王小海　章陽　唐正平

摘要：激勵機制是保證教育游戲用戶短時間內(nèi)反復操作，在愉悅體驗的同時潛移默化地接受知識與提高能力的關(guān)鍵。但如何設(shè)計充滿激勵機制的互動情境，巧妙地融合教育性和游戲性，是當前許多教育游戲產(chǎn)品在設(shè)計時所面臨的問題。在分析教育游戲激勵需求和激勵機制設(shè)計原則的基礎(chǔ)上，以航海學中“時間換算”知識點為例，設(shè)計開發(fā)一款小型游戲《太空大戰(zhàn)》。游戲涵蓋了知識點的相關(guān)要素，一定程度上達到了激勵練習的效果，整個設(shè)計過程也加深了對激勵機制的理解、研究與運用，對后續(xù)開發(fā)、擴展具有借鑒意義。

關(guān)鍵詞：教育游戲；時間換算；激勵機制

DOIDOI：10.11907/rjdk.1431100

中圖分類號：G434

文獻標識碼：A 文章編號：16727800（2015）006019403

基金項目基金項目：

作者簡介作者簡介：王小海（1983-），男，山東安丘人，博士，海軍潛艇學院航海觀通系講師，研究方向為航海仿真；章陽（1981-），男，湖北黃石人，碩士，海軍潛艇學院科研部工程師，研究方向為軟件設(shè)計；唐正平（1968-），男，安徽樅陽人，海軍潛艇學院航海觀通系副教授，研究方向為潛艇航海。

0 引言

游戲的成就激勵，可以及時肯定成功者的努力和決策，給失敗者以重新挑戰(zhàn)自我的動力，最終達到鼓勵嘗試、獎勵超越的效果[1]。同樣，但凡成功的教育游戲，必然以趣味性手段來激勵學生在短時間里反復操作，讓學生在愉悅體驗的同時潛移默化地接受知識與提高能力而非被強行說教或灌輸。如何設(shè)計這一“趣味性手段”，構(gòu)建一個充滿激勵機制的輕松、愉快的互動情境，而且合理、巧妙地將教育性和游戲性融合在其中，使其緊密而不生硬，是當前許多教育游戲產(chǎn)品在設(shè)計時所面臨的問題[2]。

本文在分析激勵機制的基礎(chǔ)上，以航海學中“時間換算”知識點為例，設(shè)計開發(fā)了一款小型教育游戲《太空大戰(zhàn)》，在涵蓋知識點的同時達到激勵效果，對后續(xù)開發(fā)、擴展具有借鑒意義。

1 激勵機制設(shè)計原則與組成

激勵，即“激發(fā)鼓勵”，指通過一套理性化制度來激發(fā)客體的內(nèi)在動力以積極行動，從而實現(xiàn)激勵主體所期望的目標[3]。借鑒需求層次理論[4]歸納教育游戲激勵所針對的需求，然后分析激勵機制的設(shè)計原則。

1.1 激勵需求分析

學生是待激勵的客體，其需求包括學生身份、其它社會身份以及一個正?！叭恕钡男枨?。

（1）求知。教育游戲的初衷即將學習還原為一種“主動求知游戲”，因此在設(shè)計時切忌將學習內(nèi)容直接拋給學生，而是要利用吸引力讓其自己奮斗闖關(guān)，甚至自己尋找學習內(nèi)容。

（2）歸屬感。正常人均有建立友好親密人際關(guān)系的愿望，希望被環(huán)境、團體認同、接納而非排斥。

（3）感官娛樂。計算機游戲結(jié)合聲光色給予玩家前所未有的感官娛樂體驗，教育游戲雖由于開發(fā)力度等限制未必能達到如此高度，但仍先天具備多媒體表現(xiàn)能力，可以起到傳統(tǒng)教學無法達到的效果。

（4）獎賞。設(shè)計好的獎勵系統(tǒng)可以激勵玩家在游戲中多嘗試新玩法、多挑戰(zhàn)更高難度。

（5）自我實現(xiàn)。人們普遍希望迎接挑戰(zhàn)并在群體中脫穎而出。游戲中的排名、獎懲系統(tǒng)即可迎合該需求。

1.2 激勵機制設(shè)計原則

激勵機制設(shè)計原則如下：

（1）保證娛樂性。娛樂性是教育游戲的“生命線”，是設(shè)置激勵機制的基礎(chǔ)。

（2）提供豐滿的背景。好的教育游戲要根據(jù)學習目標來設(shè)計整體背景，力求通過角色、主題、情節(jié)中的一個或多個要素引起用戶共鳴。清晰地確定學習目標能為下一步選擇游戲類型及設(shè)計細節(jié)打下基礎(chǔ)。根據(jù)學習目標選擇合適的游戲類型后，設(shè)計人員從中提取重要概念、原理和規(guī)則作為游戲任務骨架，并構(gòu)建與之匹配的世界圖景、概念、邏輯規(guī)則等，從而確定游戲任務的角色、事件等要素。

