（教育技术学专业论文）基于virtools的四则运算三维教育游戏的设计与开发.pdf

基于v i r t o o l s 的四则运算三维教育游戏 的设计与开发 教育技术专业 研究生马泽指导教师黎明 摘要随着计算机技术和网络技术的飞速发展，如今计算机游戏已成为时 代的焦点，无数的中小学学生沉迷于虚拟的网络游戏中不能自拔，有的甚至荒 废学业，走上了犯罪的道路。与之相对的是目前国内教育软件的低迷，教育软 件市场上有很大的需求，但是能真正满足用户教育和游戏相结合的产品很少。 本文就如何设计开发教师和家长放心，且学生喜欢的教育游戏软件进行探究和 实践，利用信息化的手段实现“寓教于乐 的教育思想，让学生的学习变成 快乐、自愿的事情。 本文主要设计和开发一个适合儿童学习四则运算的三维教育游戏，学习者 以角色扮演的形式在虚拟的游戏场景中，利用四则运算知识完成游戏中的任 务。让学习者在游戏中学习并巩固四则运算知识，培养学习者对数学和计算机 的兴趣。 本文首先分析了设计和开发健康并有利于教育的教育游戏的必要性，其次 从游戏理论，学习理论和教学理论等基础理论来分析如何科学设计和开发满足 学习者的教育游戏。然后以四则运算三维教育游戏为例进一步说明教育游戏的 总体设计思路，各种游戏素材开发和制作以及游戏交互功能的实现等实施过 程。最后通过选择具有代表性的用户来测试和试用游戏，收集相应的问卷调查 来分析和评价此教育游戏的优点和缺点；结合自己在设计和开发游戏的过程中 存在的优点与不足提出下一步深入研究的内容，并对三维角色扮演类教育游戏 进行了简单的展望。 关键词：三维教育游戏四则运算v i r t o o l s t h ed e s i g na n dd e v e l o p m e n to ff o u ra r i t h m e t i c o p e r a t i o ne d u c a t i o n a lg a m e s o f3 db a s e do nv i r t o o l 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 az e s u p e r v i s o r ：l im i n g a b s t r a c t ：w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h ec o m p u t e rt e c h n o l o g ya n dn e t w o r k t e c h n o l o g y , c o m p u t e rg a m e sh a sb e c o m et h ef o c u so ft i m e s ，n u m e r o u sp r i m a r ya n d s e c o n d a r ys c h o o ls t u d e n t si n d u l g ei ng a m e so fv i r t u a lg a m e sw e b - b a s e d ，a n ds o m e e v e na b a n d o n e dt h e i rs t u d i e sa n de m b a r k e do nt h ep a t ho fc r i m e o p p o s e dt ot h e c u r r e n td o w n t u mi ne d u c a t i o n a ls o f t w a r e ，e d u c a t i o n a ls o f t w a r em a r k e t ，t h e r ei s g r e a td e m a n d ，b u tf e wp r o d u c t sr e a l l yt om e e tt h eu s e r st oe d u c a t i o na n dp l a y i n g t l l i sa r t i c l em a i ni n s t u d y i n g a n dp r a c t i c i n go nh o wt od e s i g na n dd e v e l o p e d u c a t i o n a lg a m es o f t w a r et h a tt e a c h e r s ，p a r e n t sa r ea s s u r e da n dt h e i rc h i l d r e n e n j o y e d ，t oa c h i e v et h e e n t e r t a i n i n g ”o fe d u c a t i o ni d e ab yt h eu s eo fm e a n so f i n f o r m a t i o n i z a t i o n , s ot h a tt h es t u d e n t ss t u d yi n t oh a p p i n e s sa n dv o l u n t a r y ，n l i sp a p e rm a i