王廣新，劉興波，李 通，陸 宏

(1.山東師范大學 傳媒學院，山東 濟南 250014； 2.佐治亞大學 教育學院，美國 佐治亞 30605)

學生感知的數字化游戲挑戰(zhàn)水平與學習注意力關系研究*

王廣新1，劉興波1，李 通2，陸 宏1

(1.山東師范大學 傳媒學院，山東 濟南 250014； 2.佐治亞大學 教育學院，美國 佐治亞 30605)

注意力對學生認知活動中的感知、記憶、思考等都發(fā)揮著至關重要的作用，該研究以游戲理論中“挑戰(zhàn)”概念為核心考察了游戲開發(fā)規(guī)則和機制對注意力的影響。該研究在梳理學者對挑戰(zhàn)認識的基礎上，把游戲挑戰(zhàn)概念分為認知挑戰(zhàn)和軀體挑戰(zhàn)兩個構成要素，研究結果表明學生的性別和游戲經驗在兩種挑戰(zhàn)類型上存在顯著差異；采用回歸分析發(fā)現學生感覺到的認知挑戰(zhàn)水平與學習注意力呈現倒U型曲線關系，學生感覺到的軀體挑戰(zhàn)水平與學習注意力呈現正U型曲線關系。這些實證研究結果提供了挑戰(zhàn)與學習效果的關系，明確了認知挑戰(zhàn)與軀體挑戰(zhàn)對學生知覺任務操作產生的影響差異，這為教育游戲的挑戰(zhàn)設計提供了理論參照。

數字化游戲；挑戰(zhàn)水平；認知挑戰(zhàn)；軀體挑戰(zhàn)

一、引言

按照目前數字化游戲設計的思想和教學實踐的成果來看，它可以為學生創(chuàng)建一個紛繁復雜的交互式學習情境，利用數字化游戲開展學習活動不僅能令學生產生迷人的愉悅體驗，也能產生更高質量的教育成果。許多學者已經意識到了數字化游戲在教育和學習中的這些價值，如萬力勇等人[1]認為利用數字化游戲能為學生創(chuàng)建有意義的學習體驗；陶侃[2]認為游戲是一個具有強大功能的媒體，它能促進學生的心理動作技能和認知技能的發(fā)展。

最近二十幾年以來，研究人員不僅開發(fā)了適合各種學科內容的數字化教育游戲，還闡釋了游戲設計所依賴的學習理論，以及游戲開發(fā)的規(guī)則和機制，如目標、反饋、競爭、挑戰(zhàn)、交互等。可是，教育領域的研究者在理解數字化游戲的學習效果和教育意義時，特別關注如何用學習理論指導游戲的設計和開發(fā)，鮮有文獻探究游戲規(guī)則和機制對學習活動和學習結果產生的影響，這極少的效果研究也多是評價游戲規(guī)則和機制對學生動機和情感的影響，而對它們如何滿足學生認知活動目標所做出的解釋缺乏實證研究的分析。因此，我們有必要利用實證研究的方法來解釋這些規(guī)則和機制在游戲化學習中的相互作用過程，以及分析它們是如何與學習理論整合在一起滿足了學生的學習要求，這對正確理解和合理應用數字化游戲于教育和學習活動都會產生積極的影響。

本研究選擇游戲開發(fā)規(guī)則和機制中的核心概念“挑戰(zhàn)”作為研究對象，根據以往的研究成果明確定義挑戰(zhàn)的內涵，依此詳細概念化挑戰(zhàn)的結構和構成要素，運用實證研究方法測量游戲化學習活動中挑戰(zhàn)機制對學生注意力的潛在影響。

二、理論闡釋

挑戰(zhàn)是游戲理論體系中的核心概念，它承載著人們對游戲的愉悅體驗和獲得高品質學習結果的期盼。目前對挑戰(zhàn)概念認識的模糊性羈絆了人們對它的功能分析，這需要從理論視角厘清認識上的差異，奠定檢驗游戲挑戰(zhàn)性影響學習結果的研究基礎。

(一)關注數字化游戲挑戰(zhàn)性的緣由

數字化游戲是20世紀50年代誕生于美國的大學和軍事單位實驗室，這個時期只有大學機房的學生和實驗室工作人員在大型計算機或屏幕很小的黑白示波器上玩耍，直到20世紀70年代末專門運行游戲的街機問世，數字化游戲才成了流行文化的符號，因此，數字化游戲出現了幾十年之后的20世紀80年代初，游戲研究才開始登上學術研究的大雅之堂，成為嚴肅的學術課題[3][4]。

