基于心流理論安全教育游戲的設(shè)計與開發(fā)

徐玉鳳　石連栓

摘要：該研究以安全標(biāo)志為教育內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，基于心流理論提出了安全教育游戲設(shè)計理論框架，本著教育性和娛樂性相平衡的原則，經(jīng)過需求分析、教學(xué)設(shè)計、游戲開發(fā)與測試，開發(fā)了一款《安全標(biāo)志消消樂》的安全游戲，在小學(xué)生安全教育方面，并進(jìn)行了對比實(shí)驗研究，結(jié)果顯示，教育游戲比普通教學(xué)方法對小學(xué)生的安全教育效果更佳。

關(guān)鍵詞：教育游戲;心流理論;安全教育;小學(xué)生

中圖分類號：G436? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）02-0073-03

1 背景

寓教于樂是很多年前人們就開始探討的問題，教育游戲?qū)⒂螒蜃鳛橥鈿?、知識作為內(nèi)核結(jié)合起來，讓學(xué)習(xí)者可以更輕松、更深入地進(jìn)行學(xué)習(xí)。自2004年，大眾游戲產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)向教育游戲產(chǎn)業(yè)，有較大發(fā)展?jié)摿Α?017年，教育部印發(fā)的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確提到“科學(xué)游戲是科學(xué)學(xué)習(xí)的有效方式之一”。目前教育游戲應(yīng)用最廣泛的有操練測試類、探究感悟類[1]。目前國內(nèi)不乏優(yōu)秀的教育游戲，比如培養(yǎng)學(xué)生編程能力的“編程貓”，鍛煉學(xué)生解決問題能力的《農(nóng)場狂想曲》用戶反響較好。但也不乏一些問題游戲，如濫用游戲元素，這些教育游戲不僅達(dá)不到本身的教育目的，甚至導(dǎo)致學(xué)生沉迷其中。最突出的問題是教育性與娛樂性的失衡。心流理論發(fā)現(xiàn)了人們的最佳學(xué)習(xí)和工作狀態(tài)，學(xué)習(xí)方面，心流理論認(rèn)為產(chǎn)生心流體驗的學(xué)生能產(chǎn)生高效的學(xué)習(xí)[2]，對教育游戲的設(shè)計與開發(fā)有較高的指導(dǎo)價值。鑒于此，該研究結(jié)合教學(xué)設(shè)計，以中小學(xué)生安全教育游戲為例，提出基于心流理論的教育游戲設(shè)計框架，接著按照設(shè)計框架開發(fā)了一款《安全標(biāo)識消消樂》，通過對比實(shí)驗，對該游戲效果進(jìn)行了評估。

2 教育游戲和心流理論

2.1 教育游戲

教育游戲最早被稱為嚴(yán)肅游戲，起源于20世紀(jì)80年代美國教育專家對電視游戲教育價值的研究，提出教育游戲有益于學(xué)生學(xué)習(xí)和成長。國內(nèi)對教育游戲的研究起步較晚，目前沒有明確定義。祝智庭教授從哲學(xué)角度對教育游戲進(jìn)行定義：教育游戲是將生命的體驗與樂趣變?yōu)閷W(xué)習(xí)的目的與手段的一套工具和方法論[3]。認(rèn)為教育游戲是為學(xué)習(xí)者提供體驗和感受樂趣的工具和手段，是一種輔助學(xué)習(xí)的工具。田愛奎教授則將教育游戲定義為借助于計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)、多媒體等數(shù)字化媒介，具有一定教育意義的計算機(jī)游戲[4]。尚俊杰教授等通過實(shí)例研究，提出教育游戲可以激發(fā)學(xué)生動機(jī)，可以學(xué)到各種知識，可以培養(yǎng)學(xué)生手眼互動等基本能力、還能培養(yǎng)解決問題的高階思維能力[5]?？傊?，教育游戲也是普通電子游戲的一種，比普通游戲更具有教育目的，具有教育與娛樂性并重的特性。設(shè)計研究方面，張屹教授等在《EDR視域下教育游戲的探究與開發(fā)》一書中基于教育設(shè)計研究對教育游戲的設(shè)計與開發(fā)進(jìn)行了深入探究，提出四個設(shè)計原則：針對性原則、普遍性原則、平衡性原則以及創(chuàng)新性原則[6]。針對性指教育游戲的教育內(nèi)容要具體，有指向性。普遍性指能夠普遍適用于大多數(shù)學(xué)生。平衡性強(qiáng)調(diào)游戲挑戰(zhàn)與技能水平的平衡。創(chuàng)新性原則指能夠激發(fā)學(xué)生想象力、創(chuàng)造力。

