裴蕾絲　尚俊杰

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)科學(xué);教育神經(jīng)科學(xué);教育游戲;游戲設(shè)計;數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)

中圖分類號：G434 文獻標(biāo)識碼：A

一、引言

當(dāng)前市場上關(guān)于“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”的練習(xí)存在著諸多問題。首先，教輔市場亂象由來已久[1]，真正能與課堂教學(xué)有效銜接的練習(xí)十分匱乏[2]。教輔資源的亂用，不僅會加重學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)，更可怕的是，大量不科學(xué)的練習(xí)可能會阻礙學(xué)生數(shù)學(xué)能力的真正養(yǎng)成，讓學(xué)生采用錯誤的方法學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)，長此以往，即便學(xué)生個個都能成為應(yīng)試高手，但從學(xué)生的長遠發(fā)展來看，卻是有百害而無一一利的。其次，小學(xué)一年級是培養(yǎng)學(xué)生數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)興趣的重要時期，重復(fù)枯燥的計算練習(xí)不僅可能會使學(xué)生降低數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的熱情，同時也為教師和家長增加了更多額外的工作負(fù)擔(dān)。此外，在學(xué)生中間還存在人數(shù)不少的有數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)困難的學(xué)生（各國的發(fā)生率有所不同，大致在3%-30%[3]之間，我國大概在3%-6%[4]），這類學(xué)生在低年級時表現(xiàn)尚不明顯，但隨著年級的升高和知識難度的增加，他們與正常學(xué)生的差距會逐漸顯現(xiàn)，此時再進行特殊干預(yù)已經(jīng)為時已晚。而當(dāng)前的教輔練習(xí)，主要針對的還是正常的學(xué)生，很少把這群數(shù)量巨大、有特殊數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)需求的學(xué)生考慮在內(nèi)，這為高年級時學(xué)生出現(xiàn)兩極化埋下了隱患。

然而與“枯燥”的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)形成鮮明對比的是，當(dāng)前市場上日益火爆的游戲化學(xué)習(xí)（或教育游戲）。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，這一以“寓教于樂”為核心理念的新興教學(xué)形式，逐漸受到了社會各界的廣泛關(guān)注。為了迎合學(xué)生的學(xué)習(xí)需求，市場上關(guān)于“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”的教育游戲有很多，但大多質(zhì)量不佳，主要不足體現(xiàn)在以下三個方面：其一，游戲在學(xué)習(xí)方法上，并不符合大腦數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的認(rèn)知規(guī)律，這類游戲通常以重復(fù)性練習(xí)為特點;其二，游戲在學(xué)習(xí)內(nèi)容上，與當(dāng)前的國家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)并不完全匹配，主要強調(diào)是計算的正確率和速度，忽視了學(xué)生對計算本身意義的理解;其三，游戲的玩法較為單一，與其他類型的游戲相差甚遠，導(dǎo)致學(xué)生無法長期對此類游戲保持興趣。鑒于此，本文以小學(xué)一年級數(shù)學(xué)中的“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”為例，通過將理論構(gòu)建、設(shè)計與開發(fā)、實踐應(yīng)用結(jié)合在一起的方式，探索如何基于數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中的學(xué)習(xí)科學(xué)來設(shè)計開發(fā)一款符合當(dāng)前國家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)教育游戲，并對其實際效果進行了評估。

二、理論基礎(chǔ)

教育游戲是兼具教育性和游戲性的一類特殊游戲，在設(shè)計過程中，既要分別考慮兩種特性，還要做好兩者間的融合與平衡。就目前而言，市場上絕大部分教育游戲往往都只能做好其中一個方面，很難在同一產(chǎn)品中實現(xiàn)對兩者的兼顧，這就導(dǎo)致了所謂的教育游戲既無法像教輔資料一樣有效提升學(xué)生在測試中的表現(xiàn)，也無法像商業(yè)游戲一樣讓學(xué)生在游戲中持續(xù)獲得學(xué)習(xí)的快樂，從而產(chǎn)生了教育游戲設(shè)計中的“平衡困局”[5]。為了解決這一問題，本文將先從教育游戲的教育性出發(fā)，基于國家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，分析小學(xué)一年級數(shù)學(xué)“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”所涉及的教學(xué)目標(biāo)，再從學(xué)習(xí)科學(xué)“人是如何學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)”的角度，探討大腦進行數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的加工機制;之后，再從游戲性出發(fā)，立足于游戲的“內(nèi)在動機理論”，總結(jié)提煉出教育游戲設(shè)計所需注意的因素，為之后教育游戲的有效設(shè)計奠定理論基礎(chǔ)。

