国外化学密室逃脱游戏教学模式评析

李娟 高文蓓 凌一洲

摘要： 化学密室逃脱游戏是以化学知识为线索，结合化学理论知识、实验操作和超出学生认知之外的空间布局而设计的教学游戏。该游戏把学科知识与真人密室逃脱游戏加以优化组合，以解决化学问题为目标，激发学生学习兴趣和参与热情，促进学生的合作学习、主动学习和深度学习。从明晰化学密室逃脱游戏的内涵出发，以此为基础参照，进一步挖掘构成该模式的基本要素，并结合具体案例对该模式的设计与组织进行分析和阐述，最后总结该模式的典型特征，为其引入国内提供借鉴和参考。

关键词： 化学密室逃脱; 游戏教学; 教学模式; 问题解决

文章编号： 1005-6629（2020）02-0088-05

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

1  引言

游戏教学是把教学内容与生动有趣的游戏结合起来的教学模式。国内外的游戏教学风潮盛行已久，在过去的十年里出现了多种不同形式的化学游戏，包括单词游戏、纸牌游戏、棋盘游戏、电脑游戏等[1]。越来越多的案例表明，与传统课堂形式相比，游戏教学允许学生扮演新的角色并融入生动的情境中，更加具有趣味性，可以促進学生的主动学习、深度学习和有效学习[2，3]。然而，目前的教学游戏大多以个人的形式参与，并不特别强调团队的交流与合作。在目前提倡合作学习和同伴互助的背景下，国外研究者提出了“化学密室逃脱”的教学模式，受到了广泛好评。下面就对相关研究进行介绍，以期对当前化学课堂教学的改进有所帮助。

2  化学密室逃脱游戏简介

密室逃脱（takagism）是一款线上解谜类游戏，主要情节是将玩家困在一个密封房间里，需要通过点击鼠标寻找“密室”内的线索和关键物品，并结合一些技巧去破解其中的秘密以逃出该“密室”。而真人密室逃脱游戏（reallife room escape）是一款多人实境游戏，3～8个游戏者被困在一个被赋予逼真主题场景和故事剧情的“密室”中，需要通过集体协同的逻辑思维推理过程，寻找“密室”内的关键物品、线索或破解机关道具，层层解谜并揭开真相，在限定的时间内完成任务并成功逃出密室[4]。

化学密室逃脱游戏以化学知识为线索，结合化学理论知识、化学实验操作和超出学生认知之外的空间布局，以独特的呈现方式为学生提供全方位的互动形态。在游戏过程中，学生的操作能直接影响过程的顺序和内容，从而让学生突破时间和精神上的束缚，深度融入游戏情境中。该游戏不仅能提高学生的参与感、充分发挥主动性和促进深度学习，还在一定程度上解决了由于长时间对着冰冷的屏幕和日益增长的虚拟技术产生的疏离感。

3  化学密室逃脱游戏的基本要素

虽然化学密室逃脱游戏的设计本质是一种游戏，但设计者需要赋予其化学教育的功能。因此在设计游戏时不仅需要遵循游戏设计的基本原则，还要尽可能满足实际教学的需求和可行性。根据Zimmerman和Ran等人的观点，将该教育模式所包含的主要要素总结如下[5，6]。

（1） 系统： 游戏是由若干元素组成的系统，这些元素类似于现实生活中的难题，只要学生按照正确的顺序解决这些难题即可完成游戏。

（2） 玩家： 学生一般以3～8人（建议4人）小组的形式参与，游戏的完成需要团队的共同努力。

（3） 情境： 营造一个与学生日常生活截然不同的虚构情境，例如虚拟的破案现场。

（4） 谜题： 谜题必须以解决具有挑战性的问题为目标，例如在实验室中寻找隐藏的“炸弹”并逃脱。

（5） 规则： 在活动开始前，需要以视频或文字的形式介绍游戏规则，包括哪些行为允许/不允许出现在游戏中，哪些地方可以使用提示，使用提示之后的后果以及注意事项等。

（6） 结果： 学生在完成操作后，可以在较短的时间内得到反馈，明确地知道能否进入下一环节，或能否最终脱离危险。例如，学生在测得实验数据后，可以把该数据输入密码锁，如果成功开锁，则说明结果正确，并进入下一环节，如果无法开锁则说明上一步所得结果错误。