（3）設(shè)置合適的難度梯度。根據(jù)沉浸理論，任務要與用戶的認知水平相適應，否則用戶會因游戲挑戰(zhàn)水平過高或過低而感到焦慮或厭倦。

（4）增強個性化、隨機性。耐玩的游戲通常可以選擇任務或以不同方式執(zhí)行任務，從而提供展示個性的機會。恰當?shù)碾S機性為游戲過程與結(jié)果增添了潛在的未知因素，使軟件更富趣味性和魅力。

（5）合理設(shè)計獎勵系統(tǒng)。除排名、虛擬物品、稱號等常見獎勵形式外，教育游戲還可以結(jié)合實際教學進程設(shè)置現(xiàn)實獎勵，作為現(xiàn)實中排名、獎勵的基準。設(shè)計獎勵系統(tǒng)時應遵循一致、循序漸進、及時等原則。

（6）提供交互功能。在基本機制相對成熟和平衡后，可提供交流功能和共同參與功能。

2 “時間換算”教育游戲設(shè)計與開發(fā)

“時間換算”指地方時、世界時、時區(qū)時3種時間的換算，為航海學的基礎(chǔ)知識，具體可參閱相關(guān)教材[5]?！皶r間換算”需要在理論講授基礎(chǔ)上加以強化練習，因此設(shè)計開發(fā)了小型輔助訓練游戲——《太空大戰(zhàn)》以促進學生自發(fā)練習。

2.1 學習目標

時間換算的學習目標屬于邏輯類，即理解、掌握經(jīng)度、時區(qū)換算和3種時間之間的換算公式，屬于相對封閉的計算問題，便于結(jié)果評判。一般而言，問題越開放，與問題空間同構(gòu)的游戲任務越難設(shè)計，但這并不意味封閉問題的游戲任務設(shè)計就一定簡單，同樣需要對游戲類型、基本規(guī)則等進行仔細斟酌。

2.2 游戲類型

由于知識點規(guī)模較小，將游戲定位為小型益智類游戲。常見小型游戲類型如下：

（1）問答類型。主要針對記憶類學習目標，比如面向某一有大量詞匯的領(lǐng)域，或涵蓋多領(lǐng)域相近難度的問題。問答類游戲主要是對用戶知識面的挑戰(zhàn)，以記憶性問題為主。

（2）消除類型。如《俄羅斯方塊》、《寶石迷陣》等，基本形式是游戲定義直觀消除規(guī)則和操作方式，用戶體驗規(guī)則并嘗試掌握高分訣竅，在游戲的同時鍛煉一定的邏輯思維能力。

（3）物理類。如瘋狂的小鳥、擺動繩索、平衡游戲等，基本形式是模擬現(xiàn)實物理特征，如慣性、重力，用戶結(jié)合日常及游戲經(jīng)驗逐漸達到高分或通關(guān)。一般無需對物理邏輯進行定量計算。

（4）解密類、數(shù)字類。如數(shù)獨、密室逃脫、填字游戲等。這類游戲邏輯性強，包含明顯的問題空間、初始條件和推進規(guī)則，用戶的樂趣在于根據(jù)條件反復嘗試、回溯、推理，直至徹底解決問題。

（5）棋牌類。如軍棋、象棋、紙牌類等。游戲雙方或多方根據(jù)規(guī)則進行游戲直至獲勝方確定。棋牌類游戲天然具有對抗性、邏輯性，若規(guī)則設(shè)計合理（避免繁瑣與簡單），則具備一定的趣味性。

由于時間換算知識點的特點是計算公式較簡單，核心是時間與距離（經(jīng)度差）兩者間的轉(zhuǎn)換。經(jīng)過對以上各種游戲類型的比較分析，游戲?qū)⒉捎闷迮祁愔袘?zhàn)棋游戲的形式，通過設(shè)計規(guī)則來蘊含計算邏輯，而且計算邏輯應當是構(gòu)成規(guī)則的主要元素。

2.3 棋盤模型

基于現(xiàn)實時區(qū)設(shè)計棋盤的優(yōu)點是直接結(jié)合了基本概念與換算邏輯，但缺點在于：①涉及實際地理信息后往往要再考慮緯度，而經(jīng)緯度組合又最好涉及具體地名。但現(xiàn)實時區(qū)并非嚴格按照經(jīng)度計算進行劃分，某些時區(qū)也沒有著名城市；②以現(xiàn)實時區(qū)為背景仍存在如何體現(xiàn)時間換算的問題，難免采用計算城市經(jīng)度的形式，又重蹈問答類型的覆轍。因此，經(jīng)過分析認為難以設(shè)計兼具直觀和簡潔的背景。