（一）教育性

1.國家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求

按照《義務(wù)教育數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》對第一學(xué)段（1-3年級）“數(shù)與代數(shù)”部分的具體要求，國家在“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”的要求上由“數(shù)的認(rèn)識”和“數(shù)的運算”兩部分構(gòu)成。在“數(shù)的認(rèn)識”上，小學(xué)低年級是數(shù)感的關(guān)鍵發(fā)展期，建立良好的數(shù)感“有助于學(xué)生理解現(xiàn)實生活中數(shù)的意義，理解或表達具體情境中的數(shù)量關(guān)系”[6]。對小學(xué)生而言，數(shù)感培養(yǎng)的教育過程一般要經(jīng)歷“感知多與少→用數(shù)表示多與少→建立數(shù)之間的關(guān)聯(lián)→對數(shù)進行運算→形成數(shù)系概念”這幾個階段[7]。“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識”在學(xué)生的數(shù)感培養(yǎng)上，主要體現(xiàn)在以下兩個方面：其一，熟練掌握20以內(nèi)數(shù)與數(shù)量的對應(yīng)關(guān)系。由于小學(xué)生在第一學(xué)段期間，思維發(fā)展還處于具體運算階段，以形象思維為主，需要將抽象的感覺以具體化的形式展現(xiàn)出來[8]。其二，引導(dǎo)學(xué)生理解數(shù)位、計數(shù)單位和計數(shù)法[9]。理解單位“一”和單位“十”是學(xué)生學(xué)習(xí)“十進制計數(shù)法”的起點，也是理解“進位加法”和“退位減法”關(guān)鍵。

在“數(shù)的運算”上，“20以內(nèi)數(shù)的加減法”在學(xué)生的運算能力培養(yǎng)上，主要體現(xiàn)在以下三個方面：其一，在理解算理的基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)算法。算理是展開運算的理論依據(jù)，算法是算理的具體化，應(yīng)該讓學(xué)生在充分理解算理的基礎(chǔ)上掌握相應(yīng)的算法。其二，重視并加強口算練習(xí)?？谒闶枪P算和估算的基礎(chǔ)，在日常生活中有著廣泛應(yīng)用，對于小學(xué)生運算能力的提高很重要。根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》要求，“20以內(nèi)數(shù)的加減法”口算，學(xué)生應(yīng)達到8-10題/分。在實際教學(xué)中，視算和聽算是口算的兩種主要訓(xùn)練方法，前者為“看算式報得數(shù)”，后者為“聽算式報得數(shù)”，口算形式的靈活多樣化，有助于學(xué)生產(chǎn)生興趣，從而增強訓(xùn)練效果[10]。其三，重視算法多樣化的相互交流。引導(dǎo)學(xué)生對不同算法進行交流，強化學(xué)生對算法背后算理的理解。

