基于游戏式学习的计算机科学教育研究

魏 蔚 邓淼磊 蔡成欣 刘宏月

（河南工业大学信息科学与工程学院 河南·郑州 450001）

0 引言

电脑游戏已成为人们生活中不可或缺的部分。充满挑战的游戏世界同样塑造了学生的认知能力和对学习的期望，使学术内容更加丰富。游戏的动机可以与课程内容相结合，形成基于数字游戏的学习。包含教育目标和主题的游戏被认为具有提供学术知识学习的潜力，课程以学习者为中心，更容易、更愉快、更有趣，因此更有效。具体而言，游戏构成了潜在的强大学习环境，原因在于它们可以支持多感官、主动、体验、基于问题的学习；玩家必须使用先前学习的信息来推进；而且游戏提供即时反馈，使玩家能够测试假设并从他们的行为中学习；通过评分和达到不同水平的机制提供自我评估的机会；日益成为包含玩家社区的社会环境。除了获取知识，玩游戏也有利于发展各种技能，如批判性思维和解决问题的技能。总的来说基于这些原因，学界断言游戏设计方法和技术应该为教育软件的设计提供信息。在教育技术研究界，在学校中使用相关技术越来越容易被接受。然而，正如某些学者所指出的，尽管游戏被认为具有激励和教育效果，但实证研究支持这一假设的证据仍然有限且相互矛盾，特别是关于具体行动的有效性教育目的，鉴于先前的研究更多地关注动机方面，而不是课程内容方面本身。在教学游戏文献综述中，学界发现关于游戏和传统教学方法之间的差异，结果模棱两可，38项研究报告没有差异，27项研究支持游戏，3项研究支持传统方法。在随后的概述中，研究人员指出，在许多研究中，特定的学习成果被忽视。最近，一些研究项目调查了商业游戏在学校的使用情况，产生了积极的效益主要是关于技能发展和动机，而很少提及具体课程的学习成果。其他研究和项目侧重于专门为教育目的设计的游戏，解决其动机问题影响，以及在某些情况下的学习效果。某些此类项目表明，游戏可以提高儿童的数学动机和学习成绩以及4-8年级的科学教育。有相关工作报告了高中英语游戏的使用，重点关注学生的喜好和兴趣从学习经验中获得满足感。也有研究发现在便携式设备上使用游戏可以提高动机，与小学数学和阅读的传统教学相比，学习效果更好，而移动游戏学习环境对11-12岁儿童的动物行为的研究表明，他们对这种体验非常热情。

1 现状和研究方法

实验目标学生拥有基本的计算机技能，以前没有在学校使用过任何教育软件。参与者由将完整的班级分为两组，总共有六个课程参与，三个使用游戏应用程序，三个使用非游戏模式。每次学生在房间里回答问题时，他/她收到关于他/她的回答的解释性反馈。如果回答错误，则生命数将减少1，而应用程序为学生提供解释或提示，帮助他/她找到正确答案。这一机制是有效的旨在鼓励“阅读、思考和尝试方法”，而不是愚蠢的“尝试和失败方法”。学生会持续显示剩余生命数和当前分数，以便他/她在游戏中立即获得有关其进度的反馈。此外，在一个房间内，根据学生的回答和行动，学生有机会收集特殊信息赋予他/她额外点数和额外生命的对象。当他/她失去了所有的生命，学生就输了，游戏也就结束了。在这种情况下，学生可以停止游戏或从他/她在游戏中设法到达的最后一个房间开始恢复游戏的最近状态。研究者构建了三份纸质问卷，预测试问卷由两部分组成，包括由计算机记忆概念知识测试以及测试后反馈问卷。前测问卷的第一部分引出了以下数据：学生的性别、年龄、平均学校成绩、电脑使用情况、电脑游戏频率、电脑游戏喜好程度、电脑体验和电脑游戏体验。学生们被要求记录他们的性别、年龄以及上一学年的平均成绩。通过两个在封闭式问题中，他们还被要求在多分制的量表上详细说明在校外使用电脑的情况，以及在校外玩电脑游戏的频率。最后，他们被要求以多分制具体说明他们的电脑游戏喜好程度、计算机使用经验以及游戏经验。前测问卷的第二部分旨在评估学生在考试前对计算机记忆概念的认识。它包括一个计算机记忆知识测试，这由研究人员构建，并由一组经验丰富的教师对其内容效度进行了检验。包括关于计算机内存的30个正确/错误和多个错误的选择题。第一份后测问卷旨在测量学生完成测试后对计算机记忆概念的认识干预，包括多个问题，除了顺序不同于前测。第二份后测问卷由两部分组成，并得出定量和定性数据。第一部分是针对评估学生对他们使用的应用程序的各种属性的看法，包括探索四个维度的多个项目：总体吸引力、用户界面的质量、所含学习材料和问题的可访问性以及感知教育价值。具体地说，通过一系列封闭式问题，学生们被要求在多分制的量表上打分他们发现应用程序的程度：有趣、令人愉快、引人入胜、使用简单、易于导航、包含令人满意的图形、包含主题且容易理解、包含容易回答的问题、有用、有助于学习计算机内存、有助于理解计算机内存概念、优于计算机课程中的传统教学。第二部分通过开放式问题引出学生对学校使用教育游戏和网站的一般看法，学生对他们所使用的特定应用程序的改进的最终建议。

2 研究结果

对学生个人资料的分析表明，随机分配给两个班级的学生进行干预的两组在统计学上没有显著差异。具体地说，这两个小组确实做到了男女比例无显著差异。此外，比较两组学生的其他传记变量在统计学上也没有显著差异。根据从研究者的观察中收集到的非正式数据，1组的学生在学习时似乎很热情，他们被告知将使用游戏进行教育。在他们与游戏的互动中，他们似乎非常专注且对任务感兴趣，并在维持生命数量、达到终止标志的努力中表现出高度参与并取得高分。一些感叹和对话主要由男生发起，而女生们似乎更喜欢自己玩。2组的学生也表现出使用教育网站的意愿和兴趣。然而，尽管这两个应用程序相似，2组的学生似乎不太专注，也不太参与与他人的互动学习材料和回答问题的技巧。电脑实验室的噪音水平比游戏的噪音水平高，某些学生（主要是男生）甚至发起了与干预措施完全无关的讨论。最后，两组的学生似乎很容易通过各自的应用找到自己的方法。结果分析表明：前测成绩无统计学显著差异，这表明两组在计算机记忆方面有相似的背景知识；有统计学上的显著差异，这表明男生比女生在计算机记忆方面有更多的背景知识。

3 结论

与类似的网站形式的非游戏应用程序相比，本研究评估了以学习计算机记忆为目标的电脑游戏的学习效果。此外，还调查了游戏学习效果和动机吸引力的潜在性别差异。结果表明，游戏方法在促进学生对计算机记忆概念的了解方面更为有效。对学生来说，这比不玩游戏的方法更有动机。因此，可以得出结论，教育电脑游戏可以作为高校计算机课程的学习环境，因为从这项研究中可以推断，这些课程可以大大提高学习效率嵌入主题的知识和学生在学习过程中的享受、参与和兴趣。那些研究结果似乎支持了某些先前研究，这表明教育性电脑游戏有助于提高学业成绩。与数学和科学等领域的传统教学相比，学习动机也有所不同。