基于CiteSpace的中小学信息技术课程游戏化教学现状研究

◇牡丹江师范学院计算机与信息技术学院 屈志伟 车 璐 刘佳明 赵秀芬 张 伟

本文以中国知网数据库收录的2007-2022年的495篇文献为研究对象，使用CiteSpace软件对国内游戏化信息技术教学的研究热点和趋势进行了可视化分析。研究发现，目前游戏化信息技术教学的研究主题以行动研究和教学设计为主；应用学段集中于初中和小学阶段；研究的主要目标为培养中小学生的计算思维等信息技术核心素养，以及通过激发学生学习兴趣和主动性来促进教学效率等，最后提出了游戏化信息技术教学未来发展的可能路径。

1 引言

近年来，我国游戏化教学的相关研究在不同学科领域取得了丰厚的研究成果，大多数研究表明游戏化教学可以显著提高学生课堂活动的参与度，对提高学习动机、促进学习效果及计算思维培养等方面有着正向作用。以计算机网络环境为基础的信息技术课程本身具有较高的交互性需求，结合游戏化教学在计算思维培养中的独特优势，使得中小学信息技术课程已成为游戏化教学理论应用的主阵地。然而，目前还没有关于我国中小学信息技术课程游戏化教学研究现状的可视化分析文献。为了未来研究的顺利开展，本文通过CiteSpace可视化分析工具，对2007-2022年国内中小学信息技术课程游戏化教学研究相关文章进行可视化分析，旨在深入了解游戏化教学在其中应用的研究热点和现状趋势，探索和展望二者结合的未来研究发展路径。

2 相关概念论述

2.1 游戏化教学

学术界对游戏化的普遍定义为，将游戏设计的元素应用到非游戏情境之中[1]。目前，游戏化概念广泛应用于设计、营销、教育等领域，而游戏化教学就是将游戏元素应用到教育教学活动中的产物。对于游戏化教学的定义，学界的普遍观点可以概括为：将游戏和游戏元素应用到教育教学活动之中，在围绕教学目标的基础上，根据不同的教学内容和学习者特征，以游戏作为工具开展教学活动[2]，或将游戏设计元素融入教学设计的各环节，使其贯彻整个教学活动过程，为学生创设愉悦的学习环境，从而充分激发学生的学习动机，促进学生之间，师生之间正向社交活动的教学模式[3]。随着我国新课程改革的逐渐深入，如何促进学生的学习动机、培养多元智力素养和高阶思维成为中小学教育尚待解决的难题。因此，游戏化教学、翻转课堂、项目式学习等教学模式在中小学课堂的应用将会越来越广泛。

2.2 中小学信息技术课程

2022年4月，教育部发布义务教育课程方案和课程标准（2022年版），并于2022年秋季学期开始执行。信息科技课程比起信息技术的操作和知识点，更加重视学生的创造力和问题解决能力，强调对学生核心素养的培养，提出要注重活动化、游戏化、生活化的学习设计[4]。如何设计有效的信息技术课堂，将课程内容与学生的认知特点相结合，激发学习动机，培养核心素养是当前信息技术教育正在探索的难题。

3 研究设计

3.1 研究工具

本研究采用陈超美教授开发的CiteSpace文献可视化综述性软件进行数据分析，并对收集到的文献进行深入阅读和概括总结，从关键词共现分析和聚类分析两方面入手，力图反映目前国内中小学信息技术游戏化教学应用的研究现状和发展趋势，以促进我国游戏化教学理论和信息技术教学的进一步发展。

3.2 数据来源

本研究数据采集于中国知网，2002年，游戏化一词首次被提出，并于2008年出现在教育技术文献当中。所以作者将检索范围设定为2007年1月1日至2022年7月20日，检索项为主题，检索词为“游戏化教学and信息技术”or“游戏化学习and信息技术”，共搜集到文献852篇，经手工筛选去除重复文献、会议报告、无关文献等后，获得学术期刊和硕博论文共495篇。检索结果以Refworks的格式导出并使用用CiteSpace软件进行分析，可以基本得到目前国内信息技术课程游戏化研究的热点趋势和发展状况。

