小学数学教育游戏设计理论研究

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【摘要】基于国内外关于教育游戏研究的基础上，笔者将教育游戏引入小学数学学习，设计与制作一款基于Unity的小学数学教育游戏。主要从三个方面阐释其内容，即研究的背景、现状以及意义的概述;从教育游戏的特点、小学数学学习的特点、教育游戏引入小学数学的应用价值等方面分析了教育游戏引入小学数学学习的优异性;对Unity软件的简单介绍。

【关键词】Unity;教育游戏;小学数学;设计

一、课题的研究背景、现状及意义探究

(一)课题的研究背景。科技进步，游戏产业快速发展。《2015年中国游戏产业报告》正式公布了2015年中国游戏产业相关数据，报告显示，2015年，中国游戏用户数达到5．34亿人，同比增长3．3%;中国游戏市场实际销售收入达到1407．0亿元人民币，同比增长22．9%。如此高的增长率说明中国的游戏产业仍然处于一个较高速发展时期，中国的游戏市场成为全球瞩目的市场，同时，也在计算机网络应用行业中较受重视;新课程改革，教育游戏顺应趋势。《数学课程标准》提出:“要让学生在参与特定的数学活动，在具体情境中初步认识对象的特征，获得一些体验，所谓体验，就是让学生亲历经验，不但有助于通过多种活动探究和获取数学知识，更重要的是学生在体验中能够逐步掌握数学学习的一般规律和方法。”而教育游戏可以来帮助学生学习，虚拟再现情景，让学习更有趣，使学生有机会体会在“做”中“学”，顺应新课程改革的要求;信息时代到来，学习方式发生变革。当社会进入到信息化社会的时候，计算机和互联网成为了两大技术杠杆，把学习与教育游戏结合在一起，可促使传统的学习方式向新的学习方式转变。通过使用教育游戏，可以使小学生在虚拟情境中轻松愉快地学习，如果再在游戏中逐步地完成学习任务，则可以很好的提高学习效果。(二)本课题国内外研究现状。教育游戏作为一种新的教育方式，能够吸引学生更快地投入到学习情境中，引起了国内外许多学者的关注，同时学者们对教育游戏开展了大量的理论探索与教学实践。1．国外研究现状:工业革命之后，西方国家特别重视教育的发展，在教育游戏理论与实践方面的研究也有了很大的起色。其中，美国教育家MarcPrensky在数字游戏教育价值方面的研究较为突出，他的著作《DigitalGame－BasedLearning》详细介绍了数字化游戏学习的理论、游戏化学习概念、怎样进行游戏化学习和游戏化学习在教育、商业、军事、培训的具体应用。此外，Game2Traing与Cryo游戏公司长期专注于教育游戏的开发研究，还特别关注何种游戏适合何种年龄段人群的问题，开发出了许多适合不同层次用户的教育游戏。2．国内研究现状:在国内，教育游戏的研究起步相对较晚，教育游戏理论与实践的研究还处于探索起步阶段。其中，尚俊杰团队比较突出。在理论研究方面，尚俊杰、蒋宇和庄邵勇出版了国内第一部教育游戏著作《游戏的力量》，以体验学习和探究学习为学习理论基础，提出了游戏化探究学习模式(Game－BasedInquiryLearning，GIL)，这种学习以体验学习理论为基础，采用以游戏为主要的学习环境来进行科学探究学习，目的在于提高学生的学习兴趣，培养和发展学生的科学探究能力以及合作学习能力。在实践研究中，与香港中文大学资讯科技教育促进中心合作，推出了第一款游戏产品《农场狂想曲》，也是国内第一部较为完善的教育游戏著作。不断地研究、改进，在2009年，又推出了更为完善的《农场狂想曲2》教育游戏。目前，在国内此研究依旧是教育游戏实践研究中的前沿，成为了把教育游戏引入基础教育的良好典范。国内教育游戏在应用模式和策略等方面还尚未形成系统性的研究成果。因此，国内教育游戏理论与实践的研究还有很长的路要走。(三)本课题研究的意义。利用计算机技术进行教育游戏编程，设计精致的美工，提供丰富的学习资源，把传统的书本知识直观地展现，能够培养学生的学习兴趣，唤醒学生的积极思考，增强学生的人文情怀。在学习过程中，游戏可以使学生自愿学习、接受挑战，富有挑战的游戏关卡也有利于提高学习效率;在教学过程中，学习者由被动接收转变为主动去学，教学设计与教育游戏的结合可以轻松解决教学重点、难点，丰富了教学课堂。尤其对于小学生而言，教育游戏更符合他们的年龄特点与认知需要，也顺应了新课程改革标准的需求。