對知識點的直觀展示并不意味直接羅列，因此考慮包含換算邏輯的“隱性”設(shè)計——模型將突出“經(jīng)度”與“時間”的轉(zhuǎn)換關(guān)系，而不涉及“緯度”、“城市”等地理概念。即將“直觀性”演繹為直觀展示“劃分”、“時差計算”等概念本身。

基于以上考慮，棋盤將體現(xiàn)單一緯度上的360°經(jīng)度，每一方格為1×1經(jīng)緯度方格。同時由于各時區(qū)的結(jié)構(gòu)基本相同，再將不同時區(qū)方格并列排放。這樣即利于棋盤緊湊，也便于體現(xiàn)規(guī)律——時間差表現(xiàn)為兩經(jīng)度所在方格的距離。

棋盤特點為：①每個方格代表4分鐘的時間和經(jīng)度1°的跨度；②每行方格代表一個橫跨15°經(jīng)度的時區(qū)，中央線為時區(qū)中心線；③共25行（時區(qū)），自上至下為十二區(qū)、西十一區(qū)、…、零區(qū)、東一區(qū)、…、十二區(qū)；④由于時區(qū)并排放置，時區(qū)交界處的經(jīng)度重復出現(xiàn)兩次。另外，十二區(qū)出現(xiàn)兩次；⑤自西向東遍歷經(jīng)度，在棋盤中表現(xiàn)為按書寫順序瀏覽方格。若自西向東穿越180°經(jīng)線，則重新在左上角西經(jīng)180°出現(xiàn)，但日期減一天，反之日期增一天；⑥經(jīng)度差（距離）可以分為縱距和橫距兩部分，分別代表了小時數(shù)和分鐘數(shù)。比如東經(jīng)28°與東經(jīng)63°即相差35°，可換算為140分鐘，也可在圖中測量距離：縱距2行、橫距5格，即2小時20分鐘；⑦與時間換算相關(guān)的要素：地方時——各經(jīng)線的對應時間，還可以更細粒度將格子劃分為4等份以對應每一分鐘；世界時——零時區(qū)中心線的時間；區(qū)時——每時區(qū)中心線的時間；地方時、世界時、區(qū)時三者之間的換算可以通過數(shù)格子或計算經(jīng)度得出。

2.4 背景設(shè)計

棋盤模型劃定了一塊每個位置有唯一編碼的區(qū)域，在此區(qū)域內(nèi)將游戲背景設(shè)定為以棋盤為戰(zhàn)場的兩支太空艦隊的戰(zhàn)斗：敵我兩支太空艦隊在卷曲時空中發(fā)生遭遇戰(zhàn)，該時空卷曲前為環(huán)形帶，卷曲后呈平面，其特殊之處在于當中的物體可以橫跨不同的行域。雙方艦隊各據(jù)區(qū)域的一半作為陣地。區(qū)域內(nèi)不同位置可用兩種坐標標識：①線性坐標，從W180至0至E180；②DHMS（日、時、分、秒）四元組。不同位置的四元組標識換算規(guī)則遵循地方時換算規(guī)則，而且所有位置的四元組是統(tǒng)一變動的，類似時間在流動。

2.5 對抗規(guī)則

每方艦隊由若干艘大小不一（占不同格數(shù)）的飛船組成，作戰(zhàn)前各方艦隊首先在各自區(qū)域內(nèi)布陣，戰(zhàn)斗開始后陣型不能改變，但可以互相攻擊。敵方區(qū)域初始均被戰(zhàn)爭迷霧遮蓋，因此發(fā)動攻擊前需要猜測敵人可能的位置，攻擊過的地點迷霧將去除。雙方戰(zhàn)斗目標是將對方所有飛船擊毀。

雙方攻擊武器均為精確制導，參數(shù)為待打擊地點的四元組。由于四元組是變動的，武器發(fā)射前先要根據(jù)已有四元組信息進行計算。

攻擊按制導方式分為：①定點制導。制導參數(shù)為打擊地點的四元組；②差值制導。制導參數(shù)為打擊地點與發(fā)射地點的四元組差值。按打擊范圍分為：①點打擊。只打擊所制導位置區(qū)域；②行打擊。打擊整行區(qū)域，但需要制導至待打擊行的中央線。即，打擊類型分為定點點打擊、定點行打擊、差值點打擊、差值行打擊四種。

將武器發(fā)射地和武器打擊地作為需要時間換算的兩地，則打擊類型對應不同的時間換算類型：①定點制導。已知發(fā)射地和打擊地位置和發(fā)射地時間，求打擊地時間；②差值制導。已知發(fā)射地和打擊地位置，求兩地的時間差。增量、減量分別代表自西向東、自東向西計算；③點打擊。地方時之間的換算；④行打擊。地方時與區(qū)時之間的換算。