（7） 联系课程： 游戏内容应尽可能与学生应该掌握的化学知识和技能联系起来。例如David Watermeier等人的案例以复习期末考试为主题，涉及单位转换、实验设备使用、玻璃仪器识别、电子配对、元素周期表、物质命名、轨道杂化、平衡方程式等一系列与教材匹配的化学知识[7]。

4  化学密室逃脱游戏的设计思路

化学密室逃脱游戏的设计思路与解决化学问题的一般思路相吻合。见图1左部的“问题解决的一般过程”，在解决真实情境中的化学问题时，需要先对问题进行分析和识别，然后通过实验（取样、分析和数据处理等）获得足够的证据，最后解释结果并得出结论[8，9]。

在密室逃脱游戏中，学生进入密室后会获得一些线索（问题情境），但一开始对于需要解决的问题并不明确，需要对现有的材料进行分析，才能明确地识别问题（发现问题）。接着学生需要设计解决问题的方案（设计分析的过程），试图解决问题。在多数情况下，学生需要进行必要的实验操作和逻辑推理方能得到结果。最后，学生根据得出的结论破解谜题，进入下一个环节。

5  化学密室逃脱游戏的实施案例

本文以Vergne[10]设计的化学密室逃脱游戏为案例，其实施流程见图1右部。

图1  化学密室逃脱游戏的实施过程

5.1  测定样品浓度，打开锁箱A

学生进入密室，首先能看到散落在实验室长凳上的拼图纸片。学生短时间内可能不会注意到拼图的必要性，经过一番探索，才意识到这个拼图是他们必须完成的项目，完成该项目后方能继续寻找下一条线索。

当学生合作完成拼图后，可以发现其背面是一个苏打水罐的图像，并附有打开罐子的方法。学生根据该条线索，从夹子上找到该苏打水罐并打开，发现其内部有一个隐藏的隔间，里面藏着一个用于紫外-可见光光谱分析的石英吸收池，隔间内还装着一种无色神秘液体（20mg/L的咖啡因水溶液）。学生还发现了一张纸（上面印有四个数字组合的前半部分）以及一个印着带有字母“A”的锁箱（以下简称“锁箱A”）。这张纸条促使学生迅速在实验室内寻找一个标有“A”的锁箱。这些线索共同引导着学生使用实验室内的紫外-可见分光光度计测量该溶液的吸光度。

学生在投影机屏幕的挂线上发现了锁箱A。学生拉下投影仪屏幕，此时他们会得到一张带有标准曲线和朗伯-比尔定律方程的线索纸。线索给出了未知液体的摩尔吸光系数，并指出锁箱A的最后两位数是苏打水罐内样品浓度的前两位数。学生用紫外-可见分光光度计测得样品最大波长处的吸光度λmax为283nm，利用校准曲线中的方程求出浓度值，得到锁箱A所需要的最后两位数（密码）。输入数值后，学生成功解开锁箱A。

5.2  分析样品并推理元素，打开锁箱B

锁箱A中藏有一把彩色钥匙和一个小瓶，这是进入下一环节的關键线索。该钥匙以颜色为编码，表示该钥匙能打开与之颜色匹配的门锁。该小瓶中装有少量未知溶液，且标有“GC”字样，表明该样品是需要进行气相色谱分析的。

学生不难发现，侧室的门锁恰好与上述钥匙颜色相匹配。打开门后发现实验室内的计算机正在运行着GC软件，并且正在运行着一个实验软件。学生很快分析出需要进行气相色谱分析。将小瓶插入自动取样的小瓶架中，并在软件中操作选择规定的小瓶位置。贴在GC上的是一张纸条指示着锁箱B密码的前两位数字。这条线索的前两位数字与锁箱B中所提供的待测物的保留时间（以分钟为单位）的前两位数相匹配。

