陳博殷 錢揚義 李言萍

（華南師范大學 化學與環(huán)境學院，廣東廣州 510006）

游戲化學習的應用與研究述評*
——基于國內外課堂中的“化學游戲化學習”

陳博殷 錢揚義 李言萍

（華南師范大學 化學與環(huán)境學院，廣東廣州 510006）

“游戲化學習”是指將教育游戲融入課程教學和自主學習活動的過程，在學習動機激發(fā)、知識學習、能力提升、情感態(tài)度價值觀培養(yǎng)等方面具有獨特的教育價值，逐漸受到國內外廣泛關注。具體到化學游戲化學習，關于化學游戲的主要形式、對應解決的化學學習問題、發(fā)展趨勢、應用狀況、使用成效等問題均值得深入探討。有必要聚焦國內外化學游戲化學習，從教師的角度出發(fā)對如何進行游戲化教學展開探討。因此，在整理分析“中國知網(wǎng)”（CNKI）和美國化學教育（JCE）在線期刊相關論文的基礎上，將國內外課堂化學游戲化教學分為“在教學活動中使用非電子及電子游戲”以及“將教學活動本身設計成一個游戲”兩種形式進行分類介紹。結果表明，國內外化學教育游戲形式多樣，涉及中學不同學段及不同教學內容，關注解決教學重、難點，為中學化學游戲化教學提供了有效支持，旨在為化學游戲的課堂教學應用提供有關參考。后續(xù)關于化學游戲化教學的研究，應注重根據(jù)具體教學情境，合理地使用游戲或者設計游戲活動，同時要聚焦化學教學重、難點，關注學生素養(yǎng)發(fā)展，準確定位教師角色，開發(fā)配套教學資源，有效整合信息技術，優(yōu)化與創(chuàng)新課堂教學。

游戲化學習；化學游戲；教育游戲；520中學化學桌游；化學撲克牌；電子游戲；活動課

一、引言

游戲化（Gamification），是指將游戲或游戲元素、游戲設計和游戲理念應用到一些非游戲情境中[1]。而游戲化學習在（Games-based Learning）狹義上指將游戲尤其是電子游戲應用到學習中；廣義上是指將教育游戲（Education Game）融入課程教學和自主學習活動，把游戲作為師生溝通平臺，從傳統(tǒng)單向說教模式轉化為互動交流模式，讓學生在輕松愉悅的學習體驗中獲得知識、技能，以培養(yǎng)正確情感態(tài)度的過程[2]。相較于教育游戲強調游戲本身，游戲化學習更注重學習模式設計，而游戲化教學和游戲化學習在本質上相同，只是前者更強調從教師的角度來探討如何進行游戲化教學。

相關研究表明，游戲化學習有利于調動學生的學習積極性，激發(fā)學習動機，發(fā)展認知能力，培養(yǎng)學生創(chuàng)造力、問題解決能力、協(xié)作能力等高階能力，并從不同視角證實了其價值[3-5]。游戲化學習強調寓教于樂的教育理念，凸顯游戲對教育的支持作用，近年來逐漸受到國內外社會各界關注[6-10]。許多國家均發(fā)布相關報告指出游戲在教育系統(tǒng)中的重要作用，并進行相關規(guī)劃。其中，2009年歐盟學校聯(lián)盟發(fā)布了一份調研報告How are digital games used in schools?介紹歐洲若干國家在中小學應用游戲教學的案例；同時，開發(fā)了一本教師教學手冊Digital games in schools。2010年《美國教育技術規(guī)劃》指出，在未來五年，美國將充分發(fā)揮和利用游戲技術，提高學習者的參與程度和動機。通過分析新媒體聯(lián)盟《地平線報告》，其歷年發(fā)布的報告，我們可以發(fā)現(xiàn)，大部分報告均提及教育游戲和以游戲為基礎的學習方式在未來會得到較大發(fā)展；如，2014年的《地平線報告》，預測游戲和游戲化將在未來2-3年被采納，列舉的已有實踐案例包括教師在課堂中使用游戲化教學法，譬如，整合數(shù)字化游戲以及如角色扮演、模擬等類似游戲的活動。

2013年，教育游戲正式納入我國基礎教育資源的征集范圍。2014年，上海市發(fā)布《2014上海基礎教育信息化趨勢藍皮書》，提到游戲化學習在未來幾年將得到較大地發(fā)展。2015年8月，中國教育技術協(xié)會教育游戲專業(yè)委員會成立，旨在建立一個教育游戲理論研究不斷深入、實踐領域逐步拓展、應用場景不斷豐富的跨國跨界的創(chuàng)新交流平臺，并在全國各中小學校著手開展游戲進課堂的創(chuàng)新計劃，開發(fā)精品課例。2017年2月，教育部正式印發(fā)的《義務教育小學科學課程標準》，明確提到科學游戲是科學學習的有效方式之一。

根據(jù)游戲在課堂教學中的應用目的和組織形式，游戲融入學科教學的方式主要可以分成以下兩種[11]：其一，在教學中使用實體游戲、虛擬游戲，以及將兩者相結合的游戲，將游戲用作教學各環(huán)節(jié)的支持工具；其二，在教學活動中有效融入游戲元素，使活動本身成為一個個游戲，譬如，用積分、徽章等獎勵帶動小組合作與競爭等。教育游戲與具體學科的整合應用也在不斷深入，包括具體學科的游戲設計、配套教學資源開發(fā)、教學法研究等等。

