科普类教育游戏设计策略研究及开发实践

吴小金　王巨文　韩静华

摘要：为解决当前科普教育类游戏普遍存在的教育性与游戏性不平衡问题。在文献研究的基础上，剖析国内教育游戏的不足之处，基于情境认知理论构建教育性与游戏性融合策略。并依据此设计策略开发一款科普类教育游戏。设计策略包含三个维度：融合性设计、游戏性设计和教育性设计。游戏开发过程顺利，教育性与游戏性的融合得到较为有效的保证。

该设计策略为科普类教育游戏设计者和开发者提供参考和借鉴。

关键词：教育游戏 情境认知理论 科普 教育性 游戏性

中图分类号：J045 文献标识码：A

文章编号：1003-0069（2020）10-0129-03

引言

随着信息技术的发展和教育理念的转变，电子游戏逐渐摆脱“电子鸦片”之名，甚至在游戲和教育领域都不乏学者开始关注如何借鉴电子游戏特性，来提升学生的学习动机和学习兴趣，教育与电子游戏的结合促进了教育游戏的诞生与发展。2004年上海市教委牵头举办了"健康游戏"招标会，为上海市近200万中小学的孩子们公开招标电脑网络游戏，教育游戏正式在国内走入大众视野”，此后教育游戏在国内进入了快速发展期。但需要正视的是，虽然教育游戏经过了多年的发展，但国内的教育游戏理论与实践均与国际存在一定差距。国内市场中的教育游戏质量良莠不齐，一些缺乏趣味性对玩家的吸引力有限，一些过于娱乐化致使教育效果得不到保证。基于上述分析，本研究以7～12岁少儿为游戏化学习的主体，针对科普类教育游戏的教育性与游戏性融合问题提出设计策略，并依据此设计策略进行科普类教育游戏的设计与开发实践。

一、问题提出

2014年，新媒体联盟和美国高校教育信息化协会联合发布《新媒体联盟地平线报告（2014高等教育版）》，提出“游戏和游戏化”在未来几年将成为教育技术研究的热点。但迄今为止在国内能够被大众认可的教育游戏仍旧稀有，造成这种局面的原因有很多，其中学校与社会认可度不高，应用覆盖范围不广和教育性与游戏性融合困难等都是限制教育游戏深入发展的主要问题3。但聚焦教育游戏本体，其根本原因是设计理论的匮乏使得游戏开发者在游戏设计中难以平衡教育与娱乐的关系。将当前国内教育游戏在教育性与游戏性方面普遍存在的不足之处归纳如下。

（一）教育性与游戏性在游戏核心机制上缺乏融合性：大部分教育游戏将传播教育内容作为首要任务，但往往只通过简单的文字介绍、动画演示或答题形式生硬地嵌入教育知识。这样的形式不仅不能达到寓教于乐的目的，反而会使玩家感到教育的刻意性与说教性，并对此类游戏产生抗拒心理。究其原因，是因为游戏核心机制即玩家核心操作与教育内容缺乏关联性，使得教育是教育，游戏是游戏，两者并未真正相融，从而影响了玩家的游戏体验。

以教育游戏《佳期：团圆》为例，其游戏核心机制是玩家在特定步数内到达目的地，而教育内容的载体是过关后的卡片道具，玩家通过阅读上面的文字来学习了解中国传统节日的相关知识。其问题在于，玩家在进行主要游戏操作时并未与教育内容产生任何关联，这使得该游戏的游戏性与教育性是割裂的，大大降低了教育内容传达效果和游戏体验效果。

（二）娱乐性不足：国内相当多的教育游戏普遍存在的问题是缺乏娱乐性，游戏开发者往往过多的关注教育内容从而忽视了游戏的娱乐属性。教育游戏本质上是外在的游戏形式和内在的教育内容的结合4，因此一款教育游戏应当在给予玩家娱乐体验的同时来达到预期的教育效果，如果形式上不能提高玩家的体验兴趣，教育效果自然也会大大折扣。

以《折扇》为例，该游戏主要向玩家介绍与中国古代折扇相关的知识内容和制作工艺。游戏大部分为展示型文字和图片内容，玩家参与度不高。在可操作部分，玩家只能按照游戏提示进行简单的点击与拖拽操作，且该游戏玩家任务设置过于简单，缺乏挑战性。因而该游戏整体体验较为沉闷，带给玩家的娱乐体验不足。

