試題對同一學習內容進行測試，以評估教學方法對學習者知識保留長期穩定性的影響。艾賓浩斯的經典遺忘曲線理論顯示，學習者的記憶在數天內的初始衰減最為顯著，但大約在一周后趨于穩定（Murre et al.，2015）。基于此，后續研究強調了延遲測試的重要性，指出相較于短期測試，一周左右的延遲測試更能準確反映長期記憶的保持情況（Cepeda et al.，2006）。因此，本研究采納了在教學結束后一周及以上時間的延后測試成績作為知識保留的操作性定義。

在實證研究方面，主要觀點認為游戲提供的豐富上下文情境，有助于激發學生的主動參與和情感投入，從而對學生所學知識的記憶和保留能力產生影響（Lee，2023；Peterson，2023）。當學生以更主動的方式參與到學習過程中時，其情緒在一定程度上更容易產生波動。從生理層面來說，情緒的波動會導致大腦中杏仁核的去甲腎上腺素增加，這一生理變化有助于加強記憶（Mather et al.，2016）。游戲中能夠引起玩家情緒變化的“生產性失敗”設計，即學生在游戲化學習中產生失敗后重新解決問題的經歷所引起的情緒變化，已被發現可以促進學習者的知識保留（楊明寧等，2022；Cruz-Martínez et al.，2022）。然而，游戲對學習者的情緒喚醒并非越高越好。過高的情緒喚醒可能成為學習者外部認知負荷的來源，它在給學習者帶來消極情緒狀態的同時，還可能分散學習者的注意力，最終影響學習表現（Bradley et al.，1992）。

游戲化學習的高參與度還表現在對學習者感知覺的刺激上。游戲中精心設計的視覺、聽覺元素能夠豐富學習者的感官體驗，促進學習者對過去相關記憶和經驗的檢索，幫助他們利用已有經驗，將游戲體驗轉化為有意義的內部知識，從而增強知識保留的效果（Ou et al.，2011）。游戲“練習”場景與真實場景在空間位置和運動時間方面的連續性也對學習者的記憶表現有積極影響（Leberman et al.，2016）。例如，在植物學的課程中，基于位置的游戲設計會促使學生到真實環境中觀察學習，這種多感官知覺的刺激能顯著促進學生的知識保留（Vimolmangkang et al.，2022）。

高參與度在游戲設計上還表現為玩家間的相互競爭。在語言學習中，當游戲模式被設計為需要擊敗其他小組時，學習者為獲得最佳表現而積極參與組內社交互動，擺脫被監控的焦慮感，使得他們可以分配更多的認知資源進行詞匯保留（Ahmed et al.，2022）。對于游戲形式而言，棋盤游戲有著將學習內容從短期記憶轉移到長期記憶的更高潛力，其中的核心機制在于棋類游戲的互動和競爭要素更能提高學習者的注意力和參與度。一項藥學游戲化學習的實驗發現，棋盤中不斷“吃掉別人”的游戲機制，可以迫使學生反復閱讀和查看藥物照片及其適應癥，從而幫助學生成功記憶藥物知識（Coil et al.，2017）。綜上所述，游戲化學習展現了其在教育領域提高學生學習知識保留的巨大潛力。

2.影響游戲化學習與知識保留間聯系的相關因素

游戲化學習與知識保留之間的聯系可能受到多種因素的影響，包括學科、學段、干預周期、游戲類型、協作類型等。

（1）學科

學科類型可能會調節游戲化學習對知識保留的影響。已有研究發現，游戲化學習在程序性知識的教學中表現出顯著的優勢。例如，在醫學教育中，心肺復蘇是一種基于知識的實踐操作，計算機游戲的交互特性可以更有效地促進技能知識的保留（黃迪等，2021）。又如，在文物修復課程中，游戲化學習通過模擬交互過程，有助于加深學生對文物修復技能的理解和記憶（Ye et al.，2021）。在科學教育中，基于游戲的多次試驗可以幫助學生逐步掌握科學概念和技能，顯著提升他們的科學探究能力和實驗技巧（Annetta et al.，2009）。