具體到化學學科，目前國內外化學類教育游戲形式有電子游戲、桌面游戲、卡片游戲、情境游戲等。總體來說，化學游戲在課堂教學上的實踐運用，還處于不斷探索與完善階段[12-16]。在將化學教育游戲應用于教學時，如何選取教學內容、設計教學活動、創(chuàng)設游戲機制、開發(fā)教學資源、改造教育游戲等情況，都需要教師綜合考量，許多問題還需作深入探討。錢揚義教授課題組致力于化學撲克游戲的研發(fā)與應用長達14年，由研究生與本科生共同參與，目前已取得理想效果。在多年化學游戲相關研究的基礎上，研究團隊聚焦國內外化學游戲化學習，從教師的角度出發(fā)探討如何有效進行游戲化教學，旨在為化學游戲的課堂教學應用提供參考。

基于此，本文主要對國內外化學游戲化教學進行歸類分析，聚焦化學游戲的主要形式、對應解決的化學學習問題、發(fā)展趨勢、應用狀況、使用成效等，希望以此為教育游戲與化學教學的有機融合開拓視野，為設計更高水平的化學游戲化教學課堂案例提供有益參考與借鑒。

二、國內化學游戲化教學的相關研究

我們在“中國知網(wǎng)”以“化學”并“游戲”為主題進行檢索，學科選擇“中等教育”，主要對《化學教育》《化學教學》《中學化學教學參考》三大化學教育類期刊及碩博士論文進行分析，側重關注游戲在學?；瘜W課堂教學中的應用。根據(jù)內容的相關性，我們選取相關文獻29篇，如圖1、圖2所示。

圖1 “中國知網(wǎng)”化學游戲化教學論文數(shù)量統(tǒng)計

圖2 “中國知網(wǎng)”化學游戲化教學論文來源統(tǒng)計

通過對論文進行內容分析，我們同樣可以將國內化學游戲化教學分為兩種形式進行討論：其一在教學活動中使用游戲，包括非電子類游戲及電子類游戲；其二將教學活動設計成一個個游戲。

（一）在教學活動中使用非電子游戲的研究

非電子類游戲實物形式主要有卡片、桌游、棋類、麻將等，包括師生自制的教具，也包括正式出版公開發(fā)行的游戲，如表1所示。雖然目前國內市場上銷售的化學非電子類游戲較少，但實物制作精良，規(guī)則完善多樣，配套資源豐富，為教師開展游戲化教學提供了有效支持，在課堂教學中可以對其直接使用，也可以根據(jù)具體教學情境對原游戲規(guī)則加以修改。

卡片類游戲制作簡單、攜帶方便，應用較廣泛。在游戲中主要可以借助卡片本身呈現(xiàn)知識，使卡片起到信息載體的作用。整個教學過程可以結合設定的機制進行游戲，譬如，在卡片上記錄知識點，在課堂上隨機抽取提問，以學生小組的形式進行競賽游戲[17-19]；或者根據(jù)規(guī)則進行打牌游戲等[20]。此外，可賦予卡片本身、卡片的操作過程以化學意義，讓學生進行相應的活動，開展概念教學[21-22]。如，在可逆反應概念的教學中，用卡片的正反面類比反應物和生成物，牌正反面相互翻轉，類比正反應和逆反應，而每次翻牌的個數(shù)類比化學反應。在每一次翻牌操作中，如果從正面翻到反面的牌數(shù)和從反面翻到正面的牌數(shù)相等，即類比反應達到平衡。在課堂上學生進行翻牌傳遞游戲，設定每次翻牌個數(shù)，同時記錄相關信息，表征化學反應過程，直觀深刻理解可逆反應相關概念。

表1 在教學活動中使用非電子游戲的案例分析

棋類、桌游、麻將類化學游戲，通常采用生活中的常規(guī)游戲母體做參考，其規(guī)則豐富多樣，有利于將更多化學知識融合進去。部分學生熟悉常規(guī)游戲，因此容易掌握以其為基礎的化學游戲規(guī)則，在游戲過程中，可發(fā)揮同伴互助的作用。例如，“保持平衡”化學桌游靈感來源于“我是大老板”桌游，在教學中，由學生扮演實驗員，用手中的任務卡、藥品試劑卡、反應條件卡等，互相配合，制定方案，完成任務，復習鞏固化學平衡知識[23]。

其中，華南師大錢揚義教授團隊致力于化學撲克牌游戲的開發(fā)與應用，已歷經(jīng)14年，由本科生及碩士生共同參與研究，成果包括紙質版和網(wǎng)頁版撲克游戲（www.520hx.com.cn/yx）。“紙質版520化學撲克牌游戲”包括不同系列[24-29]，正式出版的游戲包括廣州出版社出版的《忘不了中學化學撲克》，該游戲包含三盒撲克牌（一盒初中、兩盒高中），一本《新課標高一化學基礎知識訓練》、一本《化學用語5分鐘小測》（見圖3）；由科學出版社出版的《520中學化學桌游》，該桌游包含四副撲克牌及一本《520中學化學桌游學習法》（見圖 4），其參考了“UNO”、“三國殺” 等，開發(fā) “開胃菜”、“翻翻樂”、“爭上游”、“化學桌游”四款游戲，適合初中化學不同學習階段。“520化學紙質撲克牌”游戲充分發(fā)揮“玩化學、化學好玩、玩好化學”的教學理念，得到了中科院院士、工程院院士、化學教育家、心理學專家等多位學者的高度肯定。