4 研究结果分析

4.1 关键词共现分析

关键词是学术文章核心内容的突出和概括，将检索、精炼获得的495篇文献数据处理之后导入CiteSpace，选择节点类型为keyword，运行可生成关键词共现网络图，通过对关键词的中心度和频次分析，可以在一定程度上了解研究对象的热点和发展趋势，具体关键词共现分析如图1所示。

图1 关键词共现网络图

通过Citespace软件分析，共生成关键词节点251个，关键词连线481条。频次高于8次的关键词有20个。如图1所示，每一个节点代表一个关键词，节点越大、关键词字号越大说明频次越高，关键词频次排序前十的关键词分别是“信息技术”、“游戏化”、“初中”、“应用”、“教学”、“小学”、“计算思维”、“游戏”、“游戏教学”、“课堂教学”、，频次前20的关键词及其中心性如表1所示。

表1 关键词频次及中心性

中心性代表节点在网络中的重要性，中心性越高代表关键词的影响力越大，综合频次和中心性可以反映出2005年以来我国中小学信息技术游戏化教学研究的热点。因为本次研究中采用游戏化教学和信息技术作为主题来收集数据，所以信息技术和游戏化的频次及中心都较高，但需要注意的是频次和中心性并无正相关关系。

结合关键词共现图和表格数据来看，我国中小学信息技术游戏化教学研究现状总体上呈现出一定程度的集中趋势，集中于“信息技术“”游戏化”“教育游戏”等核心关键词，形成了以“计算思维”、“游戏教学”、“初中”、“小学”、“核心素养”、“教学”等次热点主题，而这些次热点主题又分化出其他分支研究主题。根据关键词共现分析我们可以得出以下结论：目前国内信息技术课程应用游戏化教学的年段主要集中于初中，其次是小学阶段，研究方向主要面向计算思维和核心素养的培养，集中于探索游戏化教学理论在信息技术课程中的教学应用模式、策略和方法的实践行动研究。

4.2 关键词聚类分析

在citespace软件中采用LLR对数似然率算法分析和keyboard聚类命名方式，共生成52个类团，在这里选择显示最具代表性的10个类团。聚类分析图如图2所示，其中，Q值为0.543（>0.3），S值为0.743（>0.5），Q>0.3意味着划分出社团结构是显著的，S值大于0.5时即可说明聚类具有合理性，而S值在0.7时，则表明聚类是高效率且令人信服的，由此可见本研究中划分出的网络社团结构显著，聚类结果具有高合理性。

图2 关键词聚类分析图谱

CiteSpace的关键词聚类功能是通过算法将相近的关键词进行聚类，并给每个聚类中最具代表性的关键词打上标签，再进行排序，给标签赋予不同的值，值越小则说明该聚类的类团越大。本次生成的10个主要聚类，包括聚类#0 信息技术、聚类 #1教育游戏、聚类 #2 游戏化、聚类 #3 计算思维、聚类 #4游戏教学等。通过聚类分析，我们可以统计和整合游戏化信息技术教学的研究热点。

时间线视图可以显示各聚类之间的关系和时间跨度。在Citespace中设置时间切片为1年，在layout中选择Timeline View，可以清晰地看到游戏化信息技术教学各个聚类热点的时间演变过程，如图3所示。

图3 关键词聚类时间线图谱

综合图2和图3，我们可以进行比较完善的关键词聚类分析。游戏化信息技术教学整体上呈现出由点到面，百花齐放的发展趋势，从2010年开始逐渐进入繁荣期，并不断产生着新的热点。

聚类#1 教育游戏是早在2007年就开始兴盛的研究热点，可以说教育游戏是游戏化教学理论的前身之一。20世纪初，随着计算机设备的普及、网络和游戏技术的发展，游戏逐渐展露出对孩子和成人的强大吸引力，学者们开始思考通过游戏实现“寓教于乐”教育思想的可能性，教育游戏理论便应运而生。教育游戏的理论研究可以分为游戏的教育价值，教育游戏的设计开发，教育游戏的评价研究三个方面，至今教育游戏已产出了不少的研究成果和成功案例，成为游戏化教学理论的重要部分。

