面向问题解决的信息素质教育游戏设计，本文主要内容关键词为：素质教育论文,信息论文,游戏论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
分类号：G252 DOI:10.13266/j.issn.0252-3116.2015.17.001 修回日期：2015-08-19 本文起止页码：6-12 1 引言 信息素质教育的根本目的是培养学生利用信息解决问题的能力，而游戏的核心机制正是问题解决，如何让学生在解决游戏问题的同时学会解决与信息素质能力相关的问题，是一个有趣而又值得研究的课题。笔者依据美国高等教育信息素质能力标准建立的金字塔模型，设计了位于6个层次的10个系列小游戏，旨在希望让学生在游戏中逐步建立利用信息解决问题的能力[1]。经过前期探索，系列游戏被确定为主题为“驶向未来”的探险类游戏[2]，目前课题组已开发出《启航》、《知识工厂》、《智慧小镇》3个小游戏。本文运用问题解决理论与方法，特别是基于问题的学习(Problem-Based Learning，PBL)的相关成果，结合其中的《启航》小游戏，研究如何以问题解决为导向，设计出一款兼具游戏性与教育性的信息素质教育游戏。 论文的第二部分运用文献研究法分析国内外与问题解决游戏相关的研究，为面向问题解决的信息素质教育游戏设计寻找理论和方法依据；第三部分介绍《启航》的设计思路和设计过程；第四部分对按照问题解决思路设计的游戏进行测试，检验设计方法的效果；第五部分对研究和结果进行总结。 2 相关研究 2.1 基于问题的学习 问题解决是人类的一种基本学习活动，是人类适应环境、解决生存与发展中各种问题的基本方式；人在问题解决的过程中，获得了知识与认知技能，为进一步适应环境和改造环境提供了基础；在这种循环中，人们解决了问题，获得了知识，也变得更加智慧[3]。著名哲学家波普尔认为生活就是一个不断试错的问题解决过程[4]。建构主义代表人物之一、著名教育技术学家乔纳森则认为，培养学生的问题解决能力是教育的核心目标[5]。他认为有意义的学习是主动的、建构的、有意图的、真实的、合作的，而问题解决就是有意义的学习[6]。 《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010～2020年)》的战略主题之一就是提高学生的解决问题的能力[7]，为保证这一战略的实施，义务教育各学科课程目标把问题解决能力作为基本教学目标之一[8]。 上世纪60年代末在加拿大麦克马斯特大学(Mac-Master University)医学专业发展出一种基于问题的学习的教学方法，之后在北美地区流行，继而传播到世界各地[9]。其基本原理是：精心设计与现实生活及学习内容密切相关的问题，让学生以小组为单位(5～6人)，在导师指导下围绕问题进行思考、讨论，在这个过程中激活学生的先备知识，学生运用这些先备知识解决问题，并获得新的知识。 根据问题解决的4个阶段，即发现问题、分析问题、提出假设、检验假设，问题解决教学一般包括以下5个环节：①创设情境，引入问题；②分析问题，收集信息；③寻找方法，设计方案；④评价方法，得出结论；⑤应用新知，产生迁移[10]。 PBL创造了一个学习环境，在这个环境里，通过问题驱动学习。利用数字媒体技术可以建立一种虚拟学习环境，让学习者投入到一些带有现实世界中的挑战的复杂和真实的活动中，这些活动总是以一个需要解决的问题开始，使得“做中学”得以实施[11]。实验表明，虚拟学习环境同样可以产生良好的基于问题的学习效果[12]。 2.2 问题解决教育游戏 问题解决与游戏具有天然的联系，人们对依据PBL原理的教育游戏进行了有益的探索。 