ni nd e s i g n i n ga n dd e v e l o p i n ga3 de d u c a t i o n a lg a m es u i t a b l ef o r c h i l d r e ns t u d y i n gf o u ra r i t h m e t i co p e r a t i o n l e a r n e r sc a na p p l yt h ef o u ra r i t h m e t i c o p e r a t i o n st h e yh a v el e a r n e dt ot h ev i r t u a ls c e n eb yr o l e p l a y i n ga n da c h i e v et h e m i s s i o nt h r o u g ht h eg a m eb yt h eu s eo ff o u ra r i t h m e t i co p e r a t i o n sl e a r n e d l e a r n e r sc a nl e a r na n ds t e a d yt h ef o u ra r i t h m e t i co p e r a t i o n se v e n t u a l l yt oc u l t i v a t e c h i l d r e n si n t e r e s ti nm a t ha n dc o m p u t e rf r o ma l le a r l ya g e i nt h i sp a p e r , f i r s t , a n a l y z et h en e e df o rd e s i g n i n ga n dd e v e l o p i n ge d u c a t i o n a l g a m e so fh e a l t ha n di nf a v o ro fe d u c a t i o n s e c o n d ，h o wt od e s i g na n dd e v e l o p e d u c a t i o n a lg a m e st om e e tt h el e a r n e r ss c i e n t i f i c a l l yf o l l o w e db yt h eb a s i ct h e o r y o ft h eg a m et h e o r y , l e a r n i n gt h e o r ya n dt e a c h i n gt h e o r y a n dt l l i r d ，谢t ht h ef o u r a r i t h m e t i co p e r a t i o n3 de d u c a t i o n a lg a m ea sa n e x a m p l et oe x p l a i n f u r t h e r i m p l e m e n t a t i o np r o c e s s o fe d u c a t i o n a lg a m eo ft h ed e s i g ni d e a , m lk i n d so f i i m a t e r i a ld e v e l o p m e n ta n dp r o d u c t i o no fg a m e ，a n di n t e r a c t i v eo fg a m eo ft h e i m p l e m e n t a t i o n f i n a l l y , c o l l e c tq u e s t i o n n a i r es u r v e yt h a tf r o ms o m er e p r e s e n t a t i v e u s e r sa f t e rt h e yt e s tt h i ss o f t w a r e t oa n a l y z ea n de v a l u a t et h i ss o f t w a r e ss 仃e n g t h s a n dw e a k n e s s e s ；p u tf o r w a r dt h en e x ts t u d yw o r kc o m b i n i n gm ya d v a n t a g e sa n d d i s a d v a n t a g e si nd e s i g n i n g a n dd e v e l o p i n gt h eg a m ea n dh a v eas i m p l eo u t l o o k o ne d u c a t i o n a lg a m e so f3 dr o l e p l a y i n g k e y w o r d s ：3 de d u c a t i o n a lg a m e s ，f o u ra r i t h m e t i co p e r a t i o n , v i r t o o l s 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，是本人在导师鍪明指导下，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 其他个人或集体已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 ) 己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) 、 学位论文作者虢勿许导师躲倦。