探索式搜索系统中的游戏化机制设计

袁红 张以哲

摘 要：[目的/意义]探索式搜索系统中引入游戏化机制，可以激发用户兴趣，激励用户持续使用和支持搜索交互，提高探索性搜索系统的利用率。[方法/过程]基于游戏化框架及探索式搜索系统的运行机制，组合相关游戏元素，设计具有特定功能的游戏模块，并将其引入到系统界面中以实现游戏元素在探索式搜索这一非游戏场景中的应用。[结果/结论]构建了由游戏层、用户层、系统层组成的游戏化探索式搜索系统概念模型，将20种游戏元素组合成11个游戏模块，包括5个独立模块和6个合成模块;将游戏模块嵌入到Axure RP设计的13个页面中，包括游戏化探索式搜索界面以及游戏化交互界面。论文提出的概念模型及原型设计可以为游戏化探索式搜索系统的开发提供理论支持。

关键词：探索式搜索;探索式搜索系统;游戏化機制;游戏元素;游戏化交互界面

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2020.04.004

〔中图分类号〕G254.9 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕1008-0821（2020）04-0031-11

Gamification Design in Exploratory Search System

Yuan Hong1 Zhang Yizhe2

（1.School of Economics and Management，Nantong University，NanTong 226019，China;

2.College of Engineering，Northeastern University，Boston 02115，USA）

Abstract：[Purpose/Significance]Introducing gamification into exploratory search system can stimulate users interests，encourage continual using，support interaction，and improve users utilization of exploratory search systems.[Method/Process]Based on the gamification framework and the operation mechanism of exploratory search system，game elements were combined，game modules with specific functions were designed and introduced into the system interface to realize the application of game elements in the non-game scenery exploratory search.[Result/Conclusion]A conceptual model of gamification exploratory search system composed of game layer，user layer and system layer was constructed.Twenty game elements were composed into 11 game modules，including 5 independent modules and 6 composite modules.These game modules were embedded in 13 pages designed by Axure RP，including gamification exploratory search interfaces and gamification Interactive interfaces.The conceptual model and prototype design proposed in this paper can provide theoretical support for the development of gamification exploratory search system.

Key words：exploratory search;exploratory search system;gamification;game elements;gamification inter active interfaces

信息搜索属于计算机科学、信息系统科学、认知科学、心理学等学科的交叉研究领域。近年来，搜索引擎已成为用户信息获取的主要工具。第43次CNNIC统计报告[1]显示，搜索引擎的普及率高达82.2%，相较去年增长6.5%。搜索引擎运行机制的核心在于用户检索式与检索内容索引之间的匹配[2]，它忽略了搜索过程中用户信息需求的动态性，尽管这种基于关键词的搜索技术已被用户普遍接受，但实际上并不能有效满足用户的信息需求。此外，当搜索者不清楚检索式、不确定目标、不明确搜索方法，信息需求难以一次性生成准确的检索式时，搜索该如何进行？

基于此，一种新的搜索模式——探索式搜索进入了研究视野。提出者Marchionini G[3]用探索式搜索描述一种开放的、持续的、多方面的信息搜索的问题情境和具有机会性、反复性、多策略的信息搜索过程。探索式搜索包括问题情境和信息搜索两个要素。问题情境指当用户缺乏某方面知识时产生的信息需求，信息搜索指用户在搜索过程中尝试各种搜索策略，选择最优途径进行搜索。探索式搜索的概念问世后，产生了大量的探索式搜索系统。这类搜索系统通常被认为是一种通过搜索来发现、学习知识的非娱乐性工具，与游戏娱乐毫无交集。通常情况下，人们只在工作或生活任务驱动下才使用这类系统。

