游戏化教学策略在模具设计课程中的实施与评估

陈茜， 文杰

（1.广西工商职业技术学院 信息与设计学院， 广西 南宁 530007；2.广西计算中心有限责任公司， 广西 南宁 530029）

0 引 言

随着教育模式的不断演变和科技的迅速发展，传统的教育方法正面临重大的挑战和变革。特别是在高等职业教育领域，如何有效地提升学生的实际操作能力和创新思维，成为广大教师和研究者关注的焦点。游戏化教学作为一种将游戏元素融入教学过程的方法，已在多个领域显示独特的优势。游戏化指在非游戏环境中应用游戏设计元素，以增强用户体验和参与度[1]，这种方法能够促进学生积极参与，增强学习动机，并提升教学效果。

在模具设计等技术密集型的专业教育中，游戏化教学的作用尤为显著。模具设计是高度专业化且实践性强的领域，不仅要求学生掌握理论知识，还要具备丰富的实践技能和创新能力。然而，传统的教学模式无法激发学生的学习兴趣，缺乏有效的参与和互动，导致学生的理论学习和实际操作脱节。因此，探索适合模具设计教育的新型教学方法，特别是如何有效地应用游戏化教学策略，成为提高教学质量和学生学习效果的关键。

研究旨在探究游戏化教学策略在高职模具设计课程中的实施及其效果，通过分析游戏化教学的理论基础和实践策略，研究其对提高学生学习动机、参与度和学业成绩的影响，为高职教育领域的教学方法[2]提供参考。

1 游戏化教学理论概述

1.1 游戏化教学的定义与发展

游戏化教学作为一种创新的教学方法，近年来受到了教育领域的广泛关注。游戏化指在非游戏环境中应用游戏设计元素和机制的过程，通过增强用户体验和参与度，提高学习动机和效果。游戏化教学通过引入积分制度、徽章、排名、故事情节和反馈系统等游戏元素，创造了互动性和参与性高的学习环境，激励学生积极参与学习过程。

游戏化教学的概念起源于21世纪初，随着数字技术的发展和教育领域对学习动机及参与度研究的深入，游戏化教学作为创新的教学策略逐渐被教育工作者和学者认可。这种教学方法被应用于各种教育领域，从小学教育到高等教育、从语言学习到专业技能培训，其独特的优势在于能够将学习内容与游戏元素结合，通过游戏化的互动体验激发学生的学习兴趣和参与度[3]。

在理论发展方面，游戏化教学的研究涵盖了心理学、教育学和计算机科学等多个学科。心理学理论认为在高度专注和充分投入的状态下进行的活动可以带来最大的满足感和学习效果；在教育学领域，建构主义学习理论强调了学生在学习过程中的主动参与和知识构建的重要性；计算机科学则为游戏化教学提供了技术支持。

近年来，随着教育技术的快速发展，游戏化教学开始融合更多创新技术，如虚拟现实（VR）、增强现实（AR）和人工智能（AI），为学生提供更加丰富和身临其境的学习体验。这些技术的应用不仅增强了游戏化教学的互动性和实用性，还为传统教育方法提供了新的改革方向。

游戏化教学作为具有广泛应用前景的教学策略，其理论和实践的发展对于提高教育效果和促进学生全面发展具有重要意义。随着技术的进一步发展和教育实践的深入，游戏化教学有望在未来的教育领域发挥更大的作用。

1.2 游戏化教学的核心元素

游戏化教学作为一种有效的教育方法，其核心元素对于提高学生的参与度和学习效果至关重要。这些元素包括但不限于积分制度、徽章系统、排名榜、故事情节、角色扮演、即时反馈、目标设定和挑战任务[4]，现探讨这些核心元素及其在教学中的应用。

（1）积分制度：积分制度是游戏化教学中常用的激励机制，通过完成特定任务或达成学习目标，学生可以获得积分。这种机制可以量化学生的学习进展和成就，增加学习的动力和乐趣。

（2）徽章系统：徽章或勋章是对学生特定成就的认可，不仅可以作为奖励，还可以展示学生在某一领域或技能上的成就，增强学生的成就感和自豪感。

（3）排名榜：排名榜通过展示学生之间的相对表现，激发竞争意识和参与度。这种元素可以增加游戏化学习的动态性和挑战性，鼓励学生努力提高自己的排名。

（4）故事情节和角色扮演：故事情节可以提供一个引人入胜的背景，使学习内容更加生动有趣。角色扮演则允许学生在模拟环境中实践和体验，更好地理解和吸收知识。

（5）即时反馈：即时反馈对于学生的学习过程至关重要，可以帮助学生及时了解自己的学习状态，进行相应的调整和提高。

（6）目标设定和挑战任务：明确的目标设定和挑战性任务可以激发学生的参与兴趣和探索欲。这些任务应具有适当的难度，既能让学生感受挑战，又不至于让其感到沮丧。

这些游戏化教学的核心元素通过创造一个互动和参与度高的学习环境，有效地提升了学习体验的质量，使学习过程更加个性化和动态化，能够满足不同学生的学习需求和兴趣。通过结合这些元素，游戏化教学不仅增加了学习的趣味性，还有助于提高学生的学习动机和成效。随着教育技术的不断发展，这些元素在教育实践中的应用将更加广泛和深入，为传统教学方法提供了新的视角。