（三）教育内容缺乏严谨性：在有些教育游戏中，游戏开发者也会矫枉过正，过多的关注游戏的娱乐性从而忽视了教育内容的科学性、严谨性。教育游戏的最终目的仍旧是传播教育内容，不能因为游戏这种特殊的教育形式而使教育内容发生偏差或变形。如在受众是低龄儿童的教育游戏中通常会采用卡通化、夸张化的手法设计游戏元素，虽然能够提升游戏对儿童的吸引力，但也一定程度损害了教育内容的客观性。甚至有些教育游戏在文字介绍内容上都有错漏，这是教育游戏不能容忍的。

教育性与游戏性如何达到完美平衡一直是教育游戏研究者们思考和试图解决的问题。Fabricatore（2000）发现很多教育游戏设计者通常会让游戏性屈从于教育性，导致游戏和认知任务间缺乏联接。他提倡采用一种新的设计策略既将教育内容以游戏化的形式自然嵌入到相关情境中，教育内容对游戏而言必须是情境性的。Amory和Seagram（2003）提出了游戏对象模型（GOM），也尝试创建一种结合教学方法和游戏原理的办法。Prensky（2005）等根据学习内容、学习活动以及游戏类型三者之间的对应关系，分析得出如何根据不同的学习内容，设计相应的学习活动与游戏类型的方法。近年来关于针对教育游戏的教育性与游戏性融合研究在总量上不多，且大多数研究仍停留在较为零散的理论上，可操作性不强，具有具体指导意义的切实可行的设计策略极为缺乏，因此有必要对此进行深入研究。本研究针对国内教育游戏在教育性与游戏性兼容方面存在的不足为科普类教育游戏提出一种设计策略。

二、情境认知理论概述

20世纪90年代，情境认知学习理论在西方教育界兴起。该理论是继行为主义学习理论与信息加工学习理论后，出现的又一个新的学习理论研究方向，它试图纠正刺激反应和符号学说的失误。其目标在于促进学习的有效迁移，解决传统教育中的惰性知识问题。情境理论认为传统的讲授式教学模式中学习者被动地接受抽象概念，缺少在真实复杂的情境中使用知识的机会，从而造成了学习与真实问题解决的相互孤立，形成了惰性知识。情境认知理论强调在教学活动中要以学习者为主体，强调教育活动内容要与具体的人类社会实践相关联。在真情实景中教学，将知识内容学习与学习者个体发展相结合是更好的教育方式。情境认知理论影响着学习环境开发与教学系统设计等多方面的教学理念，为新的教育技术研究领域提供了理论依据。

在电子游戏领域中情境也是影响游戏体验的重要元素，在游戏中很少提及情境一词，因为游戏中的情境概念通常被分解为更为具体的游戏元素，场景和任务就是游戏情境的典型代表。玩家在场景中完成游戏任务这一过程就是游戏情境的产生。良好游戏情境往往能使玩家产生流体验，产生更强的代入感和沉浸感。教育最重要的是培养学生的学习习惯，以及在具体环境中思考、解决问题的能力以。电子游戏在创设情境方面得天独厚的优势使其具备了成为一种特殊教育技术的潜能。“情境”在教育和电子游戏领域均发挥着重要作用，因此可以将其作为科普类教育游戏在教育性与游戏性之间融合沟通的桥梁，并以此为基础构建设计策略。

三、科普类教育游戏

（一）电子游戏的细分关系：在针对科普类教育游戏构建设计策略之前，有必要厘清不同类型电子游戏之间的关系。目前电子游戏分类方法多样，按照游戏目的分类，可以分为娱乐游戏和功能游戏两大类。功能游戏又称严肃游戏，是将不同行业的知识、信息、技能融入游戏中，使参与者在休闲娱乐的同时能够获取知识、掌握技能，提升能力的一种电子游戏。而教育游戏是功能游戏的主要组成部分，通常以成熟的教育理论作为游戏设计的理论支撑，来达到寓教于乐的目的，科普类教育游戏则被视为教育游戏的一个新分支”，以下简称科普游戏。它们之间的层级递进关系如图1所示。

（二）科普类教育游戏特性：学者王小明等将科普游戏定义为“利用游戏的方式来设置或强化学习的过程，让玩家在知识的获得、技能的获取中，既有激励的梯度感，又有内在动因带来的成就感，是一种特定类型的教育游戏。科普游戏从属于教育游戏，是教育游戏的一个分支，区别于其他教育游戏的是其本身的科普属性。科普传播不要求学习者系统学习某领域的知识，而是将传播科学知识作为一种手段来提高学习者的科学素养、科学精神和科学思想。因此科普游戏相对于其他教育游戏更加关注科学与文化的传播，更加关注科学精神与科学思想的表达。这就要求科普游戏以寓教于乐的形式传播科普知识的同时能够达到提升玩家对此科普领域的探知兴趣或深入学习的意愿。科普游戏中较为成功的典型代表有《电是怎么形成的》、《宇宙沙盘》等。