2.數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的腦機制與模型

從1922年行為主義者桑代克發(fā)表《算術(shù)心理學(xué)》開始，到現(xiàn)在Butterworth、Deheane等認(rèn)知科學(xué)家借助先進的腦成像技術(shù)和設(shè)備研究其腦機制，期間大量研究成果的積累，對人類認(rèn)識數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)本質(zhì)、改進數(shù)學(xué)教育實踐有著重要意義[11]。研究發(fā)現(xiàn)，人類的數(shù)學(xué)認(rèn)知至少包含了兩個子系統(tǒng)：一個是建立在進化基礎(chǔ)上的概略表征系統(tǒng)，另一個是建立在長期學(xué)習(xí)經(jīng)驗基礎(chǔ)上的精確表征系統(tǒng)。前者主要與數(shù)字的語義表征有關(guān)，主要由先天基因決定，在個體發(fā)展過程中，很少受到年齡的影響;而后者則不同，精確表征系統(tǒng)與數(shù)字的音、形等符號特征有關(guān)，隨著人受教育時間的增加，會呈現(xiàn)顯著變化。這一發(fā)現(xiàn)證明了，后天教育對人數(shù)學(xué)認(rèn)知能力發(fā)展所起的作用是非常關(guān)鍵的，無論是非正式的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)驗還是發(fā)生在學(xué)校中的正式的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)經(jīng)驗，都會影響學(xué)生數(shù)學(xué)能力的形成[12]。

概略表征系統(tǒng)主要建立在大腦的頂葉（ParietalLobe）區(qū)域，尤其是頂內(nèi)溝（Intra-parietal Sulcus，簡稱IPS），是人類產(chǎn)生數(shù)感、進行符號（阿拉伯?dāng)?shù)字、言語數(shù)詞）或非符號（如點陣、實物集合）數(shù)量比較、完成計算等數(shù)學(xué)任務(wù)的核心區(qū)域[13-15]。這種先天的非言語符號的數(shù)量認(rèn)知能力使人具備了粗略的數(shù)字表征能力，可以在多種有意義的社會情境下幫助人類完成初步的與數(shù)量相關(guān)的任務(wù)，但其糟糕的準(zhǔn)確性使得一些需要大數(shù)量參與的精確計算變得非常困難。因此，就出現(xiàn)了借助言語（口語數(shù)詞）和符號（阿拉伯?dāng)?shù)字）系統(tǒng)來擴展人類數(shù)量認(rèn)知和操作范圍的方法，需要通過后天教育來完成。因此，在正式的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)中，尤其是在最開始的數(shù)感和運算學(xué)習(xí)過程中，最重要的就是讓學(xué)生能夠在原始數(shù)量感、數(shù)量的言語表征和符號表征系統(tǒng)這三者之間建立相互的連接。

由Stanislas Dehaene教授提出的三重編碼模型（Triple-code Model，簡稱TCM）[16]解決的就是原始數(shù)量感、數(shù)量的言語表征和符號表征系統(tǒng)這三者之間的連接問題，隨著現(xiàn)代研究技術(shù)的不斷發(fā)展，該模型已經(jīng)被學(xué)界廣泛接受。三重編碼模型認(rèn)為，大腦在完成數(shù)量加工任務(wù)時，會涉及三種不同的編碼來表征數(shù)量，分別是模擬數(shù)量編碼（QuantitySystem，數(shù)量的非言語符號編碼，用以表征數(shù)量之間的大小和距離）、聽覺言語編碼（Verbal System，數(shù)量的言語編碼，用數(shù)量詞匯的發(fā)音和語義來表征數(shù)量，如中文里的“一、二、三”和英文里的“One、Two、Three”等）和視覺阿拉伯?dāng)?shù)字編碼（Visual System，數(shù)量的數(shù)字符號編碼，將數(shù)量按規(guī)則表征為一系列阿拉伯?dāng)?shù)字串）。此外，這三種編碼并非獨立存在的，而是相互關(guān)聯(lián)的。研究者通過對計算障礙兒童展開大量研究后發(fā)現(xiàn)，人們出現(xiàn)數(shù)量加工障礙的原因主要有兩個：數(shù)字模塊缺陷（The Defective Number Module Hypothesis）和數(shù)量通達缺陷（The Access Deficit Hypothesis）。其中，數(shù)字模塊缺陷是指先天用來識別和加工基本數(shù)量的能力發(fā)展異常，導(dǎo)致理解數(shù)字概念和問題產(chǎn)生困難[17]，也就是由雙側(cè)頂內(nèi)溝先天發(fā)育缺陷而造成的模擬數(shù)量編碼出現(xiàn)問題;數(shù)量通達缺陷則是在數(shù)字符號與數(shù)量轉(zhuǎn)化的過程中出現(xiàn)通達問題，即聽覺言語編碼和視覺阿拉伯?dāng)?shù)字編碼在轉(zhuǎn)化為模擬數(shù)量編碼時出現(xiàn)問題[18]。因此，不僅需要讓學(xué)生熟練學(xué)習(xí)掌握每一種數(shù)量表征編碼，而且還要讓他們能夠流暢地在不同編碼之間相互轉(zhuǎn)換，這樣才能確保學(xué)生真正理解和掌握數(shù)量及其運算的真實意義。

