圖片來源：unsplash

摘要

該文以小學(xué)一年級“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”為例，從教育游戲的教育性和游戲性出發(fā)，在充分調(diào)研了國家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)學(xué)認(rèn)知和游戲設(shè)計(jì)的相關(guān)研究后，設(shè)計(jì)并開發(fā)了一款可以在移動(dòng)終端運(yùn)行的電子游戲《怪獸消消》。此外，本文還通過準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究和半結(jié)構(gòu)訪談對游戲的實(shí)際效果進(jìn)行了評估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，就本次研究來說，雖然玩游戲與傳統(tǒng)做試卷的效果差別不大，但是結(jié)合觀察和訪談，本文游戲的游戲性和教育性得到了學(xué)生的認(rèn)可。

關(guān)鍵詞

學(xué)習(xí)科學(xué)；教育神經(jīng)科學(xué)；教育游戲；游戲設(shè)計(jì)；數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)

一、引言

當(dāng)前市場上關(guān)于“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”的練習(xí)存在著諸多問題。首先，教輔市場亂象由來已久[1]，真正能與課堂教學(xué)有效銜接的練習(xí)十分匱乏[2]。教輔資源的亂用，不僅會加重學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，更可怕的是，大量不科學(xué)的練習(xí)可能會阻礙學(xué)生數(shù)學(xué)能力的真正養(yǎng)成，讓學(xué)生采用錯(cuò)誤的方法學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，長此以往，即便學(xué)生個(gè)個(gè)都能成為應(yīng)試高手，但從學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展來看，卻是有百害而無一利的。其次，小學(xué)一年級是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣的重要時(shí)期，重復(fù)枯燥的計(jì)算練習(xí)不僅可能會使學(xué)生降低數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的熱情，同時(shí)也為教師和家長增加了更多額外的工作負(fù)擔(dān)。此外，在學(xué)生中間還存在人數(shù)不少的有數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)困難的學(xué)生(各國的發(fā)生率有所不同，大致在3%-30%[3]之間，我國大概在3%-6%[4])，這類學(xué)生在低年級時(shí)表現(xiàn)尚不明顯，但隨著年級的升高和知識難度的增加，他們與正常學(xué)生的差距會逐漸顯現(xiàn)，此時(shí)再進(jìn)行特殊干預(yù)已經(jīng)為時(shí)已晚。而當(dāng)前的教輔練習(xí)，主要針對的還是正常的學(xué)生，很少把這群數(shù)量巨大、有特殊數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)需求的學(xué)生考慮在內(nèi)，這為高年級時(shí)學(xué)生出現(xiàn)兩極化埋下了隱患。

然而與“枯燥”的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)形成鮮明對比的是，當(dāng)前市場上日益火爆的游戲化學(xué)習(xí)(或教育游戲)。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，這一以“寓教于樂”為核心理念的新興教學(xué)形式，逐漸受到了社會各界的廣泛關(guān)注。為了迎合學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，市場上關(guān)于“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”的教育游戲有很多，但大多質(zhì)量不佳，主要不足體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：其一，游戲在學(xué)習(xí)方法上，并不符合大腦數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律，這類游戲通常以重復(fù)性練習(xí)為特點(diǎn)；其二，游戲在學(xué)習(xí)內(nèi)容上，與當(dāng)前的國家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)并不完全匹配，主要強(qiáng)調(diào)是計(jì)算的正確率和速度，忽視了學(xué)生對計(jì)算本身意義的理解；其三，游戲的玩法較為單一，與其他類型的游戲相差甚遠(yuǎn)，導(dǎo)致學(xué)生無法長期對此類游戲保持興趣。鑒于此，本文以小學(xué)一年級數(shù)學(xué)中的“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”為例，通過將理論構(gòu)建、設(shè)計(jì)與開發(fā)、實(shí)踐應(yīng)用結(jié)合在一起的方式，探索如何基于數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)科學(xué)來設(shè)計(jì)開發(fā)一款符合當(dāng)前國家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)教育游戲，并對其實(shí)際效果進(jìn)行了評估。

二、理論基礎(chǔ)

教育游戲是兼具教育性和游戲性的一類特殊游戲，在設(shè)計(jì)過程中，既要分別考慮兩種特性，還要做好兩者間的融合與平衡。就目前而言，市場上絕大部分教育游戲往往都只能做好其中一個(gè)方面，很難在同一產(chǎn)品中實(shí)現(xiàn)對兩者的兼顧，這就導(dǎo)致了所謂的教育游戲既無法像教輔資料一樣有效提升學(xué)生在測試中的表現(xiàn)，也無法像商業(yè)游戲一樣讓學(xué)生在游戲中持續(xù)獲得學(xué)習(xí)的快樂，從而產(chǎn)生了教育游戲設(shè)計(jì)中的“平衡困局”[5]。為了解決這一問題，本文將先從教育游戲的教育性出發(fā)，基于國家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，分析小學(xué)一年級數(shù)學(xué)“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”所涉及的教學(xué)目標(biāo)，再從學(xué)習(xí)科學(xué)“人是如何學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)”的角度，探討大腦進(jìn)行數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的加工機(jī)制；之后，再從游戲性出發(fā)，立足于游戲的“內(nèi)在動(dòng)機(jī)理論”，總結(jié)提煉出教育游戲設(shè)計(jì)所需注意的因素，為之后教育游戲的有效設(shè)計(jì)奠定理論基礎(chǔ)。

• (一)教育性

1 國家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求

按照《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》對第一學(xué)段(1-3年級)“數(shù)與代數(shù)”部分的具體要求，國家在“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”的要求上由“數(shù)的認(rèn)識”和“數(shù)的運(yùn)算”兩部分構(gòu)成。在“數(shù)的認(rèn)識”上，小學(xué)低年級是數(shù)感的關(guān)鍵發(fā)展期，建立良好的數(shù)感“有助于學(xué)生理解現(xiàn)實(shí)生活中數(shù)的意義，理解或表達(dá)具體情境中的數(shù)量關(guān)系”[6]。對小學(xué)生而言，數(shù)感培養(yǎng)的教育過程一般要經(jīng)歷“感知多與少→用數(shù)表示多與少→建立數(shù)之間的關(guān)聯(lián)→對數(shù)進(jìn)行運(yùn)算→形成數(shù)系概念”這幾個(gè)階段[7]?！?0以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識”在學(xué)生的數(shù)感培養(yǎng)上，主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：其一，熟練掌握20以內(nèi)數(shù)與數(shù)量的對應(yīng)關(guān)系。由于小學(xué)生在第一學(xué)段期間，思維發(fā)展還處于具體運(yùn)算階段，以形象思維為主，需要將抽象的感覺以具體化的形式展現(xiàn)出來[8]。其二，引導(dǎo)學(xué)生理解數(shù)位、計(jì)數(shù)單位和計(jì)數(shù)法[9]。理解單位“一”和單位“十”是學(xué)生學(xué)習(xí)“十進(jìn)制計(jì)數(shù)法”的起點(diǎn)，也是理解“進(jìn)位加法”和“退位減法”關(guān)鍵。

在“數(shù)的運(yùn)算”上，“20以內(nèi)數(shù)的加減法”在學(xué)生的運(yùn)算能力培養(yǎng)上，主要體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：其一，在理解算理的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)算法。算理是展開運(yùn)算的理論依據(jù)，算法是算理的具體化，應(yīng)該讓學(xué)生在充分理解算理的基礎(chǔ)上掌握相應(yīng)的算法。其二，重視并加強(qiáng)口算練習(xí)?？谒闶枪P算和估算的基礎(chǔ)，在日常生活中有著廣泛應(yīng)用，對于小學(xué)生運(yùn)算能力的提高很重要。根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)》要求，“20以內(nèi)數(shù)的加減法”口算，學(xué)生應(yīng)達(dá)到8-10題/分。在實(shí)際教學(xué)中，視算和聽算是口算的兩種主要訓(xùn)練方法，前者為“看算式報(bào)得數(shù)”，后者為“聽算式報(bào)得數(shù)”，口算形式的靈活多樣化，有助于學(xué)生產(chǎn)生興趣，從而增強(qiáng)訓(xùn)練效果[10]。其三，重視算法多樣化的相互交流。引導(dǎo)學(xué)生對不同算法進(jìn)行交流，強(qiáng)化學(xué)生對算法背后算理的理解。

