会“观察评价”的游戏——一种基于物联网的幼儿数学游戏设计与实现

□ 华东师范大学教育学部 李姗姗 郭力平

问题提出与研究设计

幼儿发展水平是衡量学前教育公平与质量的重要指标之一。研究指出，游戏是幼儿的主要学习方式，游戏中对幼儿的有效评价由结果转向过程，注重幼儿过程性能力的培养，有利于帮助教师更有效地支持幼儿的学习与发展。

然而，当前游戏中对幼儿学习与发展的评价却存在诸多问题，一方面，强调研究型教师的培养，教师的领域教学知识以及专业能力面临巨大挑战；另一方面，传统游戏依靠教师进行观察与评价，强调教师对幼儿的真实性评价，需要收集幼儿一日生活与游戏过程中大量的学习过程信息，教师的时间与精力面临巨大挑战；第三，学龄前儿童学习能力评价面临团体纸笔施测不合格，个别化施测标准化难、效率低等问题。随着评价理念的更新，学龄前儿童学习能力评价指标不宜局限于特定学科知识与技能，诸如学习品质、过程性能力指标亦得到重视。而基于互联网的游戏评价，如视频游戏、多媒体游戏则不符合幼儿发展规律，剥夺了幼儿与真实世界互动的权利，对幼儿的身心发展带来不利影响，其测评技术不适合用于评价幼儿。

数学是一项重要的认知能力，也是重要的智力因素。在早期教育阶段，幼儿的数学学习以非正式的数学学习为主，具有启蒙性和奠基性，对幼儿日后的学业成就和职业选择有重要影响。

来自幼儿数学学习的困境包括三个方面，一，在中国的文化传统和家长的教育理念中，数学始终是重要的学习内容，但目前的数学教育中存在重数学技能和结果、轻数学学习过程和真实应用的问题；二，当前幼儿的数学学习形式主要以“填鸭式”操作训练为主，忽视幼儿在游戏中的学习；三，幼儿在游戏中的数学学习缺少有效反馈，尤其是对于年幼的小班幼儿面临三重困难，即幼儿在游戏中自身无反馈、教师反馈不及时、同伴反馈少，导致学习成效不高。以上三方面的现实困境导致幼儿对数学学习兴趣不足，数学思维能力得不到有效提升。而物联网、人工智能等信息技术的高速发展，为有效地观察评价幼儿游戏提供了新途径。

按数取物是3～4岁幼儿基数概念获得的测评任务，基数概念的形成则是3～4岁幼儿数学认知目标。《3-6岁儿童学习与发展指南》（以下简称《指南》）中的数学认知部分只提出各年龄段儿童所要达到的结果目标，而幼儿的学习路径没有体现。从幼儿数学学习轨迹来看，按数取物的能力能反映出幼儿众多数概念发展的脉络，如数数、一一对应、符号认知、量的比较等，不同游戏情境下亦能反映幼儿问题解决的学习品质与学习风格等教师不易观测到的行为数据。因此，本研究将内容定位于3～4岁幼儿按数取物能力的发展，选择3～4岁幼儿数概念发展中的数数、一一对应、符号认知以及基数概念的发展作为研究内容，通过在数学游戏中设计按数取物任务来获取幼儿学习的过程信息。并以3～4岁幼儿数概念发展作为突破口，拟尝试将幼儿与游戏通过技术连接在一起，运用物联网技术完成一种会“观察评价”的幼儿数学游戏的设计与实现。

本研究选择上海市5所幼儿园、山东省3所幼儿园，共20个小班的数学区域游戏进行了各5次的观察，单次区域游戏的时间为20～30分钟，并在各园随机选择小班幼儿各10名进行非正式访谈，主要了解小班数学区玩具类型、幼儿喜爱的玩具、幼儿操作玩具的过程、幼儿游戏情景、当前玩具的不足、教师对游戏的介入指导（即教师对幼儿游戏的反馈）等；随机选取5名教师进行了半结构式访谈，主要围绕教师如何观察幼儿的数学游戏、观察中遇到的困难以及如何获得幼儿的更多数据并提供有效的教育支持策略等问题展开。随后对录像、录音和笔录进行转录与编码。本研究对资料的分析主要运用情景分析法详细描述关键事件，结合非正式访谈记录进行系统化整合分析形成研究结论。

数学游戏设计思路

1.数学游戏设计方案形成脉络

(1）数学游戏设计原型的确定

依据调查结果，选择幼儿最喜爱的数学玩具之一“小火车”材料作为游戏设计的原型。（图1）

“小火车”是幼儿园教师投放在区域活动中最常见的游戏材料之一，共有5节车厢，车厢正面贴有带有符号的卡片，幼儿根据卡片上的符号选择相同数量的仿真水果放置在相应的车厢内，培养幼儿按数取物的能力。

图 1 数学游戏“小火车”原型

通过观察发现该材料有以下问题与不足：卡片内容单一，类似以往的训练形式，幼儿操作的主动性不强；游戏中来自教师的个别反馈与指导较少，幼儿常常随意投置几下就没了兴趣；可玩性不强，幼儿的主体性无法发挥；幼儿时常不按车厢的卡片选择水果，而是将班级其他卡片（如卡片中只有水果）贴在车厢进行游戏。

(2）数学游戏内容设计——卡片的拆分与重组

根据游戏材料“小火车”原型中存在的问题，根据数据挖掘原理以及幼儿数学学习特点对“小火车”进行改良设计，将“小火车”车厢中的卡片进行单独设计，并依据幼儿数概念发展的不同水平设计卡片符号内容，（图2）便于对幼儿的游戏过程行为数据进行多维度挖掘。