吨 签字日期：矽竭年 s 月2 加 i 签字日期：弘乍箩月7 6 日 第1 章绪论 1 1 选题背景 随着人们生活水平的提高以及计算机技术和网络技术的飞速发展，如今人 们的学习，生活和工作都离不开计算机和网络。网络游戏成为近年来最热门的 话题之一，网络游戏所带来的巨大经济效益反映了网络游戏的蓬勃发展。根据 i r e s e a r c h 艾瑞咨询即将推出的2 0 0 8 2 0 0 9 年中国网络游戏行业发展报告 统计，2 0 0 8 年中国网络游戏市场规模为2 0 7 8 亿元，同比增长5 2 2 ，相比 0 6 年的6 0 和0 7 年7 7 7 市场增长率，0 8 市场增长趋于平缓。艾瑞认为未来 几年网游行业仍将保持良好的发展势头，预计在2 0 1 2 前，每年的增长率将在 2 0 以上，到2 0 1 2 年整个产业的收入将达到6 8 6 亿元。 2 0 0 8 年4 月，中国互联网信息中心( c n n i c ) 发布了( 2 0 0 7 年中国青少年上 网行为研究报告。数据表明，截止到2 0 0 7 年1 2 月3 1 日，2 5 岁以下的青少 年网民数量已经达到1 0 7 亿，占总体网民规模的半数，是中国网民中规模最 大的一个年龄群体，显示出良好的增长潜力和发展势头。据此次调查，半年内 我国未成年网民中( 年龄在1 8 周岁以下的网民) 高达7 3 7 的人都玩过网络 游戏，成为我国的特有现象，国际上的发达国家远没有如此之高的网络游戏使 用率。由于沉溺于网络游戏导致耽误正常生活和学习的问题，备受社会各晃关 注。2 、 与之相对的是目前国内教育软件行业的不景气。国内的教育软件公司科利 华、神码动力、英业达、蒲公英和洪恩等纷纷陷入低迷。笔者网上收集一下目 前国内幼儿教育软件，主要有幼儿算术机、少儿认字学数、少j l j l 歌大师、少 儿启蒙大师、儿童拼音学习助手、儿童数学启蒙教育和小学数学练习机等幼儿 教育软件，但是这些教育软件几乎无人问津。出现这种现象的道理很简单，目 前的许多教育软件虽然打着“寓教于乐的幌子，本质还是把课堂的内容电子 化，把书本上的作业题库化，根本没有逃脱“黑板+ 书本”的教学模式，只是 让学生不断的使用教育软件来提高自己的应试能力，智力上很难得到提高。 政府相关部门和行业有识之士认识到电脑游戏对广大青少年健康成长的 严重危害，采取一系列措施尽可能减弱电脑游戏的负面影响，并向全社会呼吁 健康绿色的电脑游戏。比如，文化部2 0 0 4 年上半年首次向1 2 家网络游戏公司 颁发了网络文化经营许可证，全国各地也纷纷出台静止未成年人上网等措 施。笔者认为一切的强行禁止不如健康科学地引导，电脑游戏对人类特别是青 少年有着“先天吸引力，这种“先天 的优势正是我们教育教学所需求的。 我们应该努力研究为什么电脑游戏对孩子有如此大的吸引力。为什么在课堂或 网上学习中学生不会出现这种努力探索的精神；现存的教育软件到底缺少什 么；电脑游戏有什么样的教育价值等等。提出将电脑游戏引入教育，设计开发 教师和家长放心，学生喜欢的教育游戏软件，利用信息化的手段实现“寓教 于乐”的教育思想，让学生的学习变成快乐、自愿的事情。 1 2 课题的研究意义 游戏是儿童的天性，又是一种重要的社会文化现象，游戏活动的特性与儿 童身心发展的水平和需要相适应。游戏促进了游戏者认知和社会主体性的发 展、健康人格的形成与完善、创新意识与潜能的萌发。儿童能够积极主动的参 加游戏活动，能与其他的游戏者一起协作完成任务，并且能探索一些游戏技巧 和经验。这与我们现在提倡的以“学 为主的建构主义学习理论是不谋而合的， 可见在游戏中教育具有事半功倍的效果。 在我们国家“素质教育 逐渐取代了“应试教育 ，我们培养的学生是具 有创新能力，具有分析问题和解决问题能力的建设者。但是由于我们国家传统 的“应试教育 思想根深蒂固，加上“高考 指挥棒的压力，真正的“素质教 育”很难在平常的教学中展开，特别是些传统的学科，比如数学。由于数学在 科学技术发展和人的素质培养中的特殊作用，决定了数学在教育中的特殊地 位，纵观世界各国的教育，无一不把数学摆在重要的核心位置。虽然在基础教 育阶段数学的课时多、投入精力大、负担重，但其主导方向是应试，是高分。 忽视了数学素质方面的要求，使创新思维、创新能力的培养被解题技能训练所 代替。使本来应用很广，兴趣颇浓的数学，变得枯燥无味，成了死套公式、枯 燥无味、不受欢迎的学科。 儿童喜欢游戏，而且小学阶段还没有“高考”的压力，所以开发儿童教育 游戏对儿童的教育有很大的帮助。