2 數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的腦機(jī)制與模型

從1922年行為主義者桑代克發(fā)表《算術(shù)心理學(xué)》開始，到現(xiàn)在Butterworth、Deheane等認(rèn)知科學(xué)家借助先進(jìn)的腦成像技術(shù)和設(shè)備研究其腦機(jī)制，期間大量研究成果的積累，對人類認(rèn)識數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)本質(zhì)、改進(jìn)數(shù)學(xué)教育實(shí)踐有著重要意義[11]。研究發(fā)現(xiàn)，人類的數(shù)學(xué)認(rèn)知至少包含了兩個(gè)子系統(tǒng)：一個(gè)是建立在進(jìn)化基礎(chǔ)上的概略表征系統(tǒng)，另一個(gè)是建立在長期學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上的精確表征系統(tǒng)。前者主要與數(shù)字的語義表征有關(guān)，主要由先天基因決定，在個(gè)體發(fā)展過程中，很少受到年齡的影響；而后者則不同，精確表征系統(tǒng)與數(shù)字的音、形等符號特征有關(guān)，隨著人受教育時(shí)間的增加，會呈現(xiàn)顯著變化。這一發(fā)現(xiàn)證明了，后天教育對人數(shù)學(xué)認(rèn)知能力發(fā)展所起的作用是非常關(guān)鍵的，無論是非正式的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)還是發(fā)生在學(xué)校中的正式的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，都會影響學(xué)生數(shù)學(xué)能力的形成[12]。

概略表征系統(tǒng)主要建立在大腦的頂葉(Parietal Lobe)區(qū)域，尤其是頂內(nèi)溝(Intra-parietal Sulcus，簡稱IPS)，是人類產(chǎn)生數(shù)感、進(jìn)行符號(阿拉伯?dāng)?shù)字、言語數(shù)詞)或非符號(如點(diǎn)陣、實(shí)物集合)數(shù)量比較、完成計(jì)算等數(shù)學(xué)任務(wù)的核心區(qū)域[13-15]。這種先天的非言語符號的數(shù)量認(rèn)知能力使人具備了粗略的數(shù)字表征能力，可以在多種有意義的社會情境下幫助人類完成初步的與數(shù)量相關(guān)的任務(wù)，但其糟糕的準(zhǔn)確性使得一些需要大數(shù)量參與的精確計(jì)算變得非常困難。因此，就出現(xiàn)了借助言語(口語數(shù)詞)和符號(阿拉伯?dāng)?shù)字)系統(tǒng)來擴(kuò)展人類數(shù)量認(rèn)知和操作范圍的方法，需要通過后天教育來完成。因此，在正式的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中，尤其是在最開始的數(shù)感和運(yùn)算學(xué)習(xí)過程中，最重要的就是讓學(xué)生能夠在原始數(shù)量感、數(shù)量的言語表征和符號表征系統(tǒng)這三者之間建立相互的連接。

由Stanislas Dehaene教授提出的三重編碼模型(Triple-code Model，簡稱TCM)[16]解決的就是原始數(shù)量感、數(shù)量的言語表征和符號表征系統(tǒng)這三者之間的連接問題，隨著現(xiàn)代研究技術(shù)的不斷發(fā)展，該模型已經(jīng)被學(xué)界廣泛接受。三重編碼模型認(rèn)為，大腦在完成數(shù)量加工任務(wù)時(shí)，會涉及三種不同的編碼來表征數(shù)量，分別是模擬數(shù)量編碼(Quantity System，數(shù)量的非言語符號編碼，用以表征數(shù)量之間的大小和距離)、聽覺言語編碼(Verbal System，數(shù)量的言語編碼，用數(shù)量詞匯的發(fā)音和語義來表征數(shù)量，如中文里的“一、二、三”和英文里的“one、two、three”等)和視覺阿拉伯?dāng)?shù)字編碼(Visual System，數(shù)量的數(shù)字符號編碼，將數(shù)量按規(guī)則表征為一系列阿拉伯?dāng)?shù)字串)。此外，這三種編碼并非獨(dú)立存在的，而是相互關(guān)聯(lián)的。研究者通過對計(jì)算障礙兒童展開大量研究后發(fā)現(xiàn)，人們出現(xiàn)數(shù)量加工障礙的原因主要有兩個(gè)：數(shù)字模塊缺陷(The Defective Number Module Hypothesis)和數(shù)量通達(dá)缺陷(The Access Deficit Hypothesis)。其中，數(shù)字模塊缺陷是指先天用來識別和加工基本數(shù)量的能力發(fā)展異常，導(dǎo)致理解數(shù)字概念和問題產(chǎn)生困難[17]，也就是由雙側(cè)頂內(nèi)溝先天發(fā)育缺陷而造成的模擬數(shù)量編碼出現(xiàn)問題；數(shù)量通達(dá)缺陷則是在數(shù)字符號與數(shù)量轉(zhuǎn)化的過程中出現(xiàn)通達(dá)問題，即聽覺言語編碼和視覺阿拉伯?dāng)?shù)字編碼在轉(zhuǎn)化為模擬數(shù)量編碼時(shí)出現(xiàn)問題[18]。因此，不僅需要讓學(xué)生熟練學(xué)習(xí)掌握每一種數(shù)量表征編碼，而且還要讓他們能夠流暢地在不同編碼之間相互轉(zhuǎn)換，這樣才能確保學(xué)生真正理解和掌握數(shù)量及其運(yùn)算的真實(shí)意義。

(二)游戲性

Malone在游戲的“內(nèi)在動(dòng)機(jī)理論”中將人的動(dòng)機(jī)分為了外在動(dòng)機(jī)(Extrinsic Motivations)和內(nèi)在動(dòng)機(jī)(Intrinsic Motivation)。其中，外在動(dòng)機(jī)主要來自某種外在的獎(jiǎng)勵(lì)，通常與參與的活動(dòng)本身無關(guān)，因此外在動(dòng)機(jī)對于促進(jìn)學(xué)習(xí)作用不大，有些研究者甚至認(rèn)為外在動(dòng)機(jī)會阻礙學(xué)習(xí)。相反，內(nèi)在動(dòng)機(jī)則有利于有效學(xué)習(xí)的產(chǎn)生，這是因?yàn)閮?nèi)在動(dòng)機(jī)往往就源自對學(xué)習(xí)活動(dòng)的喜愛。Malone通過一系列實(shí)證研究找出了如何讓教育游戲更有趣的一些游戲設(shè)計(jì)原則，他發(fā)現(xiàn)一款好的教育游戲或者能夠激發(fā)人內(nèi)在動(dòng)機(jī)的活動(dòng)一般具有以下三個(gè)特征：挑戰(zhàn)(Challenge)、幻想(Fantasy)和好奇(Curiosity)，并對這三個(gè)特征提出了相應(yīng)的游戲設(shè)計(jì)方法[19]。之后，他又在此基礎(chǔ)上完善了該理論，提出了更加完整的內(nèi)在動(dòng)機(jī)理論。

1 挑戰(zhàn)

為了使游戲更具挑戰(zhàn)性，可以采用目標(biāo)(Goal)、不確定結(jié)果(Uncertain Outcome)和自尊(Self-Esteem)三種方法。首先，好的游戲目標(biāo)應(yīng)該滿足以下4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)：①簡單的游戲應(yīng)該有清晰明確的目標(biāo)，比如使用一些視覺效果；②復(fù)雜的沒有設(shè)置目標(biāo)的游戲應(yīng)該采用結(jié)構(gòu)化的組織，讓玩家能夠清楚知道不同的難度；③最佳的目標(biāo)通常是實(shí)際的或想象的，比如坐上火箭登月，而不是簡單的使用一項(xiàng)技能，比如解出一道計(jì)算題；④玩家應(yīng)該在游戲中能清楚地知道自己是否接近了目標(biāo)。其次，如果游戲的結(jié)果是確定的，那么通常玩起來就沒有樂趣，使用不確定的結(jié)果可以提高游戲的趣味性：①設(shè)置不同的難度等級；②豐富的等級目標(biāo)；③隱藏部分游戲信息；④隨機(jī)性。第三，目標(biāo)和不確定結(jié)果之所以能讓游戲充滿挑戰(zhàn)性，其根本原因在于它們讓玩家感受到了自尊：在游戲中獲得成功，可以讓玩家自信起來；然而，如果游戲過難，則會讓玩家失去游戲的興致，因此游戲需要設(shè)定不同難度來匹配玩家不同的能力水平，使他們不會在游戲中失去自信。

2 幻想

游戲中會常常出現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中不存在的場景和事物，這往往會增添游戲的趣味性。然而，并非所有的幻想元素都能激發(fā)玩家的內(nèi)在動(dòng)機(jī)的。比如，傳統(tǒng)課堂通過添加游戲化的幻想元素來完成所謂的“目標(biāo)”，而整個(gè)游戲的過程卻取決于學(xué)生答案的對錯(cuò)，這種幻想被稱為“外在的幻想”(Extrinsic Fantasy)，即幻想的達(dá)成只取決于技能使用結(jié)果的正確與否，而技能使用的過程，卻并不能影響或改變游戲中的幻想。與之相對應(yīng)的是“內(nèi)在的幻想”(Intrinsic Fantasy)，它實(shí)現(xiàn)了兩方面的相互依賴，即幻想依賴于技能使用的結(jié)果，而技能使用的過程也依賴于幻想(如，當(dāng)玩家在射擊類游戲中射得太高，游戲會出現(xiàn)“射得太高”的提示，而玩家可以根據(jù)這一提示幻想，重新制定下一次發(fā)射的高度)。