無論是早期的研究者還是時下的研究者都十分關注數字化游戲特征的描述和游戲設計機制的分析，他們的研究內容中很多都提到了游戲設計和開發(fā)中分析的一個關鍵概念——挑戰(zhàn)。這些研究者對“挑戰(zhàn)”于游戲關系的認識分成兩種：第一種是把挑戰(zhàn)作為數字化游戲的基本屬性或特征，類似的如Malone[5]的研究認為游戲動機的關鍵特征是幻想、挑戰(zhàn)、好奇，Garris等[6]認為游戲中的幻想、規(guī)則/目標、感官刺激、挑戰(zhàn)、神秘、控制是有助于實現高品質學習的六個基礎特征；第二種是把挑戰(zhàn)作為數字化游戲的關鍵構成要素，如Prensky[7]認為數字化游戲有規(guī)則、目標、結果/反饋、挑戰(zhàn)/競爭、交互、故事等六個關鍵結構性因素構成，其中挑戰(zhàn)/競爭是游戲的核心構成元素。那么，為什么游戲研究者把挑戰(zhàn)作為游戲的基本特征或基本構成要素呢？

這正如游戲設計師Crawford[8]所說，勇于挑戰(zhàn)是人性的一個基本要素，人類會在生活的所有領域如社會、工作和藝術活動中用一生去尋求新的挑戰(zhàn)，提高自己的身份認同感，從而獲得自我滿足。Crawford對挑戰(zhàn)的觀點符合了Deci的關于內在動機的觀點，“人類不僅嘗試戰(zhàn)勝他們所遇到的挑戰(zhàn)，而且他們也尋找最佳的挑戰(zhàn)情境”[9]。其實，學生在學習情境中的表現也是如此，如Harter等人[10]認為學生學習最大的快樂就是來自解決最具挑戰(zhàn)性的問題，很容易解決的問題產生相對較少的滿足感。學生之所以被游戲化學習活動所吸引，就因為其天性就是趨向競爭性的，“愿意享受游戲活動的關鍵要素之一就是經歷挑戰(zhàn)和競爭的情境，它讓學生在游戲活動中獲得興奮，激勵他們煥發(fā)出充沛的精力和創(chuàng)造性的思想”[11]。這正如Sherry等[12]對大學生、中學生和小學生游戲化學習結果的調查，他們認為挑戰(zhàn)是各階段學生“玩視頻游戲”的首要原因。因此，游戲的挑戰(zhàn)性對學生的學習活動產生影響的機制與結果都值得研究者關注。

(二)游戲挑戰(zhàn)內涵的理論闡釋

現有的數字化游戲研究文獻顯示，挑戰(zhàn)被諸多研究者確定為激勵游戲化學習的一個重要支撐因素，但這些研究者在挑戰(zhàn)內涵的認識上各具差異。正如前面所述，有的研究者把挑戰(zhàn)作為游戲屬性，有些研究者把挑戰(zhàn)作為游戲的構成要素，這使得設計評價游戲挑戰(zhàn)工具時經常表現出缺乏應有的透明度，如一些研究者在對學生感知游戲挑戰(zhàn)水平的研究中使用的調查題項僅是一項“如果把該游戲的挑戰(zhàn)水平分為10級，你感覺它的挑戰(zhàn)水平為多少級?”，因學生對挑戰(zhàn)認識的差異使得他們對其評價水平的基點存在模糊空間；即使有一些研究者企圖使用多個題項詳細考察學生對挑戰(zhàn)的反應，但其題項也很難被學生理解，如用“當我掌握游戲的某個方面時，我感到驕傲”和“我喜歡通過視頻游戲尋找新的和創(chuàng)造性的方式”[13]等題項評價學生的挑戰(zhàn)體驗。因此，我們急需闡明這一概念，以使在討論挑戰(zhàn)與數字化游戲的關系時，明白它究竟想表達什么。

從目前的文獻來看，正如前面所述研究者對挑戰(zhàn)的認識形成了兩類觀點。一些持“挑戰(zhàn)”作為數字化游戲基本特征或屬性的學者，把挑戰(zhàn)定會為學生對游戲的體驗，如Malone等[14]認為挑戰(zhàn)是一種“最佳的心理體驗”，挑戰(zhàn)成功獲得的成就感會引發(fā)高激勵的情緒反應；Kim[15]認為挑戰(zhàn)是玩家對個人能力相對于游戲(難度)的體驗。而一些持“挑戰(zhàn)”作為數字化游戲的關鍵構成要素的研究者，則會把挑戰(zhàn)與游戲設計中的某個元素結合在一起，如Prensky[16]認為游戲的挑戰(zhàn)是學生要嘗試解決的問題；Vorderer等[17]強調游戲設置的障礙物和障礙通常被理解為游戲中的挑戰(zhàn)。

