数学板书设计 三维情境式教育游戏软件的设计与案例研究
时间：2019-01-14 03:32:23 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
【摘要】目前教育游戏“娱教分离”的问题还比较严重。文章结合情境认知理论,提出情境式教育游戏的理念,尝试利用虚拟现实技术创设适合学习者探究的游戏化学习情境以激发学习者的动机和探究兴趣。文章对情境式教育游戏软件的设计和开发要点进行了详细的阐述,并概要介绍了该研究设计的游戏案例,试用效果表明学习者对情境式教育游戏有着较高的认同度,将结构化的知识融入到情境式教育游戏中是可行的。
【关键词】教育游戏;情境认知;虚拟现实
【中图分类号】G420 【文献标识码】A 【论文编号】1009―8097(2009)07―0078―04
一 问题的提出
作为近年来发展最迅猛的互联网产业之一,游戏对青少年产生了深远的影响。将游戏应用于教育教学之中的探索从未停止过,人们总是试图寻找一条游戏与教育结合的完美途径,从而利用游戏在动机方面的力量为使学习更为有趣[1] 。这种努力包括两种取向,其一是通过精心选择将有教学价值的游戏直接“拿来”,应用于课堂教学的适当阶段以得到所预期的激发动机的目的,其二是改编或开发游戏为课堂教学所用[2] 。Kirriemuir和McFarlane的研究表明将游戏直接应用到课堂中是有障碍的,从而提出了“运用主流游戏的清淡版本于课堂的思想”[3]。但游戏通往与教育的结合之路似乎并不顺畅,一个突出的原因就是很难在游戏的游戏性和知识性中寻找一个平衡点,无缝的融合则更是难上加难,以至于“寓教于乐”的网络游戏鲜有成功的商业案例。
同将游戏直接应用于教学,实现特定目标的直接应用遇到的瓶颈相比,采用游戏的形式创设学习情境近些年却有了较成功的探索。如“第二人生”网络游戏融合了联网游戏和在线虚拟社区的诸多概念,提供了积极的、浸润式的数字化游戏式学习环境,应用效果良好[4] 。理论研究方面,早在上世纪90年代后,研究情境认知和情境学习以及情境化人工智能的热潮已在认知科学领域出现;建构主义学习理论里也对情境创设有完整的理论和方法体系支撑;技术方面,虚拟现实技术的应用为创设沉浸式的学习环境,给学习者提供逼真的学习情景提供了可能,其同游戏开发结合,也是当前游戏开发的重要方向。依托虚拟现实技术,从“情境”角度出发,尝试利用游戏创设适合学习者探究的逼真的游戏化学习情境,重点关注情境对学习者的内在支持,对促进游戏应用于教学有着重要的实践意义。
二 情境教育和情境式教育游戏
情境教育来源于关于认知与情境学习理论的相关研究和实践。该理论指出学习者参与基于社会情境的一般文化实践是个人知识结构形成的源泉,在特定情境中获得的知识比所谓的一般知识更有力和更有用,因此要将学习置于知识产生的特定的物理或社会情境中[5]。情境认知已成为一种能提供有意义学习并促进知识向真实生活情境转化的重要学习理论。依托于情境认知理论,人们开展了大量的情境教育实践,这类实践一般将教育、教学内容镶嵌在一个多姿多彩的大背景中,关注学习者在自然情境中的认知和环境对于学习者学习效果和智能的影响,并通过改进环境的设计来影响学习者的学习行为和学习结果。
我们所提出的情境式教育游戏是情境教育的一种特殊实践形式。所谓情境式教育游戏是指以创设游戏化学习情境为主要目的,通过逼真的问题情境,富有真实感的具体场景或氛围,激发和吸引学生主动学习的一类教育游戏。情境式游戏有别于一般的闯关或打斗类教育游戏,其将游戏设计的重点,放在游戏情境的创设上,力图使游戏玩家能够沉浸于游戏环境中,并通过情境引发学生内心的触动,从而获得一份真实的寓学于乐的游戏体验。情境创设主要有通过游戏场景设计创设情境,运用角色扮演融入情境,引领学习者参与任务探索情境等三种方式。
三 情境式教育游戏软件的策划与设计
情境式游戏剧本的设计一般要包括游戏主题,故事背景、游戏场景、游戏任务、过关策略、活动流程图、游戏地图表、角色设计、角色对白设计、知识辅助表、道具设计、玩家操作设计等设计元素。其中有些元素是所有游戏共用的,遵循游戏设计的基本规律,下面选取其中的几个在设计情境式教育游戏需要特别注意的关键元素进行阐述:
1 游戏主题与故事背景设计