（二）游戲性

Malone在游戲的“內(nèi)在動機理論”中將人的動機分為了外在動機（Extrinsic Motivations）和內(nèi)在動機（Intrinsic Motivation）。其中，外在動機主要來自某種外在的獎勵，通常與參與的活動本身無關(guān)，因此外在動機對于促進學(xué)習(xí)作用不大，有些研究者甚至認(rèn)為外在動機會阻礙學(xué)習(xí)。相反，內(nèi)在動機則有利于有效學(xué)習(xí)的產(chǎn)生，這是因為內(nèi)在動機往往就源自對學(xué)習(xí)活動的喜愛。Malone通過一系列實證研究找出了如何讓教育游戲更有趣的一些游戲設(shè)計原則，他發(fā)現(xiàn)一款好的教育游戲或者能夠激發(fā)人內(nèi)在動機的活動一般具有以下三個特征：挑戰(zhàn)（Challenge）、幻想（Fantasy）和好奇（Curiosity），并對這三個特征提出了相應(yīng)的游戲設(shè)計方法[19]。之后，他又在此基礎(chǔ)上完善了該理論，提出了更加完整的內(nèi)在動機理論。

1.挑戰(zhàn)

為了使游戲更具挑戰(zhàn)性，可以采用目標(biāo)（Goal）、不確定結(jié)果（Uncertain Outcome）和自尊（Self-Esteem）三種方法。首先，好的游戲目標(biāo)應(yīng)該滿足以下4個標(biāo)準(zhǔn)：（1）簡單的游戲應(yīng)該有清晰明確的目標(biāo)，比如使用一些視覺效果;（2）復(fù)雜的沒有設(shè)置目標(biāo)的游戲應(yīng)該采用結(jié)構(gòu)化的組織，讓玩家能夠清楚知道不同的難度;（3）最佳的目標(biāo)通常是實際的或想象的，比如坐上火箭登月，而不是簡單的使用一項技能，比如解出一道計算題;（4）玩家應(yīng)該在游戲中能清楚地知道自己是否接近了目標(biāo)。其次，如果游戲的結(jié)果是確定的，那么通常玩起來就沒有樂趣，使用不確定的結(jié)果可以提高游戲的趣味性：（1）設(shè)置不同的難度等級;（2）豐富的等級目標(biāo);（3）隱藏部分游戲信息;（4）隨機性。第三，目標(biāo)和不確定結(jié)果之所以能讓游戲充滿挑戰(zhàn)性，其根本原因在于它們讓玩家感受到了自尊：在游戲中獲得成功，可以讓玩家自信起來;然而，如果游戲過難，則會讓玩家失去游戲的興致，因此游戲需要設(shè)定不同難度來匹配玩家不同的能力水平，使他們不會在游戲中失去自信。

2.幻想

游戲中會常常出現(xiàn)現(xiàn)實生活中不存在的場景和事物，這往往會增添游戲的趣味性。然而，并非所有的幻想元素都能激發(fā)玩家的內(nèi)在動機的。比如，傳統(tǒng)課堂通過添加游戲化的幻想元素來完成所謂的“目標(biāo)”，而整個游戲的過程卻取決于學(xué)生答案的對錯，這種幻想被稱為“外在的幻想”（Extrinsic Fantasy），即幻想的達成只取決于技能使用結(jié)果的正確與否，而技能使用的過程，卻并不能影響或改變游戲中的幻想。與之相對應(yīng)的是“內(nèi)在的幻想”（Intrinsic Fantasy），它實現(xiàn)了兩方面的相互依賴，即幻想依賴于技能使用的結(jié)果，而技能使用的過程也依賴于幻想（如，當(dāng)玩家在射擊類游戲中射得太高，游戲會出現(xiàn)“射得太高”的提示，而玩家可以根據(jù)這一提示幻想，重新制定下一次發(fā)射的高度）。

