推进STEM教育的游戏开发竞赛机制研究

乔爱玲

摘要：如何多渠道、多路径推进STEM教育，是我国当前教育创新的重要问题之一。该研究聚焦于美国STEM电子游戏竞赛的机制设计分析，通过系统梳理和分析美国STEM电子游戏竞赛在规则制定、支持设计、社会化组织参与等方面的经验，发现其具备鼓励作品多样化、提供丰富在线学习资源、以及基于学生水平推荐游戏开发平台等多个特点，同时也存在着参赛者性别比例差异显著、评审标准教育引导性不强、赛事可持续性有待检验等典型问题；研究结合我国实际情况，提出了社会组织深度参与、促进师生团队协作、注重评审标准教育引导性等五条启示，以为我国开展STEM教育项目提供建议。

关键词：STEM教育；游戏竞赛；机制设计

中图分类号：G434 文献标识码：A

当前，我国正处于推进以STEM教育、创客教育为代表的教育创新的迅速发展期。如何多途径的开展STEM教育，是当前相关研究者和实践者面临的一个现实问题。随着我国教育部2016年6月在《教育信息化“十三五”规划》中，明确提出积极探索以跨学科学习（STEM/STEAM教育）为代表的新教育模式以来，STEM教育实践与相关研究都呈现大幅度提升态势。不同于传统教学改革，STEM教育模式在教学内容、实施主体两个方面，都体现了更强的融合性特点，即教学内容的多层次整合和实施机构的多主体参与。教学内容的多层次整合领域，已有研究进行了大量分析，提出了如课程整合的“金字塔模型”“综合模型”等有影响力的研究成果；但在STEM教育项目的多主体参与方面，虽然从各级科协、科技馆，到行业社会企业纷纷投入STEM教育，但是相关研究较少。我国当前的STEM教育实践中，长三角地区以及珠三角地区的STEM教育实践和探索最为活跃，出现了如上海STEM云中心、上海青少年STEMx实践展示交流等一系列颇具社会影响力的社会机构和教育项目；针对非正式学习环境中的STEM教育，美国《STEM教育法》中明确提出要加强对社会机构开展非正式环境下的STEM教育研究，提出要支持研究和发展创新的校外STEM学习项目和新兴的非正式STEM学习环境，推进非正式学习STEM领域发展研究。可见，社会机构和组织所开展的各类STEM教育活动，已经成为STEM教育发展不可忽视的部分。

一、背景

国际上推进STEM教育的途径，除了改造传统学校教育和大力推进博物馆STEM教育外，基于社会公益组织的STEM项目推进也是一种重要途径。比如，美国联邦政府、私营部门和非营利研究团体之间通过合作，启动了一批有影响力的STEM项目，如时代华纳、Discovery传播公司、国家实验室等多家机构推进的STEM教育实践。其中，NSVGC（National STEM Video Game Challenge，美国国家STEM电子游戏竞赛）基于其设计独特的游戏竞赛机制，吸引了大批青少年以游戏设计和开发的形式实践STEM教育，有效地促进了STEM教育的参与和创新，对于实现美国STEM教育目标之一“增加美国学生在STEM教育中的参与性，提升STEM对其生活的价值”，起到了非常积极的作用。

本研究旨在通过系统梳理和分析美国STEM电子游戏竞赛的机制设计，从其规则制定、支持设计、社会化组织参与等方面，分析该类竞赛机制特点及存在不足，在此基础上针对我国STEM教育提出建议，为我国开展STEM教育提供实施途径上的借鉴。