情境式教育游戏主题的选择要根据需求分析的结果来选择,跟一些社会现象是相关的,不能凭空设想。比如在需求分析阶段,了解到目前中小学所需的一些知识点,然后根据这些知识,联系社会上的一些现象或学生经验,设立主题,将相关知识融入到游戏的场景和任务设计中去。学习者玩游戏的过程,就同其学习过程无缝结合起来。例如本文案例中所给的剧本案例,主题与生态环境的保护有关。情境式教育游戏的故事背景营造了游戏发生的氛围,交代了时空背景,其设计要突出体现娱乐性。故事背景不宜太复杂,或者离学习者的生活经验和知识背景太遥远,一般应该选取其熟悉的故事蓝本或生活中的现象等为背景,并将游戏主体融入到这个背景中去,激发学习者的学习兴趣。
2 场景与任务设计
情境式教育游戏可以通过游戏场景设计,构成一系列“戏剧式”故事情境。按照玩家在场景中的任务不同,情境式游戏的场景可以氛围“演示型”场景和“任务型”场景。前者主要通过三维动画,展示故事的发生背景,交代游戏操作规则或任务,展示过关后的场面效果等,玩家在此场景中一般以获取信息为主,无具体操作任务,主要用于游戏的首场景,转场场景和游戏结局中。后者是学习者主要操作的场景,要扮演游戏角色,根据提示完成游戏中的相关任务,达到游戏的过关要求。在“演示型”场景的设计中要尽量合理地交代游戏的背景知识,营造刺激学习者主动学习探究的氛围,清晰地交代任务,并在切换场景中,给予学习者鼓励或建议性反馈。在“任务型”场景设计中,要注意场景中任务的独立性,有着清晰的完成任务的路线图,并合理分配各任务在场景中的空间和时间分布。
任务设计要根据形象记忆法的原理,结合具体的学科特点将教学内容融入到游戏任务中。任务的规划要根据教学内容具体设计,并注意由浅入深,合理布局难易程度。学习者完成任务的路径和任务达成的标志要非常明确。同时要注意在完成任务中,增加激励因素,如达成任务,“体力”、“智力”和“生命值”得到提升等,一方面增加了学习者的乐趣,另一方面,也使其学习兴趣保持得更为持久。
3 玩家角色和NPC的设计
NPC相当于现实生活中的老师,不但引导着玩家进入游戏情境中,并走向下一步,还可以教会玩家一些知识。要结合游戏的内容和学习者的年龄特征,设计个性化、鲜明的NPC,同时注意学习者和各NPC角色的交互设计。这种交互,一方面体现在对白上,不要单调呆板,甚至可以尽量夸张一些,带上一些幽默的成分,以增加娱乐性;另一方面,是学习者和NPC的“格斗”交互设计,这是体现游戏趣味性的重要方面,可以赋予各NPC不同的“功能优势”,玩家通过在任务中的“修炼”,达到可以打败相应NPC的目的。
四 情境式教育游戏案例-《拯救守护神》
结合情境式教育游戏的设计理念,我们开发了一款针对小学高年级学生策划的,以环保为主题的情境式三维互动教育游戏《拯救守护神》。游戏的开发引擎采用Virtools Dev 4.0。
1游戏的背景和主题
故事的背景来源于中国古代的神话传说,并被赋予了新的含义。传说维护生态平衡,守护天下的四圣兽(青龙、白虎、朱雀、玄武)受到心魔的禁锢,导致生态环境破坏,加上人为因素加剧了生态恶劣,使得民不聊生。为了解决这个问题,学习者扮演的“寻神勇士”开始出发寻找四方神兽以此来挽救生态环境,拯救人类。
游戏的主题是使玩家了解到保护生态环境平衡的重要性。游戏中的每个守护神都赋予了不同意义,例如拯救掌管水的青龙象征着治理被污染的水土;拯救掌管空气的白虎象征着治理被污染的空气;拯救掌管天体的玄武对应星空探索;拯救朱雀与治理疾病,人类健康有关。每个游戏过程,都自然地融入中小学的相关知识。使玩家在玩游戏的过程中就像在进行环保一样,而在环保过程中认识了生态平衡的重要性以及知道空气污染、水土污染、生物疾病和星球的相关知识等。
2 游戏的流程和场景设计
由于每个“守护神”代表着不同的含义,游戏者找到并拯救全部的四个“守护神”才能完成游戏。在寻找每个“守护神”过程中,游戏者都要完成特定的任务。下面以寻找“白虎”守护神来表述游戏的流程设计。场景转换步骤如下:
第一幕:选择守护神
勇士来到续命谷,续命谷的谷主将守护神被取走魂魄的事情告诉勇士,请勇士去拯救守护神。守护神白虎、青龙、玄武和朱雀被困在不同的地方,一次只能救走一个。勇士要选择自己想拯救的守护神。
第二幕:拯救白虎