3.好奇

好奇是人學(xué)習(xí)的動力，游戲之所以能讓人產(chǎn)生好奇，就是因為能提供不多不少、恰到好處的信息數(shù)量和復(fù)雜度。根據(jù)“內(nèi)在動機理論”，好奇也可再分為兩種，即感知上的好奇（Sensory Curiosity）和認(rèn)知上的好奇（Cognitive Curiosity）。感知上的好奇，是指一些環(huán)境刺激對人知覺產(chǎn)生的影響，如聲音和圖像的變化，這些刺激可以影響人的注意力。電子游戲中豐富多彩的聲音和圖像效果，就能給玩家?guī)磉@種好奇，具體在游戲設(shè)計中，可以將聲音和圖像作為背景裝飾、用來提高幻想表現(xiàn)力、變?yōu)檫_成游戲目標(biāo)的獎勵，還可以成為有效傳遞游戲信息的表征方式。而認(rèn)知上的好奇，指的是人想要建構(gòu)一個更完整（Completenes）、更穩(wěn)定（Consistency）和更簡約（Parsimony）的知識結(jié)構(gòu)。這就需要在教育游戲的反饋設(shè)計中考慮以下兩點：一是，反饋信息要令人驚奇，簡單的方法是使用隨機原則，更有效的方式是基于穩(wěn)定的知識結(jié)構(gòu)生成反饋，使其一開始看起來令人驚奇，但隨著知識結(jié)構(gòu)不斷完整，玩家就能明白其中的道理;二是，讓反饋信息具有教育性，即反饋信息不僅告訴玩家，他們的知識結(jié)構(gòu)存在問題，而且還提供額外的信息，幫助玩家解決他們知識結(jié)構(gòu)上的問題。

三、設(shè)計研究

基于前面的理論基礎(chǔ)，本文為小學(xué)一年級學(xué)生學(xué)習(xí)“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”設(shè)計開發(fā)了這款名為《怪獸消消》的游戲。該游戲在設(shè)計之初，就從教育性和游戲性這兩個方面進行整體考慮。首先，筆者從國家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求出發(fā)，找出學(xué)生在“數(shù)概念建立”和“數(shù)的運算”學(xué)習(xí)過程中的關(guān)鍵點，并結(jié)合“人教版”和“北師大版”數(shù)學(xué)教科書在相關(guān)章節(jié)的內(nèi)容設(shè)計，對學(xué)習(xí)序列和相關(guān)的習(xí)題設(shè)計進行了系統(tǒng)梳理[20]，依此確定了游戲關(guān)卡的數(shù)量和順序;接著，筆者從數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的腦機制和模型人手，基于三重編碼理論對于人學(xué)習(xí)非符號和符號數(shù)量及運算的加工過程解讀，設(shè)計了游戲的核心玩法和機制;最后，筆者再根據(jù)游戲的“內(nèi)在動機理論”，對游戲的敘事、獎勵規(guī)則等游戲性元素進行了設(shè)計，從而在整體上確保同一個游戲中教育性和游戲性元素的平衡，使所設(shè)計的教育游戲盡可能達到科學(xué)、快樂和有效的終極目標(biāo)。下面將先對游戲的整體設(shè)計進行簡單介紹，然后再分別對游戲的教育性和游戲性設(shè)計進行詳細(xì)闡釋。