游戏化的概念由英国咨询师Nick Pelling在2002年提出，之后被更广义的在理解层面上定义为“将游戏元素运用到非游戏的内容中”[4]。Gartner Group对游戏化的定义强调了游戏机制和游戏化体验设计的运用，目的是数字化地鼓舞和激励人们实现目标，包括提高用户绩效、工作效率和用户参与等[5]。游戏化元素在不同情境中的使用已成为当前游戏化运用的主要方式。

探索式搜索系统不同于一般搜索系统，探索式搜索过程中用户会发生复杂的行为和认知变化，且在探索过程中用户与系统之间有持续的交互，因此大多会通过关键词以外的其他形式进行搜索。将游戏的元素嵌入到搜索系统中，可以促进人机交互、提升用户体验、增强心理情感，从而鼓励、激发用户的持续使用意愿，进而提高探索式搜索系统使用率。

本研究旨在将游戏化引入探索式搜索系統，利用游戏化框架及探索式搜索系统运行机制构建游戏化探索式搜索系统的概念模型，并对模型中的游戏模块、游戏化界面进行原型设计。

1 相关研究

1.1 探索式搜索系统理论及应用研究

探索式搜索的思想来源于对搜索过程中探索行为的探讨，作为与查询式搜索（Look-up）相对的概念提出。迄今，探索式搜索的基础理论、探索式搜索行为特征、探索式搜索中的认知与学习等领域已经产出了较多数量的研究成果，但探索式搜索系统领域的研究成果相对较少，现有成果主要围绕探索式搜索系统的一般理论问题展开。姜婷婷等[6]从信息分类的角度对正在使用的探寻式搜索系统和一些原型系统展开了调查，发现目前探寻式搜索系统主要通过搜索结果的分类来支持用户对大规模结果集合的浏览探索;张浩等[7]分析了探索式搜索系统的特点和功能，并应用系统流程图说明探索式搜索系统结构。

在探索式搜索系统的实例研究的基础上，国外学者横向比较了不同类型的系统，同时对探索式搜索系统的要素进行了归纳。Jacksi K等[8]通过实证研究，概述了语义网络技术、关联数据和搜索策略，并对基于关联开放数据（LOD）的最先进的探索式搜索系统进行调查，展示了不同类型的探索式搜索系统在算法、结果排序、解释等方面的差异。White R等[9]归纳了探索式搜索系统的八大要素：查询构建、分类详情、搜索上下文、可视化支持、辅助学习、社交化操作、会话记录、任务管理，指出了探索式搜索系统的主要结构、功能和技术。

除了理论分析和比较，探索式搜索系统的结果可视化、查询推荐等技术实现问题也成为了关注点。Golovchinsky G等[10]将环境显示和可信的元素引入交互式信息检索，提出了一种新的检索历史信息的可视化显示方式;文献[11-12]对探索式搜索过程建模，针对探索式搜索需求及搜索影响因素，提出了多种查询推荐算法。

1.2 游戏化机制理论基础研究

游戏化并非单纯开发设计游戏，而是游戏元素在相关领域的深化和拓展，同时游戏化是一整套系统，需要把多种机制有机结合，因此，游戏化的应用需要坚实的理论和方法支撑，相关研究处于理论不断丰富、方法日益多元的蓬勃发展阶段。

一方面，随着游戏化理论研究的不断推进，目前已经形成了基于不同理论视角的游戏化设计理论模型。首先，心理学理论依靠对人类心理的研究，帮助开发者更好地了解用户以满足用户需求，从而达到用户持续使用的目的。主流的游戏化心理学基础理论包括：自我决定论[13]、心流理论[14]、成就目标理论[15]、动因势能理论[16]、4种玩家类型理论[17]等。在游戏框架理论方面，应用最为广泛的是Hunicke R等[18]提出的MDA游戏化设计框架，由元素/组件（M）、规则/机制（D）、体验/情感（A）3个部分组成，通过游戏元素、机制、体验来阐释游戏过程，并用来指导游戏开发。对于现有游戏元素的总结，Badgeville游戏百科网站[19]将常用的游戏元素（积分、奖章、排行榜）、游戏机制、游戏情感体验均列入游戏元素的范畴中，总结出24种游戏元素，是目前较为全面的归纳之一。