二、教育游戏与小学数学课程的整合

目前，国内对教育游戏的定义主要存在两种观点:一是《中国远程教育》杂志市场研究室在2004年的《教育游戏产业研究报告》中提出的，将教育游戏定义为:“能够培养游戏使用者的知识、技能、智力、情感、态度、价值观，并具有一定教育意义的计算机游戏类软件”。二是由国内学者祝智庭提出的“娱教技术”，他指出教育游戏的定义是“以尊重学习者当前的生活价值为基础，通过创建、使用与管理恰当的技术过程和资源以促进学习者的生活体验和乐趣与教育目的及手段相融合的理论与实践”。结合这两方面的含义，作者认为教育游戏就是现代信息技术与课程资源结合产物，它把学习内容以娱乐的方式呈现给学习者，创设了一种具有趣味性、体验性、挑战性、交互性的学习环境，其目的是让学习者能够掌握知识、提高技能、发展智力，以期最终达到教学目的计算机游戏软件。教育游戏在不同的表现形式中会被分为不同的种类。目前主要从传播媒介、教育目标、教育内容这三方面来分类。本课题的教育游戏从传播媒介方面来看属于单机版教育游戏，从教育目标方面来看属于单一学科知识教育游戏，从教育内容方面来看属于动作技能类教育游戏。教育游戏具有教育性、趣味性、交互性、环境虚拟性的特点。数学作为一门基础性学科，在小学教育和生活中担任着不可替代的角色、发挥着至关重要的作用。鉴于数学学科具有严密的逻辑性和高度的抽象性特点，小学生受思维发展水平的制约等影响因素，小学数学学习这一过程需要教师悉心指导、需要感性材料支持、需要循序渐进的进行和需要结合数学活动。鉴于上面提到的教育游戏的四个特性和小学数学学习“四个需要”，发现教育游戏的特点恰恰满足了小学数学学习的“四个需要”。如果把教育游戏恰当地引入到小学数学学习中，则可以增加小学数学学习的趣味性、现实性及知识的丰富性，提高学习效率，培养学生的创造能力、动手实践能力，使学习者快乐、主动地学习。

三、Unity引擎的简单介绍

Unity引擎是本课题中的教育游戏开发使用的技术平台，下面将对Unity引擎做简单介绍，希望大家对游戏引擎有初步了解。Unity是一款跨平台的专业游戏引擎，由UnityTechnologies公司开发，它可以被用来创建各种2D和3D的游戏，之后可以部署到各种游戏平台上运行。具有跨平台性良好、支持自动资源导入、物理计算精准等特点。Unity软件不断改进，逐渐演进成一个跨平台的、方便易用的、高度整合的集成开发环境，成为同类软件产品中的佼佼者。在Unity游戏开发中，脚本语言起着至关重要的作用，游戏对象间的逻辑关系需要通过脚本来实现，游戏关卡的设计、各种角色的运动、场景的资源管理等，其背后都是脚本在驱动。Unity支持三种编程语言，即JavaScript(也称为UnityScript)、C#和Boo。其中C#属于面向对象的编程语言，其语法接近于流行的高级编程语言C++、Java等，在编程思想上更符合Unity引擎的原理，并且C#使用较为广泛，因此，本课题中教育游戏的开发以C#语言为主。Unity引擎中自身含有许多可直接使用的包，可直接载入或根据游戏的设计需求简单修改后载入到项目中，对游戏的制作和开发带来了极大的方便。Unity软件编辑器可以在MacOS、Linux、Windows等多种主流操作系统中运行，并且开发出的游戏软件也可部署到各种PC、移动终端中。此外，的文件还可以为．exe、．apk、．swf等多种格式。丰富的平台和多样化的文件格式为教育游戏与移动学习的结合提供优越的条件，使Unity在开发者中深受欢迎。

四、教育游戏设计

对小学生而言，进入到小学三年级才刚刚开始认识分数、学习分数的相关知识。相对于整数、自然数，分数的表示、比较和计算等方面都有些特别。为了加深学习者对分数的认识，检验学习者的学习效果以及锻炼其数学思维反应能力，本游戏的内容为分数的基础知识。主要包括真、假分数的判断，真分数、假分数、整数的大小比较两部分知识。通过游戏达到两个教学目标:第一，快速判断真、假分数;第二，分数大小的比较。由于呈现知识内容的载体为水果，因此游戏取名为“DigitFruit(数字水果)”。游戏中的水果在屏幕中出现时长较短，这要求学习者熟练掌握知识内容并快速做出判断。第一个关卡，游戏者不论误切或漏切多少水果，游戏都不会自动结束，只需切开五个表示正确的水果，即可进入下一关卡，为游戏者提供了无限的机会，游戏难度较低。第二个关卡，游戏者需要快速地判断屏幕中出现的每个水果，并做出相应处理，一共只有五次判断错误的机会，机会用完后，自动结束游戏，游戏难度有所上升。马颖峰在研究探究式教育游戏的学习交互设计中提出教学游戏活动由三个交互层面来完成:第一，教学游戏对象与机器界面的操作交互，例如鼠标、键盘操作等;第二，游戏者与学习元素信息之间的交互，例如，在游戏中出现表示正确的水果，必须快速判断，然后做出相应反应;第三，游戏者原有的知识概念和教学游戏中的新知识概念的交互。本课题的教育游戏既可以安装到PC电脑设备上使用，也可以安装到基于Android系统的移动设备上运用。因此，“DigitFruit”教育游戏使用的交互方式主要有按钮、鼠标划动或手触划动和音乐提示三种交互方式。在游戏主场景是通过用点击按钮的方式开始游戏，在游戏活动过程中以划动光刀的形式来切开水果对象，游戏者还可以根据音乐提示来了解自己判断正误的情况。本游戏的交互方式与“水果忍者”游戏相类似。

【参考文献】

［1］张书俊．浅议小学数学新课改［J］．东西南北:教育观察，2009(7)

［2］崔冠男．基于Unity3D的初中地理教育游戏设计与应用研究［D］．宁夏大学，2014

［3］吕森林．教育游戏产业研究报告［J］．中国远程教育，2004(22)

［4］孙莅文，邓鹏，祝智庭．基于娱教技术的体验学习环境构建［J］．中国电化教育，2005(7)

作者:杨帆 单位:上海师范大学教育学院