STEAM 视角下研究生教育游戏开发课程的设计与构建

史晓倩 何玲*

（1.江西科技师范大学 教育学部，江西 南昌 330038；2.南昌VR 感知交互重点实验室，江西 南昌 330000）

《中国制造2025》的出台，开启了我国以科学技术为核心工具的第四次工业革命[1]，也改变了对未来人才的需求。当今世界各国之间的竞争空前激烈，并纷纷将具有创新素养的高素质人才作为教育改革的主要目标。随着国家发展进入新阶段，研究生教育也进入了新时期。因此积极开展研究生培养方案和课程体系改革具有划时代的战略意义。

STEAM 教育作为一种跨学科的综合性教育模式，通过为学生创造一个具有现实意义的问题情境，让学生进行积极的思维活动和情感投入，从而培养学生知情意行各个方面的能力。[2]因此，将STEAM 理念作为研究生课程的基础理论，与研究生的课程设计和实施过程融合，能够产生意想不到的效果。

一、相关概念界定及国内外研究现状

（一）STEAM 教育

STEAM 教育源于1986 年美国国家科学委员会（National Science Board，NSB）发表的《本科的科学、数学和工程教育》（Undergraduate Science,Mathematics and Engineering Education）报告。该报告首次提出“科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）和数学（Mathematics）”教育的纲领性建议[3]。后来格雷特·亚克门（Georgette Yakman）于2006 年提出艺术（Art）对于个人职业生涯发展和融入社会的重要性，将其加入可平衡STEM 教育中过重的理工属性，为理工学科提供创意思维，至此STEAM 理念正式形成[4]。

随着STEAM 教育的不断外延，先后出现STREAM、STEAM+等新概念，而其作为重要的综合教育辅助方式，被广泛应用于各级学校之中，目的是培养学生的终身学习意识和创新能力，以综合眼光和富有创新性的方式去认识世界和解决问题[5]。

（二）教育游戏

教育游戏（Edutainment）在西方国家研究较早，由教育（Education）和娱乐（Entertainment）两个词汇组成[6]，意为以游戏化的方式辅助教学。但在我国尚未有确切的定义，通常认为教育游戏是指利用智能工具和新兴技术，通过将教育内容进行游戏化的设计，借助一定的激励和惩罚模式，来提升学习者参与认知活动的趣味性、沉浸性和持续性，从而丰富学习活动，促进学习体验，达到事半功倍的认知效果[7]。

但如何促进教学者的教学效果，如何提升学习者学习兴趣的持续性，如何加强学习的投入度等，仍是一线教师和教育游戏开发者急需解决的问题。随着虚拟现实和增强现实技术的不断发展，为教育游戏领域提供了新的研究视角，并作为新兴技术快速融入其中，使VR/AR 教育游戏逐渐成为技术促教与兴学的研究热点之一。

二、STEAM 视角下研究生教育游戏开发课程的设计原则

教育游戏开发课程涉及教育游戏理论知识及教育游戏开发的相关知识，这些知识的丰富性和多样性决定了该课程适合与STEAM 理念相融合。而作为一门游戏开发课程，要求的创造能力较高，可以很好地通过该课程的学习，提高学生的创新能力。

基于表1 的STEAM 内容分析，我们提出以下课程设计原则：

表1 教育游戏开发课程中STEAM 内容分析

（一）综合性原则

单学科和技能的掌握已无法适应现代社会对人才的需求，跨学科构建的课程才能让学生以全面、综合的角度去认识世界，形成全面的认知水平和问题解决能力。基于培养学生创新能力的要求，课程设计应该重视调动学生跨学科、跨领域知识的习得，这也是STEAM 教育理念十分强调的内容[8]。

教育游戏开发课程通过基于项目的整合性学习，使学生将专业的理论知识、游戏开发软件操作技能、编程语言应用、游戏策划、基于项目迭代的评价反思技能等，整合成具有综合性和创新性的教育游戏项目整体，让学生能够从综合性、系统性的角度去认识世界和解决问题，避免传统教学中分科教学造成的知识割裂和思维定势等问题，更有利于学生创新能力的形成。

