自动化理论视角下教育游戏的设计与开发

王博 石连栓 吉甜甜

摘要：基于自动化理论和强化理论，提出设计教育游戏应遵循的基本原则，使用Flash软件设计，以“垃圾分类”为主题的教育游戏，帮助玩家提升环境保护的意识，学习垃圾分类的知识。

关键词：垃圾分类;教育游戏;Flash

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）01-0119-03

1 背景

随着人们生活水平和消费水平的不断提高，中国每年产生的生活垃圾的种类和数量也在不断增长，同时“垃圾围城”的问题也越来越严重。相关调查显示，实施垃圾分类投放不仅可以加快垃圾的处理，有效解决“垃圾围城”问题，而且提高了垃圾回收的效率，降低垃圾处理的成本[1]。2019年6月25日，《中华人民共和国固体废物污染环境防治法》修订草案初次提请全国人大常委会审议。草案对“生活垃圾污染环境的防治”进行了专章规定。2019年9月，为深入贯彻落实习近平总书记关于垃圾分类工作的重要指示精神，推动全国公共机构做好生活垃圾分类工作，发挥率先示范作用，国家机关事务管理局印发通知，公布《公共机构生活垃圾分类工作评价参考标准》，并就进一步推进有关工作提出要求。

目前，垃圾分类在我国还处于试行阶段，群众普遍积极性不高，在分类时需要人员指导。造成这一问题关键还是群众对垃圾怎样分类不清楚，仅依靠志愿者进行指导、张贴垃圾分类海报的方式影响范围较小且针对人群固定，无法对人们进行良好的科普教育。作为一种新型的学习方式，教育游戏可以利用丰富的多媒体素材塑造出仿真的学习环境，帮助学习者去理解、体会和探究知识，促使学习者自然“习得”并“建构”知识[2]。教育游戏既能满足学习者对寓教于乐的需求，又能激发学习者的学习动机，促进学习者形成积极的情感态度[3]。针对这一问题，笔者将游戏应用到垃圾分类中，希望通过这种方式让学生学习垃圾分类的方法，增强环境保护的意识。

2 理论基础

2.1 自动化理论

关于技能的学习可以追溯到桑代克早期对反馈练习效果的研究中，如今，反馈已成为教育领域一项特别重要的教学技术。

根据20世纪50年代开始逐步形成的技能学习理论，人的技能学习可以分为三个阶段[4]。

认知阶段（cognitive stage）。在该阶段，程序性知识被编码为陈述性形式，比如“一次性筷子是干垃圾”或者“电池类包括纽扣电池、手机电池是有害垃圾”。

联结阶段（associative stage）。在該阶段，程序性知识被编码为循序渐进的过程，但在应用时需要想着这个过程，比如在垃圾分类时，就要想着一次性筷子属于干垃圾。

自动化阶段（autonomous stage）。在该阶段，程序性知识也是被编码为循序渐进的过程，但是在应用时不需要想着这个过程。

当教学目标是帮助学习者提高自动化能力时，需要用到自动化理论，而且学习者需要通过反复练习来获得自动化能力。

2.2 强化理论

强化理论，也叫作行为修正理论。该理论最早是由俄国生物学家巴甫洛夫提出，后由美国行为主义心理学家华生、桑代克、斯金纳等进一步深入研究，尤其是斯金纳针对强化理论做了更加详尽的研究。斯金纳认为强化理论是一种旨在强调人的行为和影响其行为的各种环境刺激间相互关系的理论，他认为由于人的行为引起的后果会对其行为发生反作用，因此，可以通过影响其行为后果的方法来纠正或者完全改变他们的行为[5]。而强化的意义就在于强化本身是个体的驱动力，得到了强化的行为出现的频率就会增加，而没有得到强化的行为必然逐步消退。