雖然Prensky把學生要解決的數字化游戲中問題等同于挑戰(zhàn)，但同時又強調只有具有合適的沖突和對抗強度，能讓學生產生強烈體驗的問題才稱其為挑戰(zhàn)。其實，Prensky、Vorderer等所描述的挑戰(zhàn)是對等于產生挑戰(zhàn)的游戲元素如問題、障礙物等，實際上在他們的研究中都是以學生解決這些問題或障礙的體驗來分析挑戰(zhàn)的成因與結果，本質上與Malone等人的認識是一致的，因此，學生在游戲化學習活動中的挑戰(zhàn)感實際上是游戲玩家完成任務難度與自己擁有的技能是否平衡之間關系的感受和體驗。Hsu等人[18]對挑戰(zhàn)的定義最能體現這種觀點，他們將挑戰(zhàn)定義為學生是否有能力解決具有一定難度的游戲目標相關問題的感受。某個游戲是否具有挑戰(zhàn)性是因人而異的，如果一個人的問題解決能力強，則這個游戲對他來說挑戰(zhàn)性就?。蝗绻粋€人的問題解決能力弱，則這個游戲對他來說挑戰(zhàn)性就大。這正如Engeser等人[19]所說，挑戰(zhàn)是整合了學生感知到的難度和個體技能的復合體。

從上面的論述可以看出，挑戰(zhàn)是游戲具有的特征屬性，它的描述與三個要素密切相關：學生感知的挑戰(zhàn)大小、游戲的難度和學生的勝任力。第一個是學生的體驗要素——挑戰(zhàn)，它是衡量一個游戲對某個學生是否具有強烈壓力刺激的感覺，它是可以用高低、強弱來測度的；第二個是游戲的設計要素——難度，它是指“游戲需要學生付出努力的一種程度要求”[20]；即設計者在游戲中嵌入游戲情境中的現實問題或人工智能對抗形成的要學生嘗試解決的難題，這或者是有待破解的謎語，或者是游戲角色前進道路上的障礙等，設計者設定的問題復雜程度或人工智能對抗的激烈程度決定了游戲的難度；第三個是學生自身的表現要素——勝任力，它是學生在學習情境中獲得一定的學習績效所必需的潛在特征，它由個人特質、自我概念、態(tài)度或價值觀、具體指示或行為技能等構成。

本研究認為，學生面對的游戲挑戰(zhàn)一般是指在游戲化學習活動中個體解決問題所付出努力的自我感受或體驗，即它是個體體驗到的游戲難度與自我勝任力兩個主觀變量的函數。從這個視角來看，挑戰(zhàn)是游戲的一種屬性，它是游戲化學習過程持續(xù)推進的重要激勵因素。

(三)評價游戲挑戰(zhàn)的概念化結構與要素

Orvis等[21]從學生學習活動付出努力的角度認為，游戲的難度是游戲對于學生付出的體力和腦力勞動的程度要求，游戲通過對于學生的行為設定相應的難度標準來提高游戲玩家的知識和技能的水平。從Orvis等的游戲難度概念可以看出游戲是從認知思維和身體活動兩個方面對學生形成挑戰(zhàn)。其實，這兩種挑戰(zhàn)可以從學生游戲化學習的實踐活動中更容易體驗到。設計者開發(fā)的游戲使得學生在游戲化學習情境中形成了心理和生理的壓力，如在射擊游戲中，學生不僅要精確判斷游戲中存在的所有障礙，而且要更快地移動部件，操控他擁有的武器來戰(zhàn)勝強大的敵人，這需要學生利用掌握的先驗知識和技能去克服這些障礙，他們在游戲化學習活動中能體驗心理和生理兩方面的負荷，也就是說游戲在難度設置上不僅要學習者付出心理的努力，又要學生付出身體的努力。因此，按照Orvis等人的觀點和對學生游戲化學習實踐活動的體驗分析，我們有充分的理由把游戲挑戰(zhàn)概念化為“認知挑戰(zhàn)”和“軀體挑戰(zhàn)”兩種類型。

本研究中對游戲化學習活動中挑戰(zhàn)概念的闡明，可以用學生在游戲化學習活動中心智和身體的努力程度來表征他們解決游戲問題時產生的挑戰(zhàn)，后面討論數字游戲的挑戰(zhàn)時是想用學生以自己的勝任力努力解決游戲內含的問題而產生心智和身體的壓力大小感覺來表征。因此，學生感覺到游戲的挑戰(zhàn)是以學生的心理和身體的努力程度作為測量挑戰(zhàn)的工具，這使得學生對挑戰(zhàn)的認識更加透明。