（二）自主性原则

课程充分利用STEAM 理念的特色，发挥学生的自主性和动手能力，让学生在项目合作中开发具有教育性和独特性的教育游戏作品，从而提升他们的创造能力和基于项目的问题解决能力[9]。

自主性原则主要体现在自主选题、自主合作、自主设计、自主开发、自主评价、自主改进等方面。教师根据学生的学情，提出可选择的项目主题供学生挑选和设计，学生可以根据自己的兴趣方向和知识基础，选择自己喜欢的项目主题。根据选题，学生可以基于自己的想法在小组中进行合作，在保证每个成员参与性的前提下，发挥各自的优势。学生可以按照自己的选题，自主设计和开发出自己负责的部分游戏内容。游戏开发完成后，学生可以按照自己的标准要求进行游戏的迭代优化，也可以针对他人的游戏作品进行评测。

（三）合作性原则

STEAM 教育以项目为学习活动载体，其关键是项目实施过程中的合作问题，即每一个项目的成功制作都离不开各个小组成员的充分合作。教育游戏开发课程以教育游戏的开发过程为重点内容，让学生在游戏制作过程中巩固创新性知识，培养创造性思维，提升创造性能力。

由于该课程是基于PBL 理念的课程教学模式，PBL 对教师和学生的要求比较高。对教师来说，这种授课模式应该具备很高的理论水平和实践能力；对学生来说，能够积极主动地进行学习合作，且有较扎实的知识技能基础，才能从该模式下受益[10]。因此，这里的合作性原则不仅指学生之间基于项目过程的合作，也指教师与学生之间的“教师主导、学生主体”的合作模式。

三、STEAM 视角下教育游戏开发课程的设计与构建

以教育游戏开发课程中STEAM 内容分析、课程的设计原则为基础，对STEAM 视角下研究生教育游戏开发课程模式进行设计与构建，具体过程如图1 所示。

图1 研究生教育游戏开发课程设计流程图

（一）教学分析

任何一门课程在实施之前，都应该对教学做一个全面的综合性分析，具体如下：

1.对学习者进行分析

学生是学习的主体，在“以生为本”的教学理念指导下，对学习者进行分析体现了“生本位”的特点。基于此，才能设计出针对该学段的、符合学生认知规律的课程。

教育游戏开发课程的授课对象是现代教育技术专硕一年级学生，由于研究生学制的特殊性，学生年龄段跨度较大，通常在22 岁以上，他们经过基础教育和大学教育的洗礼，基础知识扎实，思维和认知发展趋于成熟，拥有自己独特的见解，并对教育游戏相关知识有初始的了解。

2.学习内容分析

需要确定学习内容的范围和深度，将学习内容根据学习目标具体化，方便之后与设计的教育游戏内容相融合，从而揭示学习内容各部分之间的联系。本门课程的学习内容主要是了解教育游戏的起源与发展，以及如何用Unity3D 进行教育游戏的开发。

3.学情分析

对学生已有的知识经验、学习能力以及学习风格进行分析，这些因素将影响本次学习内容的学习效率，在课程实施过程中可以作为参考。学情分析是系统教学设计的有机组成部分，并与教学设计的其他部分存在极为紧密的互动关系。

本次课程中的教学对象为研究生一年级的学生，他们对教育游戏开发过程有一定的经验和知识基础，因此不应该采取与本科生一样按部就班的学习方式，学习任务应围绕某一主题，以项目的形式进行小组合作与交流，最终以教育游戏作品或教育游戏赏析的形式展现学习成果。

（二）以项目为中心的课程设计

根据建构主义学习理论和STEAM 教育的内涵，教育游戏开发这门课程主要采用以项目为中心的学习方式，每一轮项目的实施主要分为四个步骤：项目主题的确定、合作方案的设计、项目方案的实施与改进、项目方案的评价与反思。经过上述几个项目过程的实施之后，教师和助教根据学生在项目实施过程中遇到的问题，对项目过程和时间跨度进行调整，最终进行第二轮和第三轮以项目为中心的教学。

