科普类教育游戏体验式学习模型的设计与应用

徐睿文

摘要：传统的科普类学习往往通过单向知识传授的方式进行，难以激起学习者对科学的求知欲与探索欲，学习者的主体地位也很难保障。鉴于此，本文参考体验式学习循环模型，设计了科普类教育游戏SEGEL开发框架，从启发式教学理论，支架式教学理论，情感、态度、价值观的正确塑造出发，结合当前较为严峻的口腔健康现状，设计了一款科普类教育游戏——“很难拔智齿”，目的是探索如何将游戏环境与科普概念顺利建立连接，以提升学生的学习体验。实践证明，该游戏对提升学习者的学习体验、支架搭建、情感塑造均有积极作用。

关键词：科普类教育游戏；体验式学习；启发式教学；游戏化学习

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2023）11-0088-05

研究背景

《义务教育课程方案（2022年版）》（以下简称“方案”）将“聚焦核心素养，面向未来”作为义务教育课程遵循的基本原则之一。中国学生发展核心素养，以“全面发展的人”为核心，注重学生知识、技能、情感、态度、价值观等多方面的联合培养，是党的教育方针的具体化。[1]由此可见，科普教育是连接义务教育和核心素养培养的重要中间环节。然而，当前阶段科普知识的课堂传授深受传统知识观的影响，视知识为一种现成的、纯粹客观的实体[2]，以单向传输的方式打包传递给学生，忽略了学生的学习动机，难以激起学生的学习兴趣，忽视以学生为主体的定位。而众多研究证实，教育游戏可以培养学生的基本知识、技能、思维模式，同时提升学生的学习兴趣，使其更加热爱自己正在学习的学科。[3]科普类教育游戏的引入，既符合方案中的“注重培养学生在真实情境中综合运用知识解决问题的能力”，又能促进学生主动学习。因此，笔者以顺利建立游戏环境与科普概念的连接为研究目的，基于体验式学习模型设计了一款针对8～16周岁学生口腔健康的科普类教育游戏——“很难拔智齿”，并对科普类教育游戏如何提升学习体验进行设计与思考。[4]

研究设计

1.基于体验式学习循环模型的科普类教育游戏开发框架——SEGEL教育游戏框架构建

（1）SEGEL框架构建的理论依据

体验式学习作为一种不同于传统照搬书本的学习方式，自20世纪杜威、皮亚杰、勒温等发展到集大成者大卫·库博（David A. Kolb），在国外拥有逐渐系统化的理论基础和广泛的实践应用；在我国基础教育中（课标、教学实践），相关学者结合强调直接经验的认识论，根据不同情境中的不同学习目标、内容、过程，划分出认知体验式学习、情感体验式学习和行为体验式学习三种基本形态。[5]

在认知体验式学习中，库博提出了一种体验式学习循环模型。从本质上看，这种综合性的模型以“以学习者为中心”为特征[6]，连结了具体体验、观察与反思、形成抽象的概念以及在新情境中检验概念的意义这四个阶段。

（2）SEGEL框架基本内容

笔者参考体验式学习循环模型，结合科普类教育游戏基本特点，构建了基于体验式学习模型的科普类教育游戏设计框架，如图1所示。

①体验科普之“趣”——具体体验。在SEGEL框架中，位于循环周期首要环节的是具体体验。通过理论溯源，体验式学习可回溯至杜威。他在其“做中学”理论中提到，最好的学习是在实践中主动参与获得直接经验从而收获知识。直接经驗是体验式学习的首要特征，也是科普学习最大的乐趣来源。

②体味科普之“意”——观察与反思。当学习者构建一种体验时，为了以后可以自动化地进行表征，大脑会留下关于该体验的具体表征。因此，在获得丰富直接经验的具体体验后，观察与反思是必不可少的一个环节。这是个人主观阐释和感知的着重记录，通过反思这一编码过程将“发生了什么”转换为心智表征，随着时间的推移慢慢对经过编码的记忆进行巩固，从而不断加强与此相关联的神经联结。

③体现科普之“形”——形成抽象的概念。学习者通过具体体验后成为实际经验的参与者，接着在观察与反思环节从真实事件的观察者变到间接事物的观察者。在经过思考、分析、执行、自我调节等环节后，学习者可以在已经积累的具体经验的基础上进行符号表征或抽象概括，并通过元认知的策略不断进行反馈与调节，最后能够理解真实事物的抽象表现方式，归纳总结为公共知识实体，在此基础上才能更有效地参加更抽象的教学活动。