圖3 忘不了中學化學撲克

圖4 520中學化學桌游

目前，該款游戲已在全國眾多省份推廣使用，被廣泛運用于高中、初中化學常規(guī)課堂（含新授課、復習課等）、化學第二課堂、化學撲克牌比賽等（見圖5-7）。該課堂氣氛熱烈，深受師生好評，可有效解決化學用語學習難題。譬如，針對初二化學啟蒙教學，研究者在深圳某中學初二年級開設兩課時的 “化學開胃菜”游戲化教學活動課，幫助學生通過認識牌面信息開展玩牌活動，初步認識元素符號及物質化學式。課后問卷調查反饋顯示：100%的學生對該課程表示喜愛；91.7%的學生認同“520化學開胃菜”規(guī)則簡單易學，有助于促進其化學學習；87.6%的學生學會了元素符號的表示方式[30]。

圖5 520桌游初二化學啟蒙活動課

圖6 520桌游初三化學常規(guī)課

圖7 化學撲克牌比賽

針對初三化學新授課，研究者開發(fā)了“520化學撲克牌物質分類”教學案例，選取東莞某中學兩個平行班進行教學實踐。通過課堂練習比較，采用游戲化教學法的班級正確率相較常規(guī)教學班級，在元素名稱和符號書寫上高出2%；在化學價口訣上高出2%；在化學式書寫方面高出9%[31]。而針對初三化學復習課，研究者開發(fā)了 “520化學撲克牌酸堿鹽教學案例”，選取東莞某中學兩個平行班進行教學實踐，通過課后練習比較，采用游戲化教學法的班級總體正確率比常規(guī)教學的班級高出2.4%[32]。

此外，在游戲教學實踐中，配套資源的開發(fā)對教學也起到了有效的補充完善作用。譬如，有教師制作了課前教學視頻、《游戲攻略》冊子等供學生學習；設計了游戲配套手冊在課后檢驗學習效果；開發(fā)了配套游戲軟件供學生在線學習，這些舉措都有助于學生更好地在游戲中學習知識。

（二）在教學活動中使用電子游戲的研究

電子游戲（Digital Game）是指依托電子設備進行的一種游戲體驗方式，包括游戲機游戲、電腦游戲、移動游戲（主要為手機游戲）等，是很多青少年學生重要的娛樂方式之一。電子游戲具有競爭性、互動性、即時性等特點，對學生會產(chǎn)生強烈的吸引力。此外，相較于非電子類游戲，電子游戲更加形象生動，有利于學生在游戲中產(chǎn)生沉浸感，學生置身其中學習化學知識，易于突破化學難點。隨著網(wǎng)絡、手持智能終端等的發(fā)展普及，教師逐漸在教學活動中嘗試使用電子游戲，如表2所示。

表2 在教學活動中使用電子游戲的案例分析

電子游戲與化學教學結合存在以下三大特點。其一，部分游戲由日常生活中風靡的電子游戲演化而來，容易激發(fā)學生興趣。如，“化學用語單機版手游”（見圖8）靈感來源于“連連看”、“消滅星星”這兩款游戲[46]。其二，游戲形式以角色扮演類居多[47-48]，而這也正是青少年比較喜歡的游戲類型之一。學生被賦予不同的角色，如，“熱愛化學的青年學生”（見圖9）、“島嶼的開發(fā)”和“攻克者”、“化學戰(zhàn)士”、“黃金礦工”等。學生在虛擬世界中主動進行探索體驗，容易獲得成就感和滿足感。其三，游戲結合限時挑戰(zhàn)、闖關晉級等機制，該類型的活動有利于激發(fā)學生斗志。如，“520化學網(wǎng)絡撲克”游戲[49]（見圖10，www. 520hx.com.cn/yx），以小組比賽的形式進行，每輪比賽三局，每局各小組第一名出線并進入下一局比賽，其余三方皆被淘汰，一輪比賽結束后獎勵積分最高的小組和個人。該游戲為教師解決了化學用語教學難點問題，為中學生提供自主和合作的學習新平臺，被廣泛應用于中學生的化學學習、化學教育專業(yè)大學生的課程學習以及化學一線教師的進修培訓中，已取得理想成效。

圖8 化學用語單機版手游

圖9 “生活化學大本營”游戲軟件

圖10 化學網(wǎng)絡撲克游戲客戶端

由于電子游戲耗時不同且對設備有一定要求，可在課堂上使用，也可作為課后作業(yè)活動供學生在課外自主學習使用。在課堂教學中，教師可在活動課、第二課堂等另外開課，或在學科課堂穿插使用。在實施教學時，教師一般要對學生進行游戲培訓，簡單講解游戲規(guī)則，或讓學生自主練習熟悉游戲；之后進入正式實施階段，讓學生發(fā)揮主體作用，教師起引導者、游戲伙伴等輔助作用，進行巡堂，觀察、指導、反饋，而不是喧賓奪主；在總結階段，則是通過游戲成績、紙筆練習、學生講解游戲過程等，檢驗學生的學習效果。

（三）將教學活動設計成游戲的研究

將教學活動設計成游戲，主要表現(xiàn)為利用游戲元素將教學活動甚至是整堂課設計成一個游戲。游戲化的元素主要體現(xiàn)在形式的選擇、流程的安排、機制的制定等。我們根據(jù)論文中提及的活動形式，主要可分為實驗類、表演類、語言類、競技類四大形式；參與游戲人數(shù)包括個人、團隊；游戲機制有普通的競猜、搶答、接力賽等，也有借鑒流行的綜藝游戲改編成的化學版游戲，具體分析如下：

1.實驗類活動

將化學學科的重要元素“實驗”與學生喜歡的“游戲”有效整合，教師多將實驗渲染魔術的神秘色彩，讓學生猜測揭秘，譬如《乙醇》課題教學中的“口吞烈火”揭秘活動[59]，《燃料與熱量》課題教學中的“生水煮雞蛋”，《溶液的形成》課題教學中的 “搖搖冰”、“密寫信”[60]。