另一方面，游戏化设计主要选择了DSR（设计科学研究）方法并开始深入到操作层面。Werbach K等[20]提出了6D游戏化设计流程，包括定义目标、描述目标行为、用户分析、设计活动闭环、保持乐趣和使用合适的工具。同时，游戏化对不同阶段用户与系统交互的行为和心理的关注给传统开发方法带来了挑战。赵宇翔等[21]提出，游戏化框架设计需采用由内而外的模式，首先确定游戏化目标即任务、规则、场景等内核要素，其次明确游戏化的触发机制即对象/过程，最后的落脚点是具体的游戏化要素。

1.3 游戏化在检索系统中的应用研究

随着信息技术的发展和游戏平台的普及，游戏化成为信息系统设计中广泛采用的方法与激励机制。目前已经有大量研究证实了游戏化在教育、电商、健康、政府服务等领域[22-25]的积极作用，这使得学者们开始聚焦于游戏化在更多相关领域的跨领域融合发展。用户导向的信息检索研究的重心在于优化系统界面设计及人机交互功能，以更好地满足用户需求。应用于信息检索不同阶段的游戏元素是对传统信息检索系统的强化，可以鼓励积极、有效的检索行为[26]。因此，游戏化在检索系统中的应用发展为一个新兴的研究领域。

2014-2016年连续3年举办的GamifIR（信息检索游戏化）国际研讨会吸引了大量来自游戏设计、信息检索、人机交互、计算机游戏和自然语言处理领域学者的参与，研究成果集中在游戏化应用的不同领域及方法的介绍。学者们阐述了游戏化设计的必要性和由此带来的机遇。在信息搜索的情境下，游戏化为搜索数据集提供人工标注，通过游戏化的用户参与所收集的反馈信息也将有利于搜索算法的生成[27]。可见，游戏化在搜索中的应用研究在国外尚处于起步阶段。受这一研究趋势的启发和影响，国内学者随之提出了游戏化应用于信息检索、移动视觉搜索的设想。李月琳等[28]构建了游戏化信息检索系统的理论模型，确定20种游戏元素，并按其功能进行组合，设计了12类游戏模块，嵌入游戏化界面中，使信息检索系统具备游戏功能，并通过游戏功能来增加用户游戏体验/参与度，为后续的相关研究奠定了理论框架。赵宇翔等[21]研究了移动视觉搜索中各个阶段的游戏化元素及相应的动因示能，为内核各部分所对应的对象/过程设计了不同的游戏化元素。

由此可见，探索式搜索系统和游戏化的应用均为新兴的研究领域，目前信息检索系统的游戏化设计在国内外均处于起步阶段，将游戏化设计应用于探索式搜索系统中的研究还极为少见。探索式搜索系统的发展和优化亟需恪守用户中心，提升用户体验，将游戏化应用于探索式搜索系统即是顺应这一发展方向的有益尝试，既丰富了探索式搜索的研究内容，也拓展了游戏化应用领域，旨在促进探索式搜索系统功能优化和用户体验的提升，具有重要的理论和实践价值。

2 探索式搜索系统游戏化应用现状

2.1 改进的MDA框架

本文以Hunicke R的MDA框架为此基础，根据Suh A等[29]的理论将组件（M）细分为5类，并从相关研究[19，30]编码的40种游戏元素中筛选出符合搜索系统的元素，将功能相似的合并，形成改进的MDA框架（见表1）。

表1由元素组件（M）、规则/机制（D）、体验/情感（A）三大纵列组成：元素组件类的5个子类及编号为奖品奖励类（M1）、社交合作类（M2）、自我展示类（M3）、升级关卡类（M4）和其他（M5）。主体单元格表示对应类别的具体游戏元素及其编号。带*的元素为嵌入元素，需嵌入到具体模块中使用;其余为独立元素，可自成模块使用。

