创新与实现——用教育游戏开展适应性学习

　　一、教育游戏的发展与现状
　　
　　幼儿游戏教育是一种很常见的教育方式。游戏可以被理解为从参与者的兴趣出发，通过一定内部和外部的操作过程使参与者在积极的紧张中获得身心成长的活动。游戏是放松的，但要求注意力集中，这种心理过程使游戏参与者乐此不疲、无压迫感，是一种积极的紧张。游戏通过这种积极的紧张使儿童身体和心智进步。在现实生活中除了帮助幼儿成长的游戏之外，还有很多提供青少年和成人的游戏，包括学习知识的，如填字游戏；训练智力的，如象棋；锻炼身体的，如踢毽儿。在这个阶段，不管是游戏者本人，还是其监护人、教育家也都能够正确地认识和理解这种游戏式的学习。
　　但是为什么当电子游戏出现之后，包括视频游戏、电脑游戏以及现在流行的网络游戏却引来了包括家长、教师以及教育家们的批评和前所未有的恐慌呢？我们在与以前被大家接受的游戏进行对比中发现，问题出在游戏的内容。现在大多数电子游戏的内容与青少年游戏者年龄不相适应，它非但不能使游戏者的心智获得进步，反而可能会让游戏者脱离现实，对他们的成长起到阻碍作用。
　　
　　二、适应性教育游戏的设计与实现
　　
　　我们将研究重点放在了电脑游戏上。经过研究、分析与设计，我们开发了一套教育游戏软件——游戏化学习社区。它包括两个部分：学生端工具与教师端工具。这两部分有机结合，共同构成一个适应性学习系统。现分别介绍这两个部分的基本功能，以及两部分如何配合使用，开展适应性教学。
　　如图1所示，学生运行学生端程序后，先注册新用户，登录游戏，再通过学生Avatar（替身）进入游戏场景，与游戏场景以及处在游戏场景中的其他同学进行交互。在游戏场景中设置有需要学生完成的任务、激励学生学习的措施、帮助学生进行游戏学习的模块，以及供师生、生生讨论的交流区。学生在游戏场景中漫游时会遇到游戏中的代表不同身份的NPC（Not Player Character，非玩家），通过和这些NPC对话，获得完成任务的指导信息，并且可以学到一些基本的知识点内容。信息收集模块不断地从游戏场景中收集变化的信息并存放在信息库中，记录学生的学习路径。此外，教师可以通过教师监控模块适时或非适时地读取信息库中的信息，根据这些信息分析目前特定学生所处的状态以及在游戏场景中的具体情况，做出决定或给出策略，并通过场景编辑模块向场景库中添加新的场景或修改已有场景。场景更新模块会适时地检查场景库的更新状态，并及时更新游戏场景。通过这种方式提供给学生个性化的指导。
　　教师端工具主要包括三部分功能。其一是情境的创设，教师可以从零开始，由上至下、由小到大地创设出一个完整的游戏情境。教师可以设计人物对话、帮助信息和奖励措施，可以根据概念地图来设计游戏路线和各种策略，自行编辑和添加游戏中的地图、NPC，Tile（可行走区域）和关卡游戏等，组成一个个完整的情境。情境创设工具采用所见即所得的操作界面，方便使用者操作。其二是场景的实时监控。实时监控在教师端重现学生端的游戏场景，方便教师跟踪学生端的学习状态，及时给出帮助支架。其三是场景的动态更新。如果学生在某一场景中出现了问题，可能是因为学生在构建知识或者完成任务时遇到了困难，也可能是因为学生在场景中迷失了自己，不知所措。这时，教师通过监控功能捕捉到这一信息，教师操纵教师端工具进行动态修改，从而帮助学生完成学习任务。教师端工具与学生端工具采用统一的数据格式，可以与学生端实现“无缝结合”。教师端的场景监控功能可以取得与学生端完全一致的游戏情境。学生遇到学习困难时，监控功能提示给教师学生端的信息，教师可以利用情境创设工具创设出新的游戏情境——支架，通过场景的动态更新发送给学生，从而实现不同学生有不同的游戏路线和场景，以适应所有的学生。可以说，教师工具是一个半开放的系统，一方面它可以根据学生的学习状态和预设的学习策略从场景库中选择合适的场景推送给学生，另一方面教师也可以自己创设和选择适合该学生学习的场景发送给他。
　　
　　三、适应性教育游戏的教学实验
　　
　　在系统实现后，笔者在北京市海淀区翠微小学进行了教学实验。
　　研究的焦点问题是如何在游戏化学习中应用动态情境工具有效地实施适应性学习。
　　实验进行前，笔者对实验教师进行了访谈。教师一方面很希望能够尽快让学生们体验到情境化的学习环境，一方面也对自己编写脚本、创设情境感到有些忧虑，不知道自己能否设计出学生喜爱的、体现自己教学意图的支架情境。为了使教师能够更好地理解游戏化学习，熟悉游戏化学习社区，我们在实验进行之初安排让学生先体验研究者事先设计好的游戏情境。
　　学生们对游戏表现出了极大的兴趣，时而热烈讨论，时而抓耳挠腮，时而为过关而欢呼。在这个过程中，教师通过对学生在体验中出现的问题进行指导，基本对游戏中学生常发生困难的情境有了一个把握。
　　随后，教师利用业余时间搜集资料，编写故事脚本，创作新的游戏情境并融合进新的知识点。在创设游戏的过程中，教师根据学生前一阶段的体验过程及不同学生的不同情况，设计出特定的场景（即策略），并在线支持学生学习。
　　学生体验由教师创设的新的游戏情境，如果遇到困难，教师会将帮助场景（策略）发送给他。随着实验的进行，这个过程（学生遇到问题，教师支持）不断循环，在学生端就形成了针对这个学生的学习环境。
　　我们分别对学生使用游戏情境前后进行了相关知识点的题目测试，结果如图2、图3所示。
　　
　　可以看出，没有支架支持的游戏与增加了教师创设情境的游戏学习对于学生的学习成绩都有提高，但是前者主要提高了低分数段学习者的学习质量，特别是显著提高了原来数学成绩不合格学习者的数学成绩，但对于原来处于高分数段学习者的学习成绩提高不显著。在体验教师创设的游戏学习情境后，低分数段和中高分数段学习者的学习成绩均有显著提高。实验结果表明：（1）情境化学习环境中教师工具的确可以将教师的教学设计有效地与游戏情境相结合，从而提高学生的学习成绩；（2）教师创设的情境对低分数段以及中高分数段学生成绩的提高有明显作用，而研究者创设的游戏主要对低分数段学生成绩的提高有明显作用。为什么会出现这种情况？笔者认为，一是在学生的体验过程中，由于教师对其在线学习的支持，他得到了一个适应他本人水平的学习环境；二是教师在创设故事脚本时非常有针对性地对几个知识点进行创设，且每个知识点都设计了三个不同难易程度的体验游戏，从而使每个分数段的学生都有适合自己的体验游戏，这样每个分数段的学习者都有一个适应他的水平的游戏情境，因而能达到理想的学习效果。
　　游戏化学习还在尝试阶段，利用它来开展适应性学习我们也在尝试。由于创设情境需要编写脚本、制作素材，只有在积累了大量的游戏情境后，在线场景的及时更新才能够进行得更好。相信随着研究的深入和素材的积累，一定会取得更好的效果。
　　（本研究由北京市优秀人才培养专项经费资助）
　　（作者单位：天津科技大学计算机科学与信息工程学院 首都师范大学教育技术系）
　　（注:“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文）