2.表演類活動

讓學生扮演角色，置身其中，其知識體驗會更深刻。譬如《水的組成》課題教學，用紙板畫原子圖示做道具，學生扮演原子，進行電解水情境表演，呈現(xiàn)微觀世界，抽象學習具體化[61]；《環(huán)境保護》課題教學，在課堂上舉辦治理河道污染討論會，由學生扮演不同角色，幫助主人翁出謀劃策解決問題[62]。

3.語言類活動

有猜謎游戲，讓學生根據(jù)題目線索進行猜測，增強對知識的記憶理解[63]；也有順口溜編排，將知識點以有趣的形式呈現(xiàn)，譬如，用“查（茶）裝（莊）定點收離（利）熄（息）”，記憶制取氧氣實驗步驟，同時教師進一步拓展講解“有一個茶莊老板特別有錢，每個月定點去收取利息”[64]。

4.競技類活動

競技類活動類型更加豐富，課堂教學中多給活動冠名，調動課堂氣氛，吸引學生注意，指明游戲意圖。一方面，教師借鑒傳統(tǒng)游戲機制設置活動，譬如在復習課上，開設三輪積分制組間競賽活動，第1輪“實力對決”，各組代表抽簽確定本組專題，成員輪番上陣回答問題；第2輪“爭分奪秒”，小組合作聽描述猜物質；第3輪“齊心協(xié)力”，小組合作任選儀器設計實驗裝置；最后師生統(tǒng)計積分，給予表彰獎勵[65]，包含了答題、猜詞、合作設計等傳統(tǒng)游戲。另一方面，教師對大家熟知的綜藝游戲進行改編，如，“化學版誰是臥底”、“化學版一站到底”、“化學版胡蘿卜蹲”、“化學版撕名牌”等游戲。譬如，“化學版撕名牌游戲”，以“奔跑吧！兄弟”節(jié)目中的撕名牌游戲為藍本，復習離子方程式的書寫——在玩家背后貼上寫有不同陽陽離子的名牌；在比賽過程中，若對手的名牌上的離子與自己的離子不共存，則要在不傷害對方的情況下想辦法撕下；若撕下的名牌上的離子是與自己的離子共存，則被淘汰，最終留在場上的離子獲勝[66]。該游戲在激烈的競爭環(huán)境下，可幫助學生快速記憶判斷離子的共存問題。

已有的教學實踐證明，上述活動類游戲的價值在于使原本單調乏味的教學活動變得生動有趣，學生的學習動機被激發(fā)，課堂氣氛融洽歡快。一方面，學生積極主動參與并沉浸游戲中，在全神貫注中達成目標，從而快速掌握基礎知識，巧妙化解學習難點；另一方面，在游戲活動過程中學生組內合作、組間競爭，各種各樣的任務，對學生溝通合作能力、問題解決能力、創(chuàng)新能力等均有所促進。

三、國外化學游戲化教學相關研究

國外化學游戲化教學相關研究起步比較早，Using Games to Teach Chemistry一文[67]，較系統(tǒng)地介紹了1929年到1999年國外化學游戲化教學概況，列舉了67種化學教育游戲，包括26個電子游戲。

該研究按內容將化學類游戲分為化學介紹類、有機化學類、其他化學游戲。其中化學介紹類可再細分為：基本知識，元素和原子結構，術語、公式、化學方程式書寫，化學反應，溶解和溶解性，其他物質。根據(jù)游戲元素的使用方式，在教學活動中同樣可分為使用游戲、將教學活動設計成游戲兩種形式。在游戲中電子游戲、卡片游戲、桌面游戲三者占主導地位。國外與國內的游戲化教學有很多相似之處，但國外的游戲更加多樣，且注重引導學生認識微觀世界，如，1929年有研究者在課堂上讓學生用帶鉤的原子建構分子模型，直觀認識物質的元素構成；1976年有研究者設置了一個游戲，讓學生挑選聚苯乙烯小球做的原子，通過給定的原子大小和價電子數(shù)來界定原子，在給定時間內瓶裝盡可能多的分子。

在該研究的基礎上，我們選取美國化學教育雜志Journal Of Chemical Education（JCE，隸屬美國化學會）相關論文進行分析，該期刊在化學教育領域有較大影響力，這有助于從一定層面上了解國外化學游戲化教學基本情況。通過在JCE在線期刊網(wǎng)站，以“游戲”為篇名部分進行檢索，論文發(fā)表時間限定為1999年至2016年，通讀文章并將研究學段細化到中學，最終選取相關文獻29篇進行分類統(tǒng)計。

（一）在教學活動中使用非電子游戲的研究

在教學中使用的非電子類游戲，以卡片類及桌游居多。國外的卡片類游戲同國內相似，卡片在教學活動中主要起知識載體的作用，可由師生參與制作，通過將卡片與對應信息匹配、猜測卡片內容、按一定規(guī)則玩牌等游戲，學習卡片上的信息。根據(jù)以上三種分類，對卡片游戲具體介紹如下：

1.匹配卡片游戲

譬如，用于化學實驗儀器教學的Picture Chem（圖片化學）[68]（見圖11）。該游戲由30張任務卡和一個游戲板組成，任務卡由教師和學生自制，包含實驗室常見化學儀器的定義和功能，游戲版上有每種化學儀器的圖片；游戲任務為小組比賽，按任務卡上信息尋找相應化學儀器。還有同樣用于實驗儀器教學的卡片類游戲The Match Game（匹配游戲）[69]。在游戲準備階段，學生將課程涉及到的儀器分別寫在40到50張卡片上；在游戲配對環(huán)節(jié)，學生分組合作，按照索引表找出對應卡片，教師檢查并討論用途；在游戲討論環(huán)節(jié)，以學生為主，對實驗設備進行比較，包括其優(yōu)缺點、使用條件等。Elements（元素）[70]則用于化學元素名稱和符號的教學，亮點包括由學生自行設計的卡片。

