（教育技术学专业论文）以卤族元素为实例的严肃游戏型学习软件的研究与设计.pdf

四川师范大学硕士学位论文 以卤沃元素为实例的严肃游戏型学习软件的研究与设计 教育技术学专业 研究生牟娅指导教! j 币黎 明 摘要随着信息技术的快速发展和计算机网络的逐渐普及，游戏型 学习软件产业也蓬勃发展。但纵观其产品，从年龄的适应度上看，为高 中阶段开发的相对较少；从学科的应用度上看，数理学科相对较少。因 此，研究严肃游戏应用于教育教学实践方面具有十分重要的意义。 本课题通过分析当前游戏型学习软件在教学应用中存在的问题及 产生的原因，提出了支持操作性课程的游戏型学习软件的设计方案，旨 在解决游戏型学习软件在教学应用中的弊端，以此来提高中学教学质量 和教学效率。 本课题针对学生的知识巩固这一重要环节加以游戏化，以严肃游戏 设计思想为指导，运用f l a s h 开发平台，探讨并实践了中学化学学科严 肃游戏型学习软件的设计与开发，并在高中学生中试用该开发软件，对 试用后得到的相关实践数据，进行了分析处理与深入研究，在此基础上 完成本毕业论文和毕业设计实例。 本课题共包括五个章节。各个章节内容如下： 第一章讲述了本课题的研究背景及意义、分析比较了相关概念、 从理论研究和开发实例研究两方面对严肃游戏的国内外研究现状做了 较全面的总结，介绍了研究目标、内容和方法。 第二章介绍了严肃游戏型学习软件设计与开发的理论基础，包括 严肃游戏理论、动机设计理论、沉浸理论、投影身份理论、有意义学习 理论和生成学习理论等。通过对理论的系统研究，论述了将其引入本设 四川师范大学硕士学位论文 计实例的理由和形式。 第三章着重论述了卤族元素严肃游戏型学习软件的设计，包括前 期调研、教学设计和游戏设计。 第四章介绍了卤族元素严肃游戏型学习软件开发案例的实现途 径，包括软件总体框架结构、游戏场景、软件功能模块的实现、软件的 整合、软件的调试发布和游戏软件的试用与评价。 第五章总结与展望，总结了本课题的研究成果，并指出存在的问 题与不足和下一步的研究工作重点与方向。 关键词：严肃游戏学习软件卤族元素 i l 四川师范大学硕士学位论文 r e s e a r c ha n dd e s i g no ns e r i o u sg a m e s l e a r n i n g s o f t w a r eb a s e do na ne x a m p l eo fl u z ue l e m e n t s m a j o r ：e d u c a t i o n a lt e c h n o l o g y g r a d u a t es t u d e n t ：m o uy a s u p e r v i s o r ：l im i n g a b s t r a c tw i t ht h er a p i d d e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g ya n d p o p u l a r i z a t i o no fc o m p u t e rn e t w o r k ，t h eg a m et y p eg r a d u a l l yl e a r n i n g s o f t w a r ev i g o r o u sd e v e l o p m e n t b u tt h r o u g h o u tt h ep r o d u c tf r o mt h ea g eo f f i t n e s s ，f o rt h eh i g hs c h o o l s t a g ed e v e l o p m e n to fr e l a t i v e l yl e s s ，t h e a p p l i c a t i o no ft h ed i s c i p l i n e ，t h em a t h e m a t i c a ls u b j e c td e g r e ei sr e l a t i v e l y r a r e t h e r e f o r e ，t h es t u d ys e r i o u sg a m ea p p l i c a t i o ni ne d u c a t i o nt e a c h i n g p r a c t i c eh a st h ee x t r e m e l yv i t a ls i g n i f i c a n c e t h i st o p i ct h r o u g ht ot h eg a m ei nt h et e a c h i n go fl e a r n i n gs o f t w a r e a p p l i c a t i o no fe x i s t i n gp r o b l e m sa n dr e a s o n sa n dp u t sf o r w a r dt h ep r a c t i c a l c o u r s eo fg a m et y p es u p p o r td e s i g no fs o f t w a r e ，l e a r nt os o l v eg a m et y p