四则运算是小学阶段数学的重要教学内容， 同时也是数学的基础知识，一切的运算都建立于四则运算基础之上，可见四则 2 运算在小学数学的重要地位。本文本着“寓教于乐的思想，把学生在课堂上 学到的四则运算知识应用于学生喜欢的游戏场景中，也可以在游戏中通过帮助 系统来学习四则运算，还可以在游戏中培养学习者分析问题，解决问题和团队 协作等能力。提高学生对数学的兴趣和把学到的知识应用于现实生活的能力， 培养学生自主学习，协作学习和探索学习的能力。 1 3 国内外现状分析 目前，国外对教育游戏的研究走在我们前面，对教育游戏的理论研究和游 戏与教育的实践研究都卓有成效，出现了一系列游戏理论，比如康德的自由论 游戏理论，席勒的和谐论游戏理论，弗洛伊德的虚拟论游戏理论，胡伊青加的 内在目的论游戏理论和伽达默尔的融合论游戏理论等等；实践领域也初有成 效，出现了许多教育游戏研究开发机构和专业公司，英国的i m m e r s i v e e d u c a t i o nl t d 和剑桥大学联合推出的角色扮演游戏k a r 2 0 u c h e ，主要是通过 大量课程包括角色扮演、照片制作、故事叙述、动画、出版和电影制作等交叉 性的创造活动，来帮助学生发展其概念理解、关键词解释和个人表现能力。美 国的微软、g a m e s 2 t r a i n 等公司也都致力于教育游戏软件的研发和制作。目前 已经开发出一系列的教育游戏软件，应用于教育和培训的各个层面上。由麻省 理工学院和微软公司联合承担的g a m e s - t o - t e a c h 项目则是针对工程学、数学 领域的教育，设计开发相应的游戏以支持学生的学习。还开发了很多单机版和 网络版的游戏软件，比较著名的游戏有“模拟城市 、“文明 系列。在亚洲， 韩国s c e k 公司于2 0 0 5 年开发的儿童教育游戏 e y e t o y ：e d u k i d s ，适合于 4 7 岁的学龄前儿童或低年级儿童进行数字计算、图形辨识、空间技艺、记忆 力、反应力等各种基础教育学习。【4 儿朝 国内对于游戏应用于教育的研究和开发比较晚，目前从事该领域研究的 组织也不多，不过对于教育游戏，国内已经开始逐步重视起来，正处于一个探 索研究阶段。我国教育学专家刘焱在儿童游戏通论二书中，也对儿童教育 与游戏的命题进行了系统深入的论述。教育游戏正成为教育界，教育技术界和 计算机界的一个热门话题，教育游戏的研究发展迅速，研究内容主要是有关教 育游戏的设计( 尤其是设计的理论基础) ，教育游戏的开发和应用才刚刚起步， 3 没有真真把教学内容和游戏有机的结合起来开发出比较经典的作品。 随着网络技术的飞速发展，一些面向小学生的教育游戏网站纷纷出现，以 f l a s h 技术为基础的数字化游戏受到了小朋友广泛的欢迎，比如大陆的童趣 网、娃娃呀呀、一课一练之传说之旅、台湾的游戏学堂和奥卓尔的游戏化 学习世界等1 。2 0 0 4 年，盛大公司开发了我国首款面向青少年的教育类网络游 戏学雷锋，该游戏属于道德教育游戏范畴，同时也是一款基于网络的 r p g 教学游戏。香港中文大学资迅科技教育促进中心( c a i t e ) 长期以来致力 于教育游戏的研究与开发工作，并在2 0 0 1 年提出v i s o l e ( 虚拟互动学生为本 学习环境) 学习模式，这是一种让学生在互动式游戏化虚拟环境中自主学习知 识的学习模式。并且成功的开发了基于v i s o l e 的第一个产品，农场狂想曲 教育游戏口3 。 总体来说，目前国内教育游戏研究领域存在以下几点不足： 1 重设计，轻开发 近年来，“教育游戏 频频出现在各种期刊杂志、学术报告和论坛上，成 为2 0 0 7 年全国教育技术学博士生学术讨论综述的热点之一。笔者在c n k i 中国期刊全文数据库进行了相关文献检索，发现目前教育游戏研究中，设计的 比较多，应用和开发的很少口1 。特别是一些开发成本低，开发周期短和使用效 果好的相关开发技术少之又少。 2 重教学，轻游戏 很多教育游戏首先将学习目标的实现作为第一要素，在设计上忽视了游戏 应该有的趣味性，导致耗费大量人力物力财力开发出来的教育游戏，学习者在 使用时，既没有完整地学习到知识，又没有在游戏中获得趣味，很快就失去了 兴趣。 3 缺少精品，社会不认可 目前市面还没有出现广泛被认可的教育游戏软件，这也是阻碍教育游戏教 学应用的因素之一。许多教师和家长都认为玩游戏就是不好好学习的表现，特 别是提及到网络游戏，人们更是谈虎色变。 4 1 4 研究内容 根据研究目的，笔者在查阅国内外相关研究资料的基础上，完成了进行本 次研究的必要性和可行性论证。然后通过查阅资料、调查访谈等形式了解小学 生的心理特征和兴趣爱好，提出了将三维四则运算教育游戏引进小学数学教育 的构想，并尝试进一步分析设计、开发制作一个让学生以角色扮演的方式在互 动式游戏化虚拟环境中应用四则运算知识的教育游戏，让学生巩固四则运算的 运算和提高学生学习数学的兴趣。最后通过用户试用测试来总结和评价此教育 游戏的优缺点，并提出下一步进行研究的重点。 