完成上述测试后，解开锁箱B的密码还需要两个数字。另一条线索藏于实验室的长凳上，是一张元素周期表和一些文本提示，学生需要根据线索推理出氪元素，其原子序数36就是锁箱B密码的后2位。于是，学生打开了锁箱B。

5.3  寻找样品并分析成分，逃出密室

打开锁箱B后，学生发现另一把彩色钥匙和一个小瓶。根据颜色不难发现，该钥匙与第二侧房间的锁配对，且上面有一个GCMS标记。而小瓶中含有一个未知的液体样本（水杨酸甲酯溶液）。

密室内的自动进样器支架上有

90个编号井，放置了约20个样品瓶。学生的最终任务是找到其中指定的样品瓶，并分析其成分名称。为了找到要测试的样品瓶，学生首先需要对锁箱B中的未知液体样品进行分析，寻找线索。

他们打开连接在计算机上的FTIR设备，当按下电脑上的一个键时，显示器被唤醒，在屏幕中央呈现一条信息：“羰基峰匹配波数的最后两位数是多少？”这是在GCMS上运行的小瓶号的提示信息。学生用滴管将溶液样品放置在傅里叶变换光谱仪的衰减内全反射装置（ATR）上，获得样品的红外光谱。水杨酸甲酯的羰基峰位于1673cm-1处。表明需要进行GCMS的正确样品瓶为73。

最后，学生用GCMS仪对73瓶进行分析。利用质谱软件库（NIST 98库），学生很快找到了同一化学物质： 水杨酸甲酯。一旦学生正确地提交物质的名称，他们就完成了游戏，并被允许“逃离”房间。

5.4  游戏结束后的回顾与指导

游戏的结束并不意味着学习的完成，教师还要安排学生进行汇报，重点介绍仪器使用的方法，帮助学生加深印象，或者及时纠正学生的某些不恰当、不规范的操作，同时总结水杨酸甲酯的物理性质和化学性质。在游戏中，教师应注意提醒学生不要无依据地猜测可能的密码，应鼓励他们去解决所呈现的谜题。同时要提醒学生不要在实验室外告诉其他小组如何解决逃逸游戏的谜题。

以上案例主要为单一的化学学科内容，情境设置也比较简单，主要为直接解决问题的过程，学生按照指示并不难发现线索并解决谜题。但在现实生活中，我们遇到的往往是更为复杂的情境，涉及的知识综合性较强，问题也要复杂得多。所以教师需根据学生所处的不同学习阶段和自身的能力为学生设计不同难度和复杂程度的“逃脱”谜题和线索。

6  化学密室逃脱游戏的典型特征

密室逃脱游戏的内容可以根据不同的学科、学习阶段和知识背景进行设计，并不局限于在化学学科中使用，更深一层次的意义在于采用了游戏教学的教学理念和教学模式，向学习者传递特定的价值观，以更具趣味性的方式进行学习。以下是这种教学模式的典型特征。

6.1  整合趣味实验，激发学习兴趣

化学密室逃脱游戏的一个突出特点是理论教学与化学实验相结合，采用多种方式激发学生的学习兴趣，培养学生的研究意识和科学素养。在游戏过程中，可以以文字、图片、符号、实物、视频、音频等多种形式呈现知识，学生以此为基点回忆相应的知识并进行后续的实验操作。这样，书本上的知识就变得鲜活生动，学生自然印象深刻。经过精心筛选和设计的系列实验不仅紧扣课堂教学内容，而且具有相当的启发性和趣味性，能有效地激发学生对未知事物的好奇心和学习兴趣。

