基于心流理论安全教育游戏的设计与开发

2020-03-16徐玉凤石连栓

电脑知识与技术 2020年2期

徐玉凤　石连栓

摘要：该研究以安全标志为教育内容进行教学设计，基于心流理论提出了安全教育游戏设计理论框架，本着教育性和娱乐性相平衡的原则，经过需求分析、教学设计、游戏开发与测试，开发了一款《安全标志消消乐》的安全游戏，在小学生安全教育方面，并进行了对比实验研究，结果显示，教育游戏比普通教学方法对小学生的安全教育效果更佳。

关键词：教育游戏;心流理论;安全教育;小学生

中图分类号：G436 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）02-0073-03

1 背景

寓教于乐是很多年前人们就开始探讨的问题，教育游戏将游戏作为外壳、知识作为内核结合起来，让学习者可以更轻松、更深入地进行学习。自2004年，大众游戏产业转向教育游戏产业，有较大发展潜力。2017年，教育部印发的《义务教育小学科学课程标准》中明确提到“科学游戏是科学学习的有效方式之一”。目前教育游戏应用最广泛的有操练测试类、探究感悟类[1]。目前国内不乏优秀的教育游戏，比如培养学生编程能力的“编程猫”，锻炼学生解决问题能力的《农场狂想曲》用户反响较好。但也不乏一些问题游戏，如滥用游戏元素，这些教育游戏不仅达不到本身的教育目的，甚至导致学生沉迷其中。最突出的问题是教育性与娱乐性的失衡。心流理论发现了人们的最佳学习和工作状态，学习方面，心流理论认为产生心流体验的学生能产生高效的学习[2]，对教育游戏的设计与开发有较高的指导价值。鉴于此，该研究结合教学设计，以中小学生安全教育游戏为例，提出基于心流理论的教育游戏设计框架，接着按照设计框架开发了一款《安全标识消消乐》，通过对比实验，对该游戏效果进行了评估。

2 教育游戏和心流理论

2.1 教育游戏

教育游戏最早被称为严肃游戏，起源于20世纪80年代美国教育专家对电视游戏教育价值的研究，提出教育游戏有益于学生学习和成长。国内对教育游戏的研究起步较晚，目前没有明确定义。祝智庭教授从哲学角度对教育游戏进行定义：教育游戏是将生命的体验与乐趣变为学习的目的与手段的一套工具和方法论[3]。认为教育游戏是为学习者提供体验和感受乐趣的工具和手段，是一种辅助学习的工具。田爱奎教授则将教育游戏定义为借助于计算机、网络、多媒体等数字化媒介，具有一定教育意义的计算机游戏[4]。尚俊杰教授等通过实例研究，提出教育游戏可以激发学生动机，可以学到各种知识，可以培养学生手眼互动等基本能力、还能培养解决问题的高阶思维能力[5]。总之，教育游戏也是普通电子游戏的一种，比普通游戏更具有教育目的，具有教育与娱乐性并重的特性。设计研究方面，张屹教授等在《EDR视域下教育游戏的探究与开发》一书中基于教育设计研究对教育游戏的设计与开发进行了深入探究，提出四个设计原则：针对性原则、普遍性原则、平衡性原则以及创新性原则[6]。针对性指教育游戏的教育内容要具体，有指向性。普遍性指能够普遍适用于大多数学生。平衡性强调游戏挑战与技能水平的平衡。创新性原则指能够激发学生想象力、创造力。

2.2 心流理论

心流理论（Flow Theory）最初由美国心理学家 M.Csikszentmihalyi通过观察人们在从事各自工作时的状态，发现并提出当人们被某种事情完全吸引时，他们会陷入一种以狭窄聚焦意识为特征的经验模式，在这过程中人们仅对明确的目标和具体的反馈有反应、丧失时间意识 [7]。这时候就称进入了心流状态。他认为这是工作学习的最佳状态。米哈里工作组通过实验研究总结出八种工作状态，根据不同的挑战和技能的组合，人們的工作体验包括淡漠、轻松、厌倦、掌控、心流、激发、焦虑、担心[8]。这八种状态在条件发生变化时相互转换，比如心流状态下，当挑战系数提高，容易进入激发态，唤醒创造潜力。随后经过进一步研究，米哈里工作组归纳出有利于心流产生的一些要素：明确的目标、及时的反馈、应对挑战的技巧、行为和意识一体、全神贯注、丧失自我意识等[10]。以上条件不必全部满足也能实现心流状态。

心流理论对挑战和技能之间关系的揭示，为创建有利于产生心流的环境提供了有力的依理论依据。没有合适的理论支撑，简单的将娱乐性和教育性结合在一起，难免与设计目标南辕北辙。心流理论注重心流体验的产生与实现，因此心流理论能够为教育游戏的研究和开发提供科学有效的设计策略和创新视角。