三、研究問題的提出

本研究將以前面提出的挑戰(zhàn)的概念化結構為基礎構建研究的理論模型，從實證視角檢驗游戲挑戰(zhàn)對學習結果產生影響的實質。

(一)學生的挑戰(zhàn)感與游戲化學習行為之間關系的預設

既然學生感知的游戲挑戰(zhàn)是源自游戲難度與自我勝任力之間相比較的結果，因此，一個游戲是否具有挑戰(zhàn)性是因人而異的。如果游戲設計難度相對于某個個體的技能而言較高，就可以說游戲對這個個體就具有挑戰(zhàn)性；如果游戲設計難度相對于某個個體的技能而言較低，就可以說游戲對這個個體不具有挑戰(zhàn)性，或挑戰(zhàn)性弱。我們不能簡單地按照Malone等的觀點把挑戰(zhàn)一概視作是“最佳的心理體驗”，他們這種直接把挑戰(zhàn)等同于Csikszentmihalyi的“流體驗”的觀點是不合適的。學生在游戲化學習活動中是否能體驗到“流”的感覺“取決于進入個體意識的外在活動和自我內在目標協(xié)調程度”[22]，也就是說只有游戲的難度與學生的技能都處于高水平，并且二者之間基本趨于平衡狀態(tài)之時，學生才能體驗到高質量的“流”體驗。

按照Prensky[23]的觀點，如果游戲難度小而學生的勝任力較強，則游戲對學生形不成挑戰(zhàn)，游戲化學習活動將索然無味，學生的行為表現就差；如果游戲難度大而學生的勝任力較弱，游戲對學生形成過大的挑戰(zhàn)，學生的學習活動就會屢屢受挫，產生焦慮感，其學習行為表現也會很差。因此，本研究認為游戲對學生的挑戰(zhàn)感覺與學習行為的表現將會呈現出一個倒U型結構，如圖1所示。

圖1 學生感知的游戲挑戰(zhàn)水平與學習效果的假想

圖1對挑戰(zhàn)思想的解釋與Keller在ARCS動機理論中對挑戰(zhàn)的認識基本一致，他認為“當挑戰(zhàn)是平衡時，學生的主動性會更強，這樣的話，學生不因學習過程太容易變得無聊，也不因學習過程太困難而無法取得成功”[24]。從目前數字化游戲學習領域對挑戰(zhàn)研究的成果來看，研究者以往主要關注挑戰(zhàn)產生的影響因素，但游戲的挑戰(zhàn)大小對認知學習行為的影響缺乏明確和深入的研究，以往的研究只是認為適當的挑戰(zhàn)水平是激發(fā)個體產生學習動力的原因，挑戰(zhàn)具有自我強化學習動機的功能，但對它與競爭、難度等概念之間關系的認識是模糊的，至于它是如何促進個體學習活動的機制幾乎沒有討論，尤其缺乏實證研究的結果。

(二)研究問題的提出

自從數字化游戲應用于教育以來，許多學者的研究成果顯示這種令人著迷的交互式媒體會導致更好的教育成果，如Gee[25]認為利用視頻游戲可以創(chuàng)建有意義的游戲化學習活動和教育體驗。利用數字化游戲開展學習活動之所以能獲得高品質教育成果，可以從班杜拉的社會學習理論得到解釋，該理論認為人類的學習行為不僅可以從直接經驗獲得，而且能從替代經驗中獲得，數字化游戲就是使用虛擬現實技術，利用逼真的圖像和交互技術創(chuàng)建了一種具有豐富體驗的學習情境，能讓學生用多種手段獲得替代性的學習經驗。

Fu等[26]在對一些教學游戲評估后認為，挑戰(zhàn)是使一個教育游戲有效的主要因素之一。那么游戲的挑戰(zhàn)性到底對哪些學習活動有效果呢？本研究主要是從班杜拉的社會學習理論視角關注它對學生注意力的影響，這是因為這個結果是替代經驗學習的基礎，也是游戲化學習活動中解決疑難問題和發(fā)展批判性思維的基點。班杜拉的社會學習理論認為，人們利用替代性經驗的學習活動是通過符號過程和瞬態(tài)經驗轉化為認知模型，這個行為轉化的過程源自一系列的子過程，它包括注意、保持、生成和動機過程等。從班杜拉的社會學習理論看出，學生可以從游戲化學習情境中利用有關信息，轉化成認知表征符號和信息，最終生成適當的行動，因此，游戲能否有利于集中學生的注意力是替代經驗轉化成行為和發(fā)展思維的基礎環(huán)節(jié)，注意力的形成是認知加工過程的起始點。

游戲挑戰(zhàn)將使得游戲化認知活動變得更具復雜性，這是因為游戲建構的虛擬世界使得學習活動成為一個選擇性注意和神經心理加工的活動過程，學生要過濾和組織虛擬世界中設計者創(chuàng)造的感知信息。按照Engeser等[27]對游戲直接研究的結果表明，個人技術和技能超過任務挑戰(zhàn)會導致積極的情感和注意力，使學生主動參與知識的整合，吸收知識并得到學習成效。因此，我們預測游戲的挑戰(zhàn)性將直接對注意力結果產生積極影響。