e t e a c h i n ga p p l i c a t i o ns o f t w a r eo nl e a r n i n g ，i no r d e rt oi m p r o v et h et e a c h i n g q u a l i t ya n dt e a c h i n ge f f i c i e n c yi nm i d d l es c h 0 0 1 t h i st o p i ci nt h es t u d e n t s k n o w l e d g ea n dc o n s o l i d a t et h ei m p o r t a n tl i n k t og a m e ，w i t ht h eg u i d a n c eo fs e r i o u s g a m ed e s i g n ，f l a s hd e v e l o p m e n t p l a t f o r m ，t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ep r a c t i c ea n dt h em i d d l es c h o o lc h e m i s t r y d i s c i p l i n e ss e r i o u sg a m el e a r n i n gs o f t w a r ed e s i g na n dd e v e l o p m e n t ，a n d w i l ld e v e l o ps o f t w a r ei n h i g hs c h o o ls t u d e n t st ot r ya n dg e tt h er e l e v a n t p r a c t i c ea f t e rt h et r i a ld a t ap r o c e s s i n ga n da n a l y s e st h o r o u g hr e s e a r c h ，o n t h eb a s i so ft h eg r a d u a t i o nt h e s i sa n dg r a d u a t i o nd e s i g ne x a m p l e s i n 四川师范大学硕士学位论文 t h i st o p i ci n c l u d e sf i v ec h a p t e r s e a c hc h a p t e rc o n t e n ta sf o l l o w s ： t h ef i r s tc h a p t e ro ft h i st o p i cr e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e ， a n a l y s e sa n dc o m p a r e st h er e l a t e dc o n c e p t sa n dt h e o r e t i c a lr e s e a r c h a n d d e v e l o p m e n tf r o mt w oa s p e c t so f c a s es t u d yr e s e a r c hs t a t u so fs e r i o u sg a m e m a d eac o m p r e h e n s i v es u m m a r y , i n t r o d u c e st h er e s e a r c ht a r g e t ，c o n t e n t s a n dm e t h o d s ， c h a p t e r2i n t r o d u c e ss e r i o u sg a m i n gl e a r n i n gs o f t w a r ed e s ig na n dt h e d e v e l o p m e n to ft h et h e o r yb a s i s ，i n c l u d i n gs e r i o u sg a m et h e o r ya n dd e s i g n t h e o r y , m o t i v a t i o nt h e o r y , p r o j e c t i o n i d e n t i t yt h e o r y w a sm e a n i n g f u l l e a r n i n gt h e o r y , a n dl e a r n i n gt h e o r y t h r o u g ht h er e s e a r c ho nt h et h e o r yo f s y s t e m ，t h i sp a p e rd i s c u s s e st h ed e s i g no ft h ei n t r o d u c t i o no ft h er e a s o n s a n de x a m p l e s t h et h i r dc h a p t e rf o c u s e so nt h el u z