3 构建心流理论的教育游戏框架—以安全标识消消乐为例

3.1 心流理论与教育游戏

过去的研究证明，人机交互中的娱乐性对人们产生心流体验有积极作用。Jane Webster以此为基础，将研究聚焦在人机交互中产生心流体验的维度和关联上，通过实验证明了他的假设，控制感、注意力集中、好奇心以及兴趣等因素有助于用户人机交互中产生心流体验[2] 。Fong-Ling Fu在他的教育游戏心流量表中，列出八个重要测量标准：目标清晰度、集中注意力、反馈、挑战、自主性、沉浸感、社交、知识增长[11]。其中知识增长要看是否增长了用户的知识或技能、是否能够掌握、是否尝试运用它、有否将这部分知识与其他知识结合起来、有否渴望了解更多相关知识。他们认为教育游戏的最终目的还是要让用户知识或技能方面有一定的长进。综合来看，教育游戏的娱乐性和教育性不可或缺，且如何将两者平衡起来，既让用户学到知识又能体验到快乐。

3.2 构建理论框架

文献研究的基础上，分析总结教育游戏特点，为解决教育性与娱乐性失衡的问题，设计了基于心流理论的教育游戏设计框架，从教育软件的评价标准倒推游戏因素如图1所示。

明确目标。部分教育游戏，用户在一开始接触到时可能已经了解该游戏提供哪些方面的知识，然后在交互和完成任务过程中获得具体的学习目标。学习者明白了具体的学习目标和任务后，便能在游戏和学习过程中更快进入状态。游戏设计时首先经过分析学习者特征、确定教学内容，然后确定教学目标。

任务挑战和用户能力的平衡。要达到陈进的心流体验，就需要提供用户合适的挑战难度，在设计上要注重技能与挑战的平衡关系。[12]产生心流体验最关键因素之一。当技能远高于任务要求水平时，用户往往感到无聊和厌倦。任务挑战大于技能水平时，用户就无法控制任务进程，束手无措，易产生焦虑感。只有用户所掌握技能水平和任务挑战相差不太大时，用户易产生控制感和心流。所以游戏中要设置关卡，关卡逐级升高也代表技能水平要求越来越高。关卡就是来适应不同用户的技能水平或者不同时间的技能水平，避免用户感到厌倦和焦虑，通过各关卡也能激发用户内在动机，完成挑战的欲望。对于一些学习能力强的同学，升级速度快一些，也会给他们带来成就感。

及时反馈。成就动机理论作为激励理论的重要部分，提出了人的3种需要，即成就需要、权利需要和亲和需要。[13]完成任务并达到较高水平有利于用户实现成就需要。根据斯金纳的行为主义学习中强化理论，用户在完成任务的过程中的行为属于有操作性反应。无论是正确操作或是错误操作都应得到及时的反馈。根据学习者操作反应情况，合理利用游戏奖励机制，给予强化或者负强化。正强化产生的效果能够使学习者提高自信力，负强化则使处于同样错误的操作概率相对减小[14]。及时反馈有利于提高用户技能，提高知识获取速度。

知识增长。教育游戏的出发点和落脚点都是寓教于乐，提高学习效率。用户的体验和知识增长，是检验目标是否明确、设计挑战与技能是否平衡、反馈是否合理的标准，也是检验教育游戏教育性和娱乐性的标准。用户在使用过程中是否获得愉悦感和成就感。创造心流理论，有利于深度学习的实现。[14]学习者是否达到教育目标、获得知识，均作为调整修改以上流程的依据。

4 《交通标志消消乐》教育游戏设计

该软件以安全教育为主题，主要针对小学生，内容具体为按安全标识的辨别。以消消乐为游戏形式，按照标志多少和难易程度设计关卡。该游戏设计流程如图2。

4.1 需求分析

前端分析。该游戏的用户群是小学生，年龄约为7-12岁，认知上水平还处于发展阶段，思维水平从具体形象思维向抽象思维过渡，记忆以机械记忆为主;个性方面好动、好模仿等等。对安全的知识了解较少。国家对小学生安全教育越来越重视，根据《中小学幼儿园安全管理办法》第五章第三十八条，学校应当按照国家课程标准和地方课程设置要求，将安全教育纳入教学内容，对学生开展安全教育，培养学生的安全意识，提高学生的自我防护能力。

4.2 教學设计

教育游戏以寓教于乐的形式将安全知识呈现，提高用户学习效率，帮助他们更快更多的掌握安全知识。参考《我的第一套安全书》之安全警示标志系列，教学内容拟定为安全警告标志、禁止标志以及提示标志的学习和识别。以连连看和消消乐的形式，多次重复知识点的形式，有利于学生加深记忆。该教育游戏教学目的是向中小学生普及安全知识，提高他们的安全意识，减少意外伤害的发生。