下面，笔者将分别就如何在这几个步骤中融入STEAM 理念，从而提高学生的创新能力进行简单介绍。

1.项目主题的确定

学习主题的设计是体现STEAM 教育理念的关键之处。在本次研究的情境下，学生均为有一定教育游戏相关知识基础的研究生，其心智和认知能力发展较为成熟，他们大多厌弃照本宣科的复述性学习，希望开展富有趣味性、以项目为中心的学习活动。因此，学习主题的确认应当是以问题或项目为中心的，且是有利于激发学生创新思考的半开放式学习主题。例如，基于小学生抽象逻辑思维发展不成熟，难以离开直接具体事物学习相关知识的问题，教师在制作教学资源时，可使用增强现实技术制作科普软件或AR 教学课件来辅助小学生的学习过程。

根据上述情况，在某一阶段的项目选取上，可以选择“AR 教学资源”为主题，学生以小组的形式参与学习活动，经过小组成员的讨论，最终确定本小组的项目主题，并对自己小组的项目主题进行界定和说明。

2.合作方案的设计

基于STEAM 教育理念和提高学生创新性的出发点，小组合作应该作为主要学习方式存在于整个项目制作过程中。在某一主题的项目开发过程中，合作应该体现在基于小组讨论确定自己的项目主题及制作过程，即在项目制作过程中，小组成员如何发挥自己的优势进行项目分工，如何调和各成员之间的不同想法和设计风格，出现问题后应该如何合作解决或寻求各方资源进行问题的解决，等等。例如，在以“AR 教学资源”为主题的项目设计过程中，应当创设轻松愉悦的人文学习环境，在告知学生学习目标为掌握Unity3D支持的各类增强现实软件开发工具包（AR SDK），选取与自己小组项目主题相近的AR SDK 进行教学资源开发的设计；评价标准为小组“AR 教学资源”成品展示、各个成员的分工配合以及对其成品的理解和叙述答辩。

在此基础上，对学生项目设计、探索的过程进行支持和鼓励，允许各小组成员对自己的方案设计以及问题解决方法进行头脑风暴，注重合作与共享，为创新精神的培养提供便利性、可能性，最终选取最合适的设计和实施方案。

3.项目方案的实施与改进

在项目方案的实施与改进过程中，学生应基于上一步骤选择得到的最优项目方案进行实践，在实践过程中不断进行改善，以得到组内最优的作品成果。学生需要亲身体验项目创新实践的过程，在实施过程中及时发现方案设计的不足或提出更优的问题解决方案，并及时进行项目方案的改进和优化，即“实施—学习改进—再实施”的多次循环过程。

在以“AR 教学资源”为主题的项目实施过程中，可对不同平台AR SDK 的功能、支持平台、优缺点、价格等进行多方面比较。例如，使用Vuforia 可能会存在水印问题影响美观，但在图片识别、自定义识别方面可能较为稳定；EasyAR免费版本不会存在水印问题，且云识别速度较快，并支持大多数的安卓系统等。在小组项目实施的过程中，若遇到类似AR SDK 的问题，就可以进行多方面的比较和改进工作，最终选择最适合的AR 插件和SDK。

4.项目方案的评价与反思

在小组项目的评价方面，评价内容包括创新思维和创新实践能力。创新思维主要以项目主题的确定和合作方案的设计过程为评价标准；创新实践能力评价主要贯穿于项目方案的实施与改进、评价与反思两个过程。另外，评价方式应该采取多元化的评价方式，如小组内部自评、小组间评价、教师与助教评价、专家评价等，且各评价主体所占比例应该适中，评价方式采用盲投的形式，以保证其评价的公正性。

（三）创新能力分析

基于STEAM 理念设计实施的教育游戏开发课程的教学目的，除了激发学生学习教育游戏相关知识的兴趣，提高学生教育游戏开发的技能之外，也对提高学生创新能力的可行性进行了研究与分析。如图1 所示，在课程实施过程中，将学生的创新能力分为创新思维和创新知识与技能，并在课程结束后对二者分别进行测试。在创新思维方面，主要进行整体测试和分维度测试，具体维度为批判思维能力、直觉思维能力、逻辑思维能力、创新思维能力。在创新知识与技能方面，主要对其小组教育游戏作品进行专业、科学的测评，分析得出小组成员创新知识和创新技能的综合水平、优势及短板，最终得出学生的创新能力是否得到提高的结论。