ue l e m e n ts e r i o u sg a m es o f t w a r e d e s i g no fl e a r n i n g ，i n c l u d i n gr e l e v a n tt e a c h i n gd e s i g na n dp r o p h a s es u r v e y , g a m ed e s i g n ， t h ef o u r t hc h a p t e rl u z ue l e m e n ts e r i o u sg a m em o d e lo fc a s es t u d y s o f t w a r ed e v e l o p m e n t ，i n c l u d i n gs o f t w a r ef r a m e w o r ks t r u c t u r e ，g a m es c e n e ， s o f t w a r ef u n c t i o no ft h em o d u l e ，t h es o f t w a r ei n t e g r a t i o n ，s o f t w a r e d e b u g g i n ga n dt h et r i a la n de v a l u a t i o ns o f t w a r e ， t h ef i f t hc h a p t e rs u m m a r i z e sa n dp r o s p e c t s ，s u m m a r i z e st h er e s e a r c h a c h i e v e m e n t so ft h i st o p i c ，a n dp o i n t e do u tt h ee x i s t i n gp r o b l e m sa n d f u r t h e rr e s e a r c hw o r ka n dd i r e c t i o n k e y w o r d s ：s e r i o u sg a m e s ；l e a r n i n gs o f t w a r el u z ue l e m e n t s i v 四川师范大学学位论文独创性及 使用授权声明 本人声明：所呈交学位论文，是本人在导师鍪咽指导下，独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究 做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法 律结果由本人承担。 本人承诺：已提交的学位论文电子版与论文纸本的内容一致。如因 不符而引起的学术声誉上的损失由本人自负。 本人同意所撰写学位论文的使用授权遵照学校的管理规定： 学校作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者须授权所在 大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生必须按学 校规定提交印刷版和电子版学位论文，可以将学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库供检索；2 ) 为教学、科研和学术交流目的，学校可 以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、资料室等 场所或在有关网络上供阅读、浏览。 本人授权中国科学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位 论文全文数据库，并通过网络向社会公众提供信息服务。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名：牟娩 签字日期：挪p 年明) 日 导师签名： 藤。峭 签字日期：归年r 月p 日 四川师范大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 提到“严肃游戏 的研究，很多人感到陌生，认为是一门新兴的学 科。“严肃游戏”的使用确切地说比“计算机简介 、“电子设备和娱乐 等还要早得多。早在1 9 7 0 年出版的严肃游戏一书中，美国著名学 者c l a r kc a b t 就讨论过这个观点，并且第一次运用到这个术语。 严肃游戏简单的说可以理解为将传统游戏用科学的方法应用于教 育、医疗、培训、管理等实践，摆脱单纯游戏的目的，以游戏为手段提 高相关应用领域的娱乐性。 严肃游戏的提出始于上世纪八十年代，主要应用于教育科研和社会 培训等领域。严肃游戏由于在学校、社会培训机构和众多公司的应用实 践中效果良好，引发了对其进一步研究的热潮。在2 l 世纪的美国，严 肃游戏应用在企事业培训市场中所占的市场份额已相当惊人，在其他教 育相关领域也占有一定比例，是一种更为有效、强大甚至堪称革命性的 教育手段。国外现在已有很多专门致力于严肃游戏研发的公司和机构， 在推广应用方面正向着教育相关领域延伸。 从国外的发展应用现状看来，其应用范围远超过传统游戏，是对传 统游戏的改良，其发展前景较好。 