3 好奇

好奇是人學(xué)習(xí)的動(dòng)力，游戲之所以能讓人產(chǎn)生好奇，就是因?yàn)槟芴峁┎欢嗖簧佟⑶〉胶锰幍男畔?shù)量和復(fù)雜度。根據(jù)“內(nèi)在動(dòng)機(jī)理論”，好奇也可再分為兩種，即感知上的好奇(Sensory Curiosity)和認(rèn)知上的好奇(Cognitive Curiosity)。感知上的好奇，是指一些環(huán)境刺激對人知覺產(chǎn)生的影響，如聲音和圖像的變化，這些刺激可以影響人的注意力。電子游戲中豐富多彩的聲音和圖像效果，就能給玩家?guī)磉@種好奇，具體在游戲設(shè)計(jì)中，可以將聲音和圖像作為背景裝飾、用來提高幻想表現(xiàn)力、變?yōu)檫_(dá)成游戲目標(biāo)的獎(jiǎng)勵(lì)，還可以成為有效傳遞游戲信息的表征方式。而認(rèn)知上的好奇，指的是人想要建構(gòu)一個(gè)更完整(Completeness)、更穩(wěn)定(Consistency)和更簡約(Parsimony)的知識結(jié)構(gòu)。這就需要在教育游戲的反饋設(shè)計(jì)中考慮以下兩點(diǎn)：一是，反饋信息要令人驚奇，簡單的方法是使用隨機(jī)原則，更有效的方式是基于穩(wěn)定的知識結(jié)構(gòu)生成反饋，使其一開始看起來令人驚奇，但隨著知識結(jié)構(gòu)不斷完整，玩家就能明白其中的道理；二是，讓反饋信息具有教育性，即反饋信息不僅告訴玩家，他們的知識結(jié)構(gòu)存在問題，而且還提供額外的信息，幫助玩家解決他們知識結(jié)構(gòu)上的問題。

三、設(shè)計(jì)研究

基于前面的理論基礎(chǔ)，本文為小學(xué)一年級學(xué)生學(xué)習(xí)“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”設(shè)計(jì)開發(fā)了這款名為《怪獸消消》的游戲。該游戲在設(shè)計(jì)之初，就從教育性和游戲性這兩個(gè)方面進(jìn)行整體考慮。首先，筆者從國家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求出發(fā)，找出學(xué)生在“數(shù)概念建立”和“數(shù)的運(yùn)算”學(xué)習(xí)過程中的關(guān)鍵點(diǎn)，并結(jié)合“人教版”和“北師大版”數(shù)學(xué)教科書在相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容設(shè)計(jì)，對學(xué)習(xí)序列和相關(guān)的習(xí)題設(shè)計(jì)進(jìn)行了系統(tǒng)梳理[20]，依此確定了游戲關(guān)卡的數(shù)量和順序；接著，筆者從數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的腦機(jī)制和模型入手，基于三重編碼理論對于人學(xué)習(xí)非符號和符號數(shù)量及運(yùn)算的加工過程解讀，設(shè)計(jì)了游戲的核心玩法和機(jī)制；最后，筆者再根據(jù)游戲的“內(nèi)在動(dòng)機(jī)理論”，對游戲的敘事、獎(jiǎng)勵(lì)規(guī)則等游戲性元素進(jìn)行了設(shè)計(jì)，從而在整體上確保同一個(gè)游戲中教育性和游戲性元素的平衡，使所設(shè)計(jì)的教育游戲盡可能達(dá)到科學(xué)、快樂和有效的終極目標(biāo)。下面將先對游戲的整體設(shè)計(jì)進(jìn)行簡單介紹，然后再分別對游戲的教育性和游戲性設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)闡釋。

• (一)整體設(shè)計(jì)

1 游戲敘事

《怪獸消消》共包含四個(gè)不同主題的篇章，每個(gè)篇章設(shè)置了10個(gè)不同難度的關(guān)卡。在游戲中，玩家需要扮演小世界中的一個(gè)英雄，肩負(fù)起拯救小世界的重任，用智慧和勇氣消滅小怪獸。游戲的核心任務(wù)是消滅小怪獸。游戲中的小怪獸共有三種類型(如圖1所示)：①長度小怪獸由10個(gè)長度、顏色、模樣都不相同的小怪獸組成，分別與數(shù)量1至10對應(yīng)。另外，還有1個(gè)將長度隱藏起來的長度小怪獸，它是透明的，邊沿由虛線標(biāo)注，對應(yīng)的是數(shù)量0。每個(gè)長度小怪獸都有不同的性格，會發(fā)出不同的聲音，而這些都將等著玩家去探索。②數(shù)字小怪獸由19個(gè)肚子上寫著0至18的小怪獸組成，這一類小怪獸除了肚子上標(biāo)注的數(shù)字，其他模樣都相同——全身為淺紫色，頭頂長著一對眼睛，肚子上的數(shù)字對應(yīng)的就是它們代表的數(shù)量。③聲音小怪獸和數(shù)字小怪獸的設(shè)計(jì)理念相同，由19個(gè)外在形象完全一樣的小怪獸組成，它們的模樣都是紅色的嘴巴，點(diǎn)擊一下，就會說出不同的數(shù)字，而所說的這些數(shù)字對應(yīng)的就是它們所代表的數(shù)量。

圖 1 長度小怪獸（左）、數(shù)字小怪獸（中）和聲音小怪獸（右）示例

玩家要想在游戲中消滅小怪獸則需要組合出表示相同數(shù)量的魔法方塊。游戲中的魔法方塊也有三種類型(如圖2所示)，分別是綠色的長度魔法方塊、橘色的數(shù)字魔法方塊和紫色的聲音魔法方塊。與小怪獸的類型相似的是，長度魔法方塊用方塊的個(gè)數(shù)來表示數(shù)量，數(shù)字魔法方塊用數(shù)字表示數(shù)量，而聲音魔法方塊則用語音播放的數(shù)字聲音表示數(shù)量大小。不同的地方在于，每一種類型的魔法方塊下又包含兩類，一類是中間為彩色、邊緣為白色的正常魔法方塊，另一類是中間為白色、邊緣為彩色的反常魔法方塊。這些魔法方塊之間可以相互組合，而區(qū)別在于，正常的魔法方塊之間相互組合，可以讓魔法方塊變長或數(shù)字變大(模擬加法的過程)，而正常的魔法方塊和反常的魔法方塊組合在一起時(shí)，反常魔法方塊會讓正常魔法方塊變短或數(shù)字變小(模擬減法的過程)。無論是正常還是反常魔法方塊，如果組合正確時(shí)，系統(tǒng)會響起正確提示音，而組合錯(cuò)誤時(shí)，則會響起錯(cuò)誤警報(bào)音(比如，將兩塊反常魔法方塊組合在一起，或在組合時(shí)將反常魔法方塊放在正常魔法方塊的前面)。

圖 2 長度魔法方塊（左）、數(shù)字魔法方塊（中）和聲音魔法方塊（右）示例

為了增加游戲挑戰(zhàn)性和趣味性，讓玩家持續(xù)游戲行為的道具。游戲中設(shè)計(jì)了三種趣味道具，分別是：普通鉆石、冰凍鉆石和小太陽。每當(dāng)玩家作為英雄消滅了一行小怪獸，并且該行中有普通鉆石時(shí)，玩家就可以幫小世界的動(dòng)物們找回被小怪獸偷走的一顆鉆石；然而，如果該行中是冰凍鉆石時(shí)，玩家只有在小太陽經(jīng)過該行的前提下消滅小怪獸，冰凍鉆石才能因?yàn)殛柟獾恼丈?，而被英雄獲得。

2 玩法邏輯

《怪獸消消》這款游戲的核心玩法十分簡單，非常容易上手。游戲中(如圖3所示)，玩家可以看到各種長度或帶有數(shù)字的小怪獸，為了消滅這些小怪獸，作為英雄的玩家：首先，需要選定一個(gè)小怪獸，確定它代表的數(shù)量是多少；接著，需要操作游戲隨機(jī)產(chǎn)生的魔法方塊若干(1≤魔法方塊個(gè)數(shù)≤3)，將其組合成與小怪獸代表數(shù)量相等的魔法方塊；最后，將新組合的魔法方塊拖動(dòng)到目標(biāo)小怪獸身上，就可以消滅一個(gè)小怪獸了。以上是玩家消滅一個(gè)小怪獸的操作邏輯，然而每個(gè)小怪獸并不是孤立地出現(xiàn)在游戲中的，若干(大于等于1)個(gè)小怪獸會和趣味道具、基本道具構(gòu)成一行，這個(gè)“行”被稱為“怪獸行”。當(dāng)怪獸行上所有的怪獸都被消滅時(shí)，這一行就會被消除，當(dāng)本關(guān)卡中所有的怪獸行(每關(guān)的行數(shù)并不固定)都被消除時(shí)，玩家就取得了本關(guān)卡的勝利，這時(shí)游戲會根據(jù)玩家在本關(guān)卡中消滅小怪獸的操作表現(xiàn)，進(jìn)行自動(dòng)星級評判，最高為三顆星，最低為零顆星，同時(shí)也會呈現(xiàn)本關(guān)卡最終得分。

