基于学习科学的游戏化教学设计研究——以北师大版数学四年级下册“密铺”一课的教学为例

广东省深圳市福田区东海实验小学 杨焕林

学习科学是研究人如何学习的跨学科理论，是对学生认知特点和学习规律、学科特点和本质、教学规律等重要方面的认知、研究和探索。游戏化教学的核心追求是“趣教深学”，让学生以喜欢的形式开展学习，引导学生自发走向深度学习。基于学习科学的游戏化学习，以创新的方式将丰富的核心知识传递给学生，使学生的学习更科学、更快乐、更有效。

东海实验小学自2016年起开始研究游戏化教学，通过长期大量的实践，积累了不少教学经验。如在教学中引导学生探究来自真实生活情境中的真实问题，并用数学的思维将真实问题提炼为数学问题，再根据游戏化教学原理将这些学习问题以游戏的方式呈现出来，用学生喜欢的游戏机制、游戏元素设计整个学习过程，吸引学生进入积极的学习状态，帮助学生获取最佳学习力、最强专注力。

小小改变，大大变化，游戏设计来自真实生活情境中的问题，用数学的思维将真实问题提炼为数学问题，再将这些学习问题以游戏的形式呈现出来，用学生喜欢的游戏元素包装整个学习过程，使学生学习和探究的过程更有趣、更好玩，在参与游戏过程中体验学习的乐趣，最大限度激发学生的学习动机。

2019年，在中国教育技术协会教育游戏专业委员会深圳福田“数学游戏化学习”实验区的成立典礼上，笔者聆听了东海实验小学谭春兰老师执教的北师大版数学四年级下册“密铺”的一课，深受启发。

在我们的日常教学中，在每一节数学课堂上，学生想要的其实很简单，那就是快乐，追求快乐幸福是每一个人的本能。但在传统教学方式下，教学任务繁重、教学评价单一，一线教师很难突破种种束缚而对教学方式变革做出大胆尝试，因此，学生看似简单的愿望在实际教学中却往往很难实现。基于学习科学的游戏化教学设计倡导将教育游戏引进课堂，提出了“玩中学，学中玩”的理念。

如何进行学习设计，科学地把“玩”与“学”融为一体，将“游戏”置于课程之中并辅助教学呢？笔者在谭老师的教学过程中似乎可以找到答案。下面，笔者就以北师大版数学第八册“数学好玩”板块的“密铺”这节课为例，谈一谈基于学习科学的游戏化教学设计策略。

一、借助游戏机制，将学习目标藏起来

杜威在《民主主义与教育》一书中指出，当儿童意识到他在受教育时，教育的效果并不理想。那么，教师如何在日常教学中，让教育目标不完全显性，达到“随风潜入夜，润物细无声”的效果呢？玩起来！将显性的学习目标隐藏在游戏目标中，让学生玩着玩着就学会了。以“密铺”一课为例，上课伊始，师生们就玩起了两个游戏。

（一）双人对战游戏

游戏目标：找出所有的直角三角形

学习目标：复习三角形分类的相关知识，为接下来学习密铺做好知识储备

学生在进入学校之前并非一张白纸，他们是带着日常经验和学习基础走进教室的，这些被称为“前概念”。有效的教学应明察，并导出学生的前概念。在本节课中，教师通过双人对战游戏（见图1），以有趣的形式为学生前概念的导出创造条件。顾名思义，双人游戏，就是两个人一起玩的小游戏，在游戏的发展历程中，双人游戏是典型的游戏模式，如魂斗罗、超级玛丽等都是风靡全球的双人游戏，这样的游戏小而精，不会占用太多的课堂时间，玩起来也很刺激。

图1 双人对战游戏界面

将学习目标隐藏在游戏中以后，玩这个游戏必须具备数学知识，学生只有掌握了三角形分类、三角形内角和等一系列知识，才有可能闯关成功。为了顺利通过游戏，赢得胜利，学生强烈的求胜欲被激发，他们绞尽脑汁去回顾所学的知识，教师也在学生的游戏中顺利达成了复习巩固旧知、唤起学生已有经验的教学目标。

（二）多人对战游戏

游戏目标：把图形送回家

学习目标：复习四边形分类的相关知识

多人对战游戏（见图2）扩大了游戏玩家的范围，使更多的学生参与其中，每个学生都期盼成为下一个挑战者，所以，他们会全神贯注地关注当下玩家的状态，预计取得胜利的可能性。和双人对战游戏类似，两个游戏都将学习目标隐藏在游戏活动中，让学生在轻松愉悦的体验过程中、获取知识，并以“胜利”状态获得自我满足感。