著名游戏设计专家、卡内基梅隆大学J.Schell教授在其论述游戏设计艺术的著作中指出，人们喜欢玩游戏的原因有很多，但真正的原因是“喜欢解决问题”，因为人类拥有复杂的大脑，擅长解决问题。人类对解决问题的喜爱是“一种进化的生存机制”——喜欢解决问题的人会解决更多的问题，因而变得更擅长解决问题，由此更易于生存。玩游戏就是解决问题的活动，一旦从一个游戏中去掉问题解决，它就不再是游戏，而仅仅是一个活动。由此，他给出了一个游戏定义：“所谓游戏就是以好玩的态度进入的一个解决问题的活动”[13]。 在芬兰坦佩雷理工大学的K.Kiili看来，基于问题的学习是通向基于问题的游戏(Problem-Based Gaming，PBG)的自然途径，因为游戏提供了一个基于问题的学习的环境，在这个环境中，大的问题被分解为一些小问题以挑战的形式呈现给学生[14]。他建立了一个PBG模型，把游戏学习视为一个循环过程，学习被定义为在游戏世界中通过行动建构认识结构的过程。玩家根据先备知识形成游戏策略，通过试错和反思优化策略。试验表明，该模型很好地描述了基于问题的游戏过程[15]。 北德克萨斯大学的S.J.Warren等人根据PBL原理设计、实施了一个学习计算机基础课程(MS OFFICE)的教育游戏，把学习任务置入到叙事情境中，利用游戏学习环境实施教学，实现PBL与游戏的结合[16]。欧盟资助了一个基于PBL理念的帮助少儿学习微生物学及抗生素知识的e-Bug游戏，这是一个五阶段的问题解决游戏：老师引入话题；学生用自己的语言陈述问题；学生提出假设解决方案，并选择一个方案进行深入研究；学生搜集证实或反驳假设的信息开展研究；学生仔细考虑其假设是否被证据证实，然后报告研究结果[17]。 国内在这方面开展了初步的理论与应用研究，涉及在游戏化学习中，学习者个性与认知特征与数学问题解决能力之间的关系[18]；基于问题解决的教育游戏设计与应用[19]；问题解决游戏教学设计要素和结构分析、教学设计框架[20]；利用计算机拼图游戏考察冲动型和思考型儿童在问题解决中认知活动和元认知活动的差异[21]；以问题解决认知过程理论为指导，运用教育游戏提升数学学习困难学生的问题解决能力等[22]。 2.3 以问题解决为导向的信息素质教育游戏 为了解决PBL教学精心设计的源于现实生活的、开放式的、多层面的问题，学生往往会花费更多的时间利用图书馆资源，获取更多的、多种形式的最新信息。因此，高雄医科大学的K.Chen等建议在PBL课程中嵌入图书馆教学，并对具体策略进行了探讨[23]。针对很多学生对于信息的相关性、准确性、权威性缺乏判断能力、对于网络媒体提供的信息缺乏批判性的问题，雪城大学的A.Ramnarine-Rieks开展了一项实验研究，让学生参加游戏设计活动来提高这方面的问题解决能力，产生了较好的效果[24]。詹姆斯·麦迪逊大学的K.Giles针对工科新生设计了一款解谜游戏《图书馆的谜团》，把现实世界作为游戏平台，各种交流手段如手机、电子邮件、邮递邮件都被用于游戏控制，让学生在完成各项任务的过程中了解与专业相关的图书馆资源和服务[25]。这实际上是一个以游戏形式开展的新生图书馆导航活动。 综上所述，经过多年的研究和实践，已形成了比较成熟的基于问题的学习理论与教学方法，在基于问题的游戏方面也开展了有益的探索，虽然尚未开展面向问题解决的信息素质教育游戏的专门研究，但相关理论、方法和研究为开展这项工作奠定了坚实的基础。 3 《启航》中的问题设计与游戏实现 3.1 游戏简介 《启航》是一款针对图书分类排架问题而设计的信息素质教育游戏，来源于为研究信息素质教育游戏中的支架问题而设计的《图书分类小游戏》[2]。《驶向未来》系列游戏中的《知识工厂》和《智慧小镇》开发出来以后，课题组决定所有的小游戏均根据游戏故事的特点和内容确定一个名称，该游戏是金字塔模型中的第一个，因此被命名为《启航》。