圖 3 關(guān)卡4游戲界面

需要說明的是，每關(guān)游戲中需要消除的怪獸行數(shù)和每一行中小怪獸的數(shù)量都不是固定的——在前面的簡單關(guān)卡里，待消除的行數(shù)以及每一行的小怪獸數(shù)量會較少，隨著關(guān)卡變難，待消除行數(shù)以及每一行的小怪獸數(shù)量會隨之增加。

• (二)教育性設(shè)計(jì)

在教育性設(shè)計(jì)上，游戲主要參照了國家課程標(biāo)準(zhǔn)和兩版小學(xué)數(shù)學(xué)教科書中的學(xué)習(xí)序列和習(xí)題設(shè)計(jì)，對不同學(xué)習(xí)內(nèi)容的游戲關(guān)卡進(jìn)行了分類排序，并對每個(gè)關(guān)卡中不同習(xí)題的練習(xí)頻率進(jìn)行了合理的控制。

1 學(xué)習(xí)序列

在學(xué)習(xí)序列上，筆者主要參考了人教版和北師大版教科書在“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識”上的學(xué)習(xí)內(nèi)容安排。人教版教科書按照“認(rèn)數(shù)和計(jì)算相結(jié)合”的編排原則，將“數(shù)的認(rèn)識”和“數(shù)的運(yùn)算”穿插起來學(xué)習(xí)，使得學(xué)生在逐步擴(kuò)大識數(shù)范圍的同時(shí)，也學(xué)習(xí)了相關(guān)的基本計(jì)算，編委會認(rèn)為這樣更有利于學(xué)生對數(shù)的理解和對計(jì)算的掌握[21]。而北師大版教科書并沒有將兩者穿插起來，而是集中精力學(xué)習(xí)完一個(gè)階段的認(rèn)數(shù)后，再學(xué)習(xí)與這些數(shù)相關(guān)的加減計(jì)算。由于本游戲的定位是復(fù)習(xí)課以及學(xué)生課下的鞏固練習(xí)，北師大版這種整塊劃分的形式會顯得更加緊湊，而且會降低游戲開發(fā)的邏輯復(fù)雜度，因此筆者采用了北師大版的內(nèi)容劃分模式，并將其進(jìn)一步合并，突出重難點(diǎn)(刪減“10加幾和相應(yīng)減法”，增加“20以內(nèi)進(jìn)位加法”和“20以內(nèi)退位減法”)，最終形成如圖4所示的四個(gè)難度層次，分別是5以內(nèi)、10以內(nèi)、20以內(nèi)和綜合練習(xí)(如圖4中用不同灰度的背景標(biāo)示)。在每個(gè)難度層次里，再按照難易度，劃分為4個(gè)模塊(與游戲的四個(gè)篇章對應(yīng))，分別是數(shù)的認(rèn)識、加法、減法和加減混合，共計(jì)13個(gè)基本學(xué)習(xí)任務(wù)(不計(jì)綜合訓(xùn)練部分)[1]。

圖 4 游戲使用的學(xué)習(xí)任務(wù)序列

2 練習(xí)頻率

對于一般游戲而言，數(shù)值設(shè)計(jì)的優(yōu)劣將直接影響游戲的趣味性和難度，對于教育游戲而言，數(shù)值設(shè)計(jì)的合理性將直接影響其教學(xué)目標(biāo)是否能夠在游戲中被達(dá)成。具體到計(jì)算類數(shù)學(xué)游戲，目前很多游戲在設(shè)計(jì)練習(xí)題目時(shí)，并沒有進(jìn)行充分地調(diào)研。比如，哪些算式學(xué)生容易出錯(cuò)、哪些算式應(yīng)該多加練習(xí)、每個(gè)算式大致應(yīng)該練習(xí)多少次才能讓學(xué)生習(xí)得等等?？紤]到這一點(diǎn)，筆者以國內(nèi)兩版權(quán)威的教科書為依據(jù)，借鑒其在“20以內(nèi)加減法”習(xí)題設(shè)計(jì)上的思路和經(jīng)驗(yàn)，從而更合理地設(shè)計(jì)每個(gè)游戲關(guān)卡中不同算式的練習(xí)頻率。

筆者首先按照5以內(nèi)加法、10以內(nèi)加法、20以內(nèi)進(jìn)位加法、20以內(nèi)不進(jìn)位加法、5以內(nèi)減法、10以內(nèi)減法、20以內(nèi)退位減法和20以內(nèi)不退位減法8個(gè)類別，統(tǒng)計(jì)了兩版教科書中的相關(guān)習(xí)題數(shù)量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：“20以內(nèi)加減法”學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)在于10以內(nèi)加減法和20以內(nèi)進(jìn)位加法和退位減法這4類題，5以內(nèi)加減法作為基礎(chǔ)，也需要扎實(shí)的練習(xí)。接著，筆者對出題量最多的這6種習(xí)題做了進(jìn)一步的分析，發(fā)現(xiàn)具體到每一個(gè)算式，其出現(xiàn)的數(shù)量也有不同，比如同樣得數(shù)為5的5以內(nèi)加法算式有0+5、1+4、2+3、3+2、4+1和5+0共計(jì)6種(不考慮加法交換律)，這6種在兩版教科書中出現(xiàn)的總次數(shù)分別是2次、7次、11次、14次、7次和2次，其中，2+3、3+2這兩種出題方式要明顯多于其他4種。這說明，不同的算式，其需要的練習(xí)次數(shù)是不一樣的，應(yīng)該在游戲的數(shù)值設(shè)計(jì)中考慮到這一問題。本游戲中，玩家需要組合代表不同數(shù)量的魔法方塊，使之與目標(biāo)小怪獸代表的數(shù)量之間實(shí)現(xiàn)匹配，因此，想要讓玩家在組合魔法方塊的過程中，更合理地練習(xí)那些重難點(diǎn)算式，減少簡單算式的練習(xí)，因此筆者對兩版教材中得到某一得數(shù)的不同算式出現(xiàn)概率進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，游戲中魔法方塊的生成便以此概率結(jié)果產(chǎn)生。 

3 練習(xí)方式

此外，根據(jù)數(shù)學(xué)認(rèn)知中的“三重編碼模型”，數(shù)量和數(shù)量關(guān)系(這里主要是加減法)的學(xué)習(xí)，不僅要考慮到數(shù)量在人腦中的三種編碼形式，還要熟悉三種數(shù)量編碼形式之間的相互轉(zhuǎn)換。因此，本文在已有學(xué)習(xí)序列的基礎(chǔ)上，加入了9種數(shù)量編碼轉(zhuǎn)換的練習(xí)，分布在四個(gè)難度層次之中。相比于“視覺數(shù)字編碼”和“聽覺言語編碼”，“模擬數(shù)量編碼”更加直觀和形象，對于培養(yǎng)小學(xué)生的數(shù)感更為本質(zhì)和基礎(chǔ)。因此，在難度層次一上安排了以“模擬數(shù)量編碼”為主的練習(xí)；到了難度層次二，則主要圍繞“視覺數(shù)字編碼”展開練習(xí)；在難度層次三上，安排了以“聽覺言語編碼”與其他兩種編碼形式相互轉(zhuǎn)換練習(xí)；到了難度層次四，引入“聽覺言語編碼”單一通道的練習(xí)。之所以將“聽覺言語編碼”安排在了“視覺數(shù)字編碼”之后，還有一個(gè)考慮就是，“聽覺言語編碼”對小學(xué)生的工作記憶能力提出了“更高”的要求，相比直觀的“模擬數(shù)量編碼”以及可視的“視覺數(shù)字編碼”，“聽覺言語編碼”會更難一些。這樣一來，每個(gè)難度層次上引入的編碼轉(zhuǎn)換類型數(shù)量大致持平，而且不同編碼轉(zhuǎn)換的引入遵循了從簡單到困難的原則，更符合小學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律。

• (三)游戲性設(shè)計(jì)

根據(jù)Malone“游戲內(nèi)在動(dòng)機(jī)理論”對游戲設(shè)計(jì)提出的三個(gè)構(gòu)成要素——挑戰(zhàn)、幻想和好奇，本文對《怪獸消消》這款游戲的游戲機(jī)制進(jìn)行了更為合理的設(shè)計(jì)，使之更加滿足教育游戲?qū)逃院陀螒蛐缘囊蟆?/p>