2 模具设计教育现状与挑战

2.1 模具设计教育特点

模具设计教育作为高等职业教育的重要组成部分，其具有独特的特点和挑战。这些特点不仅对教学方法的选择和实施有着重要的影响，而且对学生的学习效果和职业发展具有深远的意义。

模具设计是一门高度实践性的学科，不仅要求学生掌握理论知识，还要具备良好的实践操作技能。模具设计过程包括了模具的设计、加工和检验等多个环节，这些环节需要学生能够将理论知识有效地应用于实际操作中。模具设计涉及复杂的技术问题，包括材料科学、机械设计、计算机辅助设计（CAD）和计算机辅助制造（CAM）。这些技术的发展日新月异，要求教师和学生不断更新知识和技能，以适应行业的最新发展。

随着技术的发展和市场的变化，模具设计领域不断提出新的要求和挑战。这要求模具设计教育不仅要教授学生现有的知识和技能，还要培养其创新能力和解决问题的能力。在模具设计教育中，理论知识和实践技能的结合尤为重要。有效的教学方法应该能够帮助学生理解抽象的理论概念，并将这些概念应用于具体的实践项目中。模具设计教育需要结合行业需求，课程内容和教学方法应与行业标准和最新趋势保持一致，以确保学生毕业后其能力能够满足行业的实际需要。

综上所述，模具设计教育的特点要求教师不断探索和实施创新的教学策略，如采用游戏化教学，以提高学生的学习兴趣、参与度和实践能力。同时，教师也需要密切关注行业发展，确保教学内容的时效性和实用性。通过这种方式，模具设计教育可以培养适应行业未来挑战的专业人才。

2.2 面临的教学挑战

模具设计教育作为一种专业技术教育，面临一系列的教学挑战，这些挑战对于教师和学生都是不容忽视的。

（1）理论与实践融合的困难：模具设计教育需要将抽象的理论知识与具体的实践技能相结合，这一过程充满挑战。教师需要找到有效的方法来确保学生能够理解理论知识，并运用到实际操作中，这不仅要求教师具有深厚的专业知识，还要求具备创新的教学方法。

（2）保持技术更新的挑战：模具设计是技术不断发展的领域，新的设计理念、材料和制造技术不断涌现。教师需要不断更新自己的知识体系，同时也要更新教学内容，以确保学生能够学到最新的行业知识。

（3）培养学生创新能力的挑战：除了技术技能的培养，模具设计教育还需要培养学生的创新思维和解决问题的能力。这要求教师不仅要教授知识，还要激发学生的创造力和批判性思维能力。

（4）实践资源的限制：高质量的实践教学需要相应的实验设备和材料，这对于较多教育机构是一大挑战，资源的限制可能会影响实践教学的质量和学生的学习体验。

（5）学生个体差异的应对：在模具设计教育中，学生的背景、兴趣和学习能力存在差异。教师需要设计灵活多样的教学方法，以满足不同学生的学习需求。

（6）行业需求与教学内容的衔接：模具设计行业的快速变化要求教育内容能够紧跟行业的最新发展，教师面临如何将行业需求与教学内容有效结合的挑战。

这些挑战要求模具设计教育领域的教师不断创新教学方法，寻找新的教学策略（如游戏化教学），以提高教学效果，满足学生和行业的需求。同时，这也表明了模具设计教育领域在教学资源配置、课程设计和教师培训等方面需要进一步发展和完善。

3 游戏化教学策略实施

3.1 策略设计

3.1.1 教学活动设计

根据理论的启示，游戏化教学活动的实施可被分解为5个阶段：初步准备、激活环节、知识传授、深入探索以及评估环节[5]。在这5个阶段中，学生的参与难度逐步增加。为保障各阶段顺利进行，现对每一环节进行了详细规划。初步准备阶段主要涉及学生特性分析、教学内容与目标的细化、游戏规则的制定、游戏任务的确定以及游戏反馈的设计，这一阶段的核心目的是为后续教学活动的顺利开展做好准备工作。基于建构主义学习理论，强调学生在学习环境中的情境化知识构建，因此，教师在课程开始时需创设与学生高度契合的学习情境，故将游戏化教学的第二环节设定为激活阶段，该阶段旨在激发学生的学习热情，创造学习情境，并协助学生形成合作小组，增强组内协作。知识传授阶段包括教师对课程知识的阐述和学生的个人探索挑战。深入探索阶段是任务层次的提升和小组间的竞争，基于先前阶段的任务，进一步提升任务难度，小组间在规定时间内协作完成更高级别的任务。评估环节则是成果展示和奖励总结，展示内容包括任务完成情况和组内分工等，奖励总结意在认可个人和小组的表现，并由教师与学生共同回顾课堂知识，对课程内容进行总结。游戏化教学活动的整体流程表现为逐渐深入且系统化的过程[6]，如图1所示。