另一方面，不同學科的知識特征也會影響游戲化學習對學生知識保留的效果。認知負荷理論指出，內在認知負荷與特定教學主題相關的內在難度有關。與社會科學等課程相比，數學、工程技術類教學通常更具結構化與順序性。游戲化學習能夠將抽象概念進行形象化與實例化，將困難的概念轉化為具體的游戲類比，以幫助學生更好地理解它們（Ross et al.，2014）。同時這些有趣的游戲任務更容易降低學習者的外在認知負荷，從而促進知識保留。

（2）學段

學段可能會調節游戲化學習對知識保留的影響。不同學段的學生處于不同的認知發展階段，小學生更依賴于具體的形象進行學習，而中學生和大學生則能夠處理更復雜的抽象概念。在小學階段，游戲化學習與兒童的自然玩耍行為相契合，因而相較于紙筆練習，游戲化學習能激發他們更多的學習動力。在游戲化學習環境中，小學生傾向于通過視覺和互動性強的元素來學習，而中學生則傾向于通過挑戰和問題解決過程來加深對知識的理解與記憶（Smiderle et al.，2020）。積分、徽章和排行榜等游戲化元素對小學生具有明顯的吸引力，能夠顯著提升他們的學習動機和參與度。相對而言，中學和高等教育階段的學生則更可能受內在動機的驅動，如自我挑戰和成就感等（Looyestyn et al.，2017）。

此外，學習者的元認知能力和對游戲平臺的技術接受度和熟練度也可能影響其知識保留效果。元認知能力，即學習者對自己認知過程的認識和調控，對于游戲化學習平臺的有效利用至關重要（Winne et al.，2014）。較高的元認知能力能幫助學生更好地利用游戲化學習平臺，從而在知識保留方面表現出更顯著的效果。通常，大學生群體的元認知水平較高，能夠將游戲的外部動機更好地進行激勵內化，保證自身學習過程不偏離游戲目標，進而確保學習過程與游戲目標相一致。

（3）干預周期

游戲的干預周期可能會調節游戲化學習對知識保留的影響。從一般意義上看，游戲可以被認為是一種模擬實踐。例如，在醫學教育中，它提供了一種經濟且易于獲取的替代方案，用以減少臨床人為錯誤。在這種模擬環境中，隨著模擬次數的增加，學習者通常能夠以“計量—反應”的形式獲得更優的學習成果，縮短達到掌握水平所需的時間并取得更好的知識保留效果（Sutton et al.，2011）。短期的游戲化學習干預，如僅持續數節課時的活動，雖然能夠迅速提升學習者的興趣和動機，但對于長期知識保留的效果可能有限（Kapp，2012；Sailer et al.，2020）。相比之下，延長干預周期至一個學期或更長時間，可以加深學習者對游戲化學習環境的適應，并使其在長期測試中表現更佳（Hamari et al.，2014）。

游戲化學習對知識保留的積極效應部分源自學習體驗的新穎性，這種新穎性通過激發學習者的好奇心從而驅動其學習過程，進而促進其對知識和技能的追求。然而，隨著干預周期的延長，學習者對游戲的好奇心會逐漸降低。一旦新穎性體驗轉變為常規體驗，游戲化學習對知識保留的正面影響就可能會減弱（Mekler，2016）。因此，不同的干預周期可能會對游戲化學習方式下的知識保留效果產生不同影響，游戲化干預的設計應根據實際學習目標進行調整（Landers，2014；Nacke et al.，2017）。