1 挑戰(zhàn)元素

挑戰(zhàn)元素的加入可以讓游戲更具挑戰(zhàn)性。根據(jù)Malone的理論，游戲設(shè)計(jì)中可以使用目標(biāo)、不確定結(jié)果和自尊這三種方法提高游戲的挑戰(zhàn)性。在《怪獸消消》的設(shè)計(jì)中，這三種方法都有體現(xiàn)。①目標(biāo)?！豆肢F消消》是一個(gè)游戲目標(biāo)十分明確的益智類游戲。首先，游戲的目標(biāo)具有幻想性，玩家在游戲中扮演小世界里的英雄，通過操作魔法方塊，來幫助動(dòng)物們將小怪獸趕走，避免了直接以計(jì)算技能為游戲目標(biāo)；其次，游戲目標(biāo)清晰，在每一關(guān)中，玩家扮演的英雄需要將所有的怪獸行都正確消除，才能通關(guān)；第三，玩家無論是在組合魔法方塊還是在消滅小怪獸時(shí)，其操作結(jié)果都會引發(fā)音效和視覺效果，提示玩家每一步操作的結(jié)果。②不確定結(jié)果。每一關(guān)游戲的過程和結(jié)果都充滿了隨機(jī)性，不同的操作會直接影響游戲最終的得分以及星級的評定結(jié)果。首先，每一關(guān)的目標(biāo)設(shè)置很豐富：游戲中，玩家不僅要消除全部的怪獸行，還需要開動(dòng)腦筋，獲得更高的得分以及收集分布在怪獸行中的普通鉆石和冰凍鉆石。其次，玩家并不是每一次消除怪獸行的得分都是同樣多的，組合魔法方塊的順序、方式以及消滅小怪獸的類型不同，都會導(dǎo)致得分不同；第三，每一輪出現(xiàn)的魔法方塊也具有一定的隨機(jī)性。后兩點(diǎn)都可以讓游戲的結(jié)果不確定，從而增加游戲的挑戰(zhàn)性。③自尊。為了使玩家在游戲中不斷成長并逐漸獲得學(xué)習(xí)上的自信，游戲在關(guān)卡難度設(shè)計(jì)上考慮了學(xué)生學(xué)習(xí)的“最近發(fā)展區(qū)”，使得每一關(guān)的挑戰(zhàn)都盡可能符合心流理論中挑戰(zhàn)-技能的平衡，使玩家可以在不斷挑戰(zhàn)更難關(guān)卡的過程中，收獲學(xué)習(xí)知識和信心。

2 幻想元素

根據(jù)Malone的理論，對玩家更具吸引力和教育價(jià)值的游戲，不能只停留在“外在的幻想”——只注重技能的結(jié)果(就像目前市面上大部分計(jì)算類數(shù)學(xué)游戲，如果學(xué)生答對一道算式，屏幕就會出現(xiàn)“答對了”或加分的反饋信息，反之，則出現(xiàn)“答錯(cuò)了”或扣分的反饋信息)，而應(yīng)該構(gòu)建“內(nèi)在的幻想”——讓游戲可以響應(yīng)玩家的每一步操作(比如，當(dāng)玩家給出的結(jié)果不正確時(shí)，游戲不僅反饋對錯(cuò)信息，還為玩家提供一些指導(dǎo)信息，使得玩家可以根據(jù)指導(dǎo)信息，進(jìn)一步調(diào)整自己下一步操作)。

根據(jù)這一理念，《怪獸消消》在玩法設(shè)計(jì)上，也盡可能避免只提供“外在的幻想”，而是讓玩家在游戲中，可以把技能和游戲幻想相互聯(lián)系起來，從而形成“內(nèi)在的幻想”。這一點(diǎn)在游戲中具體體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：其一，技能對幻想的依賴。在本游戲中，玩家根據(jù)目標(biāo)小怪獸，正確組合魔法方塊，就可以將目標(biāo)小怪獸消滅，并同時(shí)獲得相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，而當(dāng)組合錯(cuò)誤時(shí)，游戲也會呈現(xiàn)提示信息和音效，告訴玩家此次操作可能有錯(cuò)誤。其二，幻想對技能的依賴。在本游戲中，玩家每一次組合魔法方塊，都能實(shí)時(shí)獲得組合后的魔法方塊是什么——在這個(gè)過程中，玩家可以逐步驗(yàn)證自己每一步的操作是否跟預(yù)期是一致的，從而再考慮下一步?jīng)Q策。此外，當(dāng)玩家組合的魔法方塊無法消除當(dāng)前顯示的所有怪獸行上的小怪獸時(shí)，位于游戲界面下面部分的魔法方塊就會全部破碎(伴隨破碎的音效)，并重新生成新的待組合魔法方塊，提示玩家之前組合魔法方塊的策略是不正確的，需要再次調(diào)整或嘗試新的組合方法。

3 好奇元素

好奇，是激勵(lì)玩家持續(xù)進(jìn)行游戲的動(dòng)力源泉。根據(jù)Malone的理論，好的游戲設(shè)計(jì)，僅僅考慮感知上的好奇是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要精心地在認(rèn)知上的好奇設(shè)計(jì)下功夫。

感知上的好奇，主要來自于游戲帶給玩家的直接感官刺激，比如明艷的圖像、酷炫的動(dòng)畫、動(dòng)聽的背景音樂、難忘的提示音效等。《怪獸消消》游戲，雖然采用了較為艷麗的色彩搭配，但同時(shí)也注意使用素色以保持各色塊之間實(shí)現(xiàn)干凈過渡，使得重要的信息能夠以鮮明的色彩得到突顯，輔助的游戲元素能夠盡量少地分散玩家的注意力。因此，整個(gè)游戲看上去，既充滿了童真童趣，又不花里胡哨。在音樂的使用上，也盡可能選取活潑歡快但節(jié)奏感不是特別強(qiáng)烈的曲子，而且不同篇章的主題音樂不同，既激發(fā)了玩家感知上的好奇，又確保了音樂不會對玩家的思考產(chǎn)生過多的打擾。在旁白的錄制上，通篇使用十分口語化的表達(dá)，確保5-7歲的兒童能夠很容易地理解和接受，而且在音色上，游戲也特別選擇了十分可愛的聲音，從而讓該年齡段的玩家更容易產(chǎn)生游戲的代入感。

認(rèn)知上的好奇，是幫助玩家逐漸建構(gòu)起一個(gè)完整知識結(jié)構(gòu)的過程。在《怪獸消消》這款游戲里，這一設(shè)計(jì)理念并沒有體現(xiàn)在Malone舉例的游戲反饋設(shè)計(jì)上，而是體現(xiàn)在游戲的玩法上。首先，“20以內(nèi)數(shù)的加減法”學(xué)習(xí)，并非僅是不同算式的重復(fù)練習(xí)，而是根據(jù)數(shù)學(xué)認(rèn)知中的“三重編碼理論”，幫助學(xué)習(xí)者強(qiáng)化不同編碼之間的轉(zhuǎn)換，尤其是“模擬數(shù)量編碼”與另外兩種編碼之間的有意義轉(zhuǎn)換。因此，游戲在四個(gè)難度層次中，分別有重點(diǎn)地練習(xí)了9種類型的數(shù)量編碼轉(zhuǎn)換，相比于現(xiàn)在市場上大部分單純的計(jì)算類數(shù)學(xué)游戲來說，本游戲更能激發(fā)玩家在認(rèn)知層面的好奇。在游戲的引導(dǎo)下，玩家逐漸熟練掌握不同數(shù)量編碼之間的轉(zhuǎn)換、不知不覺地提高計(jì)算的正確率和速度、更加科學(xué)有效地培養(yǎng)自己的“數(shù)感”，促進(jìn)了從認(rèn)知層面對“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”完整知識結(jié)構(gòu)和有效知識提取策略的建構(gòu)。其次，游戲在關(guān)卡引入新玩法(如，新類型的小怪獸或魔法方塊)時(shí)，會有專門的旁白來幫助玩家學(xué)習(xí)新的規(guī)則，本文認(rèn)為，這些都是從認(rèn)知上的好奇來幫助玩家建構(gòu)知識體系的信息呈現(xiàn)方式。

四、準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究

在完成游戲的設(shè)計(jì)和開發(fā)后，筆者對《怪獸消消》游戲的實(shí)際使用效果進(jìn)行了評估——通過準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究和半結(jié)構(gòu)訪談的形式，獲取游戲測評效果的相關(guān)數(shù)據(jù)。此次測評的學(xué)生來自于北京某所公立小學(xué)一年級學(xué)生，由于測試實(shí)施時(shí)已處于一年級下學(xué)期，按照此時(shí)學(xué)校的教學(xué)進(jìn)度，一年級學(xué)生已經(jīng)學(xué)完了“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”，因此游戲效果評估可能會受到一定程度的影響。考慮到學(xué)生剛剛完成“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”的學(xué)習(xí)，期末考試還會涉及該部分知識的復(fù)習(xí)和考察，因此，本文仍然按照原計(jì)劃進(jìn)行了準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)和半結(jié)構(gòu)訪談研究，只是在游戲每一關(guān)的內(nèi)容上做了些許的調(diào)整——減少了5以內(nèi)和10以內(nèi)加減法的內(nèi)容，增加了20以內(nèi)進(jìn)位加法和退位減法的內(nèi)容，從而使得游戲的整體難度與當(dāng)前學(xué)生的水平相適應(yīng)。

