开心的游戏化学习

/ 云南师范大学文理学院

周加仙 / 华东师范大学教育学部

在智能手机及平板电脑等移动设备盛行的时代语境下，电子游戏化学习成为当下研究的焦点。将教育与生物科技、计算机技术等进行整合研究，揭示教育规律的核心本质，不仅能让教育技术在以用户为中心的原则上扩大应用效益，而且以教育技术和脑科学为理论支撑的游戏化教学方式，更能够达到理想的教育过程，更有利于教育目标的实现。李璐、周加仙的文章从脑科学的角度，对快乐的游戏化学习进行了深入的分析，具有一定的科研和应用价值，将给创新型教学实践带来新的启示。

——推荐人周晓林（北京大学心理与认知科学学院教授、脑科学与认知科学中心主任）

寻找快乐的本源，是人类社会亘古不变的议题。教育部部长陈宝生在北京十一学校考察后讲到教育的三个“心”，其中，“小学阶段要开心”受到各方面的高度关注。但是小学阶段如何为学生释放出更多的空间和时间，让他们拥有快乐的学习时光，却是教育工作者和相关部门面临的一个亟待解决的问题。除了课程设置本身要更加符合小学年龄阶段儿童的脑与认知发展规律以外，我们还应该结合脑与认知科学的研究成果，让课程的实施过程，即教学，也成为开心的事情。

游戏化学习及开心的神经机制

一直以来，游戏都是儿童最主要的学习与交往方式。近年来，发达的计算机信息技术与各种媒体，将游戏化学习推向一个新的高潮。由于游戏的可操作性较强，6-12岁的儿童经过适当的指导能够学会大部分电脑游戏。许多游戏化学习都比精心安排的传统课程更能提高学生的参与水平（Johnson，2004），提高教学的效率。电子游戏化学习具备趣味的学习特点，能够让学习者，尤其是低年龄阶段的学习者，在学习的过程中维持较长久的专注状态，并提高玩家的学习动机。通过电子游戏本身所具备的图片、声音、影像以及文字等多媒体的整合特征，可有效地提升学习者对于学习的注意力及兴趣，培养学习者的创造性思维与亲社会行为。由此可见，采用电子游戏的学习模式，不仅可以激发学习者的学习动机，更可以结合教育教学的内容（Bruce，2018），让儿童在游戏中得到乐趣的同时，也能够学习到相关的知识，提高他们对于读、写、算及各类学科知识的学习兴趣，促进小学生主动积极地参与和学习。借助电子游戏学习来达到学习的目标，可以让小学生在学习的过程中更投入，学习更加主动，进而使得学习变成一件非常开心的事。

人们普遍认为，开心是幸福的重要组成部分，“开心”这一愉悦的反应，是哺乳动物的快乐行为在大脑中产生了显著的正性反馈（Steiner et al.，2001），并且具有重要的进化功能。大多数哺乳动物的大脑中存在产生情感反应的相似神经机制，这种机制已经在物种进化过程中得到了选择并保留了下来（Kringelbach，2010）。尽管各学科对于开心的见解众说纷纭，但在神经科学里，对大脑在引起“喜欢”“快乐”等愉悦反应的神经机制的探讨中，观点比较一致。有研究发现，与开心有关的神经机制处于大脑的深处（如伏隔核、腹侧苍白球、脑干等位置），而其它与情绪相关的脑机制则位于大脑皮质的相关区域（如眶额、扣带、内侧前额叶和岛状皮质等）（Smith et al.，2010）。开心这一愉悦的情绪，会激活大脑中广泛分布的网络，并为兴奋状态具有高度分布性的脑区编码提供了证据。但是迄今为止，仅在大脑皮质下的结构中发现了少数与愉悦存在因果关系的区域（Smith et al.，2010），这些区域被人们称为脑中的“快乐中枢”。

研究者采用非侵入性的功能磁共振成像（fMRI）技术，对正在进行游戏化学习的个体进行研究。研究表明，此时学习者的脑中会出现更多与记忆系统有关的脑区激活，且激活随着游戏化投入程度的加深而增强，即学习效果与学习动机之间的关系，会受到学习背景的调节（Kuntson et al.，2001；Nieuwenhuis et al.，2005）。此外，大量研究表明，游戏化学习能够更有效地促进知识与技能的学习以及态度的转变，在游戏化学习过程中个体在前额叶及顶叶区能够观察到更多脑区激活的情形（Sitzmann，2011；Howard-Jones，2014；Islas，2014）。相较于传统的教学方式，参与游戏化方式学习的学习者学习更主动，对知识的记忆效果更好。在学习过程中，经过工作记忆训练的个体，在前额叶及顶叶区可以观察到更多的脑区激活，对所学知识内容的迁移与应用的信心也明显提高（Hays，2005）。

游戏化学习激发开心的途径及神经机制

组队攻关更“开心”——竞争与合作的社会性交互作用。有研究表明，参与性与社会动态性对学习至关重要。脑际波形同步可能是社会性互动的神经标记，这种同步性很可能是由共同的注意机制驱动的（Suzanne，2017）。班级同学间的脑电波同步程度似乎可以很好地预测同伴间的相处状况，以及学生们对课程的参与程度。毫无疑问，共同学习更“开心”。

