小学数学类教育游戏表现形式的研究

2016-11-30黄恩铭谭敏敏

中国教育信息化 2016年22期

黄恩铭，　王　珺，谭敏敏

（1.南京中医药大学现代教育技术中心，江苏南京210023；2.南京师范大学教育科学学院，江苏南京210024；3.南京农业大学图书馆教育技术部，江苏南京210095）

小学数学类教育游戏表现形式的研究

黄恩铭1，王珺2，谭敏敏3

对小学数学类教育游戏的表现形式进行研究探讨，有助于设计开发更适合小学生兴趣与习惯的教育游戏，并且使教育游戏既有较好的教育性又有较强的可玩性。首先探讨了游戏与小学数学教育融合的方法途径，分析了小学数学学科内容与特点，并进行了游戏案例开发，最后总结出了适合小学数学类教育游戏设计的一般表现形式，即：益智解谜类表现形式、角色扮演类表现形式、射击动作类表现形式。

小学数学；教育游戏；融合；表现形式

一、概述

游戏是一种消遣、娱乐方式，如今已与众多领域有交叉，并在不少领域得到了新的广泛应用，比如，游戏与军事训练、游戏与教育等等。最近几年国内关于教育游戏方面的研究也吸引了越来越多人关注，并且已经有一大批专家学者投入到了具体的研究当中。数学是一门比较单调、乏味的学科，让儿童不再感觉数学学习是枯燥的一个行之有效的方法是将数学学习与游戏融合。而在游戏中如何表现数学内容，让儿童既玩的高兴又学得快乐有效，这是数学教育游戏设计与开发的一个重点和难点。目前大多数已有的教育游戏产品中，普遍存在教材搬家、学习内容与游戏生硬嫁接或者过多追求休闲娱乐之现象，游戏过程与教学目标未达到“内在一致性”。深入研究小学数学类教育游戏在表现形式上的设计原则，不仅有助于改善教育游戏的可玩性，更重要的是能够提升其学习效果。

本研究从两个方面进行，首先对小学数学学科内容进行梳理分析，找出适合使用教育游戏形式表现的内容与知识点；然后结合具体的数学教育游戏实例，详细分析三种可以承载数学知识内容的游戏表现形式。

二、小学数学学科内容分析

义务教育阶段，数学学科内容主要包括四大类：“数与代数”、“空间与图形”、“统计与概率”、“实践与综合应用”。在此四大类内容当中，小学数学涉及的知识与内容主要包括数的认识与运算、常见的量、现实世界中的物体、几何体和平面图形、现实生活中的数据和客观世界中的随机现象、自主探索、交流合作等等。依照新的课程标准，我国小学数学学科内容大体上主要包括以下几个方面：（1）数的认识；（2）加减乘除运算；（3）认识位置与方向；（4）认识时间与时间单位；（5）认识人民币；（6）长度单位及其相互转换；（7）简单的几何图形，包括形状、周长、面积、对称、平移、旋转等；（8）认识质量；（10）分数与小数；（11）统计，包括随机事件、概率和统计等；（12）空间与图形，包括长方体、正方体、圆柱体和圆锥体等; （13）百分数与比例。

小学数学学习内容涉及面广，一方面，并不是所有的内容都可以以游戏作为其表现载体。抽象概念和内容不适合在游戏中学习；加减运算、认识时间、简单的几何图形和空间图形等概念比较具体，现实生活中儿童可以经常接触，在游戏中模拟会起到较好的学习效果。另一方面，适合用游戏作为载体的学习内容当中，不同的类别或者相同类别不同水平或者目标要求，其游戏的表现形式应当有所差异。

三、教育游戏与小学数学的融合

教育游戏与小学数学融合，就是利用孩子喜闻乐见的游戏方式去表现小学数学学科的学习内容，这就涉及到了教育游戏表现形式的问题。从游戏与教学内容的融合方式看，不应该只是游戏与知识的简单嫁接，而是应着眼于提高教学内容与游戏任务融合的顺畅性与逻辑连贯性。将游戏融入教师的数学教学和儿童数学学习中，构建起与数学之间的桥梁，最大限度地支持和满足儿童感知和操作的需求，从而培养儿童对数学的兴趣和自主探索的能力。[1]