四、设计策略

（一）设计策略概述：本研究基于情境认知理论提出一种科普教育游戏设计策略来解决科普游戏中游戏性与教育性的平衡问题。该策略主要包含三个维度：融合性设计，与游戏核心机制既玩家主要操作相关，决定教育性与游戏性的融合效果;游戏性设计，与游戏趣味性相关，决定玩家的娱乐体验;教育性设计，与游戏中传播的教育内容和科学思想相关，涉及科普游戏的严谨性、科学性。设计策略如图2所示。

（二）融合性设计：游戏核心机制是一款游戏的内核，其他规则围绕这一核心层层相裹，它也是游戏过程中使用最频繁的游戏规则。因此作为电子游戏中重要的核心部分，游戏核心机制理应被精心设计来适应科普游戏特点。本研究从游戏核心机制入手尝试将科普内容与核心机制紧密相连从而达到两者相融的效果。具体方法是在该科普领域的真实情境中寻找适合游戏化且能激发学生学习兴趣的具体操作实践。将此操作抽象化、简洁化，使其成为电子游戏中的一种交互操作形式，最后将这种交互形式固定为能够被玩家重复操作并直接改变游戏进程的游戏核心机制。被这样设计出来的游戏核心机制在满足娱乐体验的同时又与科普内容紧密相连，从而使教育性与游戏性得到更好的相融。以科普游戏《植物》为例，其游戏核心机制是在场景中添加风、雨、雷、电来影响场景中植物的状态，如降雨能促进种子萌发，刮风能让植物随风起舞。此游戏核心机制无疑源自真实情境，在能够很好地传播科普内容的同时也能让玩家体验到游戏的乐趣。

（三）游戏性设计：游戏性作为一款游戏的根本，是激发游戏乐趣与体验的必要元素的集合，是用来衡量、评判玩家在某一特定游戏中体验的指标！14。游戏性是娱乐体验的关键，但科普游戏最普遍的不足之处就是教育有余而娱乐不足，因此开发者在设计游戏时应当有意识提升科普游戏的游戏性。游戏性在科普游戏中较难把控，本研究通过借鉴娱乐游戏常用的方式来提升科普游戏的游戏性。

1.奖励机制：娱乐游戏中的奖励形式多种多样，分类也各不相同，如Hallford等依据奖励的性质，将奖励形式分为访问奖励（关卡解锁、地图解锁等）、装备奖励（获得道具或道具升级等）、生存奖励（生命值、血条等）和荣誉奖励（勋章、奖杯等）。科普游戏可以适当借鉴娱乐游戏的一些奖励形式来提高自身的游戏性。但在借鉴过程中要采用合适的奖励形式和奖励频率来避免出现过度奖励现象。过度奖励概念源自德西效应，该理论认为适度的奖励有利于巩固个体的内在动机，但过多的奖励却有可能降低个体对事情本身的兴趣.降低其内在动机。因此在科普游戏设计中建议尽量采用解锁关卡、获得勋章、提升经验值等奖励形式，而尽量避免采用金币、宝石等具有类物质属性的奖励形式。并且在尽量控制奖励频率的同时逐渐加大获得奖励的难度。

2.挑战性：电子游戏最能够吸引学生的要素在于挑战性，没有挑战性的游戏对于玩家来讲是缺乏趣味性的。因此科普游戏中任务设置不能过于简单，当然也不能过于复杂致使玩家丧失耐心。理想的状态是在符合“最近发展区”的前提下，设计对玩家有点难度的任务，且随着游戏的深入，任务难度逐渐加大，以此来保持游戏对玩家持续的挑战性。

3.趣味细节：电子游戏中除游戏核心机制外还有一些交互操作能够帮助提高游戏的趣味性，这些交互操作可能对游戏进程影响不大，但能使游戏更加生动、有趣。比如《植物》游戏中加入了蜜蜂采集花粉和风吹落花粉的互动细节，为游戏增添了无限趣味。在设计游戏时，可以通过提取该科普领域真实情境中有趣的细节或现象加以改造运用到科普游戏中。