2.2 心流理論

心流理論（Flow Theory）最初由美國心理學(xué)家 M.Csikszentmihalyi通過觀察人們在從事各自工作時的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)并提出當(dāng)人們被某種事情完全吸引時，他們會陷入一種以狹窄聚焦意識為特征的經(jīng)驗?zāi)Ｊ?，在這過程中人們僅對明確的目標(biāo)和具體的反饋有反應(yīng)、喪失時間意識 [7]。這時候就稱進(jìn)入了心流狀態(tài)。他認(rèn)為這是工作學(xué)習(xí)的最佳狀態(tài)。米哈里工作組通過實(shí)驗研究總結(jié)出八種工作狀態(tài)，根據(jù)不同的挑戰(zhàn)和技能的組合，人們的工作體驗包括淡漠 、輕松、厭倦、掌控、心流、激發(fā)、焦慮、擔(dān)心[8]。這八種狀態(tài)在條件發(fā)生變化時相互轉(zhuǎn)換，比如心流狀態(tài)下，當(dāng)挑戰(zhàn)系數(shù)提高，容易進(jìn)入激發(fā)態(tài)，喚醒創(chuàng)造潛力。隨后經(jīng)過進(jìn)一步研究，米哈里工作組歸納出有利于心流產(chǎn)生的一些要素：明確的目標(biāo)、及時的反饋、應(yīng)對挑戰(zhàn)的技巧、行為和意識一體、全神貫注、喪失自我意識等[10]。以上條件不必全部滿足也能實(shí)現(xiàn)心流狀態(tài)。

心流理論對挑戰(zhàn)和技能之間關(guān)系的揭示，為創(chuàng)建有利于產(chǎn)生心流的環(huán)境提供了有力的依理論依據(jù)。沒有合適的理論支撐，簡單的將娛樂性和教育性結(jié)合在一起，難免與設(shè)計目標(biāo)南轅北轍。心流理論注重心流體驗的產(chǎn)生與實(shí)現(xiàn)，因此心流理論能夠為教育游戲的研究和開發(fā)提供科學(xué)有效的設(shè)計策略和創(chuàng)新視角。

3 構(gòu)建心流理論的教育游戲框架—以安全標(biāo)識消消樂為例

3.1 心流理論與教育游戲

過去的研究證明，人機(jī)交互中的娛樂性對人們產(chǎn)生心流體驗有積極作用。Jane Webster以此為基礎(chǔ)，將研究聚焦在人機(jī)交互中產(chǎn)生心流體驗的維度和關(guān)聯(lián)上，通過實(shí)驗證明了他的假設(shè)，控制感、注意力集中、好奇心以及興趣等因素有助于用戶人機(jī)交互中產(chǎn)生心流體驗[2] 。Fong-Ling Fu在他的教育游戲心流量表中，列出八個重要測量標(biāo)準(zhǔn)：目標(biāo)清晰度、集中注意力、反饋、挑戰(zhàn)、自主性、沉浸感、社交、知識增長[11]。其中知識增長要看是否增長了用戶的知識或技能、是否能夠掌握、是否嘗試運(yùn)用它、有否將這部分知識與其他知識結(jié)合起來、有否渴望了解更多相關(guān)知識。他們認(rèn)為教育游戲的最終目的還是要讓用戶知識或技能方面有一定的長進(jìn)。綜合來看，教育游戲的娛樂性和教育性不可或缺，且如何將兩者平衡起來，既讓用戶學(xué)到知識又能體驗到快樂。

3.2 構(gòu)建理論框架

文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，分析總結(jié)教育游戲特點(diǎn)，為解決教育性與娛樂性失衡的問題，設(shè)計了基于心流理論的教育游戲設(shè)計框架，從教育軟件的評價標(biāo)準(zhǔn)倒推游戲因素如圖1所示。