1 5 研究方法与文章结构 为了深入研究本课题，笔者主要采用了文献研究法、实地交流法、个案分 析法、实践开发法在充分占有第一手资料的情况下，对四则运算三维教育游戏 进行设计与实现，并对其进行试用且进行数据分析和评价。在此基础上撰写本 论文，希望对三维角色扮演类四则运算教育游戏实践与研究有作用。 本论文主要分为七大部分。第一部分是绪论，主要对文章研究对象进行综 述；第二部分介绍了教育游戏的相关概念与理论基础；第三部对四则运算3 d 智能教育游戏进行设计；第四部分对四则运算3 d 智能教育游戏的游戏场景，游 戏角色，声音素材和界面素材等进行了制作准备；第五部对四则运算3 d 智能教 育游戏实现了交互功能；第六部分对教育游戏进行了运行测试，用户试用测试 和评价；最后一部分是本文的总结和展望。 第2 章教育游戏理论探究与开发过程 2 1游戏及教育游戏关概念 2 1 1 游戏的定义 “游戏是一种极其古老的行为，甚至早于人类文明的历史。在社会生活中， 游戏随处可见。从儿童的搭积木、过家家，到成人的围棋、桥牌；从古代的投 壶、蹴鞠，到现代的沙宾、蹦极，游戏的精神一脉相承川8 | 。德国的沃尔夫冈 克莱默在前人的基础上对游戏作了一个界定。他认为游戏是一种由道具和规则 构建而成的，由人主动参与，有明确目标，在进行过程中包含竞争且富于变化 的以娱乐为目的的活动。它与现实世界既相互联系又相互独立，能够体现人们 之间的共同经验，能够体现平等与自由的精神阳1 。在传统的观念中游戏是一种 消遣的生活方式，是无关紧要的活动，甚至是一种懒惰的表现，所以早期的游 戏常常被轻视和忽略。随着社会的进步特别是计算机技术的飞速发展，以信息 技术为手段的数字游戏突飞猛进，迅速占领了娱乐产业的巨大份额哺3 。网络游 戏将娱乐、竞技、仿真、互动等融为一体，作为一种新型的娱乐方式，以动人 的故事情节、逼真的虚拟环境、高度的可参与性为游戏玩家提供一种全新的沉 浸式娱乐体验。但是目前数字网络游戏为了谋取高额利润和吸引用户群体，游 戏开发商不顾游戏者的身心健康，开发了大量充满暴力和色情等不健康因素的 游戏。大多数网络游戏纯粹为一种休闲娱乐手段，而忽略了其中的教育价值， 导致商业网络游戏的迅猛发展与教育软件的持续疲软形成反差。 2 1 2 游戏中的学习因素 早在2 5 0 0 年前，孔子曾说过：知之者不如好之者，好之者不如乐之者。 在希腊语中，游戏( p a i d i a ) 和教育( p a i d e i a ) 这两个词的词根是一样的， 这预示这两者之间的关系从来没有被教育学者忽略过n 们。皮亚杰认为游戏是从 认知发展中派生出来的，他认为游戏为学习者提供了巩固所获得新的认知结构 以及发展感情的机会3 。杜威认为没有一些游戏就不可能有正常而有效的学 习。马歇尔麦可卢汉曾说过：任何人如果对教育和游戏区分得很清楚，那么 实质上，他对两者均不了解n 到。游戏不仅仅是一项娱乐活动，更是一种生活， 在人的发展中起着重要作用。不可否认任何游戏都需要学习因素的介入，因为 任何一个游戏都是有规则的和富有挑战性的，游戏的过程就是一种富有探索性 6 的学习过程哺1 。 游戏过程中学习因素的介入，学习者在对游戏规则和任务的挑战中，运 用自己的知识和经验，通过不断尝试，在虚拟环境中完成相应任务来取得胜利。 在游戏中，学习者的学习态度要比在现实中的学习态度强很多。教育游戏中学 习者随心所欲地展现或塑造一个在现实生活中无法实现的自我，赋予他自己所 希望的各种人格特质。数字化游戏的出现让游戏中的学习价值得以更好的凸 现，沉浸式的游戏环境在激发游戏者想象力的同时培养其独立解决问题和思考 问题的能力，也激发游戏者的积极性、主动性和创造性，既帮助游戏者了解社 会又鼓励他们使用积极的态度在虚拟的环境中实践自己的想法，真正体现寓教 于乐。 2 1 3 教育游戏的定义及内涵 关于教育游戏的定义比较多，比如教育游戏产业研究报告( 2 0 0 4 ) 将教育游 戏定义为“能够培养游戏使用者的知识、技能、智力、情感、态度、价值观， 并具有一定教育意义的计算机游戏软件羽。李艺教授在2 0 0 6 年4 月份浙江大 学举办的第一届“电子学习与游戏”大会的“教育游戏研讨会 上，对教育游 戏进行了界定：教育游戏研究关注的是具有教育功效的这样一类电子游戏的相 关理论、开发及其应用等问题。因此教育游戏包括明确指向教育应用的电子游 戏，以及附带有教育价值的某些健康的电子游戏或者具有“游戏 功效的其它 学习辅助软件等。本研究中的教育游戏所指不是在课堂中经常使用的用来调动 课堂气氛的小游戏，也不是那些为我们大家所广泛使用的各种游戏化的教育软 件或者教育课件，而是以游戏的娱乐性、趣味性为主体，在游戏的过程中做到 四则运算能力的培养，达到一种潜移默化的作用，更多的可以作为一种隐性知 识与能力的传授方式。所以，只有能够通过充满娱乐性、趣味性、挑战性和竞 争性的游戏方式来达到相应的教学目的和教学目标的教学软件才能够称为教 育游戏。 “教育游戏是一种遵循游戏机制并具有教育功用的活动。它通过创设的情 境及内在的规则激发参与者的竞争心理及对最后胜利的期望心理，同时其游戏 内容更富于知识性和趣味性，在提供的虚拟挑战情境中，要求学生学会并应用 7 各种知识来完成设定的任务，在此过程中掌握学科知识、发展智力、培养情感 以实现教育的目的。