图1 游戏化教学活动流程

3.1.2 游戏化元素的融合

在模具设计课程的教学中，融合游戏化元素是提高教学效果的重要策略。游戏化元素的有效融合需要综合考虑教学内容、学生特性及教学目标，以下是在游戏化教学环境中融合这些元素的策略。

（1）目标∕挑战：在教学活动中，设定清晰具体的学习目标，让学生明确学习方向。在模具设计的课程中，这些目标可以是设计一个特定的模具部件或完成一个复杂的模具设计项目。随着学生熟练度的提高，目标的难度也相应提升，以激发学生的挑战欲望，并引导其进入“心流”状态[7]。

（2）竞争与合作：在模具设计的教学中引入竞争和合作元素，例如通过小组间的设计比赛来激发竞争意识，同时也鼓励小组内的成员合作解决设计难题。这种方式不仅提高了学生的参与度，还促进了团队协作和知识共享。

（3）奖励与反馈：在模具设计教学中，应用积分、徽章和排行榜作为奖励机制，激励学生的学习动力。同时，提供即时和持续的反馈，帮助学生了解自己的学习进度和需要改进的地方。

（4）时间限制与规则：设置合理的时间限制和明确的游戏规则，以增加学习活动的紧迫感和引导性。时间限制要适当，确保学生能够在压力下保持高效学习，而不是感到过度紧张。

（5）动力元素的应用：利用情感、叙事、进展和关系等动力元素，以提升学生的内在动机，例如通过故事情节将模具设计项目放入实际应用的背景中，让学生在完成设计任务的同时感受到自己的进步和在团队中的地位变化。

游戏化元素的有效融合能够显著提升模具设计专业教学的吸引力和有效性[8]，这要求教师不仅深入理解这些游戏元素的本质和功能，而且能够根据模具设计课程的特点灵活运用这些元素，创造一个既具有挑战性又富有成就感的学习环境。

3.2 实施过程

3.2.1 课堂应用

研究选择的对象是23级模具设计1班和2班的学生，这些学生生活中不可或缺的是现代信息技术产品，如手机和电脑等移动设备。由于互联网信息的快速传播，学生思想活跃，对知识和信息的选择表现个性化特征，喜欢通过互联网展示自己，并且重视他人的评价和认可。然而，学生普遍存在自我管理能力较差的问题，导致在校的有效学习时间较少。在课堂上，学生表现较消极，不愿意与同学和教师进行交流，更倾向于沉浸在网络世界中，导致课堂参与度和学习动力不足。较多学生在选择专业时对所学专业了解不足，对未来缺乏明确规划，在课堂学习中被动接受知识，缺乏主动探索，长此以往可能导致自信心不足，自我成就感低。因此，教师在教学中需要引导学生，激发其重返课堂的兴趣和积极性。

所选课程是高职一年级的《模具设计与制造》，该教材包含10个大的项目，是一门融合了冲压工艺与模具设计、塑料成型工艺与模具设计、模具制造技术等内容的必修课。通过学习这门课程，学生可以初步掌握冲压工艺及冲模设计的基础知识，了解冲模加工的特点，并具备编制冲压工艺规程的能力，同时也将掌握塑料模的基本结构和设计知识。课程的上课形式主要分为理论知识讲解和学生实训两大类，因此针对课程安排进行了案例选择，例如《拉深工艺与模具设计》主要通过教师讲授和引导，使学生掌握拉深模的设计工作部分；而《凸、凹模加工工艺制定》则是一门实训课，学生需要在规定时间内根据教师的任务完成操作。选择不同性质的课程是为了检验游戏化教学活动设计的普遍适用性，由于学生在课堂上的积极性和参与度并不高，教师需要通过有效的教学活动调动学生参与课堂的积极性。

3.2.2 学生参与与互动

（1）案例一：拉深工艺与模具设计。图2所示为案例一课堂测试分数分布情况，课堂测试结果显示特定的成绩分布特征。在48名学生中，仅有5名学生的分数位于60～70分，而大多数学生的成绩集中在80～90分。通过对60～70分的5份试卷进行分析，发现学生在拉深工艺计算方面出现错误，主要源于他们对拉深系数概念的理解不够透彻。相反，有29名学生的成绩在80～100分，表明大部分学生对课堂所讲授的知识掌握较好，说明本课程的基本教学目标已基本达成。该成绩分布反映学生对拉深工艺与模具设计课程内容的整体理解情况以及教学过程中需要关注的改进方向。