• (一)研究對象

筆者在該小學(xué)一年級隨機(jī)選擇了兩個(gè)班級的學(xué)生。其中，實(shí)驗(yàn)班共39人(女生19人，男生20人)，對照班共40人(女生21人，男生19人)。

• (二)研究工具

筆者采用了“基于網(wǎng)絡(luò)的多維度心理測驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”(www.dweipsy.com/lattice)[22]中的簡單數(shù)字計(jì)算(20以內(nèi)減法)和簡單加法計(jì)算的測試題目進(jìn)行數(shù)據(jù)收集。如圖5所示，測試題目會依次呈現(xiàn)在電腦屏幕的中央，學(xué)生被試需要既快又準(zhǔn)地計(jì)算每個(gè)題目的結(jié)果。如果正確答案是屏幕左下方的數(shù)字，被試需要用左手的食指按一下“Q”鍵；相反，如果正確答案在屏幕的右下方，被試則需要用右手的食指按一下“P”鍵。需要說明的是，實(shí)驗(yàn)中的測驗(yàn)任務(wù)都包括“練習(xí)”和“正式測驗(yàn)”兩部分，只有當(dāng)被試“練習(xí)”部分的正確率達(dá)到80%后，才會進(jìn)入“正式測驗(yàn)”，從而確保被試真正理解并掌握了測試的操作方法。

圖5 測試題目呈現(xiàn)和作答樣例

• (三)研究過程

1 準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究

研究過程共分為三個(gè)階段進(jìn)行：第一階段，實(shí)驗(yàn)班和對照班均進(jìn)行前測，即在電腦上完成2個(gè)完全相同的心理測試；第二階段，實(shí)驗(yàn)班和對照班的學(xué)生將接受不同類型的干預(yù)——實(shí)驗(yàn)班接受游戲干預(yù)，即學(xué)生每天到機(jī)房玩15分鐘的《怪獸消消》游戲；對照班接受試卷干預(yù)，即學(xué)生則需要每天完成一套與游戲練習(xí)內(nèi)容一致的練習(xí)試卷，共計(jì)4天；第三階段，實(shí)驗(yàn)組和對照組均進(jìn)行后測，與前測一樣，由2個(gè)相同的心理測試構(gòu)成。需要說明的是，實(shí)驗(yàn)班學(xué)生每天在計(jì)算機(jī)教室完成玩游戲的任務(wù)，而對照班則在所在教室里完成練習(xí)試卷，除此之外，兩班正常進(jìn)行學(xué)校的其他教學(xué)活動(dòng)。

對于實(shí)驗(yàn)班，學(xué)生需要使用自己獨(dú)有的賬號密碼登錄游戲后進(jìn)行，學(xué)生的游戲進(jìn)度會時(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)記錄，因此，學(xué)生每天玩游戲的內(nèi)容都是接著前一天的進(jìn)度開始的；而對照班學(xué)生使用的練習(xí)試卷共分為4張，與游戲40個(gè)關(guān)卡所涉及的習(xí)題一致，每天一張，如果當(dāng)天試卷無法在15分鐘完成，則第二天需要繼續(xù)完成前一天試卷的內(nèi)容，再做新的練習(xí)試卷。

2 半結(jié)構(gòu)訪談

為了從實(shí)驗(yàn)班學(xué)生那里獲得直接的游戲體驗(yàn)反饋，筆者在實(shí)驗(yàn)班學(xué)生完成游戲所有4天的游戲干預(yù)后，利用中午在食堂就餐的時(shí)間，隨機(jī)與實(shí)驗(yàn)班的5名學(xué)生進(jìn)行了訪談。

之所以選擇游戲干預(yù)完成后的時(shí)間，是因?yàn)榇藭r(shí)學(xué)生們對游戲的玩法已經(jīng)有了比較全面的了解。而且，這時(shí)候?qū)W生已經(jīng)玩了4天游戲，對游戲的新鮮感相比于剛開始玩的一兩天已經(jīng)有了回落，此時(shí)從學(xué)生口中獲得的游戲評價(jià)會相對更加實(shí)際和客觀。筆者原計(jì)劃在教師辦公室采用一對一的形式展開訪談，然而通過試驗(yàn)筆者發(fā)現(xiàn)，這種方式會束縛學(xué)生表達(dá)的自由。由于辦公室場合比較嚴(yán)肅、一對一的形式和其他任課教師在場都容易讓學(xué)生感到緊張，因此筆者決定利用中午和學(xué)生們在食堂吃飯的時(shí)間，隨機(jī)對實(shí)驗(yàn)班學(xué)生進(jìn)行集體訪談，確保訪談氛圍更加輕松友好。

關(guān)于訪談問題，考慮到一年級孩子的注意力、理解能力和表達(dá)能力都十分有限，因此，此次訪談主要圍繞以下4個(gè)問題展開：(1)你喜歡玩游戲或玩具嗎？平時(shí)會玩哪些游戲或玩具？(2)爸爸媽媽在家里會讓你在電腦或手機(jī)上玩游戲嗎？(3)你喜不喜歡玩《怪獸消消》這個(gè)游戲？為什么？(4)你覺得《怪獸消消》游戲與平時(shí)的學(xué)習(xí)有關(guān)系嗎？

五、結(jié)果分析

• (一)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究

筆者將實(shí)驗(yàn)班和對照班的前后測的有效數(shù)據(jù)加以清理，然后將其分別導(dǎo)入SPSS for Windows 22.0軟件進(jìn)行配對樣本T檢驗(yàn)。

1 簡單加法計(jì)算

在簡單加法計(jì)算測試中，對實(shí)驗(yàn)班和對照班分別進(jìn)行配對樣本T檢驗(yàn)的結(jié)果如表1所示。對于實(shí)驗(yàn)班，有38名學(xué)生完成了該測驗(yàn)的前測和后測，配對T檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)班前測成績均值為117.66，后測成績均值為113.29，配對樣本相關(guān)系數(shù)為0.585，配對樣本相關(guān)性的顯著水平小于0.05(p=0.000)，配對樣本T檢驗(yàn)的顯著性水平大于0.05(p=0.061)，說明實(shí)驗(yàn)班學(xué)生在游戲干預(yù)前后的簡單數(shù)字計(jì)算測試成績相關(guān)性很顯著，游戲干預(yù)對其測驗(yàn)成績有微弱的負(fù)面影響。對于對照班，有30名學(xué)生完成了該測驗(yàn)的前測和后測，配對T檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：對照班前測成績均值為119.23，后測成績均值為118.37，配對樣本相關(guān)系數(shù)為0.682，配對樣本相關(guān)性的顯著性水平小于0.05(p=0.000)，配對樣本T檢驗(yàn)的顯著性水平大于0.05(p=0.595)，說明對照班學(xué)生在試卷干預(yù)前后的簡單數(shù)字計(jì)算測試成績相關(guān)性很顯著，但是試卷干預(yù)對其測試成績沒有顯著影響。

表1  簡單加法計(jì)算配對樣本t檢驗(yàn)結(jié)果

2 簡單數(shù)字計(jì)算(20以內(nèi)減法)

在簡單數(shù)字計(jì)算(20以內(nèi)減法)測試中，對實(shí)驗(yàn)班和對照班分別進(jìn)行配對樣本T檢驗(yàn)的結(jié)果如表2所示。對于實(shí)驗(yàn)班，有37名學(xué)生完成了該測驗(yàn)的前測和后測，配對T檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)班前測成績均值為102.65，后測成績均值為104.35，配對樣本相關(guān)系數(shù)為0.827，配對樣本相關(guān)性的顯著水平小于0.05(p=0.000)，配對樣本T檢驗(yàn)的顯著性水平大于0.05(p=0.248)，說明實(shí)驗(yàn)班學(xué)生在游戲干預(yù)前后的簡單數(shù)字計(jì)算測試成績相關(guān)性很顯著，但游戲干預(yù)并沒有對其測驗(yàn)成績產(chǎn)生顯著影響。對于對照班，有31名學(xué)生完成了該測驗(yàn)的前測和后測，配對T檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)：對照班前測成績均值為103.68，后測成績均值為107.52，配對樣本相關(guān)系數(shù)為0.910，配對樣本相關(guān)性的顯著性水平小于0.05(p=0.000)，配對樣本T檢驗(yàn)的顯著性水平小于0.05(p=0.001)，說明對照班學(xué)生在試卷干預(yù)前后的簡單數(shù)字計(jì)算測試成績相關(guān)性很顯著，而且試卷干預(yù)對其測試成績產(chǎn)生了顯著影響。