（4）游戲類型

游戲類型可能會調節游戲化學習對知識保留的影響。與非數字游戲相比，數字游戲通常包含更詳細的設計元素和更多的未知挑戰，因而能夠提供更適應性的學習路徑和更詳細的練習反饋（Hamari et al.，2014）。數字游戲提供的詳細知識點反饋，對學習者的知識轉移和保留具有更顯著的正面影響（Liu et al.，2021）。研究人員發現，在數字游戲中，相較于與真人玩家競爭，與非玩家角色（NPC）競爭的學習者會采用更為耐心且個性化的學習方法，他們不過分依賴提示，深入探索并掌握復雜任務（Chen et al.，2020）。

數字游戲涵蓋了模擬游戲、動作游戲等多種子類型，不同類型的游戲可能會以獨特的游戲機制對知識保留產生影響。例如，模擬游戲通過提供接近現實的情境模擬，從而提升學習者的實際操作和應用技能（Vogel et al.，2006）。冒險游戲通過引人入勝的故事情節和角色代入感，有助于增強學習者的參與動機，進而促進其對知識的掌握和長期記憶（Gee，2003；Adams et al.，2012）。因此，不同游戲類型對游戲化學習方式下知識保留的效果可能有所差異。

（5）協作類型

游戲的協作類型可能會調節游戲化學習對知識保留的影響。游戲化學習的要素包括情感、動機、認知以及社會/文化，共同構成了對學習者知識保留的基礎（Plass et al.，2015）。社會/文化元素特別強調玩家間的互動，這種互動不僅能促進資源的學習和共享，而且通過提供情感支持還能顯著提升學習的參與度（Sutton et al.，2011）。協作學習通過社會互動和共同目標，有助于增強學習者的內在動機和學習責任感，從而顯著提高學生的知識保留率和學習成就（Johnson et al.，2009）。一些協作游戲要求學生在協作過程中通過解釋和給同伴講授來加深對知識的理解和記憶。這種學習方式要求學生在社會互動中積極構建知識，從而促進長期記憶的形成。因此，協作類型對游戲化學習方式下知識保留的效果可能有所差異。

三、研究設計

1.文獻檢索

本文分析的中文文獻選自中國知網、萬方數據庫，英文文獻選自Web of Science、ERIC、PsycINFO、ProQuest數據庫。檢索詞分為“游戲化學習”（相關的英文包括Game-Based Learning、Computer Games、Serious Game、Online Game、Role Play、Virtual Reality、Augmented Reality）和“知識保留”（相關的英文包括Knowledge Retention、Knowledge Preservation、Knowledge Reserve、Long-Term Memory、Delayed Test）兩部分，檢索方式為對主題、關鍵詞、篇名進行檢索，發表時間為2000年1月1日至2023年6月31日，經Google Scholar數據庫補充搜索后共得到文獻1449篇。之后依據圖1所示的文獻篩選流程對文獻進行篩選，最終共獲得符合要求的研究文獻樣本38篇，其中國內文獻5篇，國外文獻33篇。

2.文獻編碼

在元分析實施前，研究者結合前文綜述以及現有與游戲化學習相關的元分析研究（Tokac et al.，2019；Wang et al.，2022）制定編碼方案。其中，文獻基本信息的編碼包括作者姓名、發表時間、實驗組以及對照組延遲測試的成績平均值、標準差、樣本量、t值、p值等。調節變量包括學科、學段、干預周期、游戲類型、數字游戲類型、協作類型、延后測試時間。具體編碼情況如表1所示。各調節變量編碼結果的評分者間可靠性可以接受。同時，本研究采用修訂后的Jadad等人編制的量表對每項研究的質量進行評估（Brouwers et al.，2005），結果發現38篇文章的研究質量均較高。