2.問答卡片游戲

此類游戲在教學活動中運用的基本形式多為學生或師生合作，通過語言肢體等提示，讓對方猜測卡片信息，能有效考察鞏固學生對相應知識的掌握及發(fā)散思維。包括Where’s Ester（脂類在哪里）[71]（見圖12）、Concentration Game（濃度游戲）[72]（見圖13）、Elemental Periodica（元素周期）[73]、Chemistry Taboo（化學禁忌）[74]、The Name Game（命名游戲）[75]等。其中，禁忌游戲在聚會常被使用，游戲中學生被分為4組，玩家輪流幫助隊友猜測正確卡片包含的關鍵詞，但不能說出卡片中包含的禁忌詞匯，考察學生對卡片上詞匯相關特點的熟悉程度。而The Name Game游戲派生自一個社會交往活動，每個團隊由3-6個學生參與，教練在每個學生背后貼一張寫有化學概念名字的卡片（如，元素、化合物、儀器、化學反應等），團隊中成員看不到自己的名字但可看到其他人的名字。通過詢問團隊中其他成員是否問題，猜測自己背上的化學概念并寫下來，直到每人都猜出自己被貼的名字。這些游戲規(guī)則簡單，容易上手，可以有效調動學生的參與度。

圖11 圖片化學Picture Chem

圖12 脂類在哪里Where’s Ester

圖13 濃度游戲Concentration Game

3.定規(guī)則玩牌的卡片游戲

此類卡片游戲類型較多，包括ChemMend[76]（見圖14）、The Old Prof Card Game[77]（見圖15）、Go Chemistry[78]（見圖 16）、Cheminoes[79]、Families of Chemical Elements Game[80]。部分改編自在日常生活中為大家所喜聞樂見的紙牌游戲，如，“UNO”、“老女仆”、“去釣魚”等，可供多位學生一起進行游戲，在出牌中熟悉相關知識，訓練思維能力。如，“ChemMend”改編自“UNO”，用于鞏固元素周期表知識，90張卡片含有元素周期表中的典型元素信息，另外27張卡片無化學信息，打牌規(guī)則包括同主族、同周期出牌、無化學意義的功能牌出牌，每局5-15分鐘。而“老教授”紙牌游戲，則是“老女仆”和“去釣魚”游戲交叉改編而成。

圖14 化學版UNO ChemMend

圖15 老教授紙牌游戲

圖16 Go Chemistry游戲

桌游類游戲規(guī)則更加豐富，且各有特色，包括G. O.B Chemistry[81]（見圖 17）、Element Cycles[82]（見圖18）、CHeMoVEr Board Game[83]（見圖19）、Nucleogenesis[84]等游戲。G.O.B Chemistry游戲堪稱“化學版的百萬富翁”，該游戲可應用于有機生物化學課程復習。在游戲準備階段，學生自編問題，對應章節(jié)，由至少一名同學互相校對給出的答案，并從中挑選60-80個問題&答案用于游戲。比賽時部分學生作為選手，部分作為場外觀眾，以“百萬富翁”游戲為依托，進行問答游戲。

圖17 化學版百萬富翁

圖18 元素周期

圖19 CHeMoVEr桌游

除此之外，根據(jù)游戲教具類型，還有模型類、麻將類等、方塊類等。譬如，模型類游戲Fastest Fingers[85]（見圖20），用于鞏固有機化學相關知識，包括命名法、異構、基本反應等。該游戲屬于團隊競賽類，在教學中，3-4名學生為一個小組，教練可在投影屏上提示某一有機物的線索，小組要又快又準地組裝分子，通過使用建模工具的方式構建答案，要求速度與準確度結合，鼓勵團隊有效協(xié)作提高工作效率。麻將類游戲ChemOkey[86]（見圖21），由一套106個塑料或木制磚塊組成。磚塊上寫有常見陽離子及陰離子的名稱和符號，基本規(guī)則與麻將類似，融合公式和離子化合物創(chuàng)建，從而幫助學生可以學習常見離子符號和名稱，了解電中性原理。而方塊類游戲Egame[87]（見圖22），旨在讓學生動手體驗化學動力學原理。參與游戲的每組中有一個成員配有20塊方糖，方糖一面寫了紅色的X，一面寫了藍色的Y，這些成員為反應物R的托管者。沒有被給予方糖的是產(chǎn)物P的托管者。第一次，攪拌R系列物質，顯示出紅色或藍色標記物則歸到P系列；攪拌P系列物質，顯示藍色標記則歸到R系列。每次攪拌，游戲重復10次。記錄每次轉換的數(shù)目，以此讓學生體會反應速率及化學平衡等知識，與前文提到的國內模擬化學反應的紙牌類游戲異曲同工。

圖20 模型類游戲Fastest Fingers

圖21 麻將類游戲ChemOkey

圖22 方塊類游戲Egame

（二）在教學活動中使用電子游戲的研究

國外電子游戲在教學中的使用與國內大同小異，如，通過設置關卡讓學生通關，將知識片段化；通過積分賺取點數(shù)、等級評價等方式，激發(fā)學生學習動機；通過團隊游戲，讓學生分工協(xié)作，互相交流，發(fā)揮所長[88-92]。譬如，將Chemistry Game Shows[93]（化學游戲秀）用于高中化學原理復習課教學，化學原理知識對很多學生而言都是抽象枯燥的，將游戲融入教學可提供學生一種刺激互動的方式去審視該知識點。通過電腦編程，將傳統(tǒng)游戲“百萬富翁”等改編為適合的化學復習課，如，改編為“誰想成為杰出的化學家”，結合化學復習課內容需要改編游戲問題，提供網(wǎng)頁版或軟件版供學生復習使用，也可在教室中投影使用。