游戏的内容与所传达的信息遵循教育的功用，而游戏中创 设的情境和规则所引发的参与者的心理反应用于为激发学习动机服务。游戏能 导致的主动参与的效果是将其作为教育载体的最具魅力的地方。川1 4 1 2 2 教育游戏的分类 数字游戏类型主要分为动作游戏( a c t ) 、角色扮演游戏( r p g ) 、策略游戏 ( s l g ) 、益智游戏( p u z ) 、大型网络游戏( 删o g ) 和严肃游戏( s g ) 哺1 。数字教育游 戏属于数字游戏的一个分支，而且从广义的角度上说只要有教育性的游戏都叫 教育游戏，所以我们可以把教育游戏也相应地分为以上几种类型。下面主要介 绍几种重要的教育游戏类型： 角色扮演类教育游戏：它是由学习者扮演游戏中的一个或多个角色，角色 围绕故事情节的发展进行大量的探索后完成游戏任务，完成相应游戏任务后提 高角色的经验值、生命值和等级等分数来破关。角色扮演类教育游戏具有很强 的视觉空间、自我认识和生命存在等特征。角色扮演训练是促进学习者亲近社 会行为、减少消极社会行为的有力手段，适合儿童的年龄特点与兴趣，角色扮演 注重对他人内心世界的分析，促进游戏者角色承担能力的提高和培养学习者主 人翁地位。目前角色扮演类教育游戏比较少，尤其是三维角色扮演类教育游戏。 益智游戏类教育游戏：“益智游戏也叫智力游戏、解谜游戏或思考游戏， 源于谜语、魔方、填字、积木、迷宫等传统领域，通常由一系列脑力问题组成， 要求游戏者思考解决某个特定问题。常见的类别有空间智力游戏、文字智力游 戏、观察力游戏、记忆力游戏、逻辑推断游戏、数字游戏等。 哺1 这类游戏 规则和背景知识比较简单，比较适合年龄较小的用户层，目前广泛应用于教育 领域，特别是儿童和幼儿的智力开发领域。 策略游戏类教育游戏：它是泛指运用经验、规划、管理等谋略行为进行的 游戏，一般具有较大的思考成分。策略游戏类教育游戏具有很强的数理逻辑、 身体运动、自我认识和生命存在等特性n 司。策略游戏类教育游戏有利于培养儿 童的管理、组织、团队和沟通等能力。 8 2 3 教育游戏的理论基础 教育游戏的设计与开发离不开游戏理论、学习理论、教学设计理论，教学 理论和信息技术与课程整合等方面的指导。探索和研究教育游戏的相关理论基 础，有助于明确教育游戏的目标、提高教育游戏开发的质量、推动教育游戏应 用的发展n 6 1 。 2 3 1 游戏理论的相关研究 游戏的历史悠久，但是对游戏理论进行研究是近代才开始的。有关游戏的 理论主要有古代游戏理论和现代游戏理论两种。古代游戏理论主要有：康德的 自由论游戏说：席勒的艺术游戏说和斯宾塞的精力过剩说等。现代的游戏理论 主要有：奥地利心理哲学家弗洛伊德为代表的游戏本能说；荷兰语言学家和历 史学家胡伊青加的自由论游戏理论；苏联心理学家维果斯基的游戏学说和瑞士 心理学家皮亚杰关于认知发展的游戏理论以及练习理论。 其中以荷兰学者胡伊青加的研究最引人注目，他把自愿性看作游戏的首要 性质，并认为，游戏是生命体出于对活动本身的喜爱而自愿进行的自由活动， 而不是出于自然必然性或道德要求而必须进行的强制活动。游戏之所以具有整 体上的自由并给人以整体上的自由感的原因则是，游戏是目的与手段两方面都 是内在的生命活动，因而可以使生命主体在这两方面都不受或不必受外在事物 的制约”1 。 苏联心理学家维果斯基认为游戏可以直接促进儿童的认知发展。儿童不 具有抽象思维能力，儿童通过游戏将实体和意义分离而获得对意义的把握。因 此，象征性游戏对儿童抽象思维的发展具有重要价值。他通过最近发展区来区 分儿童的现实发展表现和潜在的能力水平两个区域。游戏是一个有利于儿童抽 象思维发展的支架和工具，帮助儿童将最近发展区的潜在状态逐步转化为实际 的独立状态。因此，他把游戏形容为一个放大镜，能使儿童潜在的能力在真实 的情境中表现之前，在游戏中得以表现。 瑞士心理学家皮亚杰提出了儿童智力发展理论。在不同的时期和阶段，儿 童进行不同的游戏类型。在0 - 2 岁的感觉运动阶段，主要游戏类型为练习性游 戏，如身体的动作游戏；在2 - 7 岁的前运算阶段，主要进行象征性游戏；在 9 7 - 1 1 岁的具体运算阶段，则进行较为复杂的规则性游戏。根据该理论，游戏 不仅可以反映儿童的认知发展水平，还能促进儿童的认知发展。尽管儿童在游 戏中可能没有学习到新的知识和技能，但游戏起到了巩固的作用，如果缺乏这 种练习和巩固，许多新知识和技能也会很快被遗忘和消失。 2 3 2 建构主义学习理论的内涵 建构主义是学习理论在认识心理学的基础理论上的进一步发展，它强调 学习是由学习者自己决定的。建构主义学习n 钉观认为只有在学习者仔细思考时 有意义的学习才会发生，学习的结果是头脑中认知图式的重建。学习的决定因 素是个体与环境的交互作用。建构主义认为学习包括结构性知识而且包括大量 的非结构性的经验背景；学习的过程同时包括两方面的建构，一方面是对新信 息意义的建构，另一方面是对原有信息的改造与重组；学习者是以自己的方式 建构对于事物的理解，不同人看到的是事物不同的方面，不存在理解标准。因 此通过协作学习能达到更好的学习效果。建构主义学习理论认为情境、协作、 会话和意义建构是学习环境中的四大要素。 