二、美国NSVGC竞赛简介

自美国政府认识到训练有素的STEM群体有助于其在全球市场的竞争以来，美国各界一直致力于为美国适龄群体提高STEM素质，并将其视为美国长期安全和繁荣的重要保障。NSVGC竞赛根源于2009年时任美国总统奥巴马提出的“创新教育”运动，其提出让学生在融入科学、技术、工程和数学的学习过程中培养知识技能和系统思维，利用学生对电子游戏（Video Game）的热情以激发其接受STEM教育的动机。该项赛事最初由美国娱乐软件协会（ESA，Entertainment Software Association，）、琼·甘茨·库尼中心（Joan Ganz Cooney Center）等機构联合多家致力于STEM教育的社会机构创办。赛事面向美国5-12年级学生，基于STEM教育原则要求创作原创性的电子游戏，游戏需要创新而又有吸引力。赛事到2016年底已经举办了五届，2017年NSVGC赛事已经开始接受报名。参赛者通过探索设计STEM科目，构建游戏原型，分享和发布游戏。以往参赛作品中，学生设计的各类游戏涵盖了从历史到数学，以至多个学科科目。通过该赛事，学生不仅更侧重于自己学习，而且更多和家长、老师一起开发。从数量上看，2011年赛事收到了近500项参赛作品，2012年参赛数量则达到了3700项，2016年参赛作品更是接近了5000项。

随着美国政府推进的NSVGC赛事效果日益显现，基于电子游戏竞赛的方式倡导STEM教育这一途径，也引起了国际上其他各国的重视。2014年5月澳大利亚就启动了其首届STEM电子游戏挑战赛，赛事由澳大利亚教育研究委员会（ACER）通过ACER基金会组织，同样面向5-12年级在校学生设计、建造并提交电子游戏的原创性作品。

三、美国NSVGC竞赛机制设计分析

为推进NSVGC竞赛的顺利实施，相关组织制订了较为完备的竞赛规则。每年的比赛将在3月份或者4月份启动，8月中旬截止提交作品，经两个阶段评审后，在12月份公布竞赛成绩。较长的赛事时间跨度保证了参赛者能够有充分的时间准备。本研究通过系统梳理美国NSVGC竞赛在竞赛规则设计、参赛支持设计以及社会组织参与方面的成功经验，对该项赛事的竞赛机制设计进行了细致分析。

（一）竞赛规则设计

1.鼓励作品多样化

传统意义上，游戏设计与开发更被认为是需要具备较强专业素质的一项工作。为保障基于游戏开发的方式推进STEM教育这一初衷，激发更多青少年参加比赛，NSVGC竞赛在鼓励作品的多样化方面进行了针对性设计。一方面，参赛作品可以是基于书面的游戏设计文档、基于指定平台的游戏开发作品、以及基于开放平台的游戏开发作品等三种形式；其中基于书面的游戏设计文档，要求申请人以书面设计文档形式提交项目，在文档中对项目进行详细描述，需包括游戏的整体视觉描述，目标观众，游戏流程，视觉风格和故事情节等内容。这一定程度上降低了参赛难度。

另一方面，NSVGC竞赛鼓励参赛者自主选择游戏开发平台。参赛者可以在竞赛指定的Game Maker、Scratch、Unity、或者Gamestar等免费平台中选择一个开发平台，也可以采用Flash、Stagecast Creator、RPG Maker、Game Salad等平台。针对前一系列平台，NSVGC竞赛提供了相应的技术支持帮助文档；而针对后一系列，参赛者也可以以原型形式提交项目。对开放平台的开放多元，使得参赛者可以根据自身水平选择平台。为了鼓励参赛者，竞赛奖项的设计也针对不同的开发工具（指定平台和开放平台）评选每组作品，并设置了每组6个获奖等级和附加奖。

2.引导专业化游戏设计

为保证参赛作品的水平，NSVGC竞赛设计了两个阶段的评审机制，引导参赛者能够进行较为专业化的游戏设计和开发。第一阶段注重参赛作品的形式审查，即保证参赛作品提供材料的完整性，以及满足竞赛相关要求和规定；第二阶段则由专家依照评分标准对作品进行评分，评分标准主要从游戏的探究设计、视觉创意设计以及游戏平衡性设计三个方面进行评判。

探究设计方面，评审标准首先对参赛作品是否与所提交的书面视频游戏设计文档内容相一致，再对玩家是否能够充分参与到游戏中以及参与程度如何进行判定；游戏的视觉创意设计更多考量的是游戏的视觉独特性。针对游戏设计的平衡性，则是从游戏目标的清晰与否、挑战与回报之间的平衡、以及基于玩家反馈情况这三个方面进行评判。如果在不同的获奖等级中出现并列情况，则评判作品的视觉创新创意分数，高者获胜；如在附加奖中出现并列的情况，则从游戏探究设计这一标准进行评判，分数高的获胜。这样的评分标准设计，更多的考虑了游戏设计原则。