④体悟科普之“髓”——在新情境中检验概念的意义。在SEGEL框架的最后一个环节中，需要引导学生对科普内容进行概括、归纳、提升，保证知识迁移的顺利发生。艾勒和吉利斯在“4Ｃ”反思模式中提出了连续反思、关联反思、挑战性反思、情境化反思四种反思模式。其中的情境化反思，指的是思考自己的经验情境与实际应用情境之间是否存在有意义的联系，不难联想到在日常学习中，如何掌握并转化惰性知识一直是教学中的一大难题。只有将惰性知识转化为活性知识，在新情境中不断检验概念的意义，并通过执行能力和自我调节不断迭代发展，才是一种较为高效的学习策略。

（3）基于SEGEL框架的科普类教育游戏设计原则

①沉浸体验是SEGEL框架运行的前提。对于教学设计者来说，沉浸感是学生进入心流状态的必要条件，它极大地确保了在框架运行中学生的投入度与专注度，是提高教学效率的重要前提与保障。

②提供适应性支架是教学过程中的关键。一款优秀的教育游戏可以给学生提供概念性支架、策略型支架、元认知支架、程序型支架。

③情感强化是教学环节的有力支撑。情感、态度与价值观是教育目标的重要组成部分。情感不仅指学习兴趣、学习责任，更重要的是生活的态度、求实的科学态度、积极的人生态度。而从游戏化的角度来看，游戏化思维是利用现有的资源创建出引人入胜的体验，从而驱动参与者做出相应的行为。结合游戏的特点，游戏能够保持玩家在从新手到专家再到大师的过程中的持续兴趣，保证了玩家高水平的参与度，增强每个参与者个性化的体验。特别是对于RPG角色扮演类的科普类教育游戏来说，它可以十分自然地将教育理念及科普知识融入游戏环节，在非正式学习的环境中不自觉地完成了科普知识的习得，同时在剧情的引导下完成情感、态度与价值观的正确塑造。

④注重教育性和游戏性的统一。教育游戏的必要条件是游戏性，充分条件是教育性，在教育游戏的研究中应当以一种融合统一的方式进行游戏的系统化设计，使得教育游戏的体验者（学生）在教学环境中获得学习提升，同时源源不断地像玩商业游戏那样获取充足的乐趣与持续的动机，从而破除教育游戏设计中的“平衡困局”。[7]

2.基于SEGEL框架的“很难拔智齿”教育游戏设计

（1）“很难拔智齿”的故事简介

“很难拔智齿”的游戏类型设定为RPG角色扮演、文字解密类型，核心玩法是在一条连贯的剧情线中扮演小人开启故事模式，通过完成剧情任务，解锁牙齿健康知识，从而认识牙齿的成长历程。

（2）“很难拔智齿”教育游戏设计

①学习者分析。

8～16周岁的学生群体正经历从形象思维到抽象思维的转变，学生的科学形象思维能力迅速发展，能够构想空间关系，抽象理想模型，想象抽象图景。通过游戏宣传口腔卫生知识，可以缓解学生对去口腔医院治疗的恐惧，并指导青少年正确地护理牙齿。

②教学内容设计。

游戏科普教学内容与游戏任务如表1所示，学生每完成一个任务，就能解锁一张图鉴中的知识卡片。学生结合已有经验在不断探索中解鎖不同图鉴分区，逐渐掌握牙齿健康知识。游戏设计者或者教师也可以根据教学需要调整人物对话以及知识卡片，从而达到教学内容的同步，巩固学生的记忆。

③游戏体验设计。

第一，体验科普之“趣”——具体体验。本游戏将学习经历描述为一个在游戏世界中通过体验、观察与实践构建认知结构的闭环过程，其核心驱动力在于学生的学习动机——由清晰的游戏目标来激发。例如，在任务1“逃离小木屋”中，从口腔平原生长出来的牙齿刺破地面，引发强烈地震并惊醒了正在熟睡的小人（玩家）。震动的镜头与房屋的轰然坍塌可以让学生在完成任务的过程中直观地感受牙齿生长的过程；在小人击打牙齿无果后，经过与NPC的交谈，学生能清晰而快速地学习牙齿结构，体验到牙釉质的坚硬和保护作用的强大，从而明白呵护牙齿的重要性，收获科普之“趣”。