為增加戰(zhàn)斗緊張性，采用即時回合制，即各作戰(zhàn)單位有獨自的回合計算。為簡化操作，每方艦隊只有3個時間槽——定點點打擊、差值點打擊、行打擊。3個時間槽按對應換算從難到易的順序，其長度依次增加。當冷卻時間到達時，隨機選擇己方一艘飛船發(fā)射武器，用戶根據(jù)制導方式設(shè)定四元組參數(shù)，設(shè)置完畢后“發(fā)射”即可實時產(chǎn)生效果——或擊中或擊空，并有不同的攻擊效能。

2.6 軟件開發(fā)

根據(jù)以上設(shè)計，利用VS2010開發(fā)原型，包括體力值顯示、攻擊倒計時、攻擊設(shè)置、戰(zhàn)場四部分。其中攻擊設(shè)置區(qū)域中顯示了不同攻擊方式所需信息。如定點點打擊中，可以查看光標位置的線性坐標，發(fā)射點的四元組坐標，以及設(shè)置打擊點的四元組參數(shù)、發(fā)射按鈕等。

游戲開始后，所有攻擊方式開始倒計時。當某種方式倒計至零后，攻擊設(shè)置界面中的相應方式分頁可以使用，參數(shù)設(shè)定完畢后即可攻擊。如果擊中目標，對方體力值會根據(jù)打擊效果降低相應值。游戲持續(xù)循環(huán)，直至一方勝利。

游戲取勝的關(guān)鍵一方面在于推理敵艦位置，另一方面也在于準確打擊所推理的位置，后者需要學生能夠正確計算四元組坐標。通常一次對抗需要多次計算，在找到規(guī)律并熟練掌握后可以做到幾秒內(nèi)得出結(jié)果。由于該游戲進行的是一種隱性學習，因此在使用后要增加一個對攻擊類型與時間換算種類的對應關(guān)系的總結(jié)過程，該過程可以在教師的適時引導下完成，也可以在游戲后續(xù)版本中增加相應單元。

2.7 進一步激勵機制

對于“時間換算”這一小型知識點，激勵機制僅采用前述最基本的戰(zhàn)棋規(guī)則已足夠，否則會顯得包裝過度。但只要精心設(shè)計游戲任務，一個背景中可以容納許多知識點。而且當背景具備足夠的娛樂性時，難以游戲化的各種記憶類知識點也可以適當加入，最終達到覆蓋一門課程中的大多數(shù)甚至所有知識點的程度。這樣的游戲便成為該課程的配套教育游戲，甚至是學習、考核一體化軟件，這也是本次設(shè)計、開發(fā)經(jīng)驗的前景意義所在。

在原型背景下，很容易進一步設(shè)計激勵機制：①娛樂性。細化規(guī)則，在艦隊飛船數(shù)量、攻擊力、血量、回合時間等方面達到更好的平衡。另外，絢麗的視覺效果也能夠增加娛樂性；②完善背景?？梢再x予兩支艦隊一定的政治派別，戰(zhàn)爭前可以利用小段情節(jié)交代背景，同時作為用戶熟悉攻擊方式的練習；③難度梯度。包括對手數(shù)量、攻擊力、攻擊范圍、是否可移動、地形因素、飛船種類、體力恢復、駕駛員特殊能力等方面；④增加個性化、隨機性?？梢栽O(shè)置不同飛船的能力，如快速裝彈、有概率閃避等，在各區(qū)域隨機產(chǎn)生道具；⑤交互功能。增加玩家之間對抗或合作的功能；⑥獎賞。擊中后時間槽變短，擊空后時間槽恢復原長度，以及更多可選擇的飛船類型、能力等。

3 結(jié)語

隨著教育游戲的日益普及和發(fā)展，涉及學科局限化、問答形式普遍化等一些問題逐漸凸顯。這也是目前許多教育游戲面臨的困境——由于專業(yè)設(shè)計人才、投資支持等欠缺，因此難以合理、巧妙地融合教育性和游戲性，缺乏吸引力。

在設(shè)計“時間換算”教育游戲時同樣遇到了上述難題，在反復推敲、討論后，確定以戰(zhàn)棋的形式擺脫問答式的窠臼。最終既達到了激勵練習的效果，又涵蓋了“時間換算”這一知識點的所有必要因素，同時將時間換算轉(zhuǎn)換為形象的格子距離。通過這一教育游戲的開發(fā)過程，也加深了對激勵機制的理解、研究與運用，對后續(xù)開發(fā)、擴展具備借鑒意義。

參考文獻：

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責任編輯（責任編輯：孫 娟）