根据强化的措施和目的不同，强化可以分为以下四种：

1）正强化。如果学习者的行为符合教学目标，就要给予学习者奖励，让这种行为得到保持甚至发扬。这是一种常用的且有效的激励方式，主要方法有表扬、奖金等。

2）负强化。在正式学习之前告知某些不符合教学目标的行为以及发生的后果，避免这种行为带来的不愉快。

3）自然消退。对于某些行为不理睬，以表示对这种行为的否定，时间一长，这种行为就会自然消退。

4）惩罚。对于某种行为，采取一定的方式来表达对这种行为的否定，以期减少甚至消除这种行为。

从以上四种类型可以看出，强化实际上是改变某种行为的方式，通过强化，学习者可以获得某种行为、延续某种行为或者改变某种行为。然而，强化作用还要与个体生理需求和社会需求联系，将内在动机与外部动机联系起来，指导学习者进行良好的行为控制。所以，将强化理论运用于教育过程中，可以对学生良性行为的塑造起到很好的作用。

3 基于自动化理论的教育游戏设计原则

将游戏引入到教育中的目的是提高学习兴趣，促进学习。因此，游戏的中任何内容都应该以促进学习者的知识建构为目的，本文依据自动化学习理论和强化理论，提出教育游戏设计应遵循的基本原则。

3.1 教育性

教育软件最基本的特性就是要有教育性，软件本身是要为教育服务的。本文中的教育游戏案例主要针对九年制义务教育阶段的小学生，年龄主要在10～13岁，所以更加注重激发学习者的内部动机，让学习者掌握垃圾分类的知识，同时，也要提高学习者环境保护的意识。

3.2 趣味性

社区督导员、志愿者进行指导以及张贴海报宣传垃圾分类的方法，对于小学生来说乏味枯燥，缺乏兴趣。利用游戏进行宣传，与以上方式最大的区别就是具有趣味性，通过对游戏的界面设计、关卡设计，提升学习者的学习兴趣，使学习者可以积极主动地学习。

3.3 循序渐进

教育游戏的关卡设计遵循循序渐进的原则，难度适中，由易到难。若难度太低，学习者感受不到挑战的乐趣，逐渐缺乏兴趣;若难度太高，学习者就会“知难而退”，达不到教学的效果。

3.4 及时反馈

学生每一步操作结束后，都要及时给予反馈信息。根据斯金纳的强化理论，反馈的目的就是要加强正强化，同时让某些错误的行为逐渐消退。及时呈现正确内容或者是利用练习加强学生印象，便于学生掌握自己的学习情况。

4 垃圾分类教育游戏的设计与开发

教育游戏的设计是教育游戏开发的前提，良好的教育游戏设计对于整个开发过程至关重要[6]。本案例中开发的基于Flash软件的垃圾分类游戏，旨在通过教育游戏的方式向小学生传播垃圾分类的知识，提高学习者环境保护的意识。

4.1 前期分析

教育游戏最基本的特性就是教育性和游戏性的兼顾与平衡，在用游戏吸引学习者兴趣的同时，加以良好的教学设计为支撑。

1）学习对象分析

垃圾分类教育游戏的学习对象为10～13岁的小学生。这个年龄阶段的学习者正处于抽象逻辑思维时期，可以很好地理解所学的概念和法则。而且这个时期的学生在学习上具有一定的自主性，思维比较活跃，对游戏具有浓厚的兴趣且动手操作能力较强，学习热情比较高。

2）需求分析

通过访谈、问卷调查等多种方式收集家长、老师的意见，及时发现当前关于垃圾分类的科普方式中存在的问题，并明确适合用教育游戏去解决的问题。教育游戏在呈现垃圾分类知识时更加直观，能够模拟真实情境，实现学习者与物体间的交互。同时结合教育游戏寓教于乐的特点，为游戏制定合理的主题场景，激发学习者的动力，提高学习兴趣。