4.3 游戏设计与开发

本阶段对该教育游戏进行模块设计，为体现娱乐性和教育性结合且平衡，将游戏形式定为消消乐，整体分为学习模块和游戏模块，学习模块首先学习该软件操作方法和游戏规则，另外对学习内容进行认知。消消乐游戏模式为三连消，每一关游戏时间均为一分钟，随着标志数量的增加，辨别难度的增加，关卡级别累加。三个相同的连成一排即可消除，每消除一排即可得三分，上方继续下落补充。出现四个相同的连成一排时，补充后的标志会产生特效，奖励5分。每关得到100分以上则可通关，进入下一关学习。得分100分以下则不能通关，可选择重玩游戏或者重新学习。游戏流程如图3。

游戏开发阶段，游戏框架设计完成后，开始准备交互界面所需要的素材，网上下载安全警告标志之后利用Photoshop进行图片处理。下载并利用Audio软件处理音频文件，然后导入到Unity3D2018.2.7软件的Assets文件夹中。新建场景和画布。场景是Unity3D里最基本的单元，每跳转一个新的画面都是跳转到了另外的场景。利用Button按钮组件实现跳转功能。新建Prefab预制体，并给每个预制体命名。

第二步，界面设计，游戏界面分辨率设计为1920*1080。利用Unity3D 进行包括页面和功能键的设计和制作。功能键来实现页面跳转以及人机交互功能，UI提供现成的组件，如Image、Button、Label和Textbox等。为吸引学习者注意，部分按钮还利用Animation做了闪亮和旋转的特效起强调作用。

最后一步编写代码，主要功能由C#语言实现功能，借助Visual Studio 2017平台编写。代码主要实现标志在设计好的标志在画布中随机出现，用户滑动后消除三个相同标志，然后从上往下补充，同时还要进行60s倒计时和加分。60s结束时，如果分数达到100，则弹出画面是否选择下一关或者选择退出游戏。反之，则进入重新学习模块。代码编写中不可避免要修改和调试。

添加配音。有趣的音乐背景使游戏气氛更加活跃轻松。把准备好的音频分别添加到场景中。

测试、修改与反馈：游戏开发完成后，电脑端配置SDK、JAVA环境，下载安装Android Studio ，为游戏开发到安卓手机端提供环境条件。软件导出成.apk格式，复制到手机端，下载安装，检查运行是否流畅，功能实现情况，进而加以修改和完善。游戏效果图如下。

5 实验研究

游戏开发、测试完成后，进行对该游戏效果进行实验研究，通过对比实验，收集和分析数据。参与本研究的小学生分别来自山东省内两所公立学校。

5.1 研究对象

参与本次研究的学生总共37人，年龄大概为12岁。将被试平均分成实验组和对照组，学生均表示之前没有参与过此类实验。

5.2 研究工具

两组学生学习模式均为自主学习，给实验组被试《安全标志消消乐》游戏，给对照组学生幻灯片，幻灯片内容主要包括交通标识的图片及文字解释。最后还有一份试题（百分制），用来对学习效果进行测验。

5.3 研究过程

该研究主要有学习和测试两个过程。其中参与游戏和观看幻灯片都属于学习阶段。实验组主要通过与软件的操作交互进行体验和学习，对照组学生主要通过观看PPT学习知识。第二阶段，两组學生第一阶段学习后，利用试题进行测验，收集结果，检查两组的学习情况。

5.4 结果分析

参与实验共37人，回收有效测验数34份。将实验组和对照组两组的测验成绩收集之后导入到SPSS for Windows 24.0 中进行配对样本T检验。结果显示，实验组测试平均值为93.38，标准差为15.38。对照组成绩平均值为80.15，标准差为14.02。（统计结果如表2。）从平均值来看，实验组成绩平均值较高。配对样本相关性的相关水平小于0.05（R=-0.376），概率大于显著性水平0.05（p=0.137），则说明两组数据线性相关程度较弱。配对样本t检验的显著性水平小于 0.05（p=0.040），表示两组成绩具有显著差异。即两组测验成绩在95%的置信区间内没有明显的线性相关关系，但是差异性较明显，也就是说使用游戏学习比幻灯片形式的学习效果更好。

6 结束语与展望

本研究意在实现教育游戏的教育性和娱乐性相平衡，既能给学生较好的心流体验，又能提高学习者的认知效率。本文基于心流理论提出了安全教育游戏设计框架，经过需求分析、教学设计、游戏开发与测试，开发了一款《安全标志消消乐》的安全游戏。经实验研究发现，这种形式的教育游戏比普通教学方法更加奏效。当然，本研究尚存在诸多不足，一方面，《安全标志消消乐》中的教学内容不够全面。另一方面，实证研究样本较小。在今后的研究中，课题组将进一步完善游戏设计，完善相应的效能型实证研究。

参考文献：

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