第二，体味科普之“意”——观察与反思。充满科普乐趣的具体体验是实现SEGEL框架的前提，为第二阶段的观察与反思奠定重要基础。学生需要在具体体验游戏的过程中通过观察反思完成挑战，即从触发的即时反馈中反思自身的行为，从而对具体体验中获得的非结构化知识进行归纳并转化为结构性记忆。在进行任务2“重建家园”中的文字冒险游戏时，NPC并未直接告诉学生答案，而是引导学生根据对实际情况的观察进行回答。最后，通过单项选择的方式，让学生通过再次观察，得出答案。这种一问一答的形式，极大地提升了学生的参与度，学生的主体地位得以巩固，达到科普之“意”。

第三，体现科普之“形”——形成抽象的概念。在图鉴部分的设计中，游戏采用原创手绘的卡通版牙齿作为UI界面中ScreenGUI的文字配图，从而以一种可视化的方式带领学生进行口腔健康知识的概念性归纳。科普知识卡片有两种查看方式：第一种是在每个游戏关卡结算的时候，通过UI弹出相应内容的知识卡片，供学生总结和归纳；第二种是在游戏过程中或者非游戏状态下，通过点击知识卡片UI按钮查看，是知识巩固复习的过程。学生将抽象概念和普遍原理进行融合，以体现科普之“形”的方式实现游戏元素与科普元素的有机结合。

第四，体悟科普之“髓”——在新情境中检验概念的意义。本游戏采用“叙事情节”与“交互实践”相结合的方式，整体通过一条完整的剧情主线作为游戏的线索，同时穿插与NPC的对话交互、与指定模型的动作交互，辅以图鉴进行知识的系统性传授。另外，在任务1至任务4的策划中，任务的前半部分学生主要学习科普知识，学习完毕后需要进入模拟情境进行拯救蛀牙、拔除智齿等操作，目的是强化学生的知识结构，加深其对概念的理解，便于在新情境中对知识进行迁移与转化，检验概念的意义，体悟科普之“髓”。

研究结果

1.可用性测试评估

为了验证本科普类教育游戏的有效性，同时也为了增强游戏的可玩性，寻找游戏设计中的不足之处以进行针对性的优化，本实验随机挑选了10位学生进行可用性测试，学生在独立完成游戏后填写如表2所示的测试内容。

2.学生数据处理

通过完成路径的统计（符合标准路径21次，路径产生偏离12次、产生犹豫7次），发现有50%的任务没有出现问题，学生能够根据剧情的指引与场景的引导进行游戏，但还有50%的任务中产生了路径偏移，甚至出现犹豫不前的现象。因此，笔者认为整个游戏的引导性还需要在剧情和布景上做出修改，以为学生提供更加顺畅的科普知识的学习体验。

根据学生提供的数据反馈（如下页图2）可知，在体验式学习循环模型与启发式教学理论的指导下，沉浸度和启发性都有较理想的指标，此游戏能够充分调动学生的情绪，有助于学生情感、态度与价值观的正确塑造，并获得了较为满意的效果。在难易度方面（4.64分）为中等难度等级，学生在克服挑战完成目标的同时，能获得一定的成就感，从而有助于在充分学习兴趣的指引下进入到下一任务环节的学习。

反思

本科普类教育游戏“很难拔智齿”在设计与实现中还存在引导性不足、教学效果难以量化的问题。然而，科普类教育游戏的发展不是一蹴而就的，结合本游戏来说仍需在未来的研究中持续关注，笔者期望科普类教育游戏能够越来越多地在教学环境中得到应用和实施，从而实现科学文化、科学精神、科学方法和价值观的渗透和传播。

参考文献：

[1]左璜，谢少菲.深度学习的三种样态：基于中国学生发展核心素养的视角[J].现代教育论丛，2021（05）：59-65+95.

[2]崔允，郭华，吕立杰，等.义务教育课程改革的目标、标准与实践向度（笔谈）——《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》解读[J].现代教育管理，2022（09）：6-19.

[3]陈柏君.重新理解教育游戏——论游戏的教育价值与学习的游戏属性[J].当代动画，2022（03）：112-117.

[4]肖云，谷美慧.科普教育游戏化的研究与思考[C]//.2018年（第五届）科学与艺术研讨会论文集，2018：84-93.

[5]杨宏艳.教育游戏研究进展[J].现代教育技术，2009，19（S1）：26-29+31.

[6]王小根，王露露，王心语，等.个性化的体验式学习活动设计模式的优化[J].现代教育技术，2019，29（07）：52-58.

[7]裴蕾丝，尚俊杰，周新林.基于教育神经科学的数学游戏设计研究[J].中国电化教育，2017（10）：60-69.