（一）整體設(shè)計

1.游戲敘事

《怪獸消消》共包含四個不同主題的篇章，每個篇章設(shè)置了10個不同難度的關(guān)卡。在游戲中，玩家需要扮演小世界中的一個英雄，肩負(fù)起拯救小世界的重任，用智慧和勇氣消滅小怪獸。游戲的核心任務(wù)是消滅小怪獸。游戲中的小怪獸共有三種類型（如圖1所示）：（1）長度小怪獸由10個長度、顏色、模樣都不相同的小怪獸組成，分別與數(shù)量1至10對應(yīng)。另外，還有1個將長度隱藏起來的長度小怪獸，它是透明的，邊沿由虛線標(biāo)注，對應(yīng)的是數(shù)量0。每個長度小怪獸都有不同的性格，會發(fā)出不同的聲音，而這些都將等著玩家去探索。（2）數(shù)字小怪獸由19個肚子上寫著0至18的小怪獸組成，這一類小怪獸除了肚子上標(biāo)注的數(shù)字，其他模樣都相同一全身為淺紫色，頭頂長著一對眼睛，肚子上的數(shù)字對應(yīng)的就是它們代表的數(shù)量。（3）聲音小怪獸和數(shù)字小怪獸的設(shè)計理念相同，由19個外在形象完全一樣的小怪獸組成，它們的模樣都是紅色的嘴巴，點擊一下，就會說出不同的數(shù)字，而所說的這些數(shù)字對應(yīng)的就是它們所代表的數(shù)量。

玩家要想在游戲中消滅小怪獸則需要組合出表示相同數(shù)量的魔法方塊。游戲中的魔法方塊也有三種類型（如圖2所示），分別是綠色的長度魔法方塊、橘色的數(shù)字魔法方塊和紫色的聲音魔法方塊。與小怪獸的類型相似的是，長度魔法方塊用方塊的個數(shù)來表示數(shù)量，數(shù)字魔法方塊用數(shù)字表示數(shù)量，而聲音魔法方塊則用語音播放的數(shù)字聲音表示數(shù)量大小。不同的地方在于，每一種類型的魔法方塊下又包含兩類，一類是中間為彩色、邊緣為白色的正常魔法方塊，另一類是中間為白色、邊緣為彩色的反常魔法方塊。這些魔法方塊之間可以相互組合，而區(qū)別在于，正常的魔法方塊之間相互組合，可以讓魔法方塊變長或數(shù)字變大（模擬加法的過程），而正常的魔法方塊和反常的魔法方塊組合在一起時，反常魔法方塊會讓正常魔法方塊變短或數(shù)字變小（模擬減法的過程）。無論是正常還是反常魔法方塊，如果組合正確時，系統(tǒng)會響起正確提示音，而組合錯誤時，則會響起錯誤警報音（比如，將兩塊反常魔法方塊組合在一起，或在組合時將反常魔法方塊放在正常魔法方塊的前面）。

為了增加游戲挑戰(zhàn)性和趣味性，讓玩家持續(xù)游戲行為的道具。游戲中設(shè)計了三種趣味道具，分別是：普通鉆石、冰凍鉆石和小太陽。每當(dāng)玩家作為英雄消滅了一行小怪獸，并且該行中有普通鉆石時，玩家就可以幫小世界的動物們找回被小怪獸偷走的一顆鉆石;然而，如果該行中是冰凍鉆石時，玩家只有在小太陽經(jīng)過該行的前提下消滅小怪獸，冰凍鉆石才能因為陽光的照射，而被英雄獲得。

2.玩法邏輯

《怪獸消消》這款游戲的核心玩法十分簡單，非常容易上手。游戲中（如下頁圖3所示），玩家可以看到各種長度或帶有數(shù)字的小怪獸，為了消滅這些小怪獸，作為英雄的玩家：首先，需要選定一個小怪獸，確定它代表的數(shù)量是多少;接著，需要操作游戲隨機產(chǎn)生的魔法方塊若干（1≤魔法方塊個數(shù)≤3），將其組合成與小怪獸代表數(shù)量相等的魔法方塊;最后，將新組合的魔法方塊拖動到目標(biāo)小怪獸身上，就可以消滅一個小怪獸了。以上是玩家消滅一個小怪獸的操作邏輯，然而每個小怪獸并不是孤立地出現(xiàn)在游戲中的，若干（大于等于1）個小怪獸會和趣味道具、基本道具構(gòu)成一行，這個“行”被稱為“怪獸行”。當(dāng)怪獸行，上所有的怪獸都被消滅時，這一行就會被消除，當(dāng)本關(guān)卡中所有的怪獸行（每關(guān)的行數(shù)并不固定）都被消除時，玩家就取得了本關(guān)卡的勝利，這時游戲會根據(jù)玩家在本關(guān)卡中消滅小怪獸的操作表現(xiàn)，進行自動星級評判，最高為三顆星，最低為零顆星，同時也會呈現(xiàn)本關(guān)卡最終得分。