选择哪些游戏类型、形式与小学数学学科内容进行融合？目前电子游戏领域比较成熟的游戏类型主要有九种，通过对比分析与开发实践总结，得出其中三种类型比较适合呈现小学数学学科内容知识，他们是：益智解谜类、角色扮演类、射击动作类。益智解谜类游戏最初是用来培养和开发儿童智力的拼图游戏，用来呈现小学数学学科内容不失为明智选择。角色扮演类游戏重点在于玩家扮演游戏中的一个或者多个角色，有完整的故事情节，强调情节的发展和个人的探索和体验，利用角色扮演类游戏来表现小学数学学习中的知识探究最合适不过。射击动作类游戏比较简单，但它可以提供一种紧张刺激的气氛来锻炼儿童的注意力和反应能力，将小学数学学科内容，比如数的认识、四则运算等等，转移到该类型的游戏中既易于实现也一定的意义。在教育游戏与小学数学融合的三种可行的途径中，不同的学习内容选择不同的融合途径，从而达到最佳的表现形式。

表1　教育游戏表现形式与小学数学学科内容的对应关系

四、小学数学类教育游戏的表现形式

1.三种表现类型与小学数学学科内容的对应关系

小学数学类教育游戏的内容表现形式的设计，既要充分考虑小学数学学科内容的特点，还要重点把握小学生的心理年龄特征。如果机械的将数学内容以游戏的形式呈现，为了吸引学生的注意而冠以游戏的名义披上游戏的外衣，而实际上却是数学习题的罗列，不仅不能提高学生的学习效果，反而让学生的厌倦情绪更加严重。避免上述问题的关键在于，什么样的学习内容应该用什么样的方式表现，才能真正达到娱教一体的目的。上面已经提到，小学数学教育游戏可以用以下三种形式表现：益智解谜、角色扮演和动作射击，这三种类型可以将小学数学学科大部分内容以游戏的形式很好的展现给小学生们。表1是它们与小学数学学科内容的对应关系，但并非一一对应，而是相互之间有所交叉。

2.以益智解谜类游戏呈现小学数学学科内容

图1　《小猫的生日派对》

益智解谜游戏是儿童最为喜闻乐见的游戏类型，并且可能很早就开始接触。用益智游戏来呈现学习内容，他们更乐于接受。在游戏中没有曲折的故事情结和复杂的游戏任务，其最为典型的特征是，游戏设置了大量的关卡，关卡由易到难逐渐加大，具有一定的挑战性。将益智解谜类游戏与小学数学内容相融合，重点考虑的是如何按由易到难的规律将学习内容放置到对应的关卡中，并且在每一个关卡中如何生动的展现给儿童。在传统的课堂教学中，教学生识数的最常用的方法是数实物，学生容易理解和记忆。游戏也可以借用这种方法，但是不能局限于此，需要加入一些“游戏化”的因素与操作。基于此，本研究设计开发了一款学龄前儿童学习数数的小游戏《小猫的生日派对》，如图1所示。第一关创设了一个轻松愉快的生日派对情景，儿童需要根据语音提示往生日蛋糕上插上一定数目的蜡烛，儿童拖动蜡烛操作的过程就是一个数数的过程，非常生动形象，既过了生日的瘾又学会了数数。另外，也可以借用网上非常流行的一种休闲游戏的形式——切东西——来表现加减运算的学科内容，这是一种用户体验非常好的休闲娱乐游戏形式，用在数学加减运算训练中也十分适合，如本研究设计开发的《非常时刻》。游戏对象为小学一年级学生，学习内容为100以内加减法快速运算。为了达到快速运算的训练目的，游戏创设了一个比较紧张的气氛——三秒钟拆除炸弹。将答案选项捆绑在炸弹上，炸弹吊在绳子上左右晃动。为了增加吸引力，采用Box2d物理引擎，具有很强的真实感，如图2所示。这种类型的休闲游戏可玩性非常大，操作游戏的自由度也很大，儿童不仅可以学习学科知识，还可以锻炼思维和精细动作。

