中学化学游戏型学习软件的设计与开发

罗 敏

四川水利职业技术学院信息工程系，成都 611231

计算机辅助教学在化学实验教学中的应用已取得不小成绩。然而已有的一些研究表明，仅凭CAI课件的运用还难以在更大程度上激发学习者的学习兴趣和创设更生动的学习情境。化学这门极具探究性、实验性的学科，其探究的特性蕴涵着丰富的游戏化内容［1-2］。

“生活中处处有化学”。在新课程条件下，化学教学更加关注生活。这与国际教育界提出科学、技术、社会(science technology society，STS)教育思想相一致。STS教育的核心即“生活教育”，强调为科学学习提供真实情境的重要性，让学习者尽可能多地接触与科学技术有关的社会生活实际，以社会生活为背景学习科学知识［3-4］。该文试图将生活教育思想引入化学游戏的设计和开发中，选取青少年科普知识中的一部分—“生活化学知识”作为游戏型学习软件要表现的内容，把与现实生活密切相关的化学知识设计开发成集趣味性、生活性、情境性、参与性于一体的游戏型学习软件，使学习者在轻松环境中就能习得生活化学常识。

1 理论与技术基础

1.1 理论基础:STS教育思想

STS教育是20世纪80年代以来，世界科学教育改革与发展的一种新范式，是以研究科学、技术及社会实践相互关系和科学技术服务于社会生产、生活与发展的科学教育。其基本意图是指学习者对于自然的理解(科学)与人造世界(技术)和他们的日常生活经验(社会)结合起来［5］。

根据上述对STS教育思想特征的分析，STS思想对化学游戏型学习软件开发的指导主要体现在两个方面:

1.1.1 有助于游戏内容的选择 生活中处处有化学。在人类社会发展过程中迫切需要解决的几个重大问题:健康、环境、粮食、能源等，都与化学密切相关［6］。我国新近颁布的《普通高中化学课程标准(实验)》也特别指出了中学化学的STS教育内容，而该文的游戏型学习软件的内容也正是以化学新课标选修教材《化学与生活》中的内容为蓝本。

1.1.2 有助于游戏型学习软件类型的准确定位STS思想尤其适合指导角色扮演型的游戏软件开发。因此，对于化学这门极具探究性的学科，在实践教学中，若适当地利用角色扮演型的化学游戏软件辅助学习，为学习者创建贴近现实生活的学习情境，则可令学习者用相关知识处理一些生活和学习中的实际问题，培养学习者的实践能力和科学探究能力，对拓展学习者生活化学知识有着积极作用［7-8］。

1.2 技术基础

目前用于制作开发游戏的软件主要有VC++、C#、VB、RPG Maker、Macromedia Flash 等。鉴于 Flash易学易用，具有强大的动画制作效果，使用的2D矢量图在放大或缩小的情况下，可以保证图形的清晰度，颜色的明度、纯度等元素效果不发生改变，为游戏场景、角色、交互图形等的绘制提供较高品质的保障。所以该游戏软件主要利用Flash的ActionScript语言实现脚本程序，对游戏场景进行绘制和动画制作。

2 中学化学游戏型学习软件开发案例的设计

2.1 软件概述

软件名称:生活化学大本营

学习对象:青少年学生

学习内容:①环境中的气体;②水与常见的溶液;③生活中常见的酸碱盐化合物。

2.2 软件功能模块设计

该学习软件包括三个功能模块:游戏室、百科馆、礼品屋。其中，游戏室模块是该软件的核心模块，而百科馆模块主要是作为学习软件的拓展性资源而设计的，礼品屋模块作为游戏室和百科馆的辅助模块而设计的。

该软件的相关结构图如图1、2所示。

图1 学习软件总体结构图

3 软件开发案例的实现

3.1 软件界面和游戏场景的实现

3.1.1 软件界面的实现 为了体现内容生活化的特性以及化学与健康、环境的密切相关，软件色调以绿色、蓝色为主，辅以橙色、粉色，使画面给人以清新、自然、健康之感。

3.1.2 游戏场景的绘制 在Flash中手工绘制游戏场景有两点需要特别注意的地方:

①环境与事件主题相符。对于化学游戏场景来说，特定的化学现象、原理需要符合现实生活，这就要求场景绘制遵循生活中的化学现象，各元素的设计都能正确体现出应有的化学特性。