再者，如Rainbow Matrix game[94]（彩虹矩陣游戲，見圖23）可用于幫助學生學習，游戲設定了不同的陽離子和陰離子各36種，學生要將兩者正確組合，并輸入所組成的化合物的化學式及名稱。計算機會根據(jù)學生完成情況評價等級并反饋給老師。

而Chemical Mahjong[95]（化學麻將，見圖24）則是一款對公眾開放的在線游戲，用于化學基礎知識教學。學生要將元素名稱與符號、分子或離子的氧化數(shù)、基態(tài)價電子層電子排布、化學物質的酸堿性等進行匹配，分數(shù)會被系統(tǒng)自動記錄，在短時間內匹配成功數(shù)越多，分數(shù)越高。

圖23 彩虹矩陣游戲Rainbow Matrix game

圖24 化學麻將在線游戲Chemical Mahjong

（三）將教學活動設計成游戲的研究

此類游戲活動主要為情境任務類，用游戲幫助學生鞏固基礎知識、理解抽象概念、深入探究日常生活的化學知識；同樣以團隊比賽的形式培養(yǎng)學生的分工合作能力，且團隊中每個人都有任務分配，避免出現(xiàn)部分成員無活可干的情況，真正做到各盡其職、各盡所能，具體分析如表3。

圖25 The Case of Plastics塑料案例聽證會游戲

圖26 玻爾茲曼游戲The Boltzmann Game

表3 將教學活動設計成游戲的案例分析

四、國內外化學游戲化教學的比較分析

（一）具體游戲實物多樣，國外卡片類游戲更豐富

在統(tǒng)計的游戲化教學案例中，以具體實物（含教育軟件）作為課堂教學支持工具的、國內有19個，國外有27個，實物形式多樣，見圖27、圖28。在非電子類游戲中，卡片類游戲研究居多；桌游類游戲國外相比國內更多，且形式豐富。各類游戲基本被賦予簡單易記、體現(xiàn)特色的名字，有利于增強學生的學習興趣。將實物融入課堂教學的同時，為課堂設置游戲機制，強調讓玩家產(chǎn)生沉浸感。

圖27 國內實物類游戲類型占比圖

圖28 國外實物類游戲類型占比圖

（二）均關注教學重、難點，國外涉及的抽象知識較國內多

從游戲涉及的化學知識點可看出，游戲內容通常為化學中經(jīng)常出現(xiàn)的知識點，涉及的知識點較廣。國內游戲化教學更關注化學基礎知識，如，元素符號、化學式、化學反應方程式等，化學原理性知識涉及較少。相較而言，國外用游戲化教學著重解決抽象理論、學生不易理解的知識點，如，化學平衡、價電子互斥理論、熵變模型等的相關研究略多。

（三）國外更注重在游戲教學中用具體實物表征微觀世界

國外在1999年之前的游戲已對微觀世界有所關注，如，2013年“最快的手指游戲”、2003年“分子建?！庇螒颍塾诨瘜W微觀層面，都是讓學生用日常生活材料構建分子模型，包括塑料小球、生活用品黏土、牙簽等。這有利于學生直觀體驗微粒構造，在構建過程中發(fā)現(xiàn)細節(jié)，如，原子大小、鍵長鍵角等。相較而言，國內在用游戲教學研究微觀粒子結構方面的研究稍顯單薄，相關研究可多加強。

（四）國外游戲化教學受眾面廣，含低年級大學生及社會大眾

國外游戲的適用學段較國內寬泛，如圖29和圖30所示，游戲的面向對象不僅僅為中學生。可以根據(jù)不同教學內容對其進行改編，使之適用于大學生及社會大眾，這對化學知識的普及推廣有著積極的促進作用。

圖29 國內游戲化教學適用學段

圖30 國外游戲化教學適用學段

五、啟示與展望

綜合上述研究分析，我們可以發(fā)現(xiàn)，游戲化教學應注重根據(jù)內容合理地在教學中使用游戲或者設計游戲活動，且不一定要拘泥于游戲的外在形式，也可以是把游戲的元素、理念、設計和精髓應用到教學各環(huán)節(jié)中；而在教學活動中使用游戲并將教學活動設計成游戲，是根據(jù)游戲元素的使用方式對游戲化教學法做理論分類，在實際教學中也可以將這兩種教學方式綜合起來使用；要把握游戲和教學中的平衡，明確游戲的目的，不是為了游戲而游戲；通過增強師生互動、生生互動、調動學生學習積極性，讓學生在愉快的學習氛圍中，理解知識、提升能力、發(fā)展情感態(tài)度價值觀。在進行游戲化課程設計及實施時，應關注以下八個方面問題。

（一）通過游戲傳遞知識，聚焦化學教學難題

前文介紹了多種化學游戲，其側重不同的學段、不同知識點，對于解決不同階段的化學教學難點具有獨特作用。教師可以根據(jù)教學需要選擇游戲，譬如，化學用語的學習是初中教學重、難點，因其存在方程數(shù)量多、學習時間短、記憶規(guī)律少等特點，長期以來困擾著師生。而“520中學化學桌游”，將物質分類與撲克牌花色結合，將化學反應與打牌規(guī)則結合，幫助學生擺脫簡單機械的記憶強化方式，在玩中學，輕松記憶理解化學用語。再者，高中化學也存在許多難題，譬如，化學原理性知識抽象難懂，化學結構知識微觀復雜，元素化合物知識縱橫交叉，而化學反應原理模擬游戲、模型拼裝游戲、元素周期表拼圖游戲、角色扮演電子游戲等，化抽象為具體、化無形為有形、化零碎為系統(tǒng)，有效化解上述教學難點。