虽然现有标准中没有严格要求游戏与学科内容和跨学科内容的整合，但相当多的参赛作品仍属于教育类游戏。2013年参赛统计数据显示，当年有46%的参赛作品属于教育类电子游戏。如下表所示是2013年部分获奖作品的简要信息，可见其与物理、数学、环境等学科都有着密切的联系。

3.知识产权得到保障

为了维护参赛者的利益，NSVGC竞赛在知识产权保护和专业发展方面，为参赛者提供了有力的保障。针对参赛作品的知识产权保护，一方面规则中要求参赛者提交的申请材料不能侵犯他人的权益（包括完成作品，以及视频、图片、编程、声音等内容）；另一方面，明确规定了参赛作品的知识产权仍然属于参赛者（个人或者团队），明晰的知识产权保护在保障赛事能够有序发展之外，更为参赛者提供了必要的保障。同时，为增加赛事影响力，规则中也提出赛事可以使用参赛作品用于赛事宣传等途径。

NSVGC竞赛针对参赛者的激励，不仅仅体现在奖项方面，更考虑了参赛者的未来职业发展。根据每一位获奖者的要求，NSVGC竞赛都可以为其提供专业咨询和辅导，为参赛者从游戏和教育两个方面提供设计方面或者技能方面的提升机会，以促进参赛者的进一步提高。

（二）竞赛支持设计

1.提供丰富在线学习资源

为了帮助参赛者能够更为顺利地找到辅导资源，NSVGC竞赛提供了丰富的在线资源供参赛者学习，其中包括游戏设计教程以及指导视频，还有来自相关游戏开发厂商的学习资料。一直以来，STEM教育师资的不足是困惑STEM教育发展的重要因素，NSVGC竞赛充分利用在线学习网站和学习课程，部分解决了STEM师资问题。更为重要的是，基于网络这一非正式学习环境所开展的STEM学习，对于弥补传统教育中动手缺乏、探究机会少等问题有着重要意义。

2.基于学生水平推荐游戏开发平台

作为面向全体适龄学生的竞赛，NSVGC竞赛选择了具有较强通用型的游戏开发平台作用推荐竞赛平台，形成了对已有社会资源的充分利用。2017年其指定的四个游戏开发平台分别是Unity、GameMaker、Scratch以及Gamestar Mechanic，如圖1所示。这些平台适应不同年龄段以及技术水平的开发人员，各个工具特点鲜明，形成了对竞赛项目的有力支撑。参赛者可以根据自己的学习经验、开发环境的难易程度、以及游戏认知程度进行选择。

以Gamestar Mechanic为例，使用有趣的、基于游戏的过关模式、任务道具和课程的形式，帮助使用者学习游戏设计开发，并分享作品的在线社区，其遵循高参与度和创造性的环境中学习游戏设计和系统思维的指导原则。从对于参赛者的技能要求上来说，Gamestar Mechanic适合于刚刚接触游戏设计、编程经验不是很丰富的参赛者，参赛者可以使用拖放工具来便捷地开发游戏。基于Gamestar Mechanic的游戏设计能够建立学生有关科技、技术、艺术、认知、社交和语言等方面的技能，其内嵌了学习课程能够支持STEM技能的形成。Gamestar Mechanic基于原型设计、迭代的设计思路，初学者就可以设计构建任何一种想法或多种游戏。通过课程，学生可以学习到游戏设计中系统的工作方法，包括游戏脚本设计，游戏场景设计，完成场景搭建并进行测试等等。同时Gamestar Mechanic更是一个交流平台，学生通过学习、设计、分享、开发、加入社区等多个实践环节，观看并对其他游戏发表自己的意见和想法，还可以获得专业教师的反馈。