MDA框架中，游戏元素对应不同的游戏机制。表2列举了常用游戏元素与游戏机制的对应关系。单一游戏元素会满足1个或多个游戏机制[31]，用“”表示游戏元素的主效果，“E”表示元素对用户产生的额外效果，即次效果。如积分的主效果对应于奖赏机制，同时积分的增长也能提升用户地位，使用户互相竞争，因此也同时对应着地位、竞争等次效果。

游戏元素与用户体验之间也存在关联，用户通过各种游戏机制获得不同的游戏体验。Suh A等[29]将MDA框架和心理学理论相结合，构建了游戏元素与用户行为模型，即游戏元素通过激发用户的内部动机，引发不同的游戏行为，促使用户参与，满足心理需求（自主、胜任、关系），获得不同的游戏体验，享受游戏的愉悦（心流），从而持续进行游戏。

2.2 探索式搜索系统类型

姜婷婷等[6]归纳了探索式搜索系统的4种类型：层级分类、多面分类、动态聚类、社会分类，在该分类的基础上，本研究开展了现有国内外探索式搜索系统的调研，新增两种类型——时间轴和地图结果集。6类探索式搜索系统及用户“探索”的基本流程如下：

1）基于层级分类的探索式搜索系统。用户根据系统分类确定一级大类，然后依次向下确定N级子类到不能细分为止。

2）基于多面分类的探索式搜索系统。系统提供分面（例如颜色、大小、形状），用户确定各分面的具体属性（例如蓝、中号、圆）。

3）基于动态聚类的探索式搜索系统。用户确定第一个关键词，系统通过聚类算法生成并可视化显示其他同类关键词，用户从中选择，直到用户选择关键词N，达成满意为止。

4）基于社会分类的探索式搜索系统。系统提供标签，用户选择标签，一直到标签N（可并列选择）。

5）基于时间轴的探索式搜索系统。用户输入关键词，系统显示相关信息的时间轴，用户通过时间选择浏览所需信息。

6）基于地图结果集的探索式搜索系统。用户输入关键词，系统显示地图集，用户通过选择地点了解与关键词相关的事件的分布情况，还可具体了解某个地点的事件。

2.3 探索式搜索系统中游戏化引入情况

调研国内外41篇相关文献中所提及51个探索式搜索系统，剔除以下4类搜索平台：已打不开或不可使用、可打开但需付费、难以确定其所属类型、需使用VPN，最终筛选出19个探索式搜索系统，将它们归入6类探索式搜索系统，结果见表3。

按照改进的MDA框架分析以上系统实例，以了解探索式搜索系统游戏化机制引入的现状，包括是否已引入游戏化、游戏化的引入方式、引入的游戏元素类型，具体见表4。

由表4可知，基于时间轴、地图结果集的探索式搜索系统未引入游戏化机制，这类系统的游戏化机制设计是在搜索过程或在非搜索过程中引入游戏化;进一步具体分析引入游戏化机制的探索式搜索系统时发现，层级分类、社会分类和动态聚类探索式搜索系统只是在非搜索过程引入游戏化，这类系统的游戏化机制设计是在搜索过程中引入游戏化;只有多面分类探索式搜索系统在搜索过程和非搜索过程均引入游戏化，这类系统的游戏化机制设计是继续完善游戏化。

3 游戏化探索式搜索系统概念模型

游戏化探索式搜索系统的概念模型由游戏层、用户层和系统层组成，见图1。

1）游戏层。采用改进版MDA框架，以游戲元素为基础，综合考虑Bunchball白皮书[31]提出的游戏元素与机制的关系以及Suh A等[29]的游戏元素与用户行为模型，利用单一或组合元素构建游戏模块，各游戏模块为用户提供多样的游戏功能，在提升用户游戏体验的同时增加了用户参与度。