建构主义所提倡的真实任务情境、多种角度参与、学习过程的自控以及信 息表征的多元化都为游戏化虚拟学习环境的搭建提供了理论依据。真实与逼真 游戏化学习环境中，学习者通过扮演多种角色，参与理解与经验的互动创造， 进行学习共同体和实践共同体支撑知识的社会协作性建构，从而促进对学习过 程与结果的反思。在关键时刻为游戏者提供帮助、鼓励学习者问的协作与竞争 等游戏环境中要素很好地契合了建构主义关于学习的个别化与社会化的要求。 游戏化学习环境下丰富的学习资源，在学习者有意义知识建构中发挥重要作 用，既充分发挥了学习者的主动性，也促进学习者对新信息的建构。游戏的趣 味性与竞争性在学习者保持学习动机，促进深度学习方面提供了有力保障。 2 3 3 教学设计理论 教学设计是以获得优化的教学效果为目的，以学习理论、教学理论及传播 理论为理论基础，运用系统方法分析教学问题，确定教学目标，建立解决教学 问题的策略方案、试行解决方案、评价试行结果和修改方案的过程n 9 1 。教学设 计的内容是分析研究教学任务或教学问题( 学习需要和学习内容) ，分析研究 l o 学习者的情况，并以可以操作的形式写出教学目标；根据教学目标，选择教学 策略，选择相应的媒体，形成为特定教学目标服务的有效的教学过程、形式和 方法，建构实现教学目标的初步方案；对初步方案进行试用和评价，并根据反 馈的信息做必要的调整，逐步实现教学的最优化。以教学设计理论指导教育游 戏的开发，合理科学安排学习目标与游戏目标、学习内容与游戏主题、知识结 构与游戏结构等方面，保证游戏的教育科学性。 2 3 4 学科教学理论 多数的教育游戏是面向学科学习的，不同的学科有着不同的特点啪3 。在学 习者运用游戏进行学习的过程中，游戏在其中扮演着类似书本或教师的角色。 这就要求教育游戏的设计者应当做到以学科教学理论来指导游戏的设计与制 作，从而确保教育游戏的教育性和科学性。学科教学理论是研究学科教学规律 及其应用的一门学科，它研究对象是学科教学系统，即学科教学中教与学的联 系、相互作用及其统一。它以教育学、心理学、哲学等相关理论为自己的理论 基础，或受这些理论的影响，从中吸取营养，同时不断的总结教学实践中的经 验，并在实践中不断发展和提高。它既是前人对教学实践的总结，又与当代的 教学实践密切相关。随着现代教育技术的发展，不断有新的教学手段，教学媒 体应用于教学、学习过程，教育游戏就属于其中的一种。因此学科教学理论与 教育游戏的关系应当是，教育游戏在学科教学学习中的应用属于学科教学理论 的研究范围之一，反过来学科教学理论又指导教育游戏的设计、制作及应用， 使其更加符合学科的特性和规律。 2 3 5 信息技术与数学课程整合 信息化教育指在现代教育思想和理论的指导下，主要运用现代信息技术， 开发教育资源，优化教育过程，以培养和提高学生信息素养为重要目标的一种 新的教育方式。信息技术与其他课程整合，就是通过学科课程把信息技术与 学科教学有机结合起来，将信息技术与学科课程的教与学融为一体，将技术作 为一种工具，提高教与学的效率，改善教与学的效果，改变传统的教学模式瞳副。 随着计算机技术的飞速发展，加之中小学数学课程改革，信息技术与数学 课程整合成为不可避免的发展趋势。美国面向2 1 世纪的数学课程标准指出： “数学教学应使用技术帮助所有学生理解数学，并为科技化的社会中应用数学 做好准备一 2 2 o 我国的教学大纲也指出在教学过程中要应用计算机和网络等信 息技术，努力探索信息技术下的教学方式和教学模式。信息技术的发展将影响 学生学习数学的学习方式和老师教学的方法。设计和开发一些优秀的教学课 件，网络课件、教育软件、教育游戏和建立数学教育教学资源库是常用的信息 技术与数学课程整合的手段。信息技术与数学课程整合将会对中小学数学教学 的进步起到巨大的作用，对培养学生分析问题、解决问题等能力具有很好的作 用2 引。 2 4 教育游戏的特点 2 4 1 教育性 教育游戏与一般数字化游戏的显著区别就在于，每个教育游戏都有明确的 教学目标，教育游戏的教学性是首要的。教育游戏以完成某个特定的教学内容 展开，以达成教学目标而结束。教育游戏不管是内容还是故事情节都是应该正 面和积极的，对游戏者的身心健康和知识技能都有教育的意义。就拿本研究开 发的四则运算教育游戏来说，它的教学目标就是学习和巩固四则运算的运算， 故事情节是孙悟空通过自己的努力探索救出师徒三人。 2 4 2 科学性 教育游戏应该尊重科学，游戏题材和内容应该符合历史事实和遵从科学规 律。游戏开发过程中应该注意到游戏内容的针对性，游戏情景的合理性和科学 性，语言运用的准确性。比如本游戏中游戏数据设计和分布要合理科学，游戏 规则要适合小学生的操作习惯，游戏难度要适合小学生的知识能力水平等。 2 4 3 艺术性 游戏也是一种艺术，许多人认为游戏是继雕塑、美术、音乐、电影、电视 之后的第九艺术。教育游戏应该“创意新颖，构思巧妙，节奏合理，画面悦目 和声音悦耳 伫，游戏场景和角色设计要符合美学原理。 1 2 2 4 4 趣味性 趣味性是教育游戏的灵魂，没有趣味性的教育游戏是没有生存空间和使用 群体的，所以在教育游戏设计和开发之前应该通过调查分析等手段来了解用户 群体的兴趣爱好。