面向问题解决能力培养小学数学教育游戏设计研究

郑瑞丽

(福州市苍山实验小学 福建福州 350007)

面向问题解决能力培养小学数学教育游戏设计研究

郑瑞丽

(福州市苍山实验小学 福建福州 350007)

当今具有问题解决能力的人才越来越受到社会的欢迎，基于此教学改革势在必行，而基础小学教学也随之适应形式，积极采取自身改革，将“问题解决能力”作为教学目标。本文依照小学四年级上册教材的教学内容，根据已有的面向问题解决能力培养的小学数学教育游戏设计时要遵循的设计理念与策略，进行了世界案例的概念设计，并对其教学功能进行了详细的阐述，并解释了如何在小学数学教育游戏中实现问题解决能力的培养。

问题解决能力；小学数学；教育游戏

在竞争日益激烈的大环境下，“能力”不断地被提及，被越来越多的人所重视，而其中的问题解决能力已经成为衡量人才的重要标准。因此，教育部门也顺应时代背景，适时地提出了将“问题解决”添加到新的小学教育目标维度之中。目前，小学生对于数学的课外学习，主要是依靠课下练习来达到解答训练的，但这种方式对于孩子的数学问题解决能力的提高并不理想。游戏对青少年有着强大的吸引力，随着游戏产业的日益发展，有些青少年在游戏中不能自拔，因此沉迷游戏，荒废学业，这为青少年的教育带来了极大的不利。基于游戏的发展，一些研究者对游戏的教育价值进行了研究，使游戏教育成为一个新的研究方向，并取得了一定的研究成果。教育游戏(Educational games)是指运用电脑游戏的形式把教育内容通过各种游戏元素表现出来[1]。教育游戏的理论研究主要可以分为游戏的教育价值、教育游戏设计开发理论以及教育游戏的评价研究三个方面[2]。国外学者研究了教育游戏在教育教学中的应用价值，并认为教育游戏应用在课堂的辅助教学更为有效。在教育游戏设计开发理论方面，国内外都开展了相关研究[3]，国外研究者提出了一些设计开发模型与策略。我国在这方面的研究虽然起步较晚，但也取得了一定的研究成果，如构建了EFM教育游戏模型，这种模型主要强调了环境设计可以使学生沉浸其中，并能够使其对学习产生兴趣[4]；借用游戏吸引学生的内在动机，将其应用到以学科知识学习为目的教育软件中，进而实现游戏教育[5]；在游戏的关卡任务设计方面进行探索，以培养学生的多元智能等[6]。在教育游戏的评价研究方面，国内外的研究均处在初期摸索的初级阶段，还待进一步的深入研究。

总体而言，目前基于问题解决教学游戏设计与应用方面的研究缺少根据学科特性来选择不同学习问题类型，以及相应的合适游戏形式，主要将教育游戏问题解决过程的分析和支持作为研究重点，而在培养学习者的问题解决能力方面相对欠缺。因此，本文借鉴了基于问题解决学习的教育游戏设计的基本框架，针对数学问题的解决过程和策略，对面向问题解决能力培养的小学数学教育游戏设计进行了研究。

一、前期分析

1.学生分析

四年级的学生年龄在9-10左右，参照心理学研究结果显示，此年龄段的学生一般情况下连续注意时间在20分钟上下。所以对于游戏的设计时间应在20以内，且难度应该适中，不能超出四年级学生所学范围，如果题目过难，会影响学生的积极性，因此对游戏可能产生排斥感，不利于教育游戏达成教学目的，如果题目过于简单，学生会对其产生厌倦感，没有挑战性，同样会打消学生的积极性。

根据感知研究分析，小学生的视觉敏感，对颜色鲜亮的东西特别容易产生好感，而对于暗淡的颜色容易产生视觉疲劳，对节奏欢快、清晰、可爱的音乐情有独钟。因此在教育游戏界面色彩音乐的设计上应给人以鲜亮、欢快的感觉。

根据儿童心理学研究分析[7]，小学生的思维方式以感性思维为主，随着年龄的增长，会逐渐以理性思维为主。因此在教育游戏的设计上应选择栩栩如生、生动形象的多媒体效果，如动画等。

2.学习内容分析

根据小学四年级上册数学教材，学习内容分为8个章节，教学内容主要为数与代数、图形与几何、统计与概率三大板块，具体为：认识更大的数、线与角、乘法、图形的变幻、除法、方向与位置、生活中的负数和统计。

二、游戏背景

王子与公主在皎洁的月光下、相互依偎着享用丰盛的烛光晚餐，突然天色瞬间阴沉起来，夹杂着沙尘的狂风骤起，令人无法睁眼，王子与公主的手紧紧地抓在一起，但突然间王子的头部受到了猛烈地撞击，不知不觉失去了知觉，王子昏睡过去了，在梦中王子梦见了公主被巫师捉走了，公主告诉王子要在第三天的天黑之前收集齐十二生肖卡片去营救公主。王子醒来，果然公主不见了，王子的手里仅留有公主的一块手帕，手帕上写着王子的任务。