②场景障碍物元件化设计。在制作时遇到玩家存在逻辑上不能通行的障碍物，如建筑、树、河流等，则需要进行碰撞测试，这就需要在场景绘制初期将这些物体设计成元件，以备后期实现碰撞测试之用。

图2 游戏分支流程图

3.1.3 游戏角色的绘制 主角是玩家操纵的角色，在角色扮演类游戏里，需要制作主角的四方行走图、对话半身像。在行走图中需要把人物的正面、背面、左侧面、右侧面的行走动作分别分解成4帧画出来;对话半身像只需要描绘出人物战斗时的一个状态就可以了。

3.2 软件功能模块的实现

游戏室模块的开发是该软件开发的核心工作，主要包括角色相关功能、场景调度功能、关卡设置等功能的实现。

3.2.1 角色相关功能模块的开发

①主角四方行走功能的实现。主角四方行走影片剪辑制作:在Flash中要实现主角四方行走，需先进行四方行走影片剪辑制作。具体方法为:将设计好的主角四方行走序列图导入Flash影片剪辑编辑舞台中，按照一定方向进行排列，便可制得行走的影片剪辑元件;碰撞测试主要使用hitTest()方法实现。

②主角状态、所持卡片、化学物品、宝典分卷实时显示的实现。在该游戏中，玩家的主要任务是找回8张宝典分卷。此外，为了激励玩家，以及使游戏情节合理发展，该游戏还设计了获得化学魔法卡片、化学物品等激励措施。这里采用全局变量来存储主角的状态属性和物品获得的情况，利用系统菜单条实时显示相关信息(如图3所示)。在游戏过程中，玩家按下“S”键则会在画面上方弹出系统菜单条，点击相应按钮即可查看状态、物品获得情况，再按“S”键则收回系统菜单。

图3 系统条影片剪辑图示

3.2.2 游戏场景调度、存档、读档等功能的实现

①游戏场景的帧标签设置。为了保证游戏的效果，笔者将所有游戏场景按一定顺序放置在主场景中，这样使得游戏主时间轴很长，为了便于管理和争取实现游戏场景的调度，合理地安排游戏场景顺序和设置帧标签是关键。

②存档、读档功能的实现。该游戏存档、读档功能的实现主要是利用ActionScript中的Shared Ob-ject类实现的。

3.2.3 游戏关卡设置功能的实现 针对化学学科知识的特点，笔者在该软件中设计了多种关卡形式，如破解谜题、极限联想填空、拖拽图片互动、虚拟实验互动等作为游戏的关卡。

3.2.4 资源加载功能的实现 对.swf类型以及图形类文件进行加载时，可以通过loadMovie()函数来实现;flv视频相对复杂，需要通过Flash提供的Video组件来实现。

3.2.5 播放控制模块功能的实现 当用户手动设置播放进度时，需要首先对进度按钮的当前位置进行计算，再用mySound.start(position/1000)方法来实现，其中的参数就表示当前设置的播放进度。而对于声音大小的设置，运用mySound.setVolume()方法即可实现，其中的参数表示声音的大小，取值范围为0-100。

3.3 游戏软件功能模块的整合、调试与发布

该文开发的游戏软件主要包括游戏室、百科馆和礼品屋三大功能模块，而三模块内又嵌入了相应的子功能模块，这就使得软件的结构有些复杂。在实现该软件功能模块整合时，笔者主要从三个方面进行:①利用ActionScript脚本语句整合软件功能模块;②对模块图层进行文件夹分类管理;③对模块库元件进行文件夹分类管理。

初期软件调试工作完成后，将软件所用的图像、音频、视频等相关素材进行归类整理，再次对软件进行调试，确保无误后，便将游戏软件发布为成品。该软件以.swf文件格式发布。只要在安装有.swf文件播放器的计算机上即可运行该平台。

4 游戏软件的应用与评价

4.1 将软件应用于实践

在该研究中，笔者选择了四川师范大学附属中学初三年级的学生进行该软件的教学应用实验。主要采取了1班和2班对照实验的方式，即在一个班试用该软件，另一个班未试用软件。笔者采用随机抽样法从1、2班中抽出了2班作为游戏学习软件试用班。在活动课进行软件试用实验时，笔者均到现场观察和访谈学习者，以获取相应的信息。