明確目標(biāo)。部分教育游戲，用戶在一開始接觸到時可能已經(jīng)了解該游戲提供哪些方面的知識，然后在交互和完成任務(wù)過程中獲得具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)。學(xué)習(xí)者明白了具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)和任務(wù)后，便能在游戲和學(xué)習(xí)過程中更快進(jìn)入狀態(tài)。游戲設(shè)計時首先經(jīng)過分析學(xué)習(xí)者特征、確定教學(xué)內(nèi)容，然后確定教學(xué)目標(biāo)。

任務(wù)挑戰(zhàn)和用戶能力的平衡。要達(dá)到陳進(jìn)的心流體驗，就需要提供用戶合適的挑戰(zhàn)難度，在設(shè)計上要注重技能與挑戰(zhàn)的平衡關(guān)系。[12]產(chǎn)生心流體驗最關(guān)鍵因素之一。當(dāng)技能遠(yuǎn)高于任務(wù)要求水平時，用戶往往感到無聊和厭倦。任務(wù)挑戰(zhàn)大于技能水平時，用戶就無法控制任務(wù)進(jìn)程，束手無措，易產(chǎn)生焦慮感。只有用戶所掌握技能水平和任務(wù)挑戰(zhàn)相差不太大時，用戶易產(chǎn)生控制感和心流。所以游戲中要設(shè)置關(guān)卡，關(guān)卡逐級升高也代表技能水平要求越來越高。關(guān)卡就是來適應(yīng)不同用戶的技能水平或者不同時間的技能水平，避免用戶感到厭倦和焦慮，通過各關(guān)卡也能激發(fā)用戶內(nèi)在動機(jī)，完成挑戰(zhàn)的欲望。對于一些學(xué)習(xí)能力強(qiáng)的同學(xué)，升級速度快一些，也會給他們帶來成就感。

及時反饋。成就動機(jī)理論作為激勵理論的重要部分， 提出了人的3種需要， 即成就需要、權(quán)利需要和親和需要。[13]完成任務(wù)并達(dá)到較高水平有利于用戶實(shí)現(xiàn)成就需要。根據(jù)斯金納的行為主義學(xué)習(xí)中強(qiáng)化理論，用戶在完成任務(wù)的過程中的行為屬于有操作性反應(yīng)。無論是正確操作或是錯誤操作都應(yīng)得到及時的反饋。根據(jù)學(xué)習(xí)者操作反應(yīng)情況，合理利用游戲獎勵機(jī)制，給予強(qiáng)化或者負(fù)強(qiáng)化。正強(qiáng)化產(chǎn)生的效果能夠使學(xué)習(xí)者提高自信力，負(fù)強(qiáng)化則使處于同樣錯誤的操作概率相對減小[14]。及時反饋有利于提高用戶技能，提高知識獲取速度。

知識增長。教育游戲的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)都是寓教于樂，提高學(xué)習(xí)效率。用戶的體驗和知識增長，是檢驗?zāi)繕?biāo)是否明確、設(shè)計挑戰(zhàn)與技能是否平衡、反饋是否合理的標(biāo)準(zhǔn)，也是檢驗教育游戲教育性和娛樂性的標(biāo)準(zhǔn)。用戶在使用過程中是否獲得愉悅感和成就感。創(chuàng)造心流理論，有利于深度學(xué)習(xí)的實(shí)現(xiàn)。[14]學(xué)習(xí)者是否達(dá)到教育目標(biāo)、獲得知識，均作為調(diào)整修改以上流程的依據(jù)。

4 《交通標(biāo)志消消樂》教育游戲設(shè)計

該軟件以安全教育為主題，主要針對小學(xué)生，內(nèi)容具體為按安全標(biāo)識的辨別。以消消樂為游戲形式，按照標(biāo)志多少和難易程度設(shè)計關(guān)卡。該游戲設(shè)計流程如圖2。