（四）以项目为中心的一轮课程实施过程

教育游戏开发课程一轮项目实施的具体过程，大体分为联系、构建、完善、反思四个具体过程，分别与以项目为导向教学方式中的项目主题的确定、合作方案的设计、项目方案的实施与改进、项目方案的评价与反思四个过程一一对应。课堂实施过程的教学模式采用翻转课堂和线上线下混合式教学结合，学生在课前、课中及课后的学习活动，如图2 所示。

图2 一轮项目课堂实施流程图

1.联系

课程一轮项目的第一阶段是学生将理论知识和游戏设计理念相结合的过程，故称之为“联系”过程。联系过程周期大约为2 周，与“项目主题的确定”过程相对应。此阶段的课堂主要采用翻转课堂的教学模式，由于研究生拥有较强的基础知识，此阶段学生的课前任务是将自己已有知识进行联系，即学生通过学习通App 或中国大学MOOC 等线上公开课程资源进行基础知识的学习，并将已有的教育游戏相关认识与其理论、技术、游戏设计理念相结合，为后期教育游戏主题的确定奠定理论基础，并寻找游戏策划灵感。

教师在课堂上提出教育游戏命题，组织学生自主分组后，以小组为单位进行教育游戏主题的头脑风暴，每人都可在开放的学习环境下畅所欲言，提出自己的看法，为小组教育游戏项目主题的确定贡献自己的力量。经过两周的学习、讨论与沉淀，确定6 个小组的游戏主题，如表2 所示。

表2 一轮项目小组游戏

2.构建

课程一轮项目的第二阶段是学生进行教育游戏的策划，并针对游戏进行小组分工的过程，故称之为“构建”过程。经过联系过程的沉淀，学生在教育游戏相关理念的熏陶下灵感喷涌，大约需要1 周的时间即可完成游戏的背景、玩法策划、项目流程中小组的分工安排。学生课下需要在线上以超星学习通和中国大学MOOC 为依托进行线上技术的专攻，并通过线上平台对技术进行学习与交流。图3 为构建阶段小组进行讨论和策划的课堂实录。

图3 构建阶段课堂

3.完善

一个教育游戏的成功研发必然需要一个长期的开发和测试迭代优化的过程，故称之为“完善”的过程。

课前，学生需要根据小组分工进行线上技术学习和小组游戏的制作；课上，主要由技术较好的学生和教师进行技术分享，学生以小组为单位对项目流程进度进行控制，发现游戏制作过程中的问题并进行讨论解决；课后，继续根据分工进行游戏制作、测试与优化完善。此过程所占项目周期比例最长，大约需要3 周，与项目过程中“项目方案的实施与改进”相对应。需要注意的是，此过程需要小组成员进行紧密的交流，及时进行技术问题的攻略和游戏功能的改进。图4 为几个优秀小组的教育游戏案例。

图4 教育游戏案例

4.反思

根据项目实施过程与游戏展示评价过程进行项目经验的获得、教育游戏制作技术的习得、问题解决能力和创新能力提高的过程称之为“反思”阶段。此阶段与项目制作流程中“项目方案的评价与反思”过程相对应。

众所周知，以项目为中心的课程教学模式，除项目实施过程外，项目结束后的反思过程也同样重要。学生和教师需要对项目流程控制是否合理、项目问题解决是否恰当、小组合作与分工是否合理、游戏制作流程学生参与是否积极等问题进行圆桌讨论和反思。这不仅是对下一轮课程项目的准备和调整过程，也会对以项目为中心的教学模式起到积极的促进作用。

四、结语

课堂是教师与学生进行交流的主要场所，STEAM 教育在我国已成为课程改革的必然方向和趋势[11]。那么，如何将STEAM 的教育理念与我国研究生的基本情况结合在一起，从真正意义上提高学生的创新素质和问题解决能力，将是亟待解决的问题。

从上述将STEAM 理念与研究生课程相结合的一轮项目实施效果可知，STEAM 理念用于研究生的相关技术课程是完全可行的。尽管STEAM 理念与课程相结合会面临诸多不可控因素和困难，但仍有众多学者在该领域花费大量的时间和精力进行研究。相信在今后的教育研究中，STEAM 理念指导下的课程会向着更好的方向发展，学生也会在此过程中受益颇多。