采用通用开放平台这一策略，在澳大利亚的STEM电子游戏竞赛中同样被采纳，其推荐参赛者使用如Gamemaker、Gamestar、Unity等开放游戏开发平台。

3.引导参赛者协作

作为校外非正式学习环境的STEM项目，需要学习者通过其他人（教师、家长等）的协作，才能实现STEM教育的根本目的。NSVGC竞赛充分鼓励参赛者在作品设计开发过程中，与家长、教师等角色的深度互动。在2013年的竞赛统计中发现，76%的参赛者通过和家人、教师或者课外项目获得了针对性的帮助，其中54%的帮助来自于参赛者的教师，而这一过程完全是参赛者的自发行为（如图2所示）。由此就产生了一个非常有意义的效果，就是参与校外STEM项目的年轻人在对STEM教育产生兴趣的同时，对他们校内学习都产生了积极的影响。

（三）社会化组织参与

美国STEM教育中一个非常显著的特点就是社会机构的广泛参与。2010年，《美国竞争再授权法》明确要求整合各方资源，社会机构充分协同开展STEM教育的研究计划和活动，以提高学生STEM学习的兴趣，促进STEM教育的有效实施。这一特点在NSVGC竞赛中同样得到了充分体现。长期以来，支持NSVGC赛事机构包括了前文所述的美国娱乐软件协会、琼·甘茨·库尼中心等机构外，每年赛事都会吸纳新的合作伙伴，以2012年的NSVGC竞赛为例，其合作伙伴包括了如美国男孩&女孩俱乐部、头脑风暴、美国学校图书馆协会、美国图书馆协会、乔治·卢卡斯教育基金会等多家社会机构，2017年Games for Change（G4C）机构则成为其新的合作伙伴。

四、存在的问题

虽然美国STEM项目和赛事汇集了广泛人员的参加，取得了巨大的成功，但是STEM教育中仍然存在很多问题。

（一）参赛者性别比例差异显著

STEM教育中性别差异，始终是引起重视的一个问题。在该项赛事中同样存在这一现象，即女性参赛者明显少于男性。以2013年参赛选手性别统计为例，其中66%参赛者为男性，女性参赛者仅占1/3。这一差异在STEM32作中同样存在。实际上，有数据显示美国有37%的STEM本科学位是由女性所取得的，但是具体学科有较大差异，其中计算机科学学位只有18%被授予女性。这样看来，NSVGC赛事对于提升女性参赛者对于STEM兴趣还是起到了积极作用。

同时，美国和澳大利亚的相关数据也显示了另一个现象，就是来自经济发展较弱地区的参赛者较少，这也是非常值得关注的一个问题。美国《STEM2026》报告总结STEM教育面临的八大挑战，第一条就是“促进公平的STEM教与学经验和资源”。充分利用网络学习空间，更为有效地推进STEM教育，应该成为解决这一问题的必要方式。

（二）评审标准教育引导性不强

虽然NSVGC竞赛取得了较大影响，参赛数量和国际影响日益显著。然而值得关注的是，并不是所有参赛作品都与STEM教育相关。如前所述，2013年有超过一半的游戏作品并不能称之为教育类游戏，也就是说这些作品与学科教育或者跨学科教育关联不密切。产生这一情况的重要原因，就是其评审标准中，过于关注游戏性而对于教育性的缺失。评审标准的探究设计、视觉创意设计、游戏平衡性设计三个维度，未能体现游戏设计中的教育性要求，比如利用学科知识解决现实问题。根本上，NSVGC竞赛不能仅仅定位于参赛者编程能力的提升，更要注重参赛者STEM综合素质的提升。

（三）赛事可持续性有待检验

如前所述，NSVGC赛事源自奥巴马政府期间的“教育创新”计划。随着美国政府因换届而产生的权力过渡，“教育创新”计划将面临终止。虽然2017年NSVGC赛事已经启动，但后续该项赛事能否持续尚不得而知。实际上在2016年底，美国国会参议院曾提出新政府应继续实施《每一个孩子成功法案》，以及建立STEM通道（STEM Pipeline，即支持STEM学科的发展融入到各个阶段）等建议。总体上，自2006年布什政府提出培养具有STEM素养的人才使其成为全球竞争力的关键，到奥巴马执政期间“教育创新”计划设定的“到2021年培养出十万数学与科学精英教师”目标，美国历界政府对STEM的投入有增无减。但是，考虑到NSVGC竞赛毕竟属于电子游戏范畴，该项赛事的可持续性还有待时间检验。