例如，酸碱反应是中学化学学习的重要概念，学生需要掌握酸和碱的组成、酸和碱的性质、中和反应、pH等重要知识点。因此，Peleg[11]设计的游戏中就包括了“水的制备”环节——提供四种装有无色透明液体（可能是1mol/L NaOH溶液、1mol/L HCl溶液、1mol/L H2SO4溶液和H2O，但没有标签）以及酚酞溶液、pH试纸和一些常见实验仪器。通关的要求之一是制备40mL水。此时学生需要首先识别酸、碱和水，再识别盐酸和硫酸，最后利用酸碱反应制备水。以往关于这部分知识多采用传授式教学，只要求学生记下相应的性质，然后做练习题。但在这个过程中，学生首先调动大脑中的知识，然后通过趣味实验学习或复习理论知识，学习兴趣大增，有效地提升了教学效果。

6.2  整合生动情境，指向问题解决

化学密室逃脱游戏的另一重要特点就是通过设置情境、发现/提出问题、分析问题、解决问题，最终让学生掌握知识，即以问题为基础进行学习。多样的问题、丰富的情境，让每一位学生都有机会参与到游戏过程，积极思考、独立分析，有效地培养了学生自主学习知识和解决问题的能力。与该教学模式相比较，国内教师往往更善于详细而系统地讲授基础理论知识，学生也习惯于死记硬背地学习，这种学习方式最大的弊端是让学生感觉所学知识没有用，学习没有成就感。而化学密室逃脱游戏将问题置于一个个生动的情境中，以化学史[12]或社会实例（破案现场等）[13]为情境，学生主动调用已学的学科知识来解决问题。学生在游戏结束后也表示通过这样的学习方式，他们能更清楚地了解该历史的发展，更深层次地体验化学家的艰辛探索过程。

因此，国内教师可以吸收这种教学模式的优点，在化学教学过程中，穿插类似的游戏，将本来由教师主讲的一些内容和案例转变成谜题的形式进行教学，引导学生主动参与，进行互动学习、探索学习。这种教学方法能有效地调动学生学习的积极性，更深入地理解知识，消化所学内容，将枯燥的学科知识转换成灵活的解决问题的能力，从而达到事半功倍的效果。

6.3  整合学科内外，拓宽思维空间

逃脱游戏中涉及的内容非常丰富，样品采样、证据收集和答题形式不拘一格，跨越了学科限制。这样的设计有助于培养学生跨学科、多角度地思考和解决问题的能力。例如，FerreiroGonzlez[14]设计的关于分析化学的逃脱游戏“CSI 1.0”，就要求学生通过扮演实习法医化学家的角色来协助破案。参与者在不同的阶段所运用的知识是不同的： 学生首先需要具备相应的分析化学的知识和技能，才能在“法医实验室”中通过实验分析、数据处理和结果解释来最终识别出“毒物”;其次还需要有较强的逻辑推理和观察能力，才能在“科学警察局”阶段寻找线索;最后还需要基本的行为学、心理学和社会学知识辅助活动的进行。

目前的中学化学课程教学中大都为纯学科知识，测试的试题虽然有情境设置，但是考察内容与情境联系并不紧密，甚至相互脱离。尽管教师认为化学与生活密切相关，在化学的学习过程中尽量多地与社会相联系，在试题设计过程中安排相应的情境，但限于教材和试卷的篇幅、教师的水平等因素，课堂教学和测试中很难做到化学与实际情境相结合。化学密室逃脱游戏很好地弥补了这一缺憾，其多样的设计元素、丰富的背景知识、整合的跨学科知识，对于开阔学生视野、拓展思维空间，培养学生综合素质都十分有益。

6.4  整合历史文化，发展人文素养

科学史具有陶冶情操、培养价值观的功能，但由于它们内容庞杂，容易让学生觉得味同嚼蜡，不愿意学习。而密室逃脱游戏则可以很好地将科学史与游戏结合，实现文化与乐趣并存。以科学史为题材，让学生在参与游戏的过程中，更深切感受精妙绝伦的科学世界，更好地了解科学发展的进程，充分领略科学家的伟大创造成果。

游戏与理论知识的结合革命性地转变了传统的教育模式，有望真正实现寓教于乐，让学生身临其境、浸入式地学习科学文化知识。Dietrich[15]设计的游戏中以勒布朗工艺为例，首先追溯到法国科学院举办的生产碳酸钠的大赛，法国科學院希望