四、問卷編制和調查實施

根據前面對挑戰(zhàn)概念的分析，以本研究建立的對挑戰(zhàn)分析的兩維模型為核心，將借鑒Hwang和Fu有關量表的題項編制評價挑戰(zhàn)的量表，這為測量學生游戲化學習情境中的挑戰(zhàn)體驗奠定基礎。

(一)測量工具的選擇與修訂

劍橋高級學習詞典把挑戰(zhàn)定義為，某件事情需要強大的意志或體力去完成，以此來測試一個人的能力。 本研究中的認知挑戰(zhàn)主要是依照學生利用認知活動解決游戲化學習情境中認知負荷的努力程度來測量，即學生戰(zhàn)勝這些心理負荷的心智努力的感覺程度。量表參照Hwang等[28]開發(fā)的游戲化情境中認知負荷量表改編而來，對題項的描述修改成學生克服相關認知負荷的努力程度的體驗水平，共有6個題項構成，采用李克特自評式五點量表計分。本研究中的軀體挑戰(zhàn)主要依照Fu等人[29]“流”體驗量表中的挑戰(zhàn)題項修改而來，這些題項反映了學生控制游戲活動付出身體努力的感覺程度，共有6個題項構成，采用李克特自評式五點量表計分。

注意是心理活動對一定對象的指向和集中，它是伴隨著感知覺、記憶、思維、想象等心理過程的一種共同的心理特征。本研究對注意的研究是依據Keller的ARCS動機模式，該模式中的“注意”源自于期望價值理論中的價值，并借鑒其開發(fā)的教材動機量表(IMMS)中的注意分量表，檢測學生在游戲化學習情境中對于注意的反應與感受[30]。Keller開發(fā)的測量注意力的分量表共有12個題項，修改后采用6個題項。

(二)實驗材料的選擇和方法設計

為有效評價學生數字化游戲活動的認知效果，選擇《模擬挖掘機》作為研究材料，這款游戲是由德國開發(fā)商Astragon Software制作的一款模擬游戲，它能讓學生體驗到駕駛挖掘機的樂趣和學到挖掘技術。本研究之所以選擇這款游戲作為實驗材料是因為它不僅要求學生操作計算機鍵盤控制挖掘的動作，也要求學生思考挖掘機的工作原理，以實現快速、正確的挖掘任務，也就說完成該游戲化學習活動需要學生不僅參與策略的制定，還要根據認知結果完成精細的動作技能，即學生面臨兩種挑戰(zhàn)——游戲策略要求學生具有決策技能，游戲角色的運動要求學生具有動作技能。

模擬挖掘機游戲活動包含了兩種模式：訓練模式和任務模式。本研究開始前采用訓練模式讓學生嘗試駕駛挖掘機，進行試誤性的操作練習，鍛煉基本的操作方法；正式開始實驗時采用任務模式，讓學生在規(guī)定時間內完成相同的指定任務，比如砂石挖去指定的地方，會根據完成情況和完成時間來進行等級評定。

在本研究中游戲采用臺式電腦呈現，其主頻是2.00GHz、2GB內存、獨立顯卡、17液晶顯示屏，能采用鼠標、鍵盤來操作和控制游戲情境內的對象。

(三)研究對象與數據處理

本研究是在2015年春季實施的。為在實驗過程有效控制學生的實驗過程，從2014季入學的學生中選取4個班學生作為研究對象，他們分別來自普通理科和文科，參與研究的學生共172人，其中男性學習者38人，占被試人數的比例為22.09%，女性學習者134人，占被試人數的比例為77.91%。

數據的錄入管理和統(tǒng)計分析采用SPSS20.0統(tǒng)計軟件。

五、數據整理與統(tǒng)計

本研究在調查結束后結合學生對兩表的認知，首先對注意力量表、挑戰(zhàn)量表的兩個維度分別分析，剔除部分學生難以理解的題項，再對剩余項目進行了信度分析，結果顯示認知挑戰(zhàn)、軀體挑戰(zhàn)和注意力量表的Cranach's Alpha值分別是0.79、0.74、0.75，這表明修改后的量表具有較高的可靠性和信度。

(一)學生感知的游戲挑戰(zhàn)水平和注意力的差異分析

本研究利用性別、玩模擬游戲經驗對學生認知挑戰(zhàn)、軀體挑戰(zhàn)的感覺和注意力各維度進行了獨立樣本T檢驗，其結果t值如表1所示。

表1 學生對游戲挑戰(zhàn)水平體驗的差異檢驗結果

從表1的統(tǒng)計結果可以看出，學生的注意力在性別和模擬游戲經驗上都不存在統(tǒng)計上的顯著差異。學生的認知挑戰(zhàn)(男生M=2.511，女生M=2.804；玩過模擬游戲M=2.563，沒有玩過模擬游戲M=2.808)、軀體挑戰(zhàn)(男生M=1.980，女生M=2.364；玩過模擬游戲M=1.990，沒有玩過模擬游戲M=2.391)維度在性別、模擬游戲經驗上存在統(tǒng)計上的顯著差異。