图2 多人对战游戏界面

两个游戏都使用了计时、计分、对抗的游戏元素，让复习环节变得更有趣，强化了学生对图形知识特征的理解和记忆，同时，游戏过程学生手舞足蹈、眼脑并用，从“身入”到“深入”，获得了极好的复习效果。从学习科学的角度，人的大脑接收信息有语言和图像双重通道，多感官刺激有利于学生调动双重信息通道，帮助学生获取最佳学习力、最强专注力，使知识内化更迅速，同时，游戏又充分调动了学生的学习积极性。

二、培养问题意识，在游戏中深入探究

新课标提出，要培养学生发现问题、提出问题、分析问题和解决问题的能力，在这四种能力中，最重要的是学生提出问题的能力，爱因斯坦就曾经指出，提出一个问题比解决一个问题更重要。学始于疑，必定是学生在面对最想知道和了解的问题时，才能自发地产生一种探究的欲望，最终让学生在学习过程中有所发现和有所收获。那么，在日常教学中，如何培养学生提出问题的能力呢？笔者认为可以用游戏思维设计探究环节，让探究活动本身成为高层次、高思维含量的游戏。

以“密铺”一课为例，在三个关键教学节点，教师可以以“猜”“找”“思”三个关键活动，将整节课的探究活动关联在一起。

（一）猜：读课题，看到“密铺”，你会想到什么关键词

遇到一个新的概念，我们要如何开始探索之旅呢？——学会像数学家一样去思考！四年级学生具备概念学习的经验，引导学生将这些经验迁移到本节课中，“什么是密铺？”“什么图形能密铺？”“密铺有哪些应用？”等，学生们的一个个问题，既揭示了本节课主要探究的核心问题，也培养了他们“提出问题”的意识。

（二）找：看图片，找到生活现象中的数学问题

“密铺”图形是生活中大量存在的现象，教师可以引导学生通过欣赏生活中的“密铺”图形，发掘其中隐藏的数学问题，借机进行“密铺”教学，让学生真正体验到“数学来源于生活又服务于生活”。同时，借助“密铺图形中隐藏了哪些图形？”这样的问题，在培养学生观察力的同时，又将探究活动引向“哪些基本数学图形能密铺？”这一话题，并在话题探讨中顺势明晰长方形、正方形、六边形图形能“密铺”，为后续研究埋下了伏笔。

（三）思：自主探索图形“密铺”的奥秘

在有难度、有挑战性的学习任务面前，如何让学生感到自己是活动的主体，能够独立学习和操作，进而积极主动地开展学习活动？在靠近学生最近发展区的地方设置合理的探究问题，引导学生不断思考、不断地跳一跳去摘桃子，并在这个过程中积累更多积极的心理体验，感受解决问题的乐趣。“图形密铺有什么奥秘呢？”学生给出了大胆的猜想，但探究过后，学生发现自己的猜想和实际的研究成果不相吻合，这时，认知冲突达到了极值，新的问题产生了：“为什么不是所有的图形都能密铺？”“图形密铺的奥秘到底是什么？”……当学生在参与体验的过程中产生疑问，他探究的欲望就会更加强烈。从课题开始，学生经历设疑、猜想过程，既生动有趣，又培养了学生敢于质疑、猜想的精神和发现、分析问题的能力。

三、线上和线下游戏活动相结合，增强体验感

学习科学的游戏化教学设计，基于线上与线下的游戏结合。一节课，仅有线上的游戏显然不够，尤其是在当前教育背景下，每间教室都只有一台可操作设备，玩游戏时，绝大多数学生都只是看客，这显然是不符合游戏设计原理的。玩游戏，要的就是参与感，因此，本节课在学生经历设疑、猜想后，教师可以给予学生充分的时间，让学生借助学具，动手拼一拼、摆一摆，验证自己的猜想。这样的自主操作可以增强体验感、过程性，让学生对“密铺”图形概念的理解更加清晰。

而在展示、分享、交流环节，教师需要借助设备让学生的思维被看见，巧妙使用信息技术，让图形“密铺”与不能“密铺”的验证操作过程变得更加直观，在屏幕上让小小的学具变成大大的教具，将需要展示的图形变得“看得见、摸得着”，把抽象事物具体化，使图形的呈现更为精准。

基于学习科学的游戏化教学设计，既要科学均衡信息技术与实践操作的时间分配，又要提高学生课堂游戏的参与度。同时，减少信息技术与实践操作的冲突和重叠，更好地实现学习的科学性，让学生在课堂中学得更加轻松。

本节课教学内容对游戏化设计与信息技术进行了合理的运用，使课堂乐趣横生，学生注意力集中、积极性高。游戏化学习既给学生带来了快乐，又能帮助学生有效掌握所学知识。