同时，按照以问题解决为导向的思路对游戏进行升级改造，续编游戏故事，改变了人物形象，增加了排架、整架的学习内容。游戏升级工作于2015年4月中旬至5月底进行，依然使用Flash制作。改版后游戏时长由15分钟延长为25分钟，形成了与《图书分类小游戏》有承接关系的图书分类排架小游戏。《启航》的目标人群是大学新生，教育目标是让学生认识图书分类的方法和排架规则。游戏已在华中师范大学学生中经过多轮测试，准备年底在更大范围内开展测试。课题组目前正在设计一个信息素质教育游戏网站，计划年底网站投入运行之时，把所有通过测试的小游戏放到网站上，供全国大学生免费使用。 3.2 设计思路 本研究把解决问题作为基本出发点，按照创设情境、引入问题——分析问题、形成策略——运用策略解决问题——反思总结的思路，让学生在游戏中通过解决问题学习知识、掌握技能。使用海上航行游戏故事和具有魔幻色彩的游戏场景创设情境，产生身临其境的效果，让学生自觉地思考如何解决面临的问题。 关键是，让学生在游戏中解决什么样的问题，才能促进学习的发生？问题以什么形式出现，才能产生游戏的效果，让玩家有兴趣努力去解决问题？根据前期研究结果，让玩家在游戏中尝试解决需要运用专业知识才能解决的专业问题，能够有效促进学习的发生[26]。同时，运用游戏故事把玩家带入到特定的情境中，让问题以具有魔幻色彩的挑战的形式在游戏故事中出现，吸引玩家参与。《启航》小游戏的目的是让学生学习图书分类、排架知识，依据一定规则分类、对数字和字母等字符进行排列组合是需要学会解决的基本问题。因此，游戏中设计的主要问题是对物品和图书归类、通过字母和数字的排列组合解开密码锁。同时，在游戏中提供形式多样的支架，帮助玩家形成解决问题的策略，游戏环境和问题的设计促进玩家反思。 3.3 游戏情境与问题 依据上述思路设计的《启航》游戏情境及需要玩家解决的问题如表1所示。
3.4 问题解决如何促进学习的发生 3.4.1 策略形成和反思促进学习 问题解决的基本过程是发现问题、分析问题、提出假设和检验假设。基于问题解决的游戏学习过程是：根据先备知识和游戏中的信息形成初步策略，通过试错发现策略是否可行。若可行，说明采取的策略是正确的，相关认知得到确认。若不可行，则反思策略为什么不可行，收集更多的信息，形成新的策略并加以运用。通过利用知识和信息来形成策略，通过反思来总结、发现特点与规律，在这个过程中，学习就发生了。
图1 学习索书号构成规则
图2 探索排架规则 《启航》小游戏设计了9个主要情境来促进基于问题解决的游戏学习。情境1：通过对简单的物品分类初步建立分类的概念；情境2：通过对复杂的物品分类强化分类的概念和方法；情境3：在给图书分类的过程中，熟悉图书分类依据；情境4：在解密码锁的过程中运用《中图法》的部类和大类知识；情境5：在打开密码箱、连接浮桥的过程中了解索书号的构成规则；情境6：利用索书号找书，初步了解图书排架规则；情境7：通过反复排列、组合宝箱密码，熟悉分类号排列规则；情境8：在排列索书号的过程中了解索书号的排列规则；情境9：运用所学索书号排列规则对图书上架，强化所学知识。为促进学生对知识的掌握，游戏中安排了反复运用知识的机会。 3.4.2 问题设计体现所学知识的本质特征 如前所述，对基于问题解决的学习而言，问题设计是关键，要体现所学知识的特点。此款小游戏的目的是让玩家了解《中图法》和排架规则，需要学习的知识点有3个：①《中图法》类目表；②索书号构成；③排架规则。为此，分别设计了分类问题、解密码锁问题、排序问题来学习这些知识。 无论是物品分类，还是知识分类，都要依据一定的规则，即要有分类依据。《中图法》类目表在知识和类号之间建立的对应关系就是对图书分类的依据，那么，对应关系就是类目表的本质特征。