(二)學生玩游戲的經歷與游戲挑戰(zhàn)水平的相關分析

本研究學生玩游戲的歷史經驗和每周玩游戲時間長度與認知挑戰(zhàn)、軀體挑戰(zhàn)和注意力進行了相關分析，其結果r值如表2所示。

表2 學生對游戲挑戰(zhàn)水平體驗的相關性檢驗結果

從表2的統(tǒng)計結果可以看出，學生的玩游戲的經歷、玩游戲的時間長度與認知挑戰(zhàn)的相關性不顯著，這可能是本實驗中游戲的認知難度較低，認知挑戰(zhàn)的鑒別度低。學生的玩游戲的經歷、玩游戲的時間長度與軀體挑戰(zhàn)、注意力呈現顯著負相關，即學生具有長時間的玩游戲的經歷或者目前每天玩游戲的時間長，他們對游戲的操作活動熟練，對本實驗中游戲的軀體挑戰(zhàn)感覺低，注意力也低。

(三)學生感知的游戲挑戰(zhàn)水平與學習注意力的回歸分析

為檢驗學生感知的游戲挑戰(zhàn)水平與學習注意力之間的函數關系，本研究參照Cohen等人[31]同類研究的方法進行了處理。首先將自變量認知挑戰(zhàn)、軀體挑戰(zhàn)進行去中心化處理，獲得兩個自變量的一次項，即將兩個自變量減去其平均數后生成新的自變量值；順次計算二次項，即將認知挑戰(zhàn)、軀體挑戰(zhàn)去中心化的值進行平方運算；其次，將兩類挑戰(zhàn)的一次項和二次項納入回歸方程，其統(tǒng)計結果如表3所示。

表3 認知挑戰(zhàn)和軀體挑戰(zhàn)對學習注意力的回歸分析摘要

統(tǒng)計結果表明，認知挑戰(zhàn)、軀體挑戰(zhàn)的一次項預測作用都不顯著；認知挑戰(zhàn)、軀體挑戰(zhàn)的二次項顯著負向和正向預測學習注意力，表明認知挑戰(zhàn)與注意力、軀體挑戰(zhàn)與注意力之間都存在函數關系。

在SPSS的回歸分析中，利用曲線估計來檢驗自變量認知挑戰(zhàn)對因變量注意力的最優(yōu)擬合，結果顯示采用“二次曲線模型”時R2最大，其概率達到了非常顯著的水平，適宜采用二次曲線模型解釋。學習者感知到的挑戰(zhàn)水平與學習注意力的擬合曲線如圖2所示。

圖2 學生感到的游戲認知挑戰(zhàn)與注意力的曲線關系

上頁圖2的結果表明，學生感覺到的認知挑戰(zhàn)水平與學習注意力二者之間為倒U型曲線關系，即中度水平的認知挑戰(zhàn)更能吸引學生的注意力，而偏低水平和偏高水平的認知挑戰(zhàn)都可能離散了學生的注意力。

在SPSS的回歸分析中，利用曲線估計來檢驗自變量軀體挑戰(zhàn)對因變量注意力的最優(yōu)擬合，結果顯示采用“二次曲線模型”時R2最大，其概率達到了顯著的水平，適宜采用二次曲線模型解釋。學習者感知到的挑戰(zhàn)水平與學習注意力的擬合曲線如圖3所示。

圖3 學生感到的游戲軀體挑戰(zhàn)與注意力的曲線關系

圖3的結果表明，學生感覺到的軀體挑戰(zhàn)水平與學習注意力二者之間為正U型曲線關系，即中度水平的軀體挑戰(zhàn)離散了學生的注意力，而偏低水平和偏高水平的軀體挑戰(zhàn)卻提高了學生的注意力。

六、研究結果與實踐意義

運用回歸分析對挑戰(zhàn)與注意力之間關系開展的研究活動，不僅有助于我們更好地理解游戲化學習活動的實質，也為我們設計數字化教育游戲的學習策略提供理論支持。

(一)研究結果

1.學生的游戲經驗降低挑戰(zhàn)體驗的水平

本研究的統(tǒng)計結果顯示，學生具有的一般游戲經歷僅對軀體挑戰(zhàn)產生了深刻影響，降低了軀體挑戰(zhàn)的感覺，而對認知挑戰(zhàn)產生的影響不顯著；學生具有的模擬類游戲經驗對同是模擬類游戲《模擬挖掘機》的挑戰(zhàn)感覺具有深刻的影響，它既降低了認知挑戰(zhàn)的感覺，尤其是大幅降低了軀體挑戰(zhàn)的感覺。