此外，认识人民币和简单几何图形等内容都可以与益智解谜类游戏进行完美的结合。

图2　《非常时刻》

3.以角色扮演类游戏呈现小学数学学科内容

角色扮演游戏强调的是构建一个虚拟的世界，玩家在虚拟的环境里扮演一个或者多个角色进行相关的活动。无论是游戏任务，还是游戏规则和游戏操作方法都比较复杂，因此角色扮演类游戏更适合小学较高年级学生用来进行探究式学习。创设虚拟的游戏环境与创设真实的数学探究式学习情景相关联，游戏因素与学习内容相匹配，玩家的游戏任务与学生的学习任务相同步，游戏升级和学习探究相统一。角色扮演类游戏结合最新的体感技术可以极大的增加用户的置入感；体感技术使得学习活动更加趋向于多模态和游戏化，学生积极使用他们所有感官进行学习时会获得更高的绩效。[2]

角色扮演类数学游戏首先需要从学科领域中选择和确立主题，在虚拟的游戏环境中加入真实的探究式学习情境，学生在游戏中通过独立自主地发现问题、实验、操作、收集和处理信息、表达与交流后获得知识、培养能力。它应该有一套比较完善的知识体系，整个游戏或者整套游戏下来，几乎能涵盖某一学习阶段的某方面的所有学习内容，学生在角色扮演类数学游戏中的学习是连续的、循序渐进的，一个个游戏任务的完成过程和游戏升级过程，就是学生学习知识丰富和学习能力提高的过程。

目前，已经有一批比较经典的角色扮演类教育游戏作品，如专门用于训练市长的《模拟城市》1，训练董事长的《模拟领导》，训练员工的《直言者》和训练海军陆战队员的《DOOM》、还有香港中文大学研发的《农场狂想曲》2等等。这几款大型游戏，涉及的内容非常丰富。角色扮演类是一种很好的教育游戏形式，特别是培养学生独立探索、协作学习等能力更为有效。有些数学学科内容像认识方位、认识人民币、长度单位与空间几何图形的学习等，学生在角色扮演类游戏中学习会学得更深刻。学生可以扮演探险者，以探险的方式认识复杂的方位；可以模拟商人，通过虚拟的交易环境去认识人民币、了解市场交易规律；可以成为数学家，设计各种各样的空间几何图形，从而加深对数学空间图形的理解与应用；等等。《小小营业员》是一款帮助小学生更直观认识人民币的角色扮演类小游戏，如图3。学生扮演的是超市收银员的角色，每一次顾客挑选好商品结账时，收银员都需要回找给顾客正确的人民币，从而达到认识人民币的作用。

图3　《小小收银员》

4.以动作射击类游戏呈现小学数学学科内容

与益智解谜类游戏类似，动作射击类游戏也是一种模式相对简洁、内容相对单一、任务相对简单的小型游戏。将动作射击类游戏与小学数学学科内容相融合，让学生在紧张、刺激的环境下进行某方面的强化锻炼，可以起到更好的训练效果。不仅训练了学科知识内容，还能锻炼学生集中注意力的能力，学生的手眼协调能力也会得到进一步的加强。