三、游戏任务设计

1.终极任务

玩家将王子收集的12张十二生肖卡片交予星球总部，救出公主。

2.主要任务场景及过渡形式

场景一：宫殿

场景二：森林

场景三：杂货店

场景四：客栈

场景五：巫师住所

各个场景之间通过马站进行过渡，玩家可根据任务的时间地点需要，以及现有资金状况选择目的地及马匹等级。

四、游戏场景关卡设计

1.宫殿关卡设计

(1)宫殿中的可通过界面点击可拾取散落在各处的3张十二生肖卡片。

(2)床边上留有公主留下的手帕，手帕上简述了任务目标：收集12张十二生肖卡片，并送巫师住所营救公主。

(3)桌上放着一本练习册，练习册中圈出了3处除法竖式的错误，将错误进行改正，可以获得打开抽屉的钥匙。

(4)打开抽屉，抽屉里面有去往巫师住所的地图和金币。

(5)将墙上的油画拼图拼好后，可获得三个写有数字的小球。

(6)大门密码锁上有三个旋钮，可根据小球中的数字提示，顺时针旋转相应的度数，出现密码提示语。

(7)大门是密码锁上显示着提示语“八亿五千七百六十四”，输入该提示的阿拉伯数字，即可打开大门。

2.森林关卡设计

(1)森林界面中通过界面点击可拾取散落的2张十二生肖卡片。

(2)点击森林管理员，可帮助其解答相应疑惑，并获得十二生肖卡片，仓库一共有5500吨木材，一共有3个问题，只用汽车运输，最少需要多少辆汽车？如果用20辆汽车运输，剩下的用轮船运输，最少需要多少艘轮船？如果用5艘轮船运输，剩下的用汽车运输，最少需要多少辆汽车？每次点击森林管理员与之对话，接受一道题任务。若三个任务都完成了，再次点击人物，则会提示“感谢你的帮助，木材已经运输完毕，不需要其他帮助了”答对的第一道题的奖励中含有1张十二生肖卡片，剩余两道题只有各自1枚金币的奖励。

(3)第一次点击森林管理员，与之对话，可选择“接受任务”。在场景中可看见汽车和轮船的载重。每辆汽车可载重25吨，每艘轮船载重170吨。

(4)森林管理员的任务：将一盆盆景送给杂货店老板，可以或得2枚金币的奖励。

3.杂货店关卡设计

(1)杂货店场景中通过界面点击可拾取散落的2张十二生肖卡片。

(2)杂货店的货架上有两种面粉的价签中，一种为每袋25千克装，标价为3金币；一种为每袋50千克装，标价为5金币。

(3)杂货店内还有游戏区，可以与老板进行气枪比赛。射击界面中左侧从下至上飞起的气球吊着一些不同物体，右侧有要求射击的目标，如“所吊物体中含有平行线”、“所吊物体中含有钝角”等。在1分钟内答对15题即可完成任务。每打错一个气球缩减5秒钟时间，胜利者可以获得1张十二生肖卡片。

4.客栈关卡设计

(1)客栈场景中通过界面点击可拾取散落的2张十二生肖卡片。

(2)客栈门口有个老奶奶，老奶奶想在10分钟内获得50千克最便宜的面粉，如果成功完成任务则将节省下来的金币赠给玩家。

(3)客栈的告示板标有一个月来各个客房入住天数条形图，以及各个客房的营业额的折线图。玩家可根据该图提示在客栈中选择客房住宿一晚，并可获得1张十二生肖卡片。选择的房间越贵，那么玩家休息的越好，能够提高去往巫师住所的速度。

五、游戏规则设计

1.十二生肖卡片

通过完成任务和场景界面的仔细观察点击拾取获得，是完成终极任务的必要元素。

2.任务计时

在接受限时任务后，屏幕下方会出现倒计时提示。非限时任务状态下不显示计时状态条。

3.马站

出任务场景后进入马站界面，界面上部为带有坐标的地图，玩家会骑马自动到达目的地。马匹的价格根据目的地的距离，以及所选马匹的级别而定，玩家可以

玩家可根据自己的任务限定时间和地图上两地的距离综合考虑所需要的马匹级别。

4.金币的使用与获得

(1)在玩家宫殿的抽屉里可以获得起始资金。

(2)玩家需要考虑是否具有足够的金币，可以根据不同的任务内容获得一定的金币奖励。

(3)在购买场所物品、使用交通工具中需要使用金币。

六、教学功能阐述

(1)通过在游戏界面中，让玩家找寻散落的十二生肖卡片，有利于培养学生的注意力、观察力和意志力。

(2)在王子宫殿的场景中，设置的密室逃脱游戏，是一种非常好的游戏方式，可以带给玩家紧张好奇的心理状态，玩家要分析各种线索之间的相互关系，有利于培养学生的判断推理能力。因此，游戏的一开始就抓住了学生的眼球，使学生在游戏中有沉浸感，并对后面的游戏产生了巨大的兴趣与期待。