以往對游戲化學習活動的研究文獻認為，教育游戲既能幫助他們學習知識、發(fā)展智力，也能幫助他們掌握技能，這主要是因為先前的游戲化學習活動能有效地支持學生建立有關的心理模型，還能提高學生的自我效能。學生無論是玩模擬游戲還是其他類型的游戲，他們對游戲角色的操作活動基本是一樣的，本研究中對游戲角色操作只是采用鍵盤和鼠標，這些操作活動在以往任何游戲活動學習中都能得到鍛煉，學生可以根據先前建立的技能完成《模擬挖掘機》中精細的游戲操作技能；不同類型游戲的認知方式存在較大的差異，而相同類型游戲的認知方式有許多共同之處，學生可以根據以往游戲化學習活動構建的心理模型用來有效地解讀類似的游戲世界。

2.認知挑戰(zhàn)是目標驅動為主產生的注意

本研究發(fā)現模擬游戲的認知挑戰(zhàn)和學生對游戲活動的注意力似乎呈現出倒U型關系，這一發(fā)現提供了實證證據支持Prensky對游戲挑戰(zhàn)特征的預設，以及Massimini和Carli[32]對挑戰(zhàn)的流體驗特征描述。這項實證研究的結果表明，模擬游戲的認知挑戰(zhàn)保持在適當高的最優(yōu)水平時對學生的吸引力是最大化的，這意味著游戲的任何設計特點調整學生的認知挑戰(zhàn)可以提高他們的注意力。

本研究認為認知挑戰(zhàn)是心智活動產生的，由它引起的注意應該是一種內源控制性的目標導向注意，主要是學生自我獨立思考、解決學習問題產生的有意識的活動結果。游戲的認知挑戰(zhàn)與注意力之所以呈現倒U型結構，這可能是因為偏低的認知挑戰(zhàn)不會引起學生學習需求的內在動機，學生的注意力水平就會比較低；偏高的認知挑戰(zhàn)說明游戲提供的信息會超越學生的認知加工水平或速度，可能帶來認知的彌散效應，使得學生的注意點離散，給找到解決問題的應變方法帶來困難；中度水平的認知挑戰(zhàn)將會激發(fā)學生認知速度的提高，激活學生的認知加工能力，讓學生獲得更優(yōu)秀的游戲體驗。

3.軀體挑戰(zhàn)是刺激驅動為主引起的注意

本研究發(fā)現模擬游戲的軀體挑戰(zhàn)和學生對游戲活動的注意呈現出正U型關系，這一實證證據與Prensky游戲挑戰(zhàn)特征的預設，以及本研究提出的設想正好相反。這項實證研究的結果表明，模擬游戲對學生形成的軀體挑戰(zhàn)與認知挑戰(zhàn)規(guī)律是不同的，這意味著游戲的任何設計思考如何調整軀體挑戰(zhàn)與認知挑戰(zhàn)之間的關系以適應學習的要求。

本研究認為軀體挑戰(zhàn)之所以與認知挑戰(zhàn)引起注意的規(guī)律有差異是因為它們產生的機制是不一樣的，軀體挑戰(zhàn)主要是通過外源控制性的刺激驅動學生產生注意的。學生在感知軀體挑戰(zhàn)適當的情況下，對鍵盤的操作通常是無意識的或者沒有經過思慮的，它多是學生熟練的潛意識活動，學生有更多的臨場感體驗，這種情況下動作活動在很大程度上是高度自動化活動的產物，它可能會使得學生的注意力產生離散；在軀體挑戰(zhàn)增大的情況下，從而使注意力資源的分布轉向威脅相關刺激的增加，導致有更多的興奮和沖動，對關注對象可能產生隧道效應，使得學生的注意點更加集中，只有注意分配給認知任務的增加才能完成相關的精細操作活動。

4.游戲挑戰(zhàn)引起的注意是多層面的復雜心理過程

游戲化學習過程中的注意是學生為了更有效地認知，把自我意識指向從游戲的外部刺激撤回，其心理活動集中于游戲的認知活動，整個注意過程是一個連續(xù)的復雜心理加工過程。

學生的游戲化學習活動不僅要求他們觀看屏幕上挖掘機及其各部件的快速移動，積極思考它們的運動規(guī)律，判斷哪些運動方式才能讓挖土機把土放到合適的地方。學生在此過程中需要組織和設置認知對象的優(yōu)先次序、轉移認知的焦點、調控大腦處理信息的速度、調節(jié)自我對觀察對象的注意力，接著會做出精細的操作動作，這些動作可能同時發(fā)生也可能按照順序連續(xù)、快速地發(fā)生，要求學生按鍵的反應很快，熟練地通過控制鍵盤按鍵和鼠標來支配角色的活動。