图2 课堂测试成绩分布

（2）案例二：凸、凹模加工工艺制定。在案例二中，通过分析学生在提交的实训作业完成情况，可以评估学生是否达到了该课堂的基本教学目标。实训作业的评分采用等级制，分为特别优秀、优秀、良好、合格和不合格。根据图3所示的实训作业评分分布情况，46名学生中大多数成绩在良好或更高等级，且没有学生被评为不合格，这表明学生通过游戏化教学活动对模具制造的工艺和方法有了良好的掌握。该现象不仅反映游戏化教学活动在提高学生学习效果方面的有效性，也突显了在高职教育中应用创新教学方法的重要性。通过这种方式，学生能够更加积极地参与学习过程，更好地理解和掌握专业知识。

图3 实训作业成绩分布

4 教学效果的评估与分析

4.1 学生学习成效

通过引入游戏元素到教学活动中，实现了对模具设计课程教学的游戏化，该方法已经在描述性统计分析中显示出积极效果：高职学生普遍对于游戏元素在教学中的应用表示认可。为了深入探讨游戏元素对学习效果的影响，从游戏元素的角度出发，分析其对学生学习成效的具体影响。学习效果被划分为4个维度：技术技能提升、创新思维培养、实际操作能力、团队协作与沟通[9]。为了展示不同游戏化元素如何在不同学习成效维度上产生影响，用1～5分的评分机制体现，其中5分代表极大的正面影响，1分代表极小或无影响。模具设计课程中游戏化教学元素对学习成效影响评估如表1所示。

表1 模具设计课程中游戏化教学元素对学习成效影响评估

4.2 策略的有效性评估

在对高职《模具设计与制造》课程中应用游戏化教学策略的研究中，深入分析和评估该策略的有效性，不仅关注学生的客观外在表现，还通过科学方法量化游戏化教学对学习成效的影响。

（1）教学策略与学习动机的关联：游戏元素的引入提升了学生的学习动机，这种提升不仅源于游戏化环境的趣味性，还与游戏机制中的目标设定和即时反馈有关[10]。游戏化环境创造了一个激励性的学习氛围，使学生能够在达成具体目标的同时获得成就感。

（2）认知过程的深化：通过游戏化教学，学生在认知学习过程中表现更高的参与度和理解能力。游戏化策略如角色扮演和模拟环境提供了丰富的情境学习机会，促进了学生对模具设计原理和应用的理解。

（3）情感态度的正向变化：学生在游戏化教学活动中展现了更积极的情感态度。游戏元素如故事情节和团队挑战增强了学习的吸引力，使学习变得更为生动和令人兴奋，提高了学生的情感投入和满意度。

（4）合作交流技能的提升：游戏化教学环境促进了学生之间的合作交流。团队挑战和协作任务要求学生共同协作解决问题，这不仅增强了他们的团队合作能力，还提升了沟通技能。

（5）量化分析与多元回归：采用统计分析软件对游戏元素与学习效果的4个维度进行了相关性和回归分析[11]。通过建立标准化回归方程，研究揭示了不同游戏元素对不同学习维度的具体影响，为游戏化教学策略的进一步优化提供了数据支撑。

研究不仅证明了游戏化教学策略在高职《模具设计与制造》课程中应用的有效性，还通过量化方法探讨了其对学习动机、认知、情感态度和合作交流等多个维度的积极影响。这些发现对于理解和提升游戏化教学的实践应用具有重要意义，同时也为未来教育教学方法的改革和发展提供了理论依据和实践指导。

5 结束语

在对高职《模具设计与制造》课程中实施游戏化教学策略的研究过程中，通过系统的理论分析和实证研究，全面评估了游戏化教学在技术教育领域的应用效果和影响，强调了创新教学方法在技术教育中的重要性。游戏化教学作为一种新兴教学模式，为传统的高职教育带来了新的活力和可能性，有助于激发学生的学习潜能，提高教学质量。研究结果表明，游戏化教学策略在提升学习动机、深化认知理解、优化情感态度及促进协同互动方面具有显著效果。这不仅为游戏化教学在模具设计课程中的应用提供了实证支持，也为其他技术类课程提供了可借鉴的教学模式。未来的研究可以进一步探讨游戏化教学在不同学科和不同教学环境中的应用效果以及如何有效融合新兴技术（如虚拟现实、增强现实）来丰富游戏化教学的内容和形式。

游戏化教学作为一种有效的教学方法，在高职教育中展现巨大的潜力和价值。通过持续的研究和实践，游戏化教学有望成为提升技术教育质量和效果的重要工具，为培养创新型技术人才做出贡献。