表2  簡單數(shù)字計(jì)算配對樣本T檢驗(yàn)結(jié)果

• (二)半結(jié)構(gòu)訪談

此次訪談隨機(jī)選擇的5名學(xué)生中，有2名女生和3名男生，分別用女生A、女生B、男生A、男生B和男生C予以區(qū)別。訪談后，在與他們的班主任進(jìn)行了解后，獲知女生A和女生B平時(shí)在班里的學(xué)業(yè)成績較好，在老師眼中是乖學(xué)生；男生A和男生B比較頑皮，學(xué)習(xí)成績較差，比較讓老師頭疼；男生C學(xué)習(xí)中上，性格比較開朗。整個(gè)訪談在融洽的氛圍中進(jìn)行，大約持續(xù)了15分鐘。訪談結(jié)束后，筆者整理了這5名學(xué)生的回答，從中發(fā)現(xiàn)了4個(gè)主要趨勢，與訪談提綱預(yù)設(shè)的4個(gè)問題密切相關(guān)。

1 游戲和玩具對小學(xué)生具有強(qiáng)烈的吸引力

游戲和玩具對一年級小學(xué)生來講是具有無窮魔力的詞語，5名小學(xué)生聽到“游戲”和“玩具”這兩個(gè)詞語時(shí)，不僅兩眼放光，而且臉上洋溢特別幸福和激動(dòng)的笑容，男生A和B甚至高興地從椅子上蹦了起來，在一旁手舞足蹈。5名小學(xué)生都非常喜歡玩游戲和玩具，周末的時(shí)候最期待的就是父母能夠帶他們?nèi)ド虉鲑I新玩具或者帶他們?nèi)ス珗@或游樂園。

目前，他們玩的游戲或玩具有很多，在描述自己喜歡的游戲和玩具時(shí)，會不自主地加上玩游戲的動(dòng)作，比劃給筆者看。而且，男生和女生玩的游戲確實(shí)存在比較明顯的不同。

男生A：最喜歡玩家里的賽車模型，覺得特別酷；

男生B：最喜歡跟朋友們玩槍戰(zhàn)（一種追逐游戲）；

男生C：分享了他家里會學(xué)他說話的變形金剛，覺得特別厲害；

女生A和女生B：她倆經(jīng)常一起行動(dòng)，喜歡給娃娃梳妝打扮，也特別喜歡和伙伴們玩各種拍手游戲。

從這5名小學(xué)生的肢體、表情、語氣，以及他們說的不是特別連貫的話語中，可以深深地感受到，這個(gè)年齡段學(xué)生對游戲和玩具的無限渴望和喜歡。同時(shí)，雖然游戲和玩具對小學(xué)生有普遍的吸引力，但不同孩子對游戲和玩具的選擇已經(jīng)有了不同。

2 家長很少會讓小學(xué)生玩電子游戲

問到這個(gè)問題時(shí)，5個(gè)學(xué)生臉上的笑容都有了收斂，沒有回答第一個(gè)問題時(shí)那么活躍，甚至語氣中夾雜著一些委屈。

男生A：家里沒有電腦玩，很想玩，就像這幾天在學(xué)校這樣；

男生B：家里有電腦，但是有密碼打不開，只有爸爸媽媽能打開；

男生C：爸爸媽媽不讓玩電腦，但爸爸媽媽他們會玩游戲；

女生A：家里有電腦，但沒有玩過游戲；

女生B：爸爸媽媽說玩電腦對眼睛不好，表現(xiàn)好的時(shí)候會讓我玩平板；

由此可見，對于一年級的小學(xué)生來說，家長對電子游戲的態(tài)度是比較消極的，不愿意讓孩子玩電腦，甚至?xí)扇〈胧?，比如設(shè)密碼等，來阻止孩子玩電腦。但這也從側(cè)面反映出，電子游戲?qū)τ谶@個(gè)年齡段的孩子而言，是十分具有吸引力的。雖然，父母因?yàn)楦鞣N原因不讓他們玩電腦，但他們此時(shí)會選擇順從家長的意愿，并不會反抗。

3 學(xué)生喜歡并每天期待玩《怪獸消消》游戲

筆者并沒有直接問他們喜不喜歡《怪獸消消》這個(gè)游戲，而是問他們還想不想繼續(xù)玩這個(gè)游戲。他們聽到后的情緒和行為表現(xiàn)和第一個(gè)問題比較相似，都表示非常想繼續(xù)玩。接著，三個(gè)男生之間討論起自己和其他同學(xué)在游戲中的進(jìn)度和經(jīng)驗(yàn)，比如打到哪一關(guān)、碰到什么樣的小怪獸以及如何操作魔法方塊等游戲細(xì)節(jié)，討論到激動(dòng)之處還會提高嗓門或加上動(dòng)作。兩個(gè)女生比較害羞，但仍然很肯定地回答想玩，覺得這幾天過的特別開心，希望每天都可以玩游戲。之后，男生們開始念念有詞地比著喊游戲的名字，比如“消消消”“消一消、消一消”以及“怪獸——消消消，哈哈哈”，從中能夠感受到這些學(xué)生對《怪獸消消》游戲的喜歡。關(guān)于喜歡這個(gè)游戲的原因，這些孩子們并不能十分清楚地表述，提到的詞語多是“好玩”“有趣”“可以打怪獸”或者“可以操作魔法方塊，很神奇”等。

雖然，在喜歡的原因上，這5個(gè)小學(xué)生無法用完整流暢的語言進(jìn)行表述，但可以肯定的一點(diǎn)是，他們確實(shí)很喜歡玩《怪獸消消》這個(gè)游戲，即使在不玩游戲的空閑時(shí)間，他們也會主動(dòng)跟班上的其他同學(xué)交流游戲經(jīng)驗(yàn)。筆者從他們模糊的描述中，可以找到兩點(diǎn)他們喜歡《怪獸消消》的可能原因，一是游戲建構(gòu)的幻想，即“打怪獸”的故事背景，對學(xué)生有著強(qiáng)烈的吸引力；二是游戲的交互方式，即操作五顏六色的“魔法方塊”，讓學(xué)生產(chǎn)生了很強(qiáng)的好奇心。

4 學(xué)生能感知到《怪獸消消》游戲的知識練習(xí)

在提問“《怪獸消消》和學(xué)習(xí)”之間的關(guān)系時(shí)，除了男生C，其他4個(gè)學(xué)生顯然沒有太理解這個(gè)問題的意思。這時(shí)，男生C說了一句“就是練習(xí)加減法”，讓其他學(xué)生馬上理解了筆者問的問題。他們爭前恐后地告訴筆者，他們平時(shí)學(xué)加減法學(xué)得不錯(cuò)，在游戲里可以很快地找到小怪獸，并湊出魔法方塊把小怪獸消滅，每次聽到小怪獸“嗷”的一聲被消滅，都特別開心。同時(shí)，幾個(gè)男生還告訴筆者，他們現(xiàn)在消滅小怪獸消滅得比以前快多了，但是后面有聲音小怪獸的那些關(guān)太難了，得反復(fù)聽和記，不過慢慢就習(xí)慣了。筆者此時(shí)進(jìn)行了追問，問他們平時(shí)是不是用試卷練習(xí)加減法的，以及他們更喜歡用哪種方式練習(xí)加減法。5名學(xué)生的回答非常一致，他們表示當(dāng)然更愿意玩游戲，甚至表達(dá)了“如果能把做片子換成玩游戲該多好”的愿望。

從上面的訪談可以看出，一年級學(xué)生是能夠認(rèn)識到游戲教育性的一面的，他們可以把游戲中的規(guī)則與課堂中所學(xué)的知識聯(lián)系在一起。而且，即便是在他們認(rèn)識到游戲內(nèi)容也是一種變相練習(xí)的前提下，他們也更愿意接受游戲的方式，甚至對這類與學(xué)習(xí)明顯相關(guān)的游戲充滿了期待。

六、討論與總結(jié)

本文圍繞小學(xué)一年級數(shù)學(xué)“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”，從數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)科學(xué)研究成果出發(fā)，落實(shí)國家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和教科書中的相關(guān)教學(xué)要求，并基于游戲的“內(nèi)在動(dòng)機(jī)理論”實(shí)現(xiàn)教育游戲教育性和游戲性的統(tǒng)一，并在隨后實(shí)施的實(shí)證研究中，探索了所設(shè)計(jì)游戲在教學(xué)實(shí)踐中的應(yīng)用效果。

