基于机器学习理论的教育游戏设计——以对外汉语教育游戏《学堂》为例

胡正言，于 延

(哈尔滨师范大学 计算机科学与信息工程学院，黑龙江 哈尔滨 150025)

1 对外汉语教学现状与存在问题

汉语做为学习中国文化最重要的工具，已经成为世界各国友人了解中国的渠道[1]。许多国家对汉语学习需求越来越大，汉语教育已经呈现出国际化的态势。语言是用来日常交流的工具，想要熟练运用汉语需要汉语语言环境的支持。在目前的对外教学模式中，学习者所能接触到的语言环境多来自课堂，学习者与汉语接触的时间有限，无法模拟多种现实环境，导致学习者私下学习时的发音不能被及时的纠正。和国人学习英语容易出现“中式英语”的错误一样，在不同文化和生活环境的影响下，国外学习者对汉语的学习也存在着诸多问题，例如：①在听力方面，由于汉语多音字的特点，单纯的针对各边汉子的学习效果不佳；②因为发音习惯的不同，导致不能将汉语特色的发音熟练掌握，句型结构不同导致逻辑不通顺；③汉语独有的一字多义和一字多音偏于抽象，不结合真实语境不能有效的理解含义。

2 教育游戏《学堂》设计

2.1 游戏性设计

(1)游戏的目的。设计该款教育电子游戏的目的意在加强和改善有一定基础的学习者汉语发音问题。用重复的汉语发音来与游戏进行交互，模拟汉语的语言环境。利用深度神经网络-隐马尔可夫模型混合系统来进行语音识别，对用户的发音进行纠错，不断加强用户的口语水平。使用AI的智能搜索，针对泛化式教育存在的薄弱点，对用户学习的知识目的性的选择。

(2)游戏类型。游戏类型采用Roguelike-RPG游戏。Roguelike是20世纪80年代，由Michael Toy和Glenn Washman两位软件工程师基于UNIX系统开发的大型机上运行的游戏。该游戏的特点见表1。

表1 Roguelike-RPG游戏特点

Roguelike游戏的这些特点使它的耐玩性和制作成本的性价比大大提高，其有趣的游戏机制令玩家很快进入沉浸状态[2]。玩家为了体验不同的游戏过程，反复的进游戏，内在动机论[3]得以体现。

(3)游戏界面和背景采用2D。开发团队不需要把大量的时间花费在建模上。游戏里所有涉及到文字的界面都有汉语，英语，以及拼音3种语言存在。玩家可以在选项设置中选在一种或多种语言同时显示。并且汉子旁边都配有发音按钮，可以随时学习正确发音。

(4)游戏故事。玩家扮演的角色因为事故穿越到中国的学堂。在穿越的过程中玩家得知只有到达学堂的最顶层才能解开穿越的秘密。而在前往顶层学堂的途中，玩家会遭到敌人的阻碍(学堂的学生)，在每一层的楼梯前还有一个BOSS(先生)把守。玩家在前进的道路上不断获得道具，提升装备来击败敌人，最终到达顶层。

(5)游戏角色。游戏角色分为玩家所扮演的主角和敌人(学生和先生)。人物的属性如下。玩家所扮演的角色血量归零时游戏结束。

(6)游戏操作。游戏的基本操作可以选择用键盘鼠标来操作，方向键上下左右分别对应前后左右移动。空格键代表确定，X键代表返回。同时也可以用汉语语音输入，自然语言来控制。“前进”“后退”“左转”“右转”分别对应键盘上4个方向键。“确定”对应空格键，“返回”对应X键。

表2 人物属性

(7)游戏的战斗。游戏中玩家战斗有两种形式：①通过汉语与战斗对象交互，回答问题。从基础的汉语拼音，到古诗词和成语以及日常用语问答。问题的难易程度是根据计算机通过机器学习学习你平常的发音以及汉语的使用来设置的。回答正确则会有道具奖励，回答错误将进行战斗。同时计算机利用机器学习玩家回答问题的正确率和发音的正确率，根据克拉申的i+1理论，增加游戏中汉语的难度。并且利用AI的智能个性化搜索，在上网自动搜索你感兴趣的汉语问题；②如果答题错误，将直接进入战斗界面，玩家可以选择，普通攻击，技能使用，还有逃跑。普通攻击无消耗，技能使用需要消耗MP。逃跑成功的几率为50%。击败敌人的同时可以从敌人身上获得金钱。

(8)道具的获取。游戏中道具的获取有两种形式：①在每层不同的地方会随机生成宝箱，玩家可以通过回答问题获得道具，回答错误宝箱消失，同时随机出现在该层的其他地方；②游戏开始会在每层随机生成神秘商店，玩家可以和AI的NPC进行对话，通过金钱来购买道具，由此来模拟平常所欠缺的语言环境。每局游戏的结束，AI都会根据玩家游戏中回答问题的正确率和难易程度打印你的评分。评分分为SS、S、A、B、C、E、F，依次下降。评分的等级将决定你下局游戏初始装备的好坏。

2.2 教育性设计

(1)学习序列。游戏参照了国家课程标准的汉语拼音教育，以及相关对汉语学习书籍进行了游戏的初始化内容。学习过程同过机器学习和智能搜索根据玩家的兴趣特点下载合适的学习内容到本地数据库中。学习序列见表3。

(2)练习频率。练习频率在教育游戏中起着关键的作用，合理的数值能使学习达到事半功倍的效果。计算机利用机器学习根据玩家回答问题的正确率，回答时间和难易程度作为样本进行训练。由此针对玩家的薄弱项来制定练习频率，将教育游戏的效果达到最大化。

表3 游戏的学习序列

(3)练习方式。游戏中的操作都可以用语音输入来进行。汉语拼音和汉字拼音的练习会以游戏中的选择问题形式显示，玩家根据文字和读音选择正确的汉语拼音，例如玩家进入问答环节，计算机利用智能搜索进去互联网选取汉字，对话框显示“好”字的同时显示“好”字笔画顺序的动画，计算机发出“好”的读音，并且给出两个选项：A.“hǎo”，B.“huài”，玩家选择A则回答正确，玩家选择B则回答错误，机器学习会根据样本在以后的问题中安排更多与“好”字相关的问题。日常常用单词方面采用图形联想记忆，机制与上述类似。汉语语法练习会对话框给出打乱的语句单词，玩家需要根据语法将单词重组成正确的语句。日常简单对话和长难句情景对话分为两部分，一是语音输出并且是显示汉字，高级进阶为只有语音输出。

3 《学堂》游戏测试及评价

为了测试游戏的可行性、趣味性和学习效果，在此请到了本专业留学生进行了测试。分为两组，一组为使用《学堂》学习拼音，另一组通过普通学习来学习拼音。游戏的测评结果如下：①需要30学时学习的汉语拼音知识，使用游戏在20小时之内就可以完成；②在学习结束后的拼音测试中，运用游戏学习的人测试平均分为98.9，明显高于普通学习的93.2，学习效率大大提升；③游戏可以流畅运行，游戏的趣味性得到了认可；④游戏的目的性明确，玩家操作简单易上手；⑤游戏运行时需要大量内存，语音识别和智能搜索的时间较长，打断了玩家的思路，影响了游戏体验；⑥游戏界面采用2D像素风，部分玩家觉得画面风格朴素，游戏场景和UI界面有待升级；⑦Roguelike游戏的独有的不可挽回性和游戏非线性得到玩家的一致好评，基于这些特点使得玩家每局游戏的体验都不相同，游戏的耐玩性得以体现；⑧游戏的背景音乐单一。