（二）合理安排游戲活動，關注學生素養(yǎng)發(fā)展

關注學生素養(yǎng)的培育，是目前全世界基礎教育理論研究和實踐變革的重大趨勢，直接指向教育的根本問題“要培養(yǎng)什么樣的人”?！睹嫦蛭磥恚?1世紀核心素養(yǎng)教育的全球經(jīng)驗》報告，從29個國際組織或經(jīng)濟體發(fā)布的權威教育文件著手，分析其核心素養(yǎng)教育關注情況，從中可知，溝通與合作、信息素養(yǎng)、創(chuàng)造性與問題解決等七大素養(yǎng)最受各大經(jīng)濟體和國際組織重視。學生素養(yǎng)的培養(yǎng)與游戲化教學的理念不謀而合，譬如，在合作能力方面，讓學生在游戲中以小組為單位，每個人發(fā)揮自己所長，贏取團隊勝利，潛移默化地使其溝通與合作能力有所提升。在信息素養(yǎng)方面，學生在游戲中對信息技術設備進行使用，對信息進行獲取加工處理等，都有機滲透了信息素養(yǎng)的培養(yǎng)。例如，提供學生電腦、平板等設備進行游戲，引導學生在信息化平臺搜索與使用資源、進行線上學習等，均要求學生在網(wǎng)絡虛擬空間進行玩家間的互動時保持基本道德規(guī)范等。在創(chuàng)造性與問題解決方面，課堂上要注重為學生營造自由寬松平等的學習氛圍，創(chuàng)設開放的問題情境，促進學生敏銳洞察問題，積極主動思考，大膽質疑創(chuàng)新。譬如，讓學生參與游戲規(guī)則的制定甚至自編游戲；引導學生在建構性游戲中發(fā)散思維，探尋更多新點子；鼓勵學生在角色扮演游戲中發(fā)揮想象力，對角色進行創(chuàng)造拓展等。

（三）根據(jù)具體教學情境，設計并改造游戲

在教學中使用游戲，游戲的設計與選擇要根據(jù)具體教學情境，綜合考量教學目標、教學內容、學生特征、教學環(huán)境、教學時長等多個因素，有效發(fā)揮游戲的可用性。教師一方面可以根據(jù)需要自制教具，這種方式靈活性強但較耗時；另一方面可以選擇現(xiàn)成的游戲，但在教學中要因地制宜，將游戲的規(guī)則根據(jù)實際情況進行改造。譬如，使用市售的“520中學化學桌游”進行游戲，教師應秉持“不唯牌”的原則，結合教學實際，適當改造撲克牌，甚至可以補充撲克牌面呈現(xiàn)的信息，而這一環(huán)節(jié)也可以發(fā)動學生參與，以提升學生的參與意識和成就感。

（四）根據(jù)教學不同環(huán)節(jié)，設置適當游戲形式

在游戲中融入不同教學環(huán)節(jié)，達到的效果不同，故需設置不同的形式：（1）導入環(huán)節(jié)——可設計簡短的小游戲，有助于學生集中注意力，及時進入課堂狀態(tài)，如，化學趣味小實驗、化學謎語競猜等；（2）知識新授環(huán)節(jié)——要判斷哪些內容是可以用游戲呈現(xiàn)，思考如何將一個傳統(tǒng)的學習活動設計成一個游戲；強調找準知識重、難點，各個擊破，讓游戲傳達給學生學習的東西，同時避免時間久產(chǎn)生疲憊感，如，分子結構教學，可以設計模型拼裝游戲；元素周期表教學，可以選擇卡片匹配游戲等；（3）練習環(huán)節(jié)——知識新授之后，設置小練習鞏固加深理解，此時的游戲要針對考察內容，明確訓練目標與規(guī)則，如，用信息連線游戲考察學生對知識的記憶程度等；（4）總結環(huán)節(jié)——可以讓學生以書寫游戲日記、作戰(zhàn)反思、思維導圖、學習報告等，深度參與知識總結等方式，形成完整知識框架，真正達到融會貫通。

（五）開發(fā)教學配套資源，打造“游戲+”理念

游戲化教學，學生需要的不僅僅是游戲，更需要配套資源的支持。教師要打造了一種“游戲+”的理念，配套的教學工具可包括如下：（1）電子資源——以微視頻形式進行游戲的規(guī)則講解或示范說明、知識點的懸念設置或總結歸納等，供學生課前預習、隨堂使用、或課后拓展。（2）實踐材料——針對每節(jié)課的實驗箱、道具箱，包含拼裝模型使用的橡皮泥、面團、牙簽等；角色扮演需要的道具，小組合作展示用的磁性軟白板等；此外，部分材料可以器材清單的形式讓學生課前準備，且不設限，讓學生充分發(fā)揮聰明才智，提倡巧妙運用生活中的材料。（3）課堂學案——學案可作為學習導航，譬如，提供流程圖幫助學生，有利于清晰課堂活動安排；提供游戲指南，幫助學生理解游戲規(guī)則，步步通關；提供小組任務分配表格，分工到個人，提高團隊協(xié)作的有效性等。（4）交流平臺——建立交流平臺，使用混合學習方式，有利于學生共享資源、分享經(jīng)驗，為學生提供廣闊的學習環(huán)境；平臺形式可以是論壇、微信公眾號、微信群、QQ群等，分享的資源可以是活動心得、游戲攻略等；此外可撰寫推送課堂活動通訊稿，支持學生在文章末尾進行留言，提出建議意見等。