四）教育性设计：科普游戏的功能之一就是向玩家传播科普信息，其形式多见于文字介绍、图片展示、动画演示等。传播形式虽然多样，但万变不离其宗，最终目的都将科学性的信息准确地传递给玩家。科学性是科普作品的内涵，是科普的灵魂。如果科学性出了问题，即使表现手法再好、艺术性再高、趣味性再强，这样的作品也是不合格的，甚至具有欺骗性叨。内容的科学性是科普游戏的基础，因此这就要求其传递信息的形式无论是文字、图片、动画，都应以科学性作为首要前提。在文字内容上，介绍性文字要尽量精炼准确，切忌長篇赘述和存在错漏。在图片或动画形式上，可以利用卡通化、夸张化的造型方式来表现科普对象，但在设计中需把握好夸张程度，应在保留对象本质特征的前提下进行适度的夸张和演绎。

五、游戏设计开发实践

（一）《青铜时代》游戏简介：本研究基于此设计策略，设计开发了一款文物科普游戏《青铜时代》，如图3所示。该游戏创作目的是介绍中国古代著名青铜器文物及上面篆刻的铭文来弘扬中国传统文化。汉字是中华文明源远流长的鲜明代表，该游戏让玩家在操作游戏的过程中切实感受到现代汉字与古代文字之间的联系。《青铜时代》游戏共有十个关卡，每关主要介绍一款青铜器文物，且关卡按照文物年代顺序由近至远设置，包括杜虎符、秦公钟、毛公鼎、卫盂、史墙盘、折觥、蠡驹尊、大盂鼎、何尊、利簋十个关卡。每个关卡内设有三个游戏环节，包括“挖掘文物”、“拼接文物”、“翻译铭文”。

游戏具体操作流程：玩家在游戏主界面选择已经解锁的关卡，首先进入“挖掘文物”游戏环节，该环节玩家需击碎土壤获取文物碎片。文物碎片集齐后进入“拼接文物”游戏环节，玩家需将文物碎片以拼图方式拼完整。然后玩家进入“翻译铭文”游戏环节，全部完成三个环节后，玩家能够解锁下一个关卡并获得奖励勋章。

（二）《青铜时代》游戏设计思路：《青铜时代》游戏运用了本研究提出的设计策略来平衡其教育性与游戏性，具体设计思路如下。

1.《青铜时代》的融合性设计：此游戏每一关卡共有三个环节，每个环节一种游戏机制，“挖掘文物”和“拼接文物”环节主要以提升玩家游戏体验兴趣为主，其游戏核心机制抽象自文物考古时的考古挖掘和文物修复具体情境。“翻译铭文”环节，游戏核心机制是选择相应的汉字拖动到对应的古代铭文旁，完成翻译任务，此环节将游戏性与教育性相结合，让玩家在进行游戏操作的过程中学习了解到现代汉字与古代铭文之间的联系。

2.《青铜时代》的游戏性设计：在此游戏中主要通过设计恰当的奖励机制、趣味细节和逐渐加大的任务难度来达到提升游戏性的目的。奖励机制方面，解锁关卡、奖励勋章、欢快的音效和飞入的鲜花等都作为玩家完成任务后的奖励形式来提高游戏的娱乐性。《青铜时代》游戏在奖励机制设计上倾向将常规教育中的奖励形式转变为游戏中的电子奖励形式，尽量避免使用金币，宝石等具有类物质属性的奖励形式。挑战性方面，此游戏“翻译铭文”环节依据古今汉字相似程度和文字翻译个数来逐渐增大翻译任务难度，使玩家体验此游戏环节时始终面临一定的压力和挑战。趣味細节方面，在“挖掘文物”游戏环节，随机出现的小蜘蛛会干扰玩家操作，玩家通过点击蜘蛛的操作来驱逐它，被击打的蜘蛛会加快速度跑出游戏界面。此细节设计同样源自考古工作者在考古挖掘过程中可能遇到的危险和困难，将其加以提炼和改造使其符合少儿的认知特点，同时也更加适合游戏化表现。此趣味细节的设计在提升娱乐性方面达到了很好的效果。

3.《青铜时代》的教育性设计：该游戏承载的科普内容参考了《陕西古代青铜器》《中国古代青铜器整理与研究》等多本经典书籍，在多方面考证下确保科普内容的科学性、严谨性。在文字表达上力求内容言简意赅、通俗易懂。游戏中文物形象表达主要采用线条勾勒文物主要特征，在花纹和色彩上尽量贴近文物原貌，运用薄涂法使文物形象具备卡通化特点。在保留科普内容的科学性、严谨性的同时也提升了其趣味性。

结语

科普类教育游戏的发展不是一蹴而就的，，目前国际上此方面的研究和应用较多，反观国内无论在理论研究还是实际应用仍与国际存在一定差距，本研究基于情境认知理论针对科普类教育游戏提出一种设计策略，并依据此策略设计开发了一款移动端文物科普教育游戏《青铜时代》，以期为科普教育游戏研究者和开发者提供一种设计思路。

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