为了帮助学生在解决分类问题的过程中了解、熟悉这种对应关系，情境3～5中都设置了《中图法》类目表支架。 索书号通常由分类号和书次号组成，其基本组成元素因使用的分类法不同而有所不同，以《中图法》下的索书号为例，有字母、数字、小圆点、斜杠或空格等符号，其本质特征是符号组合。在情境4～6设置的密码锁、密码箱就是让玩家在开锁、开箱的过程中，逐步熟悉索书号的构成特点。 排架规则的本质就是排序，即按照构成索书号的字母、数字的大小排列图书的顺序，情境7～9安排了多个排序任务，包括通过排列方块的顺序打开密码箱，目的是让玩家熟悉排序规则。 4 游戏效果测试 4.1 测试情况简介 游戏开发完成后，在本校招募了47名学生对游戏进行测试，了解游戏学习效果。学生来自13个学院；其中，男生8人，女生39人；大一44人，大二3人。测试于2015年6月2～3日在实验室进行。参加测试的学生先填写前测问卷并试玩游戏，然后填写后测问卷，并接受简短访谈。游戏平均用时25分钟，填写前、后测问卷平均用时3分钟和4分钟。 问卷设计了5个客观题项测试学生对图书分类排架基本知识的掌握情况，采用五度李克特量表测量学生对游戏学习效果、游戏属性、问题解决游戏化学习、支架形式满意度的主观评价。数据使用SPSS18.0分析。学习效果变量、属性变量和问题解决与游戏化学习评价变量的信度系数分别为0.897、0.831和0.815，总量表的信度系数为0.920。3个变量的KMO值分别为0.797、0.798和0.840，总量表的KMO值为0.865，均大于0.60，同时Bartlett球形度检验的显著性概率均为0.000，小于0.05，达到显著性水平。 4.2 游戏学习效果分析 4.2.1 游戏学习效果主观评价 游戏学习效果变量的测度内容和结果见表2。学生对5个子变量持赞同态度的比例在91.5%和95.7%之间，5个子变量的均值在3.98之上，其中4个子变量的值大于或等于4，说明学生对游戏学习效果是非常肯定的，特别是对图书分类和排架知识的学习效果认可度非常高。A5的值表明小游戏非常有助于知识的实际运用。 4.2.2 游戏前后测成绩对比 为了检验游戏学习效果，开展了游戏前后测试。问卷设置了5个客观题，包括3个陈述性知识问题(共8分)、2个程序性知识问题(共8分)，总分值为16分。学生游戏前后测平均得分见图3。其中，成对样本1代表陈述性知识问题的前后测平均得分，成对样本2代表程序性知识问题的前后测平均得分，成对样本3代表前后测总分的平均得分。配对样本t检验结果显示，3对样本的差异具有统计显著性。总分的前测平均分为4.19分，正确率为26.19%，后测平均分是13.34分，正确率为83.36%。说明通过玩过游戏，学生对图书分类排架规则的了解有了大幅度提升，游戏学习效果明显。
图3 游戏前后测成绩对比 陈述性知识问题的后测得分正确率为69.95%，明显低于程序性知识问题96.81%的后测正确率。结合游戏后的访谈，找到了出现这种情况的原因：一方面，学生玩游戏时容易忽视游戏中出现的文字，没有记住一些关键概念的准确表述；另一方面，本次测试的陈述性知识问题要求准确回答，学生即使知道如何回答问题，也往往无法使用规范的文字表述。对于程序性知识问题，就不存在这样的问题，只要理解了，就能够正确答题。因此，如何根据知识点的特点设计出合适的测试题型，以便准确地测度出学生对知识的掌握情况，需要进一步研究。 4.2.3 男女生前后测成绩对比 男生与女生的后测总分都有大幅度的提升，女生成绩略高于男生，见图4。男生在陈述性知识上的后测成绩低于女生，而在程序性知识方面则高于女生。通过游戏后访谈了解到，大部分女生在玩游戏时都会耐心地去看游戏中出现的文字信息，因而陈述性知识问题的得分高于男生；男生则表示在玩游戏时基本不看文字，而是对游戏中找规律的游戏内容比较感兴趣，因而在程序性知识问题的后测上都得到了满分，优于女生。男女生的这种有趣的差异，应该在以后的信息素质教育游戏设计中加以考虑。