3）教学设计

通过垃圾分类小知识将程序性知识编码为陈述性形式，先让学习者了解垃圾是怎样分类的。通过闯关游戏和反馈的方式进行强化，促进学习者知识编码的过程。

4.2教育游戏设计与开发

1） 界面设计

结合本案例的教学内容和学习者的特点，游戏场景的整体色彩以蓝色和绿色为主，搭配以卡通的垃圾桶，突出垃圾分类的主题。同时搭配图标和特殊字体，界面看起来美观大方、引人注意，呈现出圆润、憨厚、笨拙可爱、亲和力等，使界面具备趣味性的特征，最重要的是给学习者惊喜、快乐的情感体验[7]。所以教育游戏的整体界面设计以色彩鲜艳、活泼明亮为主。

游戏中所需要的图片素材经过Photoshop软件处理后导入到Flash库中，根据需求将图片制作成影片剪辑或者按钮等，然后进行界面的设计与布局。本案例的“开始”界面和“游戏说明”界面如图1所示，主要游戏界面如图2所示。

2） 交互設计

交互设计在教育游戏的设计中处于非常重要的地位，是教育游戏的灵魂。在本案例的游戏中，人机交互是必不可少的。10～13岁的小学生，对智能设备的操作比较熟悉且认识一定数量的文字，不会影响学习者的游戏体验感。本案例的交互主要通过代码来实现，将代码写入按钮元件中，通过点击按钮来实现交互。

3） 关卡设计

在垃圾分类教育游戏中设计由易到难的不同关卡。一方面是为了加深学习者的短时记忆，促进知识编码的过程;另一方面为了让学习者有个接受的过程，不会因为难度过高而产生消极情绪，提高学习者的兴趣。

4） 反馈机制设计

及时有效的反馈机制也是教育游戏设计中的一个重要方面，充分运用强化理论，给用户及时反馈。在学生完成操作后，及时给予反馈，便于学生了解自己的操作是否正确。反馈的形式也多种多样，可以简单地给予对错，也可以使用丰富的动画、鼓励的语言等。

在学习者每一步操作结束后，游戏及时给予反馈信息。若学习者操作错误，及时为学习者讲解。将反馈动画制作成影片剪辑，根据学习者操作的结果决定帧的跳转。如学生操作正确，反馈方式如图3所示，学生操作错误反馈如图4所示。

5 结束语

本文根据自动化学习理论，借助Flash软件，以垃圾分类为背景设计了一款教育游戏。首先介绍了国内对垃圾分类措施的实行现状，其次根据自动化学习理论和强化理论，提出了基于自动化理论的教育游戏设计原则，并设计开发了垃圾分类游戏。本案例能够使学习者在游戏中学习，达到寓教于乐的目的，提高学习者的学习主动性。但本案例仍存在一些不足，比如游戏界面的美观和教育游戏的沉浸感等方面仍需进一步改进。

参考文献：

[1] 徐林，凌卯亮，卢昱杰.城市居民垃圾分类的影响因素研究[J].公共管理学报，2017，14（1）：142-153，160.

[2] 龚朝花，曾雪庆.基于PACTS模型的教育App质量评价指标体系研究[J].现代教育技术，2018，28（1）：45-51.

[3] 尚俊杰，肖海明，贾楠.国际教育游戏实证研究综述：2008年—2012年[J].电化教育研究，2014，35（1）：71-78.

[4] Fitts P M， Posner M I.Human performance[M]. Belmont， CA： Brooks/Cole，1967.

[5] 张文华，加毛太.强化理论与学生良性行为的塑造[J].青海民族大学学报（社会科学版），2013，39（2）：122-124.

[6] 李彤彤，马秀峰，马翠平.教育游戏的情感化设计探究[J].现代教育技术，2010，20（9）：32-34，39.

[7] 宋继东.浅析人机交互图形化界面的情感化设计[J].艺术与设计（理论），2008（11）：168-170.

【通联编辑：唐一东】

收稿日期：2021-09-15

作者简介：王博（1997—），女，硕士研究生（在读），研究方向为教育软件工程;石连栓（1964—），男，教授，博士后，研究方向为智能教育软件;吉甜甜（1994—），女，硕士研究生（在读），研究方向为教育软件工程。

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