從上述的分析可以看出，只有學生有意識的控制連續(xù)認知加工和無意識的熟練操作游戲角色，才能實現對認知對象的注意。學生在游戲化學習過程中需對認知對象做出明確選擇和計劃時，有意識的控制表現出來，無意識的操作在這之間不斷觸發(fā)和執(zhí)行，以便有意識的認知活動可以漂浮在無意識的操作細節(jié)之上進行計劃和分析。

(二)實踐意義

1.適合學生接受水平的挑戰(zhàn)是教育游戲設計的關鍵

以往的研究文獻都曾聲明，具有挑戰(zhàn)性的游戲能帶來更好的學習效果，挑戰(zhàn)性之所以有助于學習是因為學生能知覺到成就感，這可能讓學生積極參與游戲化學習活動。其實積極參與的前提就學生集中注意游戲本身，因此，挑戰(zhàn)是一個重要的影響學習效果的因素。

本研究的結果與前面提到Engeser等人對游戲挑戰(zhàn)的特征認識有差異，Engeser等人只是簡單認為個人技術和技能超過任務挑戰(zhàn)會導致積極的注意力，促進學生知識的整合、吸收等，本研究的結果卻發(fā)現，如果認知挑戰(zhàn)太小無法滿足學生的認知需求，這時學生的勝任力大大高于游戲的難度設置，給學生以無聊的體驗；認知挑戰(zhàn)太大則超出學生的認知能力，使學生感到焦慮也無法集中于學習活動。從具身理論的觀點和游戲化學習的實證結果表明“身體活動決定了個體認知過程的方式和步驟”[33]，如果軀體挑戰(zhàn)較低和較高都能引起注意力的集中，反而在中等水平的軀體挑戰(zhàn)使得注意力發(fā)生離散。因此，只有合適的挑戰(zhàn)水平才能導致學生積極的情感和注意力，使學生主動參與知識的整合，吸收知識并得到學習成效。

2.游戲挑戰(zhàn)可以作為評價游戲化學習效果的評價指標

計算機游戲之所以在教育中活動應用初始設計目標是因為它具有趣味性，這是維持學習活動的重要動力，游戲挑戰(zhàn)是產生趣味性的一個主要因素， 并且Jensen指出“挑戰(zhàn)所激發(fā)出的注意力的目簡單地說就在于持續(xù)維持學生的生存及擴展學生享樂的感受，以實現學習成效的目的”[34]。然而，游戲挑戰(zhàn)性與學生學習效果之間的關系度量沒有得到合適的測量。

本研究提出的挑戰(zhàn)結構彌補了以往研究對挑戰(zhàn)性的簡單認識，并用實證研究結果提供了挑戰(zhàn)與學習效果的聯系，研究結果顯示適當水平的挑戰(zhàn)可以通過觸發(fā)注意力，提供認知的衡創(chuàng)建，明確了認知挑戰(zhàn)與軀體挑戰(zhàn)對學生知覺任務的操作產生的影響差異，這為教育游戲的挑戰(zhàn)設計提供了理論參照。

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責任編輯：李馨 趙云建

The Study of the Learners’ Perception on the Relationship Between the Challenge Level and the Learning Attention in Digital Games

Wang Guangxin1, Liu Xingbo1, Li Tong2, Lu Hong1
(1. School of Communication, Shandong Normal University, Ji’nan Shandong 250014;2. College of Education, the University of Georgia, Georgi United States 30605)

Attention plays an important role in students’ perception, memory and thinking. This study explored the in fl uence of game development principles and mechanisms on attention by focusing on the concept of challenge in game theory. Through reviewing related papers, this study conceptualized the concept of challenge into two components: the cognitive challenge and the physical challenge. The results not only demonstrated that there was a signi fi cant di ff erence between students’ gender and game experience on these two challenges, but also showed that the relationship between physical challenge level and the learning attention was presented in a reversed U curve. These research results provided the relationship between the challenge and the learning outcome, and also identi fi ed the di ff erent in fl uence that cognitive challenge and physical challenge had on perceived task, which provided a theoretical reference for the design of educational game.

Digital Games; Challenge Level; Cognitive Challenge; Physical Challenge

G434

：A

1006—9860(2016)08—0107—08

王廣新：碩士，教授，研究方向為網絡遠程學習和計算機教育應用(1002209486@qq.com)。

劉興波：在讀博士，副教授，研究方向為計算機教育應用(liuxingbobo@126.com)。

李通：在讀博士，研究方向為計算機教育應用(st07litong@126.com)。

陸宏：博士，教授，研究方向為教育技術理論和教育測量(sdnulh@163.com)。

2016年4月22日

* 本文系2012年山東省社會科學規(guī)劃項目“數字化游戲促進學生認知能力與情感發(fā)展的實證研究”(項目編號：12CJYJ03)的階段性研究成果。