动作射击类游戏比较适合儿童学习数字和进行加减乘除运算的强化训练。游戏操作简单，儿童不用把大部分的心思放到游戏控制上，可以集中精力进行数字学习或者加减乘除运算。在动作射击类游戏中，玩家的焦点通常是武器和目标靶子，因此，将其与数字认识或四则运算的学习融合时，应该尽可能地把这两方面的学习内容融入到射击武器和目标靶子上。基于此，我们设计开发了一款动作类加减运算小游戏《超级一跳》（图4），它还结合了冒险、收集金币与闯关等多种因素，做到了较强的游戏趣味性。在学习内容的表现上也做得比较到位，学生控制主角向前进，途中需要躲避或者杀死怪物并且收集金币，每跑一段距离就会遇到一道学习任务，题目十分明显的悬挂于正上方，题目的正下方安排了四个答案选项，只需要控制主角跳起撞击正确的答案，即可将答案移动到运算式子等号的后方，跟纸上答题一样。这样一个设计比较巧妙，答题的操作完全延续了游戏本身的操作，而不会因额外的点击或者输入操作而减慢游戏的进程。

数的认识、加减乘除运算等方面内容是小学数学学习最为基础和重要的部分之一，设计开发动作射击类数学游戏时，应该从以下几方面考虑其具体的表现形式。

（1）有一定的刺激因子以引起学生的注意

引起注意是提高学习效果的关键的因素。在游戏中刺激因子越多越能引起学生的注意，但是与学习内容无关的刺激因子越多，学生的注意力将不在学习内容上，而将注意力放在游戏情节或者其他界面元素。[3]因此，刺激因子要有，但要求适当，否则会恰得其反。例如，我们在《欢乐打地鼠》（图5）中将答案写在时而出洞时而隐藏的地鼠头部，不仅增加了任务难度，而且更能引起学生注意。

图4　《超级一跳》

图5　《欢乐打地鼠》

（2）算式、答案与其他游戏因素既有区分又有“内在一致性”

运算类数学游戏中，玩家的焦点应该是算式和答案，此两者在游戏界面中应该处于突出的地位，时刻都在玩家视野范围内，不用特意寻找。也就是说，表示数学算式的元素和其他游戏元素在显示上应该有较大的区分度，背景是静止的，则表示学习内容的元素就应该是运动的；其他元素的色彩应该比较浅淡，而学习内容元素的色彩应该比较鲜艳。在《超级一跳》中，算式、答案都十分明显，与其他游戏因素区分度较大，但绝非完全脱离关系，且学生在游戏中不需要停止当前的游戏操作而转向答题操作，答题的操作其实就是当前正在进行的游戏操作，做到“内在一致性”。

（3）游戏情境与运算练习有一定的联系且来源于生活

训练运算能力的小游戏，如果游戏情境过于复杂，会使学生纠缠于游戏情节，不再关注学习内容。一个好的生活“图景”可以很好地勾画出知识产生的来龙去脉、知识的适用条件等隐性知识。[4]设计此类游戏时，可以从日常生活中选择游戏情境，如超市购物、种植蔬菜、摘收水果、帮父母做家务等等。在锻炼学生数学运算能力之余，还可以让他们产生比较真实的体验，甚至可以体会到日常劳动的光荣。

（4）运算反馈要及时使学生得到加强

在数学加减乘除运算类游戏中，常用的反馈形式有两种，一是即时反馈，特别是回答问题出错时，即时反馈显得更为重要，反馈内容不仅应该简单明了地重现问题，还应该强调正确的答案。二是总结性反馈，将学生在游戏过程中所回答问题的情况做跟踪记录，整个游戏结束或者某一关卡结束后，显示该学生整体的答题情况，答对题目和答错题目的个数，错误类型总结，然后给出简单的学习诊断，使该学生对自己的运算能力有大概的了解，对哪些数字的认知还不到位等等。最后，根据学生答题情况的记录，让该学生重玩游戏时，尽可能多的出现之前回答错误的题目，使学生薄弱的部分不断得到加强。上述列举的教育游戏实例都涵盖了这两种反馈，每回答一道题目，都会及时给出正确或者错误提示；而当整个游戏完成、失败或者胜利，都会有比较详细的总结，如完成任务所用的时间、得分是多少和错题库等等。学生可以根据即时反馈及时调整最佳状态，当完成任务时还可以根据总的情况去了解自己的薄弱环节。