四、研究結果與分析

1.發表偏倚評估

本元分析共納入38項合適的研究，涉及3028名被試。首先，采用漏斗圖檢驗本次元分析的發表偏倚情況，結果顯示，樣本總體分布在主效應的左右兩側并存在向右傾斜的情況。其次，為進一步確定發表偏倚的具體情形，采用失安全系數（Nfs）以及Egger回歸進行精確計算（Khoury et al.，2013）。結果顯示，失安全系數為3773，即還需要3773篇不顯著的文獻才能否定本研究的結果，同時Egger回歸的截距接近于零顯著（p＝0.015），說明納入分析的研究存在發表偏倚的情況。對此，本研究采用剪補法（Trim and Fill）以修正小部分研究過大的效應值對元分析結果的影響。在主效應左側填補7篇文獻后，45個效應值基本對稱分布在漏斗軸的兩側。最終有23個研究的效應值位于漏斗內，10個研究的效應值位于漏斗邊緣（見圖2），由此修正了發表偏倚的情況。

2.游戲化學習對學生知識保留的總體影響

對修正后的45個獨立效應進行元分析后得出的總體Hedge’s g值為0.45（見圖3）。根據Cohen（1988）提出的效應值（Effect Size，ES）標準，當ES在0.2附近時，為小效應；當ES在0.5附近時，為中等效應；當ES＞0.8時，為大效應。因此，游戲化學習對學生知識保留具有接近中等程度的促進作用，說明游戲化學習有助于學生學習后知識的長時間保留。另外，異質性檢驗的Cochrane’s Q值為427.28且達到顯著水平（p＜0.001，I2＝93.1%），表明存在跨研究的異質效應，需要進一步采用隨機效應模型進行分析。

3.不同調節變量對學生知識保留的影響

（1）學科 類型對游戲化學習中知識保留的影響

從表2可知，醫學和社會科學對游戲化學習中的知識保留均有中等程度的積極影響（其ES值分別為0.43和0.68），在語言學科中，這一影響程度更大（ES＝1.30）。除工程技術外，其他學科對游戲化學習知識保留的影響也較大，但受限于較少的樣本數量，統計結果可能與真實結果存在誤差。組間效應值Qbet為11.68（p＝0.069），說明學科類型對游戲化學習中知識保留的影響不存在顯著差異，但它非常接近統計學上的顯著水平，因此未來還需要更多的研究來確認語言學、醫學等學科在游戲化學習中的知識保留效應是否具有實際的重要性。

（2）學段對游戲化學習中知識保留的影響

從表2可知，大學及以上學段的學生在游戲化學習知識保留方面具有中等程度的積極影響（ES＝0.56），在小學學段具有較大程度的積極影響（ES＝0.90）。總體上看，雖然學齡前和中學學段對游戲化學習中的知識保留具有的積極影響更大，但由于納入分析的研究多以大學生作為研究對象，故其統計結果可能與真實結果存在誤差。組間效應值Qbet＝8.10（p＝0.044），說明學段類型對游戲化學習中知識保留的影響存在顯著差異。

（3）協作類型對游戲化學習中知識保留的影響

從表2可知，個人游戲的效應值（ES＝0.91）大于協作游戲（ES＝0.69），表明個人游戲對知識保留的影響效果更加積極。組間效應值Qbet為0.20（p＝0.652），說明不同協作類型的游戲對學生知識保留的影響不存在顯著差異。

（4）干預時間對游戲化學習中知識保留的影響

從表2可知，干預時間在45分鐘內（ES＝0.44）及45分鐘至4小時內（ES＝0.34）的研究具有中等偏低程度的效應值，而干預時間超過4小時且小于1周（ES＝2.50）的研究具有最大的效應值，說明超過4小時的游戲干預對知識保留具有較大程度的積極影響。組間效應值Qbet為16.00（p＜0.001），說明不同干預時間的游戲化學習對學生知識保留的影響存在顯著差異。

（5）數字/非數字游戲類型對游戲化學習中知識保留的影響

從表2可知，數字游戲（ES＝0.70）和非數字游戲（ES＝1.13）均具有偏大程度的效應值，說明二者對學生知識保留均具有中等偏大程度的積極影響。組間效應值Qbet為0.61（p＝0.434），說明兩種類型的游戲對學生知識保留的影響不存在顯著差異。