图4 男女生游戏前后测成绩对比 4.3 对问题解决游戏化学习的评价 该变量的测度内容和结果见表3。学生对5个子变量持赞同态度的比例在93.6%和100%之间，5个题项的均值在3.79之上，说明学生对游戏中基于问题解决的游戏学习效果是非常肯定的。其中C4和C5项的得分较高，说明玩家对游戏中在解决问题时出现的问题解决策略和解决过程中及时的信息反馈比较满意。学生在访谈中也表示，游戏支架如卷轴、火苗、怪兽、小鱼等，对他们解决游戏通关问题非常有帮助，而游戏中出现的任务完成进度、倒计时、能量棒、失败界面等及时反馈信息，不仅帮助他们检验了知识问题的正确性，还促进了他们对知识问题的学习和思考。
4.4 对游戏属性及支架形式的评价 4.4.1 游戏属性 游戏属性变量的测度内容和结果见表4。学生对5个子变量持赞同态度的比例在83.0%和97.9%之间，5个题项的均值均大于3.38，说明学生对游戏场景故事、场景关卡的设计方面是比较认同的，特别是对游戏体验感和游戏故事的设计非常满意。游戏场景设计精美，但得分却不太理想，说明设计方面可能存在问题。学生在访谈中表示，游戏整体体验感好，游戏情节合理，但有些细节仍需改进，例如游戏人物在移动时，感觉人物形象不够立体，与游戏界面有脱离感。 4.4.2 游戏支架形式满意度 在游戏中，针对同样的内容设置了4种形式的支架：动画演示、纯文字、图片、对话。为了解不同形式支架的效果，问卷对这一问题进行了满意度调查，调查结果如图5所示。
图5 游戏支架类型满意度比较 对“动画演示”满意度最高，学生认为动态演示通关过程，既直观又易于理解。其次是“纯文字”，这种支架信息量大，还提供思考的机会。再次是“对话”，在与NPC对话的过程中，不仅能够了解游戏剧情、接受游戏任务，还能够得到游戏的通关信息，学生感觉很有趣。最后是“图片”，相较于动画，图片是静态的，能够让学生安静地观察和思考。不同玩家偏好的游戏支架形式是不同的，因此，在游戏中设置多样化的支架，既满足了不同玩家的需要，又能够丰富玩家的游戏体验。 5 结语 本文运用文献研究法对问题解决理论、方法及基于问题解决的教育游戏研究成果进行总结，运用问题解决理论与方法指导设计了一款图书分类排架小游戏《启航》，通过实验室测试考察了问题解决游戏学习的实施效果。 研究发现：①按照创设情境、引入问题——分析问题、形成策略——运用策略解决问题——反思总结的思路设计信息素质教育游戏，不仅可行而且效果良好。②分析知识点的本质特征，设计体现这种特征的问题，把问题置入一定游戏情境中，是设计面向问题的信息素质教育游戏的关键和核心工作。《启航》小游戏针对图书分类排架知识的特点，设计了分类问题、解密码锁问题、排序问题，将其置入一系列带有魔幻色彩的冒险航行游戏情境中，其问题解决游戏学习效果得到了学生的充分肯定。③问题解决游戏学习可以有效地促进知识的学习和运用，学习就发生在形成策略和反思的过程中，形式多样的支架促进了这一过程的发生。 本文对问题解决理论与方法的运用仅限于一个图书分类排架小游戏，涉及的问题比较简单。在“驶向未来”系列游戏研究开发过程中，将对信息素质教育中不同类型的问题进行全面分析，实现在游戏中学习解决更为丰富、更为复杂的问题。 作者贡献说明： 吴建华：提出研究思路，设计与实施研究方案，确定游戏主题和故事，修订论文最终版本； 陈雅楠：设计与制作游戏，收集、整理与分析测试数据，起草论文； Harrison H.Yang：负责问题解决理论与方法指导； 张斯婷：负责数据统计分析。
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