三支决策理论教育游戏设计应用研究——以教育游戏《保卫星球》为例

郑 征，于 延

(哈尔滨师范大学 计算机科学与信息工程学院，黑龙江 哈尔滨150025)

0 引言

教育游戏隶属严肃游戏，是以游戏作为教育工具，面向教育而开发的游戏。教育游戏吸取了教育外在不独立性与游戏内在自由性，同时具有教育与游戏两种活动特性。姚一豫教授2009 年提出了三支决策理论，在二支决策理论上通过对边界相接区域不确定信息的进一步处理，最终不断完善二支决策的理论。可以从教育游戏设计与内部决策机制出发，利用三支决策理论开发教育游戏内部决策算法，将决策结果应用于学习者在教育游戏中学习资源与游戏难度分配过程，解决教育性与游戏性间的平衡性问题，并对于教育游戏未来设计发展提出建议。

1 教育游戏现状

近年我国对于教育游戏领域研究愈加深入。李海峰［1］等提出了“基于人本主义理论的教育游戏设计框架”。尚俊杰［2］等在深入分析教育游戏价值后指出通过重塑学习方式回归教育本质的应用前景，并提出发展轻游戏的必要性。张露［3］等以学习体验为视角，建构游戏化学习体验理论框架，结合理论系统阐述游戏化学习体验促进认知与主体性发展原理。裴蕾丝［4］等在学习科学视野下设计开发了一款可在终端运行的电子游戏。

2 三支决策理论在教育游戏中的应用

姚一豫对粗糙集正集、负集及边界集语意解释的思考而引发的三支决策思想，实质就是对二支决策的细分。传统二支决策思想限制了人们在使用决策思想时对决策相接区域进行有效规划与处理。三支决策则对相交区域进行了再处理，在二支决策的是非相接区域制定规则，达到更进一步细分数据的目的。

2.1 三支决策与教育游戏

教育游戏以游戏作为表现方式，吸引学习者游玩同时对学习者进行隐性知识传输。学习者对隐性知识的感悟不断加深，隐性知识最终转化为显性知识。在教育游戏中要维持学习者的游戏动机，需要游戏设计者对教育性与游戏性的平衡进行动态决策与调控，使学习者心理由消极转化为积极。因此，三支决策理论与教育游戏内部决策思想融合对教育游戏的发展起关键性作用。

2.2 基于三支决策理论的教育游戏内部决策框架新思想

三支决策理论给教育游戏提供了全新发展方向，即在教育游戏过程中利用该理论动态划分学习者知识掌握程度，并合理分配教育资源与游戏难度。

在游戏过程中，以学习者游戏答题正确率为标准，以行为主义中的试误、强化与模仿理论作指导，把学习者知识掌握程度划分为试误阶段、强化阶段与模仿阶段3 个等级，并在各阶段临界域上进行阶段划分的再次决策，准确定义学习者知识掌握程度，合理给予教育游戏中教育性与游戏性的正确选择。图1 为基于三支决策理论的教育游戏－内部决策框架(EG－IDF) 。

图1 教育游戏－内部决策框架(EG－IDF)

3 “保卫星球”教育游戏设计

3.1 设计思想

以小学三年级英语单词为知识内容，结合EG －IDF 框架，进行“保卫星球”教育游戏设计与开发，需要从学习者、教导者、教育游戏3 方面及相互关系进行辨证分析。

(1) 学习者分析。“保卫星球”游戏目的旨在让学习者在游戏过程中通过EG－IDF 框架分配的教育资源与游戏难度逐渐掌握新知识。学习者在接触新知识的情况下首先通过试误阶段达到对于新知识的认识，紧接着学习者跨越到知识学习的强化阶段，通过重复练习达到对于新知识的熟知，最后由强化转变为模仿，此时学习者对于新知识的理解需要更进一步。

(2) 教导者分析。教导者合理把控学生学习方向才能使学习事半功倍。在“保卫星球”教育游戏中，教导者通过游戏教导者界面安排计划内应学习知识内容。教导者手动把单词知识分为C、B、A 3 种难易程度，分别对应单词学习试误阶段、强化阶段与模仿阶段。通过由简到繁的游戏难度梯度设计，学习者学习循序渐进，在游戏中掌握知识。

(3) 教育游戏分析。教育游戏需要利用游戏方式实现教育目的。“保卫星球”教育游戏以守护美丽的地球家园为背景，以输入英文单词方式在太空中摧毁敌方战机，具备游戏性。游戏分配给学习者合理教育内容与游戏难度，使学习得以循序渐进，具备教育性。同时EG －IDF 框架在游戏后台动态分析学习者知识掌握程度，以此决策出学习者的学习阶段并给出相应等级内容，平衡游戏的教育性与游戏性。如图2 所示。

图2 教育游戏学习流程

3.2 功能模块

“保卫星球”游戏采用3D 场景，利用惟妙惟肖的飞机模型、炫目的粒子特效、充满挑战的游戏内容使整个游戏更容易被学习者接受。学习者完全沉浸在单词学习的游戏中，产生“心流”状态，英语单词由隐性知识转化为显性知识，学习者在游戏中得到新单词的学习。“英语单词竞技场”通过C#语言编写场景功能，其中包括了“漂浮单词”、敌机随机生成等关卡特色。

(1) 漂浮单词。“保卫星球”游戏中单词的显现尤其重要，增加单词跟随飞行敌机移动达到漂浮单词效果，进一步吸引了学习者兴趣。系统会根据学习者的游戏状态决策取出单词难度等级，取出相应单词后，游戏后台产生敌机预制体，并添加组件生成3D 英语单词文本，作为敌机预制体的子物体，跟随敌机移动改变自身位置。漂浮单词构建完成。

(2) 智能敌机生成。产生敌机过程主要包括敌机功能组件添加、敌机的随机生成这两个关键性步骤: ①敌机功能组件添加。想要实现敌机移动、碰撞等功能就需要对敌机模型添加各种功能组件。导入敌机模型、添加功能组件，设置合适大小，完成敌机碰撞检测功能初步设计; ②敌机随机生成。搭建好敌机模型后设置为预制体对象，编写并调用脚本中，使敌方飞机预制体根据游戏过程中EG －IDF 框架思想智能生成学习者相应阶段的敌方飞机。敌机设计制作工作完成，游戏场景系统会根据学习者学习程度与游戏状态产生相应敌机，不同敌机随机移动，极大丰富学习者视觉体验。

4 游戏学习效能评估

为了评测“保卫星球”教育游戏学习效能，将其投入到黑龙江省哈尔滨市某小学三年级英语学习中。评测结果表明“保卫星球”教育游戏得到了多数学生认同，77.3%学生认为该游戏激起了学习激情，对游戏画面、风格以及操作方式表示赞同。

5 结语

以三支决策思想为理论支撑，结合教育游戏构建EG －IDF 思想，即教育游戏过程中系统通过学习者行为状态动态推论出学习者学习阶段，给予相应教育资源与游戏难度，实现了教育性与游戏性的平衡。EG －IDF 思想从根本上解决了教育游戏设计过程中无法合理分配教育性与游戏性间的平衡，更有利于开发者在设计过程中注重玩法实现，有利于教育游戏领域的发展。