通过访谈，笔者发现，大多数学生对游戏软件以生活化学为内容持肯定态度，他们认为贴近生活的知识点激发了他们对化学学科的兴趣。从相关数据统计中可以看出，在前测阶段，1、2班学生的得分相当，差异很小。通过软件试用，2班学生对生活化学知识有了更多的了解，在后测中得分明显高于未试用软件的1班。这说明该软件对实验对象学习生活化学知识确实可以起到积极作用，实验对象能通过该软件能学到一定的生活化学知识。

最后，笔者就该研究软件的试用效果访谈了主管教师。主管教师对该软件的设计思想给予了肯定，她认为这种基于STS教育思想的化学游戏型学习软件的确能较系统地体现化学与生活的紧密联系。同时也提出了这类游戏资源应用存在的问题:教师需要花一定时间熟悉软件;使用时间的安排;对学生的指导等。

4.2 总结与反思

4.2.1 软件引入教学时须注意的问题 在使用游戏性学习软件进行辅助教学时需要注意以下问题:

①游戏学习软件不能完全取代实践教学。游戏软件虽然力图以生活中实物构建为基础，但它本身并非是生活中的实践，只是给我们提供一种获得间接试验的手段，学生接触到的是一些生活化学常识，对于实践操作也是通过鼠标和键盘来完成的，所以真实感不强，这种虚拟实验的先天不足，也不能完全取代真正的实验仪器和实践操作。

②充分利用集体学习的氛围，提高游戏软件的学习效果。尽管游戏学习软件主要用于辅助学生自学，应用方式既可采用学生单独使用，也可以采用在教师的组织下集体使用。然而，已有的实践研究以及该次试用实验均表明:后一种应用方式能更好地发挥软件的效果。这应该归于组织学生集体使用游戏软件时创造出来的一种无形竞争氛围。这种氛围有利于激发青少年学生普遍具有争强好胜的心理，从而提高了游戏软件的学习效果。

4.2.2 存在的主要问题和不足 在实际的开发设计中，受限时间、物力、财力以及笔者自身水平等，使得软件并未如设计初衷那般尽善尽美。笔者经过认真反思，总结出了该软件存在的一些问题与不足，以期在后续的研究中得到改进。

①游戏趣味性有待进一步增强。在该文游戏开发之初，笔者就试图充分体现生活化学游戏的趣味性，但在实际开发中，由于受学科知识性的影响以及开发时间、物力、财力等的限制，使得软件中游戏的趣味性打了折扣，在这方面还需要进一步加强。

②尚未实现促进合作和探究功能。就化学学科的本质而言是实验，这就奠定了单纯地依靠信息技术来开展游戏活动、单纯地增强趣味性无法成为主流;而游戏活动中体现出来的合作学习和科学探究却是国内化学教与学可行而且需要的模式。所以依靠信息技术与游戏创设的学习环境一定必须是能体现促进合作和促进探究两个方面。但由于时间限制，对开发投入的人力、物力有限，该软件在创设合作学习环境方面还很欠缺，学习者只能单机进行游戏和传统方式的交流。

众所周知，任何教育、学习资源对教与学的作用都是有限的，游戏型学习软件也不例外。我们不能期望游戏型学习软件成为辅助学习的万能者，在教学中盲目夸大其作用，对其产生过多的依赖。但是，我们相信，与实际生活相联系的学习资源是可以在更大程度上调动学习者学习兴趣的。

［1］谢颖.中学化学课堂教学的游戏化［J］.中小学实验与装备，2006，(6):13-14

［2］王新义，门淑敏.化学益智思维游戏［M］.北京:中国时代经济出版社，2008:1-2

［3］郑桂杰.STS教学思想与中学化学教育研究［D］.呼和浩特:内蒙古师范大学，2004:22-34

［4］蒋中云.初三化学教学中生活化知识教学的实践与探究［D］.兰州:西北师范大学，2006:33-41

［5］徐士根，张建华.从高中化学课程标准论STS教育运行机制的建构［J］.中学化学教学参考，2003，(10):9-11

［6］江元汝.生活中的化学［M］.北京:中国建材工业出版社，2002:1

［7］黄烨.化学游戏原理［DB/OL］.http://cva.usts.edu.cn/wdc/blog/more.asp?name=wdc＆id=462

［8］王琳，刁永锋.利用Flash为初中化学打造游戏化学习环境［J］.中国教育信息化，2007，(8):58-60