2）用户层。体现了用户与游戏化探索式搜索系统的关系。可视化界面中的游戏模块满足了不同类型用户的需求，同时激发了用户兴趣、促进用户的持续使用。

3）系统层。由数据模块、功能模块、交互模块构成。数据模块负责控制探索式搜索系统中的分类体系，保存用户搜索的历史记录;功能模块负责信息可视化（以表格、文字等方式呈现用户想要的信息）、语境识别（分析用户潜在的兴趣领域，分析用户检索式的真实含义）、任务管理（保证用户能够回到之前的问题并加以解决）;交互模块包含界面可视化、用户之间的协作功能、笔记（记录用户探索过程中发生的认知变化）、标签（帮助用户对数据进行加工、处理，帮助用户异步交流）。以上3个系统模块作为后台模块，支持整个系统的运行。

本研究将6类探索式搜索系统、游戏模块、系统模块组合，设计主界面及6类搜索系统界面以实现搜索过程中的游戏化;将游戏模块和系统模块组合，构建其他游戏化交互界面，以满足非搜索过程的游戏化需求。

4 探索式搜索系统游戏化设计

4.1 探索式搜索系统游戏模块设计

游戏模块的设计对应于概念模型的游戏层和用户层。改进版MDA框架将游戏元素分为独立元素和嵌入元素。合成模块需两种及以上元素相互结合实现游戏功能。合成模块的设计遵循元素功能互辅原则。例如交易模块中的交易、赠送共同实现了合作机制;等级模块中和经验随搜索时长增加而增加，累积一定经验等级提升，经验与用户积分到达一定阀值，用户头衔提升。独立模块是能够单独实现特定的游戏功能的单一游戏元素模块。例如，排行榜模块只有排行榜元素，其功能是促使用户竞争。

本研究共设计了11个游戏模块，包括5个独立模块和6个合成模块。表5展示了模块、元素/组件、机制/规则、功能之间的对应关系。在游戏模块列中，带星号的是合成模块，不带星号的是独立模块;在元素/组件列中，带下划线的是嵌入元素，无下划线的是独立元素。

4.2 探索式搜索系统游戏化界面设计

本文利用Axure RP8设计了包含6类系统集成的游戏化探索式搜索系统界面模型GUESS（Gamification Used by Exploratory Search System）。GUESS由13个界面组成，包括1个主界面、6个探索式搜索系统界面和6个游戏化界面。每个游戏界面集成一个或多个游戏模块，每个界面均包含后台系统模块，其中数据模块在前文所述功能的基础上，添加用户游戏资料存储功能，功能模块、交互模块的作用不做改动。GUESS系统构成见表6。

4.2.1 GUESS主界面和游戏化搜索界面

GUESS系统主界面（图2）提供了6类探索式搜索系统界面和6类游戏化界面的入口，方便用户快速逻辑跳转。

6类探索式搜索系统的界面见图3。

4.2.2 GUESS游戏化交互界面

游戏化不仅可以引入搜索过程中，也可引入非搜索过程。用户可以在商店、排行榜、好友、用户、帮助界面使用相应的游戏模块。

以部分GUESS游戏化交互功能界面（见图4）为例，解释其游戏化流程。好友界面包含好友、交易、帮助模块，可实现好友间实时交流、与好友分享搜索过程中的难题并提供帮助、给好友赠送虚拟物品的功能;用户可以在用户界面中修改个人信息，包括头像、昵称，这些内容将在与其他用户交流、分享时显示，用户还可以在此界面看到自己的等级、头衔、积分、奖章、成就等信息。限于篇幅，排行榜、商店等其它游戏化交互界面不再展示。

4.3 游戏化探索式搜索系统对用户及其搜索的支持

游戏模块的作用包括激发用户的使用兴趣、促使用户持续使用以及支持用户搜索与交互。为进一步展示游戏化对探索式搜索的具体帮助，将支持用户搜索与交互细分为在问题情境中使用游戏化帮助用户掌握搜索领域的知识，以及在信息搜索中帮助用户采用高效的搜索策略。将用户按照使用时长分为新手和精英。表7梳理了不同的游戏模块对两类用户的作用。“”为发挥主作用，“E”为发挥次作用。