相对而言，在国内对严肃游戏的研究开始得相对较晚，还处于起步 阶段，很多领域的应用还有待于我们的探索。 1 1 2 研究意义 经过将近十个年头的发展，严肃游戏型教学模式渐渐形成规模，但 纵观其产品，从年龄的适用度上看，适用于小学生的所占比例较大；其 次是有关中学生的，适合高中学生的产品较少。这与各个阶段的学生的 特征有很大的关系；从开发频率上看，主要集中于中小学语文、数学、 英语等科目上，少数是关于化学、生物、计算机等科目的，在不同程度 上忽略了其它科目的均衡发展。本课题关注到以上几个方面的缺陷，针 四川师范大学硕士学位论文 对学生的知识巩固这一重要环节加以游戏化，增加趣味性，这样既能够 保证知识内化的质量，又能够体现分层检查的机动性，最大限度地激发 各层次学生的学习热情。本课题不仅出发点新颖，而且可行性较高。本 研究具有以下三个方面的意义： ( 1 ) 本课题以操作性较强但生活中不便于实验的化学学科为基础，进 行严肃游戏型学习软件的设计与研究。它能为化学教学提供新思路、新 资源，一是对于化学必修课程教学状况改革的一种有益探讨。 ( 2 ) 本课题的研究将为教育教学中类似学科的游戏型学习软件的研 究和开发提供一定的借鉴，对于操作性较强的学科的教育发展具有开拓 意义，是教学方式在信息化环境中一定程度上的创新。 ( 3 ) 本课题探讨性地提出严肃游戏型学习软件开发的教学设计、游戏 设计和框架设计的一般结构，对游戏型学习软件实际开发与设计过程的 指导能起到相应的补充作用。 1 2 相关概念阐释 学习软件是以知识学习为主要目的，内容的呈现上多采用直接展现 方式。从某种意义上说，可以把学习软件看成是学习课件或者学习视频 文件等。学习软件在学习者的学习过程中充当教师这一角色，无论是在 内容的呈现上，还是在知识的输出上，都有相对独立性和权威性。 游戏软件是以游戏为主，开发的初衷是让游戏玩家在游戏过程中， 通过完成相应的任务，体会到其中的趣味性。但对于教育目的方面并无 相关要求，甚至有的游戏软件还存在反面教育效果。 严肃游戏是视频和计算机游戏的一种，包含各种游戏的基本特性【2 】。 严肃游戏有多种风格，具有游戏的外观与要素，但其核心目的并不是普 通游戏的娱乐目的。1 3 】严肃游戏是在游戏外观的感觉下对于现实事件或 过程的模拟，通过这种模拟给予使用者一种可玩的体验，其主要目的是 训练或教育使用者。 严肃游戏型学习软件遵循游戏的机制，是以游戏作为教学的手段， 使教学具有游戏的形式，通过发挥游戏的功能以实现教育价值。它拥有 2 四j i j 师范大学硕士学位论文 明确的游戏目标，这些目标正是内化前的学习者的学习目标，学习者在 进行游戏的过程中逐步达到这些目标，从而完成游戏设计者设计该软件 的初衷，完成对应教学任务。 本课题研究的严肃游戏型学习软件是以游戏为本体，具有游戏的要 素与特征，其目的是用于教育或学习，关注点是游戏化元素下的学习与 教育。严肃游戏型学习软件作为严肃游戏具体应用中教育或学习的客体 和具体的表现形式，作为学习或教育的工具，作为学习或教育的过程， 其重点是保障学习与教育。 综上所述，学习软件、游戏软件、严肃游戏、严肃游戏型学习软件 四者之间可做出如下关系示意图： 图1 - 1 学习软件、游戏软件、严肃游戏与严肃游戏型学习软件的关系图 1 3 国内外研究现状 1 3 1 国外研究现状 国外研究时间相对较早，在理论与实践方面取得了较大成就。 在理论研究方面引起学术界重视的有： 美国的马可普恩斯基在 d i g i t a lg a m e b a s e dl e a r n i n g ) ) ( 2 0 0 1 年) 四川师范人学硕士学位论文 一文中论述了基于游戏学习的思想，指出了将游戏应用于教育、培训中 的意义，他认为学习的革命不仅是简单的学习设备、学习方法、学习管 理方式的改变，而应该是学习观念和感受的改变，学习应该是快乐的学 习，不应让人觉得“枯燥 。他认为，将游戏融合于教育中，用游戏的 方式来实现教育的目的，给教育以娱乐性，对于未来的教学非常合适。 芬兰的k r i s t i a nk i i l i 提出了体验式游戏模型【4 】。该模型将游戏与教育 组合在一起，并提出了游戏教育中游戏型学习软件应具有的特点：在游 戏中学习时，应能给学习者以明确的指导，随时反馈学习状况，让学习 者在游戏的过程中不迷失；在游戏学习中，应及时提供学习者检查自己， 与其所学知识点相匹配的挑战，以巩固和提高学习效果。 m a j ap i v e c ，o l g ad z i a b e n k o & i r m g a r ds c h i n n e r t 5j 提出了研发游戏型 学习软件的基本步骤：首先明确教学目标，然后将教学目标虚拟化为游 戏中角色的任务，再通过完成任务的游戏细节设计，融合相关知识点， 穿插活动，以游戏交互的形式完成学习内容。 由a l a na m o r y ，r o b e r ts e a g r a m t 6 】提出的g a p ( 游戏成就模型) 是一种 游戏型学习软件研发的有效方法。 在软件开发方面社会影响突出的有： 美国的g a m e 2t r a i n 公司推出系列游戏型学习软件，如：t h eb a t t l eo f t h eb r a i n s 、t h em o n k e yw r e n c hc o n s p i r a c y 、k n o w le d g et o u r n a m e n t 等。 