由于白虎的魂魄被七星封魄阵困在白虎山上,勇士得想办法到白虎山去破阵救出白虎的魂魄。勇士根据谷主的指引来到了杏花村。
场景一,在杏花村,分别遇到牧童、智者、和农夫。智者告诉勇士只有配制黑火药才可以炸开挡住去路的水晶石,为此要获得木炭、硝石和硫磺。途中,勇士帮助农夫找回了锄头。农夫因为感激送给他一些木炭,并带他到万安镇去买硝石。
图2 玩家向牧童问路场景,牧童“遥指杏花村”
场景二,随着农夫来到了万安镇,在万安镇除去恶霸,打工赚钱买硝石。买完硝石后就去硫磺洞去取硫磺。
图3 玩家在万安镇和恶霸搏斗场景
场景三,来到硫磺洞,遇到智者。智者告诉勇士硫磺洞有毒气,嘱咐勇士要小心。勇士离开智者后,去取防毒面具。有了防毒面具便进入硫磺洞,打到了怪物,取得了硫磺。
图4 玩家在硫磺洞和怪物搏斗场景
场景四,玩家把获得的碳,硝,硫磺按照比例配置成炸药,炸开了通往“白虎山”的石门,破解了七星封魄阵,到达了“白虎山”,并且种上了花草树木,空气得到了净化,白虎重现,该关节拯救完毕。
3 游戏中融入的教育知识
在本环节的游戏中,涉及到多个学科的知识。语文方面,玩家置身杏花村场景,并遇到做出“遥指杏花村”的动作提示的牧童,营造了杜牧的古诗《清明》的情景。化学方面,营造了一个配置炸药的问题情境,玩家要破解“七星封魄阵”的任务,这一问题在游戏中被分解为寻找木炭,硝和硫磺,并要按照比例配置。其过程如下表所示:
环保知识方面,玩家了结了二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳四种气体,其中有些是毒的气体还要寻找去除毒气的方法(如可用氨水,或者亚硫酸钠和硫酸除去二氧化硫);可以用绿色植物来净化空气等,为此需要多种植各种花草树木等。数学知识方面,配置炸药的过程,需要计算各成份的重量。德育方面,营造了拾金不昧,锄强扶弱的正面教育氛围。在游戏场景里还隐含了地理知识等。
4 游戏的试用效果
基于需求调查结果,本文研究团队完成了游戏的设计和开发,并将最终开发的案例拿到深圳小学试用,大部分学生反馈游戏趣味性和知识性都比较强,玩游戏的过程比较自然顺畅,没有感受到“在做题”的生硬感觉。进一步对游戏中所含知识的抽查也表明,学生对相关知识的掌握良好。显示学生对本游戏案例有着较高的认同度,通过情境式教育游戏,创设学习环境是可行的。
五 总结和展望
一个优秀的教育游戏软件应该是教学艺术和技术的完美统一。通过虚拟现实等仿真技术,构建沉浸式的教育游戏情境,为学习者营造一个逼真的探究环境,可以有效整合学习环境和娱乐环境,将学科知识有机整合到游戏场景中,从而有益于学习者的情境认知。同时,本文的研究也表明,教育游戏的策划和设计(特别是脚本设计)对体现教育游戏的教育性起着至关重要的作用,应该在后续的研究和应用中得到充分重视。
尽管虚拟现实技术对启发青少年在游戏中的创意体验,娱教于乐,充分体现教育与游戏相结合有着重要意义,但其应用于教育游戏还有一定的技术门槛。特别是目前的游戏引擎大多是商业游戏引擎或者通用三维漫游引擎,尚没有出现一款专门针对教育游戏开发,内置多样化场景和角色模板的简单易用的教育游戏开发引擎,使得情境式教育游戏软件的推广和应用还存在着较大的难度,设计和开发目前还属于研究机构或商业公司的工作范畴,一线教师大多还不能像制作普通多媒体课件一样,制作情境式教育游戏软件。在此方面的研究,将对教育游戏开发的“平民化”有着重要意义,也应是下一步教育游戏发展的方向。
参考文献
[1] Kirriemuir, J. & McFarlane. Literature Review in Games and Learning [DB/OL].
[2] 苏冠铭.引发学习动机的最佳方案:电脑游戏[DB/OL].省略u.edu.tw/TANET2001/TANET2001_Papers/J130.doc.>
[3] 马颖峰,贺宝勋.网络游戏式活动课程――游戏与教育结合的平衡点探微[J].现代教育技术. 2005, (6):35-38.
[4] 王旭卿.“第二人生”与数字化游戏式学习环境[J].远程教育杂志.2007,(4):76-78.
[5] 高文.情境学习与情境认知[J].教育发展研究.2001,(8):30-35.
[6]教育游戏研究网.国内网络游戏厂商们所使用的游戏引擎[DB/OL].