在游戏化学习中，竞争可以有效地激发学生的学习动机。学生在多人游戏的环境里，通过多人游戏的竞争，激发学习者的动机并推动学习者的自我学习（Burguillo，2010）。另一方面，在合作游戏里，同组的游戏玩家，均向着自身团队期望的共同目标而奋斗，同一团队的玩家们无论输或赢都是以团队为单位，对他们而言，要赢得的目标是团队整体的利益而非个人利益。因而在进行游戏化学习时，由于其存在的竞争和合作学习的环境，学生间不仅通过言语进行交流，而且通过多种方式对实时的感觉运动信息进行共享，以便更好地完成小组学习的任务。感觉运动信息的共享可以产生联合注意、共享情绪等，从而激发与学生心智化能力发展高度相关的颞顶联合区域的激活（Hutcherson et al.，2015），该区域的激活表明，游戏化学习中潜在的社会性交互作用，能够使学生在共同的学习活动中，提升其对自我以及对他人的觉知能力，这对于青少年儿童的社会性心理能力提升大有裨益。

合作与竞争的顺利完成均会激活额顶脑网络以及前脑岛（Rilling et al.，2008），且在合作的过程中，个体的眶额叶皮质呈现出更多的激活。这些区域的激活，让学生在游戏化团队学习的过程中，便于将自己的战队与其他战队区分，从而有效地提升学生的决策能力；组队攻关的挑战可以使学生潜移默化地体验到团队之间互惠协作的真谛，从而培养学生的利他行为。良好的同伴关系，能够让青少年儿童体验到更多的快乐。合作与竞争的交互，不仅使得游戏化学习的神秘性与刺激性并存，而且能增加学生之间的信任与合作，因此，组队学习更“开心”。

获得奖励更“开心”——奖励机制与不确定性奖励的效用。电子游戏中的奖励机制有助于吸引玩家留在游戏中，并且通过一步一步的进步和与之伴随的正性强化，使玩家沉浸其中，这也是电子游戏之所以受到欢迎的主要原因。在游戏的过程中，玩家在获得游戏积分或者点卡的时候，个体脑中腹侧背盖区的多巴胺神经元投射到边缘系统相关脑区的神经通路，刺激信号通过多巴胺激活此处的神经元，传递到玩家的“奖励中枢”，即中脑边缘多巴胺系统中，游戏者由此体验到开心的愉悦感（Salamone，2012）。

不确定的游戏奖励会导致大脑释放出更多的神经递质多巴胺。例如，卡牌游戏从抽牌开始本身就带有概率型奖励的随机色彩，这也是卡牌游戏的魅力所在。当受到奖励的可能性为50%时，多巴胺的释放达到峰值。这也从神经生理学的角度较好地解释了为什么人们更容易被机遇性游戏吸引的原因（Howard-Jones，2011）。在游戏化学习中，学生不断被电子游戏学习系统给予的新道具、新任务和新的剧情刺激，逐步形成新的学习行为模式，中脑腹侧的多巴胺神经系统进而被更大地激活，使多巴胺神经元持续放电的现象增多，从而使学生在游戏化学习的过程中，不断地感觉到情感上的满足，最终达到快乐学习的目的。

赢得胜利更“开心”——情绪情感参与游戏化学习的效用。一款成功的游戏往往能够唤起玩家的各类情绪，并使各类情绪在正负值间强烈地波动。每个人都喜欢玩那些能够带来愉悦体验的游戏，为了促进交互式学习游戏的趣味性，越来越多的研究人员将注意力转移到人类用户表达的情感体验上，并努力实现能够自动解码并以适当方式回应这些情绪的情感智能界面。情绪情感是游戏玩家与游戏本身互动的一种走势（Perron，2005；Bruce，2018）。经由游戏产生的情绪似乎是一个过程而不是一种状态，包括玩家对情境的评估和对应激情况的反应准备。在通常情况下，一种情境与个体行为之间的相互作用决定了游戏的情绪，而这种情绪会随着具体情况的实现而发生变化。如果学生意识到游戏情境的趣味性或者操控性，无论游戏中的任何一个步骤是否会转瞬即逝，都会使得学生的情绪与情感整合到游戏化的学习中。

与游戏化学习中产生的情绪息息相关的杏仁核，在情绪性记忆过程中同时触发应激激素的释放，经由下丘脑—垂体—肾上腺通路反馈到记忆巩固和储存脑区（内侧颞叶和前额叶）（LaBar，2006），以提高学生的学习记忆效果。此外，前额叶皮质也在对情绪性刺激的注意加工中激活，情绪对学生选择性注意具有重要的影响作用，积极的情绪可以拓宽学习者的注意广度，而这两个因素，是学习效果的关键影响因素。游戏化学习可以让学生在参与的过程中引起更高的学习动机，保持更高的注意状态，获得更多的记忆性知识。点滴的胜利累积，会使得诸如睾丸素的类固醇激素增加，而这对儿童青少年的发展调节与生存和生产有关的心理和行为具有重要作用。赢得胜利更“开心”，因为学习者体验到了“一分耕耘，一分收获”的甜蜜滋味。

综上所述，游戏化学习对于提高学生学习的动机、提升教学的效果具有重要的作用和意义。但是，长期以来，社会、家长、教师等对电子游戏的错误认知，往往对电子游戏持排斥的态度。事实上，只要正确引导与合理安排，游戏化教学也能够对儿童、青少年的脑与认知发展发挥促进作用。目前，存在的一个问题是，真实教育游戏情境中的设计技术欠缺，很少有针对性强、科目性强且优质成熟的游戏化教学平台，如没有专门针对小学数学学习的游戏化教学平台或游戏化自学平台。因此，当务之急是，培养一批不仅掌握了脑与认知科学的基本知识，还掌握了游戏设计的应用技术或者工具的专业化学习游戏设计人才。这种人才能够根据科学研究的成果，搭建游戏化的学习平台，编写游戏化学习的软件，来促进学生的学习。

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