微软公司和麻省理工学院联合推出g a m e s t o t e a c h 项目，提出“现 代教学法十艺术化游戏环境= 下一代教育媒体的设计理念，【_ 7 】并成功开 发适合于多学科的游戏教学软件。 加拿大的i n l i g h te n t e r t a i n m e n t 公司开发了一系列有趣的游戏型学习 软件，广泛应用于学校等教育机构，学科涉及数学、英语等，游戏类型 多样，有卡通游戏、拼图游戏、语音动画游戏等。 英国的i m m e r s i v ee d u c a t i o nl t d 联合剑桥大学制作r p g 游戏型学习 软件k a r 2 0 u c h e ，将学习者学习过程加入到角色扮演中，通过角色在游 戏中进行一系列的交互性的游戏活动( 如：制作照片、制作动画、制作电 影、出版图书等) ，完成包括理论知识，扩展知识、操作知识的学习。 4 四川师范大学硕士学位论文 法国的游戏型学习软件以凡尔赛：宫廷疑云和埃及：法老五之 墓为代表。凡尔赛：宫廷疑云通过游戏为大家讲述法国文化，游 戏者在解疑的同时，愉快的学习文化知识。埃及：法老王之墓通过 角色的扮演让你在游戏中了解古埃及政治、经济、宗教、文化知识，仿 佛置身于埃及现实生活中一样。 韩国的k i d n k i d 公司开发的“b u b b l es h o o t e re d u p a n g p a n g ”是适用 于5 1 8 岁儿童的游戏型学习软件系列。该系列游戏着力于小朋友语言学 习与绘画学习等，是游戏型学习软件领域在韩国的杰出代表。 网站“v i r t u a ll i b r a r y ：s c i e n c e ：c h e m i s t r y ，是游戏型学习软件产 业在化学学科领域的佼佼者，它以趣味化学的理念，在网上提供了很好 的游戏和学习的舞台，其中游戏栏目的设置充满趣味，耐人寻味。 c h e m i s t r y ( w e b i n t e r w a r e h u f r e n z y c h e m o r y ) ，也是化学学科的游戏型 学习软件网，对所有对化学感兴趣的朋友均适合，其玩法多样，不过细 心的你只要仔细回味就能发现，不管是它里面的对对碰游戏，还是连连 看游戏，都只不过是过去化学考试试卷上填空题、选择题或连线题的游 戏实现，你虽然是在玩游戏，但事实上，你就是在学习化学。瞵j q u i aw e b ( w w w q u i a e o m d i r c h e m ) ，除了化学之外，还涉及了其它各 门学科，它的游戏形式全部采用小型动画游戏，机器配置要求低，游戏 速度快，在网上使用者极多。 2 0 0 5 年6 月，成功的英国开发商闪雷游戏公司( b l i t zg a m e s ) 成立 了促新部( t r u s i m ) 一个专门为军事、健康护理、公司和教育市场 开发严肃游戏的部门。同样，2 0 0 6 年，日本公司安尼斯次方( s q u a r ee n i x ) 与出版商佳( g a k k e n ) 携手开发了一款严肃游戏s g l a b s 。位于西雅图 的中比( z o m b i e ) 工作室不仅拥有几十款个人游戏，它还为防护装备制 造商和美国军方开发了模拟训练游戏。马里兰州杭特谷( h u n tv a l l e y ) 的突破( b r e a k a w a y ) 游戏公司，拉零( r a l e i g h ) ，以及纽约市的史诗 ( e p i c ) 游戏公司都曾成功开发出混合模型，后者的u n r e a le n g i n e 技术 已应用到职业训练游戏和个人游戏上。 随着计算机软件技术的发展，许多针对化学领域的软件被开发出来， 5 四川师范大学硕士学位论文 1 9 】比较流行的逃出化学室，现在世面上已经有各个不同的版本。这类 游戏设置了一定的游戏情境，玩家以成功地在该实验室找到所需的各个 必备物品，最后配制出要得到的物品，达到逃出实验室的目的。玩这类 游戏的玩家在没有游戏攻略的帮助下很难独立完成，但是一旦有了游戏 攻略，那么再次玩这个游戏的时候就相当于机器操作。 有一款具有代表性的化学游戏叫做化学守城在游戏中玩家可以 通过控制不同颜色药水用量的大小，自己配制出不同杀伤力的弹药。每 消灭一个敌人，玩家都能得到相应的经验和金钱，玩家可以用这些金钱 购买药水或具有特殊功能的能力，比如说弹药的破坏性爆炸、邪恶的蒸 汽、加速加弹等等。游戏难度随着玩家的过关而不断增加，敌人的实力 也随之加强。 1 3 2 国内研究现状 国内现在主要研究游戏型学习软件的价值以及游戏型学习软件的开 发。前者从理论上研究如何更好地将游戏与课堂教学及课外教学相融 合。后者从实践上研究游戏型学习软件的具体游戏实施方式。 在理论研究方面引起学术界重视的有： 2 0 0 5 年祝智庭、邓鹏、孙莅文的娱教技术一一教育技术的新领地 【l o l 一文，阐明了游戏型学习软件研究的意义。 2 0 0 5 年，南京师大成立游戏型学习软件研究实验室，专门致力于游 戏型学习软件理论实践的探索，2 0 0 6 年推出教育游戏研究指南之后， 又与华东师大联合成立“教育技术专业研究共同体 ，该团体是当前国 内游戏型学习软件领域专业研究团队的代表。 