聚类#3计算思维是运用计算机科学基本概念解决问题、设计系统和理解人类行为的方式，涵盖了计算机科学领域广度的一系列思维工具。计算思维概念提出后，世界各国纷纷开展课程改革，将计算思维纳入本国的学科体系，并着手研究培养计算思维的教学模式。在此背景下，我国高中信息技术课程标准修订组经过十年的调查研判，于2017年将信息意识，计算思维，数字化学习与创新，信息社会责任组合为信息技术学科核心素养，计算思维正式纳入我国信息技术课程体系。2022年的义务教育信息科技课程标准也将这四个要素确立为义务教育阶段的核心素养，以促进学生数字素养与技能的提升。因此，如何有效培养计算思维，是游戏化教学理论应用于信息技术课程的主要探索方向。

由图3中还可以看出，2018年左右游戏化教学与编程教育开始了广泛结合，游戏化编程教学是游戏化教学理论在信息技术教育领域的独特成果。以图形化编程软件Scratch为主的游戏化少儿编程课程，已经广泛应用于国内外市场少儿编程市场，游戏化教学成为少儿编程教育的首选项，而Code Combat、Robo Code等面向Python，JavaScript编程语言的教育游戏也取得了不错的应用成果，将成为游戏化信息技术教学的重要发展方向之一。

5 研究结论与展望

5.1 研究结论

通过对2007-2022年中小学游戏化信息技术教学相关文献的关键词共现分析得知：“信息技术”、“游戏化”、“初中”、“应用”频次较高；根据关键词聚类分析可知，“信息技术”、“教育游戏”、“游戏化”、“计算思维”为较大的聚类，由此可以得出结论：目前游戏化教学理论在信息技术课程中的研究普遍偏向于应用研究和教学模式探讨，理论研究和评价研究较少；应用主要面向于初中阶段，其次是小学阶段，高中阶段的应用占比不大；应用的期望效果是培养中小学生的计算思维等信息技术核心素养，以及通过激发学生学习兴趣和主动性来促进教学效率等。

5.2 未来发展路径

在结合以上分析和阅读大量文献的基础上，本文认为中小学游戏化信息技术教学未来的发展路径可能有以下三个方向。

（1）游戏化教学应用逐渐拓展到高中阶段。研究结果表明，目前游戏化教学理论的应用主要集中于初中和小学阶段，随着近年来中学人工智能教育的推广，游戏化教学才以与编程教育相结合的形式逐渐在高中阶段开始规模化应用，而国外的一些研究已经将游戏化教学的应用拓展到了职业教育、高等教育至终身教育阶段。一些教育工作者认为，游戏化教学法只适合低年龄段的学生，实际上，游戏本身具有全年龄的特性，游戏化教学也具有拓展到全阶段教育的尝试价值，只要通过适当的方式，相信游戏的元素和模式可以在任何年龄段和经验层次的人身上发挥出教育价值。

（2）编程教育与游戏化教学的深度结合。2017年，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，提出“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”。在中小学信息技术课程中，编程教育的比重正逐年增长，VB、Python等主流编程语言已进入中学信息技术教科书，程序设计竞赛的规模也大幅度增加。为了让中小学生对逻辑性较强的编程语言产生学习兴趣，摆脱枯燥的学习过程，许多教师将游戏化教学与编程课程相结合，在侧重培养学生计算思维的同时，通过激发学习动机来提高编程教学效果。随着游戏技术与编程教学理论的不断发展，二者之间如何进行更深层次的结合，以在中小学编程教育中产生更好的教学效果，同样是游戏化信息技术教学领域未来发展的探索方向之一。

（3）教育元宇宙概念赋予游戏化教学理论新活力。教育元宇宙是伴随元宇宙理念兴起而产生的前沿教育概念和学习形态，是基于元宇宙技术营造的沉浸性学习环境。游戏技术作为元宇宙的六大支柱技术之一[5]，在目前元宇宙的设计和具象化中起着重要的支撑作用，游戏化教学过程中为学生提供的高沉浸性学习环境和高频次的心流体验，也为教育元宇宙进行沉浸性学习设计提供了理论指导和依据。目前，已有学者构建了教育元宇宙理论和基础架构，围绕以Roblox和Minecraft为代表的元宇宙属性游戏开展教学实验，并取得了积极的学习促进效果反馈。我们有理由相信，教育元宇宙概念与游戏化教学理论的相互融合与促进，在未来将会为游戏化教学理论带来突破性、变革性的发展，并为中小学游戏化信息技术教学提供全新高效的方法和思路。