（6）數字游戲類型對游戲化學習中知識保留的影響

根據游戲玩法機制的差異，數字游戲可以被細分為動作游戲、冒險游戲、格斗游戲和益智游戲等類別。本研究納入分析的研究集中在模擬游戲、答題游戲和益智游戲三類。從表2可知，答題游戲（ES＝0.72）和模擬游戲（ES＝0.73）均具有偏大程度的效應值，說明二者對學生知識保留均具有中等偏大程度的積極影響。相比之下，益智游戲（ES＝0.47）具有中等偏低程度的影響。組間效應值Qbet為12.33（p＝0.030），說明不同類型的數字游戲對學生知識保留的影響存在顯著差異。

（7）延后測試時間對游戲化學習中知識保留的影響

從表2可知，延后測試時間在2周內（ES＝0.67）及1至2個月（ES＝0.48）的研究具有中等偏低程度的效應值，而延后測試時間大于2周且小于1個月（ES＝1.52）以及2個月以上（ES＝1.68）的研究具有更大的效應值，說明游戲化學習中大于2周且小于1個月、2個月以上的延遲測試所反映的知識保留效果具有較大的積極影響。組間效應值Qbet為3.65（p＝0.302），說明不同延后測試時間的游戲化學習對學生知識保留的影響不存在顯著差異。

五、結論和討論

1.游戲化學習對學生知識保留具有中等程度的積極影響

元分析結果顯示，游戲化學習對學生知識保留影響的合并效應值為0.45，表明游戲化學習對學生知識保留效果具有中等程度的積極影響。究其原因在于，游戲化能為學習者創設積極的“心流”體驗（王永固等，2014），通過目標設定、獎勵系統和競爭機制等元素能增強學生的自我效能感（Narciss，2008），激發他們面對挑戰和解決問題的動力和興趣。

更為重要的是，工作記憶的容量和持續時間上的限制會對學習者習得高階知識產生制約（Tricot et al.，2014）。這意味著學習者在處理復雜知識時，可能會受到工作記憶容量的限制，而游戲化學習通常能為學習者提供即時的反饋和獎勵，幫助其了解自身學習表現與進展，減輕其工作記憶負擔。同時，游戲化的情節和關卡設計可以將抽象概念轉化為有趣、可視化的情境，通過多感官通道增強學習者對概念的記憶和理解（Dawley et al.，2014）。此外，游戲中多種活動和冒險性情節設計通常專注于一個學習目標（Timmer et al.，2020），有助于學習者保留記憶中的元素。從生理層面看，游戲化學習能夠引起與工作記憶密切相關的雙側背側前額葉皮層的行為和功能變化（?ak?r et al.，2016），有助于激發學習者的學習動機。游戲化學習還是學習者協作交流的重要方式之一。當學習者能夠借用其他學習者的智慧或問題解決策略時，也有助于加深他們對知識的理解，并通過與他人的互動來鞏固知識（Chen et al.，2015）。

2.學段對學生知識保留具有調節效應

前文分析結果顯示，學段對學生知識保留效果具有調節效應，表現為游戲化學習對大學及以上學段學生的知識保留具有中等程度的積極影響，對小學學段學生的知識保留具有較大程度的積極影響。游戲化學習在高等教育階段表現出穩定的中等水平的知識保留效應。此外，不同年齡段學生的思維發展水平不同，也可能影響他們從游戲化學習中受益的程度。年幼的學生通常以形象思維為主，更容易被游戲吸引，而游戲通過模擬創設的學習情境，能夠調動他們的邏輯思維、空間感知和眼手協調能力，刺激大腦的多個區域，進而促進他們對知識內容的深入理解。相對而言，大學生對游戲的新奇感較低，且他們的抽象思維能力更強，這可能會影響他們從游戲中獲得知識的效率（朱莉等，2022）。