(3)场景一中的房门密码锁关卡主要考察了对于角度数的认识与应用和图形旋转两个知识点。学生需要在其他的地方获得相关数字，并在看到此处问题关卡时，迅速联想起问题与答案的无缝对接，并尝试着用自己的方式解决问题，从而锻炼了学生解决问题的能力。

(4)场景一中的房门密码锁是一个考察学生关于大数的读写转换能力，要求根

据所提示的大数的读法，写出该数，作为打开大门的密令。

(5)场景一中的拼接油画关卡是为了培养学生的图形思想，锻炼其图形的拼贴与组合能力。

(6)场景一中的抽屉关卡，考察的是学生对于除法竖式的掌握，关卡的目标是对除法竖式的使用方法和规范性熟练掌握。

(7)场景二森林场景中，学生可以接受任务，并需要回答数学场景问题，这几个问题的目的是为了让学生熟练掌握除法计算，并在运输计划的规划时，锻炼学生获得实际生活中需要的最优方案设计能力及多种方案的策划能力。

(8)在场景三杂货店中，杂货店的货架上，写着两种面粉的价格：每袋25千克装，标价为3金币；一种为每袋50千克装，标价为5金币。首先考查的是学生对于单位的掌握，其次是考察学生对于数学计算以及实际生活经验。学生需要

(9)场景三中的射击游戏关卡，可以培养学生对于在游戏故事情境中一些不好间接考察的问题，如教材中要求的对于平行线、相交线等图形基本概念的理解，需要实际的资源图片，所以可以在射击关卡中得以训练。学生需要在气球从开始进入界面到飘出界面的时间里迅速识别问题要求的图形，并准确的移动鼠标到该位置，点击射击，获得正确地解答。

(10)场景四中，除了考察上面提到的购买最便宜的面粉，还在购买过程中加入了限时元素，要求其在10分钟之内完成。该时间的速率不是实际的时间速率，而是与场景过渡的骑马速度，地图中目的地远近距离相关的时间速率。玩家需要在进行交通工具选择时，根据自己的已有资金和目的地的距离与限定时间进行综合判别，使用“速度=路程÷时间”公式进行估算。

(11)场景四告示板上中，主要考察了学生对条形图以及数学曲线的掌握，玩家根据房间的入住天数，以及营业额，可以计算出每个房间的单价。玩家根据手中的资金来选择合适的房间入住。

六、结论

本文通过对小学学生的特征分析以，根据小学四年级上册的教学内容及目标，为四年级小学生设计了一款面向问题解决能力培养的小学数学教育游戏。目前的小学教育可以分为课堂教育和课外教育，并且二者同等重要。目前的课堂教育主要依赖于教师，教师作为课堂教育的主体，能够为学生答疑解惑，能够与学生活动，能够培养学生的解决问题能力。而课外教育离开了教师，学生教育基本没有发挥应有的作用，因此将课外的教育游戏作为课外教育的重要载体，可以弥补学生的课外教育不足。教育游戏的优势在于其娱乐性，那么在教育娱乐性与教育性之间把握平衡时至关重要的，另外应将教育游戏定位为练习巩固解决新问题的课外学习资源。

[1]吕森林.教育游戏产业研究报告[J].中国远程教育.2004,(22):44-47.

[2]魏婷,李艺.国外教育游戏设计研究综述[J].远程教育杂志.2009,(3):15-18.

[3]程君青,朱晓菊.教育游戏的国内外研究综述[J].现代教育技术.2007,(7):72-74.

[4]宋敏珠,章苏静.EFM教育游戏设计模型构建[J].中国电化教育.2009,(1):24-27.

[5]徐丹芳.计算机教育游戏在小学数学教学中的作用[J].中国教育信息化基础教育.2010,(2):62-65.

[6]周华杰.教育游戏在小学教育中的应用研究[D].上海:上海师范大学,2006.

[7]李新兰,韩瑛.从心理学角度谈小学数学教育游戏的设计[J].中国教育技术装备.2009,(33):22-23.

Problem-solving oriented cultivation of elementary school mathematics education game design research

Zheng Rui-li
(Fuzhou City cangshan Experimental Primary School, Fuzhou Fujian, 350007, China)

Today's talent with problem solving ability more and more get the welcome of the society, based on the teaching reform, and also adapt elementary school teaching form, take active reform itself, "problem solving" as the teaching goal. In this paper, according to the teaching content of teaching material for primary school grade four top volume, according to the existing elementary school mathematics education of cultivating the ability of problem solving oriented game design should follow the design concept and strategy, has carried on the case of conceptual design in the world, and its teaching function has carried on the detailed elaboration, and explains how to implementation in elementary school mathematics education game problem solving ability.

problem solving ability; elementary school mathematics; education game

A

1000-9795（2014）08-000221-03

［责任编辑：刘 乾］

郑瑞丽(1989-)，女，福建福州人，福州市苍山实验小学高级教师。研究方向：课堂教学的有效性及小学教学。