通过以下常见情境分析游戏化探索式搜索系统运行的效果。

情境1：游戏化探索式搜索系统有效提升搜索用户的粘性和体验

当用户尝试使用探索式搜索系统对一个不确定的目标进行搜索时，搜索过程中会产生各种疑问，此时可向好友请求帮助（调用好友模块）。当好友帮助用户成功完成搜索后，双方都可获得一张可在商店使用的虚拟优惠券（调用商店模块激发用户兴趣），并且好友可获得积分奖励（调用积分模块

激发用户兴趣），当累计一定次数后可获得奖章及成就（调用奖章模块、成就模块鼓励用户持续使用）。用户累积使用搜索系统次数越多，经验越多，等级、头衔也就随之提升（调用等级模块维持用户持续使用），在排行榜中将优先显示等级高的用户（调用排行榜模块，运用竞争机制促使用户通过大量使用提升排名）。此外，用户可点击帮助（Help）按钮进入帮助界面，学习如何使用此系统（调用帮助模块帮助解决问题），点击左上角的喇叭按钮开关背景音乐（调用音效模块）来调整心情，保持良好的身心状态，提升搜索体验。

情境2：不同类型的游戏化探索式搜索系统提供充分交互实现对探索式搜索的支持

在整个探索式搜索过程中，游戏模块的引入大大增强了用户和系统之间的交互，形成有来有往的双向交流，通过游戏模块的行为反馈，帮助用户掌握搜索领域知识、给用户提供高效的搜索策略以及筛选出快捷搜索路径，以实现游戏化对探索式搜索的支持。

当用户遇到问题不知如何搜索时，可向系统请求帮助，通过系统的引导，学习搜索领域知识。例如，在基于层级探索式搜索系统的探索式搜索系统中，系统会提供层级分类的分类体系相关知识点，并为用户提供相关参考意见，帮助用户完成搜索。

当用户对搜索领域知识有了一定了解后，系统将给出高效、便捷的搜索策略及路径以供参考。例如，在基于社会分类的探索式搜索系统中，用户按照自身需求选择标签，此时系统后台会在数据库中进行搜索，给用户呈现出不同类型的结果，如图片、词条解释、相关理论、超链接，用户可选择不同类型的结果进行高效快捷的搜索。不仅是基于社会分类的探索式搜索系统，6类系统中均设置了求助好友、系统帮助的功能。用户可调用好友模块，向搜索经验丰富的好友求助，例如好友帮助更改、优化检索词，通过协助完成搜索，此外还可并通过好友间的互动学习搜索策略;其次，用户可调用帮助模块，求助系统以帮助文本的方式指引用户学习高效的搜索策略、快捷搜索途径以及搜索领域的知识，并且向用户进行内容推荐，根据用户搜索语境给出推荐检索词等。此外，积分、奖章、成就、等级模块的引入不仅为了激发用户兴趣，还鼓励用户使用掌握高搜索技巧以及搜索方面的知识。

5 结 语

本文利用游戏化框架及探索式搜索系统机制构建了游戏化探索式搜索系统的概念模型，通过将游戏模块嵌入到具体游戏化界面中实现探索式搜索系统的游戏化。然而，这一概念模型尚處于理论构建阶段，仍需不断调整以最终符合系统设计的目标。后续可利用原型法，评估该模型的可行性，验证游戏模块设计的合理性，并完成以上游戏化应用方案的系统实现，还将通过大量实验研究探索用户对游戏模块的偏好、不同游戏元素对用户参与的影响及其对探索式搜索效果的促进作用，以及探索式搜索系统的评估改进等问题。

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（责任编辑：孙国雷）