3.干預時間對學生知識保留具有調節效應

前文分析表明，游戲的不同干預時間對學生的知識保留效果具有調節效應，表現為干預時間超過4小時且小于1周的研究比干預時間為45分鐘內及45分鐘至4小時內具有更大的效應值。一方面，較長的學習時間本身就為學習者提供了更多機會來深入學習和鞏固所要掌握的知識。延長學習時間有助于學習者在學習過程中進行更強的情感投入，延緩遺忘過程。另一方面，游戲中設計的各種任務和挑戰，大多涉及相互聯系的知識領域和概念，較長的學習時間可以讓學習者將新知識與已有知識進行更多的關聯，形成更豐富的知識網絡，進而提高知識的穩定性和可持續性。

此外，游戲通過引人入勝的情境能為學習者提供學習評價標準、恰當的上下文信息，從而調動學習者的自我調節學習策略（Wan et al.，2021）。在較長的學習周期中，游戲化學習還能借助計算機算法關注到學習者的情緒狀態、注意力焦點和背景，并從心理層面督促其進行更深入的認知處理，進而達到更高的思維深度。

4.數字游戲類型對學生知識保留具有調節效應

元分析結果表明，數字游戲和非數字游戲均具有較大的效應值。即無論游戲是否數字化，其對學生知識保留均具有一定促進作用。相比于數字游戲，非數字游戲能更為直接地調動學習者的多感官體驗，加強他們對學習內容的感知和理解。

數字游戲的不同類型對學生的知識保留具有調節效應。其中模擬游戲、益智游戲和答題游戲顯示出較為顯著的影響。前述分析結果顯示，答題游戲和模擬游戲均具有較大的效應值。可能的原因在于，答題游戲通過其快速問答和知識測試機制，能為學生提供評估和鞏固知識的平臺。這種游戲形式與延遲測試中的測試形式相似，即能通過反復練習和即時反饋幫助學生鞏固知識（Plass et al.，2015）。模擬游戲則通過模擬現實世界的情境和任務，從而為學生提供一個安全的虛擬實驗和操作環境。這種游戲設計強調實踐操作和情景再現，能使學生在仿真環境中反復練習（Vogel et al.，2006）。Wouters等人（2013）的元分析亦指出，模擬游戲在增強學習者學習自信心和實踐能力的基礎上也能提高其學習的知識保留率。

相較于前兩種數字游戲，益智游戲的效應量偏小。益智游戲專注于解決問題和邏輯推理，通過逐步增加難度來提升玩家的認知能力和問題解決技能。這類游戲通過持續的挑戰和即時反饋，促進學生在不斷嘗試中學習，從而提高其認知技能（Connolly et al.，2012）。然而，隨著益智類游戲難度的不斷提升，其可能會給學習者帶來較多的高認知負荷，從而限制學習者長期知識保留的效果（Ke，2008）。

5.學科類型對學生知識保留不具有調節效應

由于不同學科的知識特征和結構不同，故其對學生知識保留的效果也不相同。游戲化學習對語言學有較大程度的積極影響。對于低齡學習者而言，語言習得是與生俱來的自發能力，游戲化學習可為低齡學習者提供一個自主學習新語言要素的場景（Tang，2023）。另外，語言學習不僅需要掌握基本的語法規則，還涉及學習者與環境之間的互動，游戲化學習同樣能為語言學習創設情境，以此不斷提高學習者的參與度（Peterson，2023），進而強化其對知識的記憶和理解（Zheng et al.，2017）。

游戲化學習對醫學具有中等程度的積極影響。醫學教育通常包含較多基礎性的程序性知識，需要學生掌握實踐技能，而游戲能為學習者提供更高的互動水平，尤其是一些增強現實游戲能夠為體驗式學習和社會建構式學習提供更好的體驗機會。鑒于已有研究數量較多，游戲化學習對醫學技能的習得和記憶的促進效果較為穩定。而關于社會科學、工程技術和職業培訓等學科納入研究的合格文獻數量非常有限，故未來還需要納入更多的研究為游戲的有效性提供證據。