2 0 0 5 年，“轻游戏 概念由香港学者尚俊杰等提出，例如一些操作练 习类游戏与模拟类游戏等可以称得上是“轻游戏 。【l l 】该理论细化了其 具体分类。 同年，在从市场角度谈教育教学与网络游戏的结合【l2 】中，黄小 玉提出了教学与游戏相结合模式，即：教学与游戏自然地融入、知识问 答竞赛、教育游戏网站形式。 6 四川师范大学硕士学位论文 在软件开发方面社会影响突出的有： 科利华公司首先在国内将教育与游戏结合起来用于实践，推出“科利 华学生智慧世界 软件，该软件用知识问答竞赛的方式支持联网对战， 让学生在游戏竞赛中学习知识。 奥卓尔游戏化学习研究中心推出了一系列较经典的游戏型学习软件， 该系列均采用r p g 模式，将学习者虚拟为数十个卡通人物角色，设计 了如“失落的宝典 、“阳光行动 、“七颗宝石 等具有丰富故事情节的 产品。学习者经过广泛使用，反映很好，后续游戏产品正在火热的开发 中。 k 1 2 教育网与北京师范大学等单位，专门为小学生开发“k 1 2 p l a y 快 乐教育世界 ( w w w k 1 2 p l a y c o m ) ，共有六个游戏馆，各馆用不同的游戏 形式( 如知识竞赛、益智游戏等) 为小学生提供快乐学习的平台，它是国 内大型游戏型学习软件网络平台的代表。 创新未来电脑有限公司开发“w a w a y a y a ”( w w w w a w a y a y a n e t ) ) l , 童教 育系列软件，该软件寓教于乐，适用于2 1 2 岁儿童的游戏型学习软件 产品，有利于提高孩子的学习积极性。 上海笠泉信息技术有限公司开发了“游戏学堂 ( w w w u 5 2 0 c o m t w ) ， 它由众多独立的f l a s h 小游戏构成。该游戏是一个网络平台，在游戏的 表现形式下，不仅能让小学生在网上学习，还能实现家长对自己孩子的 学习情况的即时评测与分析，不仅能学，还能管，是开发较完善的f l a s h 网络版游戏型学习软件中的杰出代表。 2 0 0 4 年，北京的前线网络公司为c a a 大陆汽车俱乐部设计开发了一 款名为驾车高手的严肃游戏，为了配合c a a 的一次以交通安全知 识普及为主题的社会活动，向消费者宣传“驾车要系安全带 、“儿童乘 车安全 、“不要酒后驾车”和“不要超速 4 个汽车驾驶员的基本常识。 可以说这款严肃游戏是早期中国市场上比较完善的严肃游戏之一，当时 驾车高手游戏除了在c a a 的官方网站展示，也被新浪、搜狐等知 名网站转载，产生了一定的社会效应。 针对化学科目现有的游戏产品有化学连连看，它拥有可改变背景 7 四川师范大学硕士学位论文 色、可调整按钮的平滑程度、时间条、数值风格设置的功能。基于连连 看的过关模式的游戏规则，每关都有6 次提示机会。试用后发现其按钮 上的元素颜色不是很明显；由于是基于整个元素周期表的元素，感觉游 戏难度设置较大，且不可重新排列序列。另外还有化学炮兵，该游 戏的规则是在一定的时间里，在出现的敌机的机身上有一种元素的化学 符号，玩家需要在对话框中输入相应化学元素符号的相对原子量，对敌 机锁定后按键盘上的空格键发射炮弹击落敌机获胜。试用研究后发现该 游戏设计者在游戏结束时，能及时反馈给玩家哪些元素的相对原子量是 还需要加强的。但元素的相对原子量在游戏左下方一直有提示，这样很 难达到游戏设计者所提出的强化记忆原子量的目的。 1 4 研究目标和内容 1 4 1 课题研究目标 本课题在对游戏型学习软件和操作性课程进行分析的基础上，依据 严肃游戏型学习软件理论和设计思想提出支持操作性课程的严肃游戏 型学习软件的设计方案，为其他类型的游戏型学习软件的研究和开发提 供一定的依据和借鉴；并希望籍此促进游戏型学习软件研究的多样化， 给课程改革带来一些新思路。 ( 1 ) 基于体验式学习方式，在选定的特定内容下( 即：高中化学第一 册第四章卤素) ，借助f l a s h 开发平台，开发一款适合于高中一年级学生 学习卤族元素性质的严肃游戏型学习软件。 ( 2 ) 引入过关机制，通过角色在游戏中的通关，达到学习新知识，复 习旧知识，观察实验现象，模拟实验步骤，课后进阶探索的目的，使同 学们不仅能形象生动的认识卤族元素的物理和化学性质、卤族元素中最 具代表性的氯气的性质和实验室制法、卤族元素在生活中的用途，而且 在游戏中得到不断的强化和巩固。 ( 3 ) 通过挑战关的这一设置，激发学习兴趣，进行更深入的自主探索， 以达到引领学生从过去的“学习 + “巩固 固有学习模式中走出来， 养成“学习+ “巩固 + “探索 思维模式的目的。 8 四川师范大学硕士学位论文 1 4 2 课题研究内容 通过查找、阅读大量的国内外相关理论和技术文献著作，为本课题 的研究寻找理论支撑和奠定技术基础。分析当前游戏型学习软件和化学 游戏型学习软件的现状。试图提出一些基于严肃游戏理论的游戏型学习 软件的开发思路，开发出一款中学化学游戏型学习软件的实例。最后将 开发的软件应用于实践，分析总结应用效果和评价。具体的研究内容如 下： ( 1 ) 分析开发化学游戏型学习软件的必要性和可行性。 ( 2 ) 研究游戏型学习软件开发的理论基础：包括严肃游戏理论、动 机设计理论、游戏沉浸理论、投影身份理论、有意义学习理论和生成学 习理论等内容。 ( 3 ) 研究化学游戏型学习软件开发的一般流程、设计策略和开发基 本原则。 ( 4 ) 结合理论与技术支持研究，具体开发化学严肃游戏型学习软件 实例。 ( 5 ) 分析和总结本研究开发实例的应用效果和评价结果，为进一步 的研究提供参考。 1 5 研究方法 ( 1 ) 文献研究法。充分利用图书馆、网络查阅大量有关游戏理论、教 学理论以及游戏教学等方面的文献著作和资料，为游戏产品研究充实理 论基础。以此基础分析国内外严肃游戏的应用现状和化学游戏的设计开 发与设计研究现状，形成本研究课题的架构文本框架，从理论上为课题 研究提供质量保证。 ( 2 ) 问卷调查与访谈法。采用具有针对性的问卷调查与访谈相结合的 方式，了解游戏型学习软件在辅助化学教学方面的实际状况，探索师生 心目中的游戏型学习软件内容和形式；在设计开发前后与教师、家长、 学生现场访谈，并且充分利用网络的优势，进入k 1 2 网站的学生论坛、 家长论坛、班主任论坛与更多教师、家长、学生进行网上接触，了解游 9 四川师范大学硕士学位论文 戏软件应用于实际教学效果( 侧重于学生课堂学习巩固和课后的练习) ， 从而改进本研究。 ( 3 ) 行动研究法。通过与学科教师合作，在实践中应用本研究中所设 计开发的中学化学游戏型学习软件，应用于实践，根据师生所反馈的意 见和提出的建议不断完善研究。 ( 4 ) 个案研究法。在实验班级找出具有代表性的学生进行个案特例研 究，主要观察该学生实验前后对化学学科的态度改变，培养该学生的学 习兴趣和学习积极性。 1 0 四川师范大学硕士学位论文 第2 章游戏型学习软件设计与开发的理论基础 严肃游戏型学习软件包含两个方面的内容，一是游戏方面，二是学习 方面。所以，其设计和开发理论是建立在游戏与教育理论基础之上的。 最直接的理论基础包括严肃游戏理论、游戏动机设计、沉浸学说、投影 身份和有意义学习理论和生成学习理论等。 2 1 游戏理论 2 1 1 严肃游戏理论 有“严肃游戏之父”称誉的诺阿福斯坦( n o a hf a l s t e i n ) 表示：严肃 游戏既非游戏、也非严肃，二者兼而有之。这种游戏不以娱乐为主要目 的，而是采用寓教于乐的游戏形式，让用户在游戏过程中接受信息，并 获得个性化、互动性和娱乐性极强的全新学习体验，从而激发学习者的 创造力和创新意识。【1 3 】严肃游戏利用互动游戏的方式，向受众传递特定 的知识和信息的形式。用游戏作为与受众沟通的平台，是为了利用人们 对游戏的天生爱好心理，和对新鲜的互动媒体的好奇心，使信息传递的 过程更加生动，从而脱离传统的单向说教模式，将互动元素引入到沟通 环节中，实现更好的沟通效果。 就本开发实例而言，笔者在设计过程中将综合考虑游戏与教育两个 因素。其中游戏因素的考虑出于对游戏本体的研究与设计，将包括游戏 背景与游戏角色等相关概念的设计。教育方面因素的考虑出于对新课程 改革背景下，对学习内容的把握上。 2 1 2 动机设计理论 动机设计是指通过资源的安排和程序的进程，以实现动机的变化。 动机设计可用于改善学生的学习动机。在学习活动中学习动机的重要性 是众所周知的。 美国弗罗里达大学的凯勒教授的“a r c s 动机设计模式 f 即“a r c s 模式 ) 是动机设计理论中的代表。“a r c s 模式 的一般过程是： ( 1 ) 引起注意：任何学习必须是学习者主动的行为才会有成效，因此， 四川师范大学硕士学位论文 激发学生学习兴趣，引起学生对学习目标的注意非常重要； ( 2 ) 切身感受：引起注意还不够，还得让其投入进学习中，让他理解 到自己的学习过程不是一个静止的等待过程，而是一个切身的行动过 程： ( 3 ) 信心产生：通过切身的行动，感受到效果，产生能够学好的充足 信心； ( 4 ) 获得满足：学有所获，得到学习的快乐，获得满足感。 因此，凯勒教授总结出构成“a r c s 模式”的四要素：注意( a t t e n t i o n ) 、 切身性( r e l e v a n c e ) 、自信一凸, ( c o n f i d e n c e ) 和满足感( s a t i s f a c t i o n ) 。1 1 4 1 对a r c s 动机设计理论的观点理解，让笔者认识到对游戏型学习软 件的设计与开发的重要之处，指明了游戏型学习软件的设计与开发的目 的所在，从而勾勒出游戏型学习软件的开发原则。 就该游戏型学习软件而言，笔者期望用解决问题的方法来设计特定 的学习环境，以刺激和维持学习者的学习动机。这是一个系统的设计过 程，需要对学习者进行分析，提出方案设计。具体而言，过程包括：认 识和确定学习者动机的因素、年龄特征分析，以确定动机要求，确定该 软件的表现形式，激发学习者的学习动力，选择适当的激励策略，运用 适当的活动和评价。在设计中笔者更关注如何制定学习者的学习目标， 提供适当的刺激与挑战的机会，以及如何反馈学习者完成目标或任务的 形式，使学习者感觉在实际运用中学到知识。 2 1 3 沉浸理论 沉浸理论由芝加哥大学的m i h a l yc s i k s z e n t m i h a l y i 博士通过研究人 在多种社会运动活动中的状态后，于1 9 7 5 年在厌倦与焦虑之外一 书中首次提出，国内也有译为流理论或流体验等。