• (一)教育游戲的相關(guān)理論很多，但缺乏理論轉(zhuǎn)化為實(shí)踐的具體方法

教育游戲是個(gè)多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，涉及教育學(xué)、心理學(xué)、游戲設(shè)計(jì)等多個(gè)方面，學(xué)科交叉的特性使得教育游戲的設(shè)計(jì)和開發(fā)本身就充滿了挑戰(zhàn)，需要仔細(xì)考慮教育性和游戲性的平衡問題。心流理論是目前教育游戲設(shè)計(jì)的主要參考依據(jù)，但該理論雖然從心理學(xué)層面解釋了人為何會沉浸于游戲的原因，但卻沒能為游戲設(shè)計(jì)提出更多具體可操作的方法。

在本文中，筆者在參考心流理論的基礎(chǔ)上，還重點(diǎn)參考了Malone更具實(shí)際操作性的游戲內(nèi)在動(dòng)機(jī)理論——針對游戲設(shè)計(jì)的三個(gè)關(guān)鍵構(gòu)成要素，提出了可操作的游戲設(shè)計(jì)建議?！豆肢F消消》在游戲機(jī)制的設(shè)計(jì)上就是從這三個(gè)構(gòu)成要素出發(fā)并仔細(xì)設(shè)計(jì)的，通過訪談結(jié)果可以看出，該游戲受到了實(shí)驗(yàn)班學(xué)生的喜歡。不過，游戲內(nèi)在動(dòng)機(jī)理論仍有很大的細(xì)化和提升空間。比如，筆者在游戲設(shè)計(jì)時(shí)，三個(gè)元素的考慮比重是大致相同的，但在實(shí)驗(yàn)階段，筆者發(fā)現(xiàn)一年級學(xué)生對“感知上的好奇”元素明顯更為關(guān)注，如果該理論能與玩家的不同特征進(jìn)一步對應(yīng)起來，會更具實(shí)踐指導(dǎo)性。

• (二)數(shù)學(xué)認(rèn)知和數(shù)學(xué)教育之間尚未形成有效的成果轉(zhuǎn)換途徑

數(shù)學(xué)認(rèn)知是近百年來才逐漸發(fā)展起來的學(xué)科，通過對不同工作任務(wù)中的大腦結(jié)構(gòu)和功能連接情況的分析，認(rèn)知科學(xué)家們才逐漸揭開大腦在數(shù)學(xué)任務(wù)中的內(nèi)在工作機(jī)制。相反，數(shù)學(xué)教育有著悠久的發(fā)展歷史，人們在教與學(xué)的實(shí)際過程中積累了大量經(jīng)驗(yàn)。從兩個(gè)領(lǐng)域的研究內(nèi)容看，數(shù)學(xué)認(rèn)知可以為人們更科學(xué)地設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容和方法提供支持，但實(shí)際中兩個(gè)領(lǐng)域卻并沒有開展密切的合作研究。這一情況的出現(xiàn)，與數(shù)學(xué)認(rèn)知發(fā)展遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于數(shù)學(xué)教育有著很大的關(guān)系。筆者在對“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”進(jìn)行前期調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，雖然一些數(shù)學(xué)認(rèn)知研究已經(jīng)有意識用其實(shí)驗(yàn)結(jié)果來解釋人的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程，但數(shù)學(xué)教育研究卻鮮有考慮數(shù)學(xué)認(rèn)知研究成果的。正是如此，筆者在設(shè)計(jì)《怪獸消消》游戲時(shí)，將數(shù)學(xué)認(rèn)知中的經(jīng)典TCM模型與現(xiàn)有的數(shù)學(xué)教學(xué)方法進(jìn)行整合，試圖借鑒數(shù)學(xué)認(rèn)知研究成果，對原有數(shù)學(xué)教法進(jìn)行再優(yōu)化，成為了《怪獸消消》學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計(jì)的核心支架。該游戲突破了紙質(zhì)教科書對“聽覺言語通道”的局限，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生在9種數(shù)字編碼通道轉(zhuǎn)換練習(xí)上的全覆蓋，以幫助學(xué)生更科學(xué)有效地學(xué)習(xí)和練習(xí)基本運(yùn)算的規(guī)則和實(shí)際意義。

可以說，目前的數(shù)學(xué)認(rèn)知和數(shù)學(xué)教育研究之間尚未形成有效的轉(zhuǎn)換途徑，也正是這樣，基于二者綜合視角的數(shù)學(xué)教育產(chǎn)品設(shè)計(jì)，在當(dāng)下顯得十分難能可貴。在這樣的背景下，本文也只是整合數(shù)學(xué)認(rèn)知和數(shù)學(xué)教育成果的一個(gè)初步嘗試，在研究的設(shè)計(jì)上還有許多不足。

• (三)教育游戲效果的檢驗(yàn)需要更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在本文中，筆者采用了兩種研究方法來評估所開發(fā)游戲在教育性和游戲性上的實(shí)際效果。在教育性上，通過設(shè)計(jì)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)比較不同分組學(xué)生前后測成績，筆者發(fā)現(xiàn)除了對照班學(xué)生在“20以內(nèi)減法”上成績有顯著提高外，其他都沒有發(fā)生顯著變化；而通過訪談，筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生知道游戲中要使用到的數(shù)學(xué)知識，并能用簡單的語言講解不同魔法方塊和操作所代表的數(shù)學(xué)意義。此外，學(xué)生在分享自己的游戲進(jìn)度和經(jīng)驗(yàn)時(shí)，間接傳達(dá)出了游戲的難度以及自己在游戲中的進(jìn)步，在一定程度上反映了學(xué)生在游戲中某些學(xué)習(xí)行為確實(shí)發(fā)生了改變。在游戲性上，除了學(xué)生在訪談中直接表達(dá)對游戲的喜愛和想要繼續(xù)玩的愿望之外，學(xué)生在干預(yù)階段排隊(duì)等候進(jìn)入機(jī)房進(jìn)行游戲之前的表情和動(dòng)作也能反映出學(xué)生對玩該游戲的期待，以及在后測時(shí)，當(dāng)實(shí)驗(yàn)班學(xué)生來到機(jī)房確認(rèn)了這次真的不是玩游戲時(shí)，明顯出現(xiàn)了一個(gè)失望的情緒波動(dòng)。綜合來看，在游戲性上，《怪獸消消》對學(xué)生還是具有很強(qiáng)的吸引力的。

事實(shí)上，研究教育游戲的效果是十分具有挑戰(zhàn)性的。就像游戲設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮游戲的三個(gè)構(gòu)成要素一樣，影響游戲效果的因素也有很多，任何一項(xiàng)出現(xiàn)了問題，都可能導(dǎo)致游戲效果千差萬別。比如就本文來說，之所以提升成績不明顯，主要的原因可能有以下幾點(diǎn)：(1)研究對象的選擇。若要看到比較明顯的能力變化，需要在干預(yù)之前確保學(xué)生的該項(xiàng)能力沒有達(dá)到飽和狀態(tài)，即最好干預(yù)的內(nèi)容是學(xué)生正在學(xué)習(xí)或尚未學(xué)習(xí)的內(nèi)容，這樣干預(yù)的效果會反應(yīng)的更加明顯；(2)前后測和電子游戲干預(yù)的設(shè)備選擇。一年級學(xué)生由于缺乏充足的鼠標(biāo)鍵盤操作經(jīng)驗(yàn)，往往會增加測試中的誤操作以及游戲中的完成速度，采用移動(dòng)設(shè)備的觸摸操作或?qū)W(xué)生提前進(jìn)行充分的鍵鼠練習(xí)十分必要；(3)教育游戲的效率問題。雖然教育游戲?qū)W(xué)生的吸引力更強(qiáng)，但由于增加了更多操作項(xiàng)，相比于簡單直接的做試卷在完成進(jìn)度和教學(xué)效率上會存在明顯差距，這就導(dǎo)致在相同干預(yù)時(shí)間的前提下，使用游戲?qū)W習(xí)的進(jìn)度要遠(yuǎn)低于常規(guī)方式?？梢钥吹剑雽?shí)驗(yàn)無關(guān)變量是教育游戲評估中經(jīng)常會遇到的問題，如何更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卦O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)將是未來教育游戲研究的挑戰(zhàn)。

本文系國家社科基金“十三五”規(guī)劃2017年度教育學(xué)一般課題“基于學(xué)習(xí)科學(xué)視角的游戲化學(xué)習(xí)研究”(項(xiàng)目編號：BCA170072)階段性成果。

*作者簡介：裴蕾絲：碩士，研究實(shí)習(xí)員，研究方向?yàn)閷W(xué)習(xí)科學(xué)、游戲化學(xué)習(xí)、教育游戲設(shè)計(jì)與開發(fā)(peileisi@pku.edu.cn)；尚俊杰（通訊作者）：博士，副教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橛螒蚧瘜W(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)科學(xué)與技術(shù)設(shè)計(jì)、教育技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)與政策(jjshang@pku.edu.cn)；

本文轉(zhuǎn)自微信公眾號“俊杰在線”，作者裴蕾絲、尚俊杰。文章為作者獨(dú)立觀點(diǎn)，不代表芥末堆立場，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者。