6.協作類型對學生知識保留不具有調節效應

盡管協作學習能促進學習者之間的相互支持，共同追求學習目標，但設計有效的協作游戲卻是一個復雜的系統工程。協作類型游戲的設計需要細致考慮各方因素，因為它受到多種因素的交互影響。不同學習風格的學習者在游戲化學習中的表現存在差異，他們會在學習過程中采取不同的學習策略和應對方式（Kaneko et al.，2019）。即使學生在協作游戲中有討論和互動的機會，但如果缺乏適當的協作指導，也可能妨礙他們對知識的獲取，進而影響知識的長期保留（Wang，2020）。因此，為了最大化協作游戲的潛在優勢，教學及游戲設計師需要精心設計協作流程，提供必要的指導，以確保所有學習者都能有效地參與并從中受益。

7.延后測試時間對學生知識保留不具有調節效應

從效應量上看，不同的延后測試時間對學生的知識保留效果并沒有較大差異。除大于2周且小于1個月的延后測試時間外，游戲化學習中其他延后測試時間對知識保留的效應值均大于總體知識保留的效應值。具體來看，游戲化學習對于大于2周且小于1個月、2個月以上的延后測試所反映的知識保留效果具有較大的積極影響，但寬泛的置信區間表明所納入的研究異質性較大，加之個別研究具有過高的效應值，也說明了不同延后測試時間對學生知識保留的效果受實驗設計、研究學科或主題、參與者的人口統計特征等因素的綜合影響。

六、研究啟示與不足

本研究運用元分析技術，對2000—2023年發表的38項關于游戲化學習對學生知識保留影響的實驗與準實驗研究進行了分析，發現游戲化學習對學生知識保留具有中等程度的積極影響，同時揭示了不同調節變量對學生知識保留的作用機制。但是毋庸諱言的是，游戲化學習成功的關鍵在于優秀的游戲元素與機制設計。為了加強游戲化學習對知識保留的促進作用，本研究提出如下游戲化學習實踐的相關建議以及游戲化學習促進知識保留的應用框架。

如圖4所示，該框架涵蓋了游戲化學習中涉及的關鍵要素及其相互作用。“知識保留”居于核心位置，而影響其效果的因素——“學段和知識類型”以及“游戲機制、干預方式和協作模式”則分布在兩側。在設計和應用教育游戲時，必須綜合考慮學習背景、知識特性、教學目的和學生特質，并設置適宜的干預周期，以發揮教育游戲的最大優勢。這些要素需相互平衡和協調，才能有效促進學習者的知識保留。

首先，游戲設計必須強調互動性和情感因素，如角色扮演和情節驅動，以提高學生的參與度和情感投入。例如，在小學語言學習中，可以設計一個答題游戲，讓學生進行角色扮演，通過情節推動學習內容。這一方式不僅能激發學生的學習興趣，還能通過生動的情境增強記憶效果。同時，游戲應積極調用學習者的多感官動作表征，并提供即時、詳細的反饋和獎勵來增強學習體驗和記憶。例如，可采用積分排名和即時反饋機制，便于學生實時了解自己的學習進展，并在競爭中促進知識保留。

其次，游戲化學習應與知識的實際應用情境緊密相關，以便學習者在未來能夠檢索、應用他們的記憶和經驗。這些情境可以幫助學生將新信息與已有知識框架相連接，以增強其內部知識結構。游戲中還應適度融入“生產性失敗”的設計，允許學生在失敗中找到進步的機會，并在此過程中改進和保留知識。“生產性失敗”的設計原則包括適度挑戰、細致指導、反思與改進三個方面，即設計具有適當難度的任務，在學生遇到困難時提供及時的指導，幫助他們找到解決方案，鼓勵他們反思失敗的原因，通過改進策略達到更好的學習效果。