教育游戏的设计目的就是把枯燥无味的学习或难度较大的学 习内容变成充满趣味性的游戏，让使用者能够在游戏中学习。所以教育游戏的 形式和内容必须让学生感到新奇有趣，乐于通过游戏来主动学习或提高学习效 率。教育游戏不但通过游戏外在的美观生动吸引学生，而且更需要内在的游戏 机制，如游戏的故事情节、情感态度、游戏悬念、游戏竞争、游戏挑战等，其 内部机制是激发学生学习兴趣的根本因素。 2 4 5 互动性 教育游戏的互动性是指学习者与计算机之间根据对方的行为和条件来选 择执行各自行为的交互。没有交互的游戏是无法进行的，没有操作性的游戏是 无法交互的。游戏的操作性是游戏开发者以游戏规则的形式人为规定了而且需 要游戏者根据规则进行游戏的方法。在教育游戏设计开发过程中应该充分考虑 “用户倾向、易用性和情绪因素的研究，致力于游戏、产品、环境、服务等质 量提升”陋儿蚓。 2 4 6 激励机制 激励机制是教育游戏的引擎，没有激励机制的教育游戏将没有动力，失去 活力。一个比较好的教育游戏往往能够很好得让学习者专心而又持续地进行学 习，无论是单机的游戏还是网络的游戏，在对玩家的激励方面都有其独到之处， 如果能够将这种激励方式引入到教育之中，必然会对教育的效率与成果产生极 大的影响，更好的促进学生的学习成绩。 2 4 7 挑战性与竞争性 教育游戏的挑战性与竞争性是它吸引学习者的最重要的两个特点，学习者 可以从教育游戏中得到成就感和胜利感。在教育游戏中学习者可以扮演在现实 生活中不能实现的英雄等角色，使学习者拥有无比的能力和法力，实现学习者 美好的愿望。适当加入一些刺激因素就可以更好地激发孩子们的兴趣进而使其 产生对学习的美好向往和持续动力，学习中有了挑战也就让他们有了外部动 机。处在儿童期的孩子往往有较强的虚荣心，有在别人面前表现自己的欲望， 而且容易和别人进行比较。如果在游戏中人与人、人与计算机之间充满激烈的 竞争，它就会促使孩子拼命地学习、答题、通关，获得一种满足感和优越感。 2 5 教育游戏开发过程简介 游戏开发是一项大型的系统工程，涉及的知识和内容非常广泛，主要有 游戏策划，程序设计，美工，音乐制作以及项目管理，后期的测试等嘶1 。而教 育游戏的开发，除具有上述游戏开发的内容外，还包括教学设计的内容，教学 设计就相当于软件工程中的需求分析阶段。教育游戏开发的一般过程如下哺1 ： 首先是教学设计、定义游戏、可行性研究、然后进行游戏模型设计、脚本编写、 素材制作和交互功能编程，完成后进行测试和修正，发布测试版本教育游戏， 将形成的教育游戏软件公开测试，让学习者在学习过程中进行试用和评价，发 现不足之处，进行修改，最后形成最终产品。如图2 1 所示。 1 4 图2 1教育游戏开发流程 1 教学设计 “教学设计是以获得优化的教学效果为目的，以学习理论、教学理论和传 播理论为理论基础，运用系统方法分析教学问题、确定教学目标、建立解决教 学问题的策略方案、试行解决方案、评价试行结果和修改方案的过程。髓 教学设计是教育游戏开发过程中的关键环节，是确保教育游戏教育性的重要因 素，只有教学设计做好了，才能保证教育游戏设计围绕学习内容展开。该阶段 主要包括分析学习对象，确定教学目标，选择教学内容，简要描述教学策略以 及教学过程等内容。 2 定义游戏 定义游戏就是要解决制作一个什么样的游戏的问题。该阶段应明确如下内 容：教育游戏的名称及故事情节、游戏类型、游戏系统、游戏玩法、游戏平台、 独特特点、游戏对象、教学内容、制作计划和市场定位，并初步确定游戏中一 些明显的玩点和特征。定义教育游戏应该把优秀的游戏创意和教学设计紧密联 系起来，只有游戏没有教育意义的游戏是浪费时间的游戏，只有教育意义没有 游戏的游戏是死板无味的游戏。定义游戏是整个游戏设计过程的基础，如果没 有很好地设计，将直接影响到游戏的成败。定义游戏阶段，就应对游戏的整体 架构、类型、呈现方式等做出详细且完整的设计。瞄3 3 可行性研究 经过教学设计和定义游戏后，应该对该游戏进行可行性研究，需要同美工、 程序设计人员、一线教师、家长和教育技术专家等共同探讨游戏的可行性。如 果游戏不可行，则应及时修正定义游戏，甚至直接放弃该游戏，以免造成更大 的损失。如果经分析，判定游戏可行，则进入游戏模型设计阶段。 4 游戏模型设计 游戏模型是一种总体结构和框架，它在逻辑上论述了系统的主要组成部 分，及其各部分之间的联系。教学游戏的游戏模型主要应包括游戏脚本系统、 数据库系统、帮助系统、奖惩机制、协作竞争机制、学习者交流系统和教学效 果评价系统等部分嘲。 5 脚本编写 经过定义游戏和模型设计两个阶段之后，游戏开发的大体脉络和思想方法 也就基本确定了，但是在着手制作之前仍有许多具体的细节问题需要考虑和理 清。我们可以以脚本的形式对所有这些问题加以描述和体现，包括游戏的故事 背景、情节、人物角色、对话、教学内容、操作方式、界面要求等等。它是设 计人员提供给美工和编程人员的制作蓝本，它在整个开发过程中的作用相当于 剧本在电视制作中起到的作用，因此游戏的脚本通常被认为是游戏的灵魂。 6 素材制作 素材制作阶段需要制作出游戏场景，人物角色，道具，角色动作，游戏界 面和声音等素材。尤其对于教育游戏来说，低年龄层次的中小学生是最大的应 用群体，精美的游戏画面，动听的声音和