4.1 需求分析

前端分析。該游戲的用戶群是小學(xué)生，年齡約為7-12歲，認(rèn)知上水平還處于發(fā)展階段，思維水平從具體形象思維向抽象思維過渡，記憶以機(jī)械記憶為主;個性方面好動、好模仿等等。對安全的知識了解較少。國家對小學(xué)生安全教育越來越重視，根據(jù)《中小學(xué)幼兒園安全管理辦法》第五章第三十八條，學(xué)校應(yīng)當(dāng)按照國家課程標(biāo)準(zhǔn)和地方課程設(shè)置要求，將安全教育納入教學(xué)內(nèi)容，對學(xué)生開展安全教育，培養(yǎng)學(xué)生的安全意識，提高學(xué)生的自我防護(hù)能力。

4.2 教學(xué)設(shè)計

教育游戲以寓教于樂的形式將安全知識呈現(xiàn)，提高用戶學(xué)習(xí)效率，幫助他們更快更多的掌握安全知識。參考《我的第一套安全書》之安全警示標(biāo)志系列，教學(xué)內(nèi)容擬定為安全警告標(biāo)志、禁止標(biāo)志以及提示標(biāo)志的學(xué)習(xí)和識別。以連連看和消消樂的形式，多次重復(fù)知識點(diǎn)的形式，有利于學(xué)生加深記憶。該教育游戲教學(xué)目的是向中小學(xué)生普及安全知識，提高他們的安全意識，減少意外傷害的發(fā)生。

4.3 游戲設(shè)計與開發(fā)

本階段對該教育游戲進(jìn)行模塊設(shè)計，為體現(xiàn)娛樂性和教育性結(jié)合且平衡，將游戲形式定為消消樂，整體分為學(xué)習(xí)模塊和游戲模塊，學(xué)習(xí)模塊首先學(xué)習(xí)該軟件操作方法和游戲規(guī)則，另外對學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行認(rèn)知。消消樂游戲模式為三連消，每一關(guān)游戲時間均為一分鐘，隨著標(biāo)志數(shù)量的增加，辨別難度的增加，關(guān)卡級別累加。三個相同的連成一排即可消除，每消除一排即可得三分，上方繼續(xù)下落補(bǔ)充。出現(xiàn)四個相同的連成一排時，補(bǔ)充后的標(biāo)志會產(chǎn)生特效，獎勵5分。每關(guān)得到100分以上則可通關(guān)，進(jìn)入下一關(guān)學(xué)習(xí)。得分100分以下則不能通關(guān)，可選擇重玩游戲或者重新學(xué)習(xí)。游戲流程如圖3。

游戲開發(fā)階段，游戲框架設(shè)計完成后，開始準(zhǔn)備交互界面所需要的素材，網(wǎng)上下載安全警告標(biāo)志之后利用Photoshop進(jìn)行圖片處理。下載并利用Audio軟件處理音頻文件，然后導(dǎo)入到Unity3D2018.2.7軟件的Assets文件夾中。新建場景和畫布。場景是Unity3D里最基本的單元，每跳轉(zhuǎn)一個新的畫面都是跳轉(zhuǎn)到了另外的場景。利用Button按鈕組件實(shí)現(xiàn)跳轉(zhuǎn)功能。新建Prefab預(yù)制體，并給每個預(yù)制體命名。

第二步，界面設(shè)計，游戲界面分辨率設(shè)計為1920*1080。利用Unity3D 進(jìn)行包括頁面和功能鍵的設(shè)計和制作。功能鍵來實(shí)現(xiàn)頁面跳轉(zhuǎn)以及人機(jī)交互功能，UI提供現(xiàn)成的組件，如Image、Button、Label和Textbox等。為吸引學(xué)習(xí)者注意，部分按鈕還利用Animation做了閃亮和旋轉(zhuǎn)的特效起強(qiáng)調(diào)作用。

最后一步編寫代碼，主要功能由C#語言實(shí)現(xiàn)功能，借助Visual Studio 2017平臺編寫。代碼主要實(shí)現(xiàn)標(biāo)志在設(shè)計好的標(biāo)志在畫布中隨機(jī)出現(xiàn)，用戶滑動后消除三個相同標(biāo)志，然后從上往下補(bǔ)充，同時還要進(jìn)行60s倒計時和加分。60s結(jié)束時，如果分?jǐn)?shù)達(dá)到100，則彈出畫面是否選擇下一關(guān)或者選擇退出游戲。反之，則進(jìn)入重新學(xué)習(xí)模塊。代碼編寫中不可避免要修改和調(diào)試。