该理论描绘的是这样 一种状态：人们在某种活动里完全沉浸其中，除该活动本身之外，完全 排它，注意力完全集中的状态。【l 5 】 怎么样的游戏是好的游戏? 专家学者对此的说法不一，评判标准多 样。笔者通过长时间的制作严肃游戏型学习软件过程体会后，认为好的 1 2 四川师范大学硕士学位论文 游戏应该是能使人沉浸其中耐人回味，只有游戏者切实的融入其中，才 有较高的可玩性和真实性。因此，沉浸感应该是游戏设计成功与否的重 要标志。而游戏之所以能使玩家脱离真实世界，融入虚拟世界，产生强 烈的沉浸感。 笔者认为一方面人人都充满幻想，幻想带给人们现实生活中无法得 到的自由，而游戏正是一个充满幻想的天地；另一方面人人都喜欢冒险 与刺激，都希望扮演自己生活中不可能充当的角色，完成不可能完成的 任务。因此，较好的游戏界面设计、较合理的游戏机制设计将有可能使 得玩家沉浸在游戏中，达到学习的目的，这样的学习才可能是最有效率 的。 2 1 4 投影身份理论 著名的语言学和文学研究者j a m e sp a u l g e e ( 2 0 0 5 ) 通过对自己孩子和 其他小孩玩游戏的长期观察后认为，游戏属于符号学领域，游戏赋予了 信息具体化、情景化的呈现方式。 “投影身份 主要理论要点有：真实身份和虚拟身份融合，即找到 投影；在虚拟环境中用虚拟的身份来思考和学习，即使用投影；在虚拟 环境中多种虚拟的身份投影中可以互相转换，以更多的视角从更多的方 面考虑问题，解决问题，即投影转换。 根据j a m e sp a u l g e e 的理论，则要求在游戏开发过程中要考虑到，玩 家不仅需要理解游戏的“内涵 ，包括游戏本身的形象符号、游戏规则、 游戏主要情节和场景等，还必须掌握其“外围特性 ，包括玩家本身所 代表的角色、需要完成的行为和经过的过程。【l6 】总之，就是玩家要能根 据游戏的情境正确的进行身份投影，即既要有识别游戏情景的能力，也 要有识别自身身份的能力。 运用投影身份理论，在适龄身份的设计前题下，玩家在玩游戏型学 习软件时实际上已并不是完全按照游戏的固定脚本在机械的执行，而是 在自己假想身份的带动下，有了自己目标和思想，这样的学习过程更多 的体现出主动的因素，将更加有效。 四川师范大学硕士学位论文 2 2 学习理论 2 2 1 意义学习理论 奥苏伯尔根据学生进行学习的方式，把学生的学习分为接受学习和 发现学习；根据学生进行学习的内容与原有知识的关系，把学习分为机 械学习与有意义的学习。机械学习是说学生对学习材料不加理解，反复 背诵进行机械识记的学习。有意义学习则要求一是学生具有意义学习的 心向，二是学习材料具有潜在意义，并可和学生认知结构中的有关知识 经验相联系。【l7 】每个维度都存在许多的过渡形式。其具体的组合见下图： 暂铲2 i 。， 纛鬟 譬剪 撬缝 譬菇 j 撩綮学露搿镑绶残学习 程参缓缆够露 ，j 女汽m * _ |7 ， 。一? t 、，? 血& 图2 - 1 学习分类的两个维度图 实现这种联系可以从学生的探究天性出发。不由教师告诉学生该怎 么做，而是学生自己去探索解决问题的途径，强调探究的过程以及学生 对过程的体验，强调学生对现象的解释。探究性学习重视学生在学习过 程中的参与和体验，在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等 方面获得全面发展，不断提高科学素养。 2 2 2 生成学习理论 在对学习与知识的界定上，维特罗克认为，学习是学习者运用自己 的大脑形成对事物或现象的解释和理解的过程，即探索解决问题途径的 过程。人脑对外界信息的加工是一个积极的选择、注意、知觉、组织、 1 4 四川师范大学硕士学位论文 编码、储存和激活信息的过程。概括而言，学习的生成过程就是学习者 将已有的认知结构与环境中接受的感觉信息、选择注意信息并主动地构 建信息意义的过程。u s 其包括的基本程序如下所示： = 爿 托盘的内释和蛆特殊 肜玻曲钒椰执感 一、 疗式擅ir 馏愈的倾嘲 、 i 萄麓j t 3 t 2 一 ，一一 ；l c曼l ，。 一麓黝一i t 二 j 毫摊出撼毖馅魅 b 敞 1 0 二崎梃时地忆巾酊、 l l # 4 - 一 、 ： i u 村俯豇竹：对鲢链：梭凝蹴性联系：| 彳舫的燎觉 矗 一i 量了f 熊 l 、。 酗夕 ， 图2 - 2 生成学习模式的信息加工流程图 该游戏型学习软件正如上所述，通过学习者在游戏进程中完成一系 列任务为驱动，在关于学习与知识形成的过程中着重强调学习者的主观 能动性作用。 四川师范大学硕士学位论文 第3 章卤族元素严肃游戏型学习软件的设计 3 1 前期调研 3 1 1 对教师专家的调研情况 为了解游戏型学习软件在中学化学教育中的应用可行性及其应用前 景，笔者与国家级示范学校四川省双流中学结成伙伴关系，在两个层次 试验班级进行认真的问卷调查，对一线任课教师进行详细的访谈记录。 在2 0 0 9 年5 月确定研究选题方向后，笔者便将一线化学教师、化学 学科专家作为前期调研的对象。在确定调研对象后，综合考虑到时间、 课程等多方面因素，采用多种多样的形式。如：与四川省双流中学特级 教师的访谈方式为听课后进行请教，对试验班级的任课教师不但请教化 学课程问题，还咨询试验班级的学生学习风格，学习效果等情况，同时 还利用网络注册到相关化学教育论坛、化学教育群中进行网络调查。 在谈到内