重新设计后的游戏卡片中的符号内容有草莓、苹果、香蕉、杨桃、李子、桔子、桃子共7种水果，每种水果有1～7种数量，如1个草莓、2个草莓……7个草莓，每种数量有5种表现形式，如3个苹果、3个横排黑点加1个苹果图片、3个三角形排列的黑点加1个苹果图片……数字3，共设计卡片245张，单张卡片尺寸为12×8cm。

图2 卡片设计图例

每种水果模型20个，共140个。根据幼儿人体工程学原理，设计符合幼儿手部尺寸的水果模型，水果直径约4.5cm（香蕉直径约2cm，长约8cm），材质为塑料，空心，便于幼儿抓握，增加游戏的体验感。

（3）数学游戏外观造型与内部结构设计

采用幼儿人体工程学原理以及基因设计原理对“小火车”进行设计完善。整体尺寸为：180cm（长）×10cm（宽）×10cm（高），单个车厢尺寸为18cm（长）×10cm（宽）×10cm（高），车厢为6节。（图3）

图3 “小火车”外观造型设计图

2.数学游戏情境的创设

教育情境越丰富且符合幼儿发展特点，幼儿在游戏中的行为数据就越多维，数据挖掘的结果就越有效。为了在游戏中获取幼儿更加丰富的学习行为数据，便于深度挖掘幼儿游戏中的数学学习特点以及学习品质，本研究依据数据挖掘原理以及《指南》中3～4岁幼儿数学认知发展目标，以社会建构理论、情景认知理论为理论框架，结合对幼儿数学个别化学习活动的观察以及游戏材料的反馈进行游戏情境与游戏任务设计，游戏情境设定为单独游戏、简单合作游戏、简单竞争游戏，根据幼儿数概念发展的水平设定多个任务，如5以内的卡片任务、10以内的卡片任务等，教师可根据幼儿的不同发展水平提供不同难度梯度的材料。（图4）

图4 游戏情景设计

数学游戏功能的技术实现

1.数学游戏中的信息识别与反馈机制设计与实现

国内外的研究都表明游戏是幼儿学习数学的有效形式。对于早期儿童而言，最能发挥其主体性(或者孕育其主体性发展)的活动莫过于游戏（尤其是象征性游戏）和探索行为。游戏中儿童获得反馈是十分重要的方面，反馈能促进幼儿对游戏的探究行为、帮助幼儿获得规则概念并能有效促进幼儿的社会性发展。然而现实条件下，教师的时间、精力以及数学领域知识（PCK）都遇到挑战，因此对幼儿的反馈难以得到保障。此外，小班幼儿处于平行游戏期，同伴间的反馈相对较少，造成了儿童在游戏中的数学学习可能遭遇瓶颈。

鉴于此，本研究为了使幼儿在游戏中的学习更有效，运用物联网技术（物物相连）在游戏中设置三种反馈机制：一是有反馈无效果：当选择的卡片中的数量与投放在车厢的水果材料数量一致时，按动开关，信号灯呈现绿色，火车不开动；不一致时，信号灯呈现红色，火车不开动。二是有反馈有效果：当选择的卡片中的数量与投放在车厢的水果材料数量一致时，按动开关，信号灯呈现绿色，火车开动；不一致时，信号灯呈现红色，火车不开动。三是无反馈：不带有任何技术功能。

反馈机制的实现路径为：首先通过隐藏于卡片与水果材料中的RFID电子标签，实时追踪幼儿的行为；其次通过RFID标签识别到的卡片与水果材料信息对幼儿按数取物的结果进行判断，增加游戏可玩性，支持幼儿的学习。

2.数学游戏中观察评价的数据挖掘

(1）后端服务器自动获取的数据。通过读卡器读取幼儿、卡片与水果材料信息，后台服务器实时记录幼儿游戏过程中的行为数据，并储存在APP专家系统中。(图5）

图5 幼儿行为数据挖掘路径

如记录幼儿游戏时的操作数据，包括卡片的选择、抓放物体数量、种类与卡片的一致性、幼儿尝试错误的次数、策略调整的时长等，以此了解幼儿数学发展轨迹及特点。

(2）手工输入的数据。主要是幼儿基本信息的录入，包括姓名、年龄、性别、数概念发展水平等数据。

结语与展望

基于物联网的游戏的属性有两个：一是符合幼儿身心发展特点；二是基于大数据的“测评工具”。本研究将RFID近场识别技术隐藏于幼儿游戏材料中，确保幼儿与真实世界的接触与连接，实现幼儿与游戏材料的互动并为其提供即时反馈以支持其在游戏中的学习；此外，实现游戏的测评功能，实时抓取幼儿游戏中的过程数据，帮助教师多维度了解幼儿的学习过程和路径，如日常教学中教师“难以看到的”“看不过来的”以及“无法观测到的”幼儿游戏精准时长、幼儿从一个任务转向另一个任务的反应时间、儿童对卡片多维度的选择（可同时观测到量、水果类型以及对卡片符号的认知）、幼儿调整策略的情况等信息，提升教师评价幼儿学习过程的有效性。

信息技术的发展及应用极大地改变了人们的生活，也对幼儿的生活环境产生了深远影响。幼儿的学习主要是“大知识”的学习而非“小知识”的学习，是“战略性”的学习而非“战术性”的学习。视频媒介与技术的发展虽是不可阻挡的时代潮流，但是视频媒介不应当成为幼儿主要的学习途径。从文化传承与发展的角度，我们更应该尊重并维护幼儿与真实世界的互动，技术越发达，我们越需要维系幼儿与自然之间的亲密关系。■

注：此文为教育部人文社会科学研究一般项目规划基金项目“物联网技术背景下儿童在游戏中学习的评价研究”（批准号：17YJAZH026）的研究成果。