（六）準確定位教師角色，兼任觀眾、教練及隊友

游戲化教學，不是放手讓學生自己去玩，教師應時刻關注學生動向，提醒其游戲規(guī)則，維持課堂紀律。因此，在游戲化教學中，教師應兼顧多種角色。（1）觀眾：觀看學生表現(xiàn)，表揚激勵；（2）教練：當學生有關于游戲操作、學科知識、方法技巧等疑問時，及時解答指導，鼓勵學生之間同伴互助。（3）隊友：教師可以與學生一起完成任務，并肩作戰(zhàn)，感受游戲樂趣，有利于理解學生真實感受，獲得與學生的情感共鳴。

（七）巧妙融合游戲元素，維持學生學習熱度

游戲元素包括游戲主題、晉級機制、獎勵機制、競爭機制等。給游戲冠一個鮮明有趣的且具有情境性的主題，如，“武林爭霸賽”、“化學王國之旅”，能夠激發(fā)學生興趣；主題可以貫穿游戲甚至課堂始終，一以貫之讓課堂更具整體性。晉級機制可以表現(xiàn)為闖關進階，將知識片段化，目標分層，設置不同知識點的關卡或不同難度的關卡，讓學生進行晉級游戲，達到教學的循序漸進。獎勵包括過程獎勵和結果獎勵，對游戲中有較好表現(xiàn)的學生進行獎勵，獎勵不一定是實物，可以是積分、點數(shù)、徽章、升級裝備等，如，“武力值”、“豁免權”、“錦囊秘籍”等，該獎勵可以對下一環(huán)節(jié)或比賽結果起到幫助作用，讓學生體會環(huán)環(huán)相扣的成功感。競賽機制，可以表現(xiàn)為游戲的個人或團隊比賽，設置排行榜，根據(jù)教學需求定排行周期，可以是一節(jié)課或一段教學周期等。

（八）有效整合信息技術，優(yōu)化與創(chuàng)新課堂教學

信息技術的發(fā)展日新月異，對教育的發(fā)展具有革命性的影響，近年來，編程技術、建模技術、3D打印、虛擬現(xiàn)實、人工智能等高新技術蓬勃發(fā)展，涌現(xiàn)出了諸如在線學習、STEAM教育、創(chuàng)客教育、翻轉課堂等新的教學模式，也支持著游戲化教學向網(wǎng)絡化、智能化、多元化、個性化方向發(fā)展。教師要學會搜索選擇適當?shù)男畔⒓夹g，將其有效地滲透到教學中，為學生創(chuàng)設更新奇、更深刻的體驗，真正實現(xiàn)用技術服務教育。譬如，用手持技術將化學宏觀實驗現(xiàn)象數(shù)據(jù)化；用建模軟件將抽象的化學概念性原理性知識可視化；用繪圖軟件讓學生快速繪制分享作品；用同屏技術實時拍攝展示學生學習動態(tài)等。

總之，通過信息技術的整合，能讓課堂教學更加優(yōu)化便捷，從而促進學生創(chuàng)新能力、合作能力、問題解決能力、批判思維等的進一步發(fā)展。

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A Review of Application and Research on Game-based Learning：Based on the“Chemistry Game-based Learning”in Class at Home and Abroad

Chen Boyin，Qian Yangyi&Li Yanping
（Institute of Chemistry and Environment，South China Normal University，Guangzhou Guangdong 510006）

“Game-based learning”refers to integrating educational games into curriculums and students’self-learning activities.It has unique educational value in stimulating learning motivation，learning knowledge，raising ability，cultivating emotion attitude and values，which attracted much attention at home and abroad gradually.Specific to chemistry game-based learning，there are many problems worthy of further study，including the forms of chemistry games，the chemistry learning problem that can be solved，the trend of development，the application status and the effect of use.In this paper we focused on the domestic and foreign chemistry game-based learning and discussed how to carry on the game-based teaching from the teacher’s point of view.The aim is to providing reference for the application of chemistry game in class teaching.This study reviewed the academic papers found in China National Knowledge Infrastructure（CNKI）database and Journal of Chemical Education（JCE）.There are two forms of game-based teaching of chemistry.One is using games in the teaching activities;the other is designing teaching activities into a game.It is found that there are many forms of chemical educational games at home and abroad.They involve different periods and teaching contents of middle school and focus on the key and difficult points of teaching.Therefore，game-based teaching in middle school chemistry class is effectively supported.The follow-up research should focus on the rational use of games or design game activities according to specific teaching situations.It is also necessary to focus on the key and difficult points of chemistry teaching，pay attention to the development of students’quality，locate the role of teachers accurately，develop supporting teaching resources，integrate information technology effectively，and optimize innovative classroom teaching.

Game-based learning；Chemical game；Educational game；520 middle school chemistry board;Chemical CARDS；Video game；Activity curriculum

G420

A

1672-0008（2017）05—0093—12

2017年6月21日

責任編輯：陳 媛

本文系2018年廣州市科技計劃項目（科普專題）“‘520化學桌游’學習法教材（第三版）”的研究成果。

陳博殷，華南師范大學化學與環(huán)境學院在讀碩士研究生，研究方向：化學游戲化教學、手持技術數(shù)字化實驗；錢揚義，華南師范大學化學與環(huán)境學院教授，博士，論文通訊作者，研究方向：手持技術數(shù)字化實驗、遠程化學實驗、化學游戲化教學、化學概念結構心理學、化學教科書的編寫與教學資源的開發(fā)等；李言萍，華南師范大學化學與環(huán)境學院在讀碩士研究生，研究方向：化學游戲化教學、手持技術數(shù)字化實驗。