添加配音。有趣的音樂背景使游戲氣氛更加活躍輕松。把準(zhǔn)備好的音頻分別添加到場景中。

測試、修改與反饋：游戲開發(fā)完成后，電腦端配置SDK、JAVA環(huán)境，下載安裝Android Studio ，為游戲開發(fā)到安卓手機(jī)端提供環(huán)境條件。軟件導(dǎo)出成.apk格式，復(fù)制到手機(jī)端，下載安裝，檢查運(yùn)行是否流暢，功能實(shí)現(xiàn)情況，進(jìn)而加以修改和完善。游戲效果圖如下。

5 實(shí)驗研究

游戲開發(fā)、測試完成后，進(jìn)行對該游戲效果進(jìn)行實(shí)驗研究，通過對比實(shí)驗，收集和分析數(shù)據(jù)。參與本研究的小學(xué)生分別來自山東省內(nèi)兩所公立學(xué)校。

5.1 研究對象

參與本次研究的學(xué)生總共37人，年齡大概為12歲。將被試平均分成實(shí)驗組和對照組，學(xué)生均表示之前沒有參與過此類實(shí)驗。

5.2 研究工具

兩組學(xué)生學(xué)習(xí)模式均為自主學(xué)習(xí)，給實(shí)驗組被試《安全標(biāo)志消消樂》游戲，給對照組學(xué)生幻燈片，幻燈片內(nèi)容主要包括交通標(biāo)識的圖片及文字解釋。最后還有一份試題（百分制），用來對學(xué)習(xí)效果進(jìn)行測驗。

5.3 研究過程

該研究主要有學(xué)習(xí)和測試兩個過程。其中參與游戲和觀看幻燈片都屬于學(xué)習(xí)階段。實(shí)驗組主要通過與軟件的操作交互進(jìn)行體驗和學(xué)習(xí)，對照組學(xué)生主要通過觀看PPT學(xué)習(xí)知識。第二階段，兩組學(xué)生第一階段學(xué)習(xí)后，利用試題進(jìn)行測驗，收集結(jié)果，檢查兩組的學(xué)習(xí)情況。

5.4 結(jié)果分析

參與實(shí)驗共37人，回收有效測驗數(shù)34份。將實(shí)驗組和對照組兩組的測驗成績收集之后導(dǎo)入到SPSS for Windows 24.0 中進(jìn)行配對樣本T檢驗。結(jié)果顯示，實(shí)驗組測試平均值為93.38，標(biāo)準(zhǔn)差為15.38。對照組成績平均值為80.15，標(biāo)準(zhǔn)差為14.02。（統(tǒng)計結(jié)果如表2。）從平均值來看，實(shí)驗組成績平均值較高。配對樣本相關(guān)性的相關(guān)水平小于0.05（R=-0.376），概率大于顯著性水平0.05（p=0.137），則說明兩組數(shù)據(jù)線性相關(guān)程度較弱。配對樣本t檢驗的顯著性水平小于 0.05（p=0.040） ，表示兩組成績具有顯著差異。即兩組測驗成績在95%的置信區(qū)間內(nèi)沒有明顯的線性相關(guān)關(guān)系，但是差異性較明顯，也就是說使用游戲?qū)W習(xí)比幻燈片形式的學(xué)習(xí)效果更好。

6 結(jié)束語與展望

本研究意在實(shí)現(xiàn)教育游戲的教育性和娛樂性相平衡，既能給學(xué)生較好的心流體驗，又能提高學(xué)習(xí)者的認(rèn)知效率。本文基于心流理論提出了安全教育游戲設(shè)計框架，經(jīng)過需求分析、教學(xué)設(shè)計、游戲開發(fā)與測試，開發(fā)了一款《安全標(biāo)志消消樂》的安全游戲。經(jīng)實(shí)驗研究發(fā)現(xiàn)，這種形式的教育游戲比普通教學(xué)方法更加奏效。當(dāng)然，本研究尚存在諸多不足，一方面，《安全標(biāo)志消消樂》 中的教學(xué)內(nèi)容不夠全面。另一方面，實(shí)證研究樣本較小。在今后的研究中，課題組將進(jìn)一步完善游戲設(shè)計，完善相應(yīng)的效能型實(shí)證研究。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】