最后，游戲化學習在知識保留上的成功也受到學生年齡和認知發展水平的影響。游戲機制的設計應與學生的技術接受與熟練度、學生認知發展階段相匹配，并且游戲設計應根據不同學科的差異，選擇合適的游戲平臺和操作方式，設計針對性強的游戲內容和玩法，以維持教育游戲的可持續性和迭代性。為了確保游戲設計與教學目標緊密結合，應避免時間過短的游戲干預，教學人員應設計一系列分階段的干預措施，確保每個階段都有充足的時間深化學習和鞏固知識，最終實現知識的長期保留。干預的具體策略包括分階段設計、持續時間控制、知識鞏固三方面，即將游戲化學習內容分為若干階段，每個階段設置不同的學習目標和游戲任務；同時保證每個學習階段有足夠的時間，避免過度集中或分散；在每個階段結束后，通過測試和復習活動鞏固所學知識。

本研究仍存在一些不足。本研究雖然通過劃分延后測試時間，對1周以上的不同時間長度下的知識保留效果作了初步研究，但受限于研究樣本數量，對游戲化學習中1周以上的不同時間長度下知識保留的效果仍無法完全定論。學習是一個層層深入、螺旋遞進的過程，每一階段的學習都需要先驗知識作為基礎，而且游戲化學習對知識保留產生的積極影響從長遠來看也可能是短期的（Morrell et al.，2020）。另一方面，本研究僅將干預1周及以上時間的延后測驗成績視作知識保留的效果，未來研究也可以將教學結束后的立即測試和延后測試兩次測驗成績的衰減量視作知識保留的一種表現形式，即將知識保留視作記憶的衰減過程來看待，從而建模并挖掘游戲化學習對學生知識保留衰減過程的影響。

本研究的另一個局限在于納入分析的多數研究并沒有開展長期使用游戲化學習的實驗。這些研究多采用單次一輪的游戲干預，不利于深入分析游戲干預方式對知識保留效果的影響。事實上，提高知識保留需要反復不斷的干預練習，已有研究發現，如果在整個教學模塊中都使用相同的游戲或游戲元素，可能會影響學生持續學習的興趣和動力，而不利于知識保留的效果（Garnett et al.，2018）。因此，游戲的干預頻次、與傳統課堂的結合方式，對知識保留效果而言都具有舉足輕重的影響，這同樣是未來游戲干預研究的優化方向之一。除此之外，我們也期待未來有更多針對低齡學習者、更多學科的游戲化學習研究，以進一步深入探索游戲化學習對學生知識保留的影響。

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How Game-Based Learning Affects Knowledge Retention

——A Meta-Analysis Based on 38 Experimental and Quasi-Experimental Studies

Abstract： Knowledge retention is regarded as a critical indicator for measuring the long-term effectiveness of learning. And game-based learning， an innovative instructional approach， has recently garnered increasing attention from researchers. It is widely recognized for its potential to enhance knowledge retention， but its actual effectiveness continues to spark considerable debate. Given this ongoing debate， a meta-analysis is needed to thoroughly examine the actual effectiveness of game-based learning in promoting knowledge retention. An analysis of 38 experimental and quasi-experimental studies conducted between 2000 and 2023， covering 45 effect sizes， reveals the following findings： game-based learning has a moderately positive effect on students’knowledge retention; among six moderating variables examined， the educational level， intervention duration， and type of digital game significantly influence the effect on knowledge retention， while collaboration type， subject area and delayed test do not show significant moderating effects. To maximize the impact of game-based learning on knowledge retention， this study develops a framework centered on knowledge retention， integrating vital elements such as educational level， knowledge type， collaboration mode， game mechanics and intervention method. In designing educational games， it is essential to comprehensively consider learning contexts， knowledge types， instructional goals， student characteristics， and intervention timing for the games’ potential to foster learning.

Keywords： Game-Based Learning; Educational Games; Knowledge Retention; Learning Outcomes; Meta-Analysis