推动以廉价的氯化钠为原料生产急需的碳酸钠;然后让学生通过一步步地解开谜题，解锁勒布朗工艺;最后再对勒布朗工艺流程进行系统的介绍。游戏结束后还提示学生该工艺的污染性是产生第一部《环境保护法》的原因之一，引发学生进一步查阅文献，

了解科学家后来对该工艺的改进。整个过程无需说教和灌输，通过追溯科学的发展过程，学生就能切身体会到贯穿于科学知识中的科学思想，感受到渗透于科学活动中的科学美感，领悟到科学研究中的科学精神，以及科学家所遵循的科学伦理和科学活动对人类带来的影响。密室逃脱游戏有效地整合了科学史与游戏各自的优势，增强学生的代入感，有利于学生真正了解科学，充分地发挥科学史的文化功能和精神价值，提升学生的人文素养。

7  结束语

国外成功的教学实践表明，化学密室逃脱游戏是学生综合运用化学知识的有效方式，得到了广大师生的好评。所以，本文提倡将化学密室逃脱游戏引入国内，走进中学化学甚至各个学科的课堂，帮助学生开阔视野，培养科学兴趣。

由于不同的国情、文化背景以及教育理念，我国与外国的教学模式有很大的差异，对于很多新兴事物的接受程度也不一致。国内许多教师和家长都认为游戏无法促进学生的学习，但国外却能将其改进为帮助学生主动学习的工具，所以国外更加开放的教育理念与许多先进的教学模式均值得学习和借鉴。我们应当转变传统观念，充分发挥游戏教学的优势，积累各种优秀的教学资源，促进游戏教学的科学化、学科化，形成与先进教学理念和教学方法接轨的、符合中国国情的游戏教学模式，真正发挥游戏教学在培养高素质、创新型人才中的作用。

参考文献：

[1][12][15]Dietrich N. Escape Classroom： The Leblanc Process —— An Educational “Escape Game” [J]. Journal of Chemical Education， 2018， 95（6）： 996～999.

[2]Clark D.B.， TannerSmith E.， Killingsworth S.. Digital games， design， and learning： A systematic review and metaanalysis [J]. Review of Educational Research， 2016， 86（1）： 79～122.

[3]Wouters P.， van Nimwegen C.， van Oostendorp H.， et. al.. A MetaAnalysis of the Cognitive and Motivational Effects of Serious Games [J]. Journal of Educational Psychology， 2013， 105（2）： 249～265.

[4]Nicholson S.. Peeking Behind the Locked Door： A Survey of Escape Room Facilities （White Paper） [EB/OL]. （2015-05-24） [2019-09-06]， http：//scottnicholson. com/pubs/erfacwhite. pdf.

[5]Zimmerman E.， Salen K.. Rules of Play [M]. Cambridge， MA： MIT Press， 2003.

[6][11]Peleg R.， Yayon M.， Katchevich D.， et. al.. A LabBased Chemical Escape Room： Educational， Mobile， and Fun！ [J]. Journal of Chemical Education， 2019， 96（5）： 955～960.

[7]Watermeier D.， Salzameda B.. Escaping Boredom in First Semester General Chemistry [J]. Journal of Chemical Education， 2019， 96（5）： 961～964.

[8][13][14]FerreiroGonzlez M.， AmoresArrocha A.， EspadaBellido E.， et. al.. Escape ClassRoom： Can You Solve a Crime Using the Analytical Process？ [J]. Journal of Chemical Education， 2019， 96（2）： 267～273.

[9]Elving P.J.. Analytical Process in Chemistry [J]. Analytical Chemistry， 1950， 22（8）： 962～965.

[10]Vergne M.J.， Simmons J.D.， Bowen R.S.. Escape the Lab： An Interactive EscapeRoom Game as a Laboratory Experiment [J]. Journal of Chemical Education， 2019， 96（5）： 985～991.