五、NSVGC竞赛对我国推进STEM项目的启示

NSVGC竞赛作为一种卓有成效的STEM项目推进形式，我国当前还没有出现类似组织与活动，这与传统文化、技术环境、教育模式等都有着一定关系。借鉴并反思NSVGC竞赛在社会组织参与、技术工具选择、评审标准制定等方面的经验，将有助于更加多渠道、多路径推进STEM教育，促进我国教育创新。

（一）社会组织深度参与

美国充分利用企业、非营利机构等组织发展STEM教育，其同政府部门共同建立了一个高效的跨部门合作模式。在2010年，美国百余家企业创建了“变革方程”非盈利机构，致力推广STEM教育。我国STEM教育的广泛推进，必然离不开社会组织的积极参与，这其中不仅仅包括以科协系统为代表的事业单位，和各级各类的社会化教育服务机构，更为重要的是要形成致力于STEM教育推进的公益组织。可以采用PPP模式推进STEM教育，PPP模式作为我国当前倡导的准公共产品的提供方式，有机构已经进行了基于PPP模式的基础教育领域创客教育推广探索性实践。STEM电子游戏竞赛因其广泛的学生基础、积极导向作用更适合于成为社会组织深度参与STEM教育的切入点。

（二）利用通用工具技术

美国NSVGC竞赛选择了免费的通用技术工具开展竞赛，极大地降低了参赛门槛的同时，有效地保证了竞赛的公正性。针对当前NSVGC采用工具的调研发现，这些工具普遍没有中文版本，且国内类似平台工具少之又少。这也会成为在我国推进该类赛事的一个障碍。针对这一情况可以有两种解决方法，一是尽快完成相关工具的本地化，另一个方面就是依靠目前中小学科学教育、信息技术教育中，普遍教授的FLASH等工具软件，其中SCRATCH和APP INVENTORJE在被越来越多地中小学在教学中使用。

（三）促进师生团队协作

目前各国STEM教育中STEM师资的缺乏是制约STEM教育发展的一个普遍问题，STEM教育对于教师的跨学科经验和课程开发能力都提出了较高的要求。NSVGC赛事直接面向广大适龄参赛者，主要依靠参赛者对于电子游戏的探索和设计热情激发其STEM学习动机，同样离不开教师指导，如何促进师生团队的协作，必然成为推进STEM教育游戏竞赛机制的必要途径。从这个意义上，我国迫切需要具有一定編程能力和游戏创意设计的教师人员。

（四）评审标准的引导性

必须要加强参赛做品的教育引导性。美国NSVGC赛事中的评审标准，更多的是从游戏设计角度，从视觉、平衡等方面构建，缺乏明确的教育引导性。我国该类赛事的评审标准，需要与跨学科教育建立关联，可以采用指定参赛内容（如利用物理领域加速度、数学各类形状面积计算等），与自选参赛内容相结合的形式，保证参赛作品的教育引导。

（五）注重竞赛持续性

目前我国面向中小学的各类竞赛种类繁多。保障STEM电子游戏竞赛的可持续性，需要充分把握STEM教育这个特点。国际上已经普遍认可，以科学中心为代表的博物馆在实施STEM教育中发挥着重要作用。可以依托科协等部门举办该类赛事。早在2015年，中国科协就提出了“利用STEM教育，推进馆校结合”的举措。STEM电子游戏竞赛可以作为这一举措的切人口。

六、后续研究

NSVGC竞赛的实质是非正式学习环境下的STEM项目，当游戏已经成为适龄群体认识世界、感知世界的重要部分时，利用STEM教育引导其树立积极的游戏设计开发价值观，遵循严肃游戏的设计理念，将会成为高效推进STEM教育的一个有效途径。本研究通过系统梳理和分析美国STEM电子游戏竞赛在规则制定、支持设计、社会化组织参与等方面的经验，发掘该类竞赛机制特点及存在不足，旨在为我国开展STEM教育项目提供启示。