需要說明的是，每關(guān)游戲中需要消除的怪獸行數(shù)和每一行中小怪獸的數(shù)量都不是固定的——在前面的簡單關(guān)卡里，待消除的行數(shù)以及每一行的小怪獸數(shù)量會較少，隨著關(guān)卡變難，待消除行數(shù)以及每一行的小怪獸數(shù)量會隨之增加。

（二）教育性設(shè)計

在教育性設(shè)計上，游戲主要參照了國家課程標(biāo)準(zhǔn)和兩版小學(xué)數(shù)學(xué)教科書中的學(xué)習(xí)序列和習(xí)題設(shè)計，對不同學(xué)習(xí)內(nèi)容的游戲關(guān)卡進行了分類排序，并對每個關(guān)卡中不同習(xí)題的練習(xí)頻率進行了合理的控制。

1.學(xué)習(xí)序列

在學(xué)習(xí)序列上，筆者主要參考了人教版和北師大版教科書在“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識”，上的學(xué)習(xí)內(nèi)容安排。人教版教科書按照“認(rèn)數(shù)和計算相結(jié)合”的編排原則，將“數(shù)的認(rèn)識”和“數(shù)的運算”穿插起來學(xué)習(xí)，使得學(xué)生在逐步擴大識數(shù)范圍的同時，也學(xué)習(xí)了相關(guān)的基本計算，編委會認(rèn)為這樣更有利于學(xué)生對數(shù)的理解和對計算的掌握[21]。而北師大版教科書并沒有將兩者穿插起來，而是集中精力學(xué)習(xí)完一個階段的認(rèn)數(shù)后，再學(xué)習(xí)與這些數(shù)相關(guān)的加減計算。由于本游戲的定位是復(fù)習(xí)課以及學(xué)生課下的鞏固練習(xí)，北師大版這種整塊劃分的形式會顯得更加緊湊，而且會降低游戲開發(fā)的邏輯復(fù)雜度，因此筆者采用了北師大版的內(nèi)容劃分模式，并將其進一步合并，突出重難點（刪減“10加幾和相應(yīng)減法”，增加“20以內(nèi)進位加法”和“20以內(nèi)退位減法”），最終形成如圖4所示的四個難度層次，分別是5以內(nèi)、10以內(nèi)、20以內(nèi)和綜合練習(xí)（如圖4中用不同灰度的背景標(biāo)示）。在每個難度層次里，再按照難易度，劃分為4個模塊（與游戲的四個篇章對應(yīng)），分別是數(shù)的認(rèn)識、加法、減法和加減混合，共計13個基本學(xué)習(xí)任務(wù)（不計綜合訓(xùn)練部分）。

3.好奇元素

好奇，是激勵玩家持續(xù)進行游戲的動力源泉。根據(jù)Malone的理論，好的游戲設(shè)計，僅僅考慮感知上的好奇是遠遠不夠的，還要精心地在認(rèn)知上的好奇設(shè)計下功夫。

感知上的好奇，主要來自于游戲帶給玩家的直接感官刺激，比如明艷的圖像、酷炫的動畫、動聽的背景音樂、難忘的提示音效等?！豆肢F消消》游戲，雖然采用了較為艷麗的色彩搭配，但同時也注意使用素色以保持各色塊之間實現(xiàn)干凈過渡，使得重要的信息能夠以鮮明的色彩得到突顯，輔助的游戲元素能夠盡量少地分散玩家的注意力。因此，整個游戲看上去，既充滿了童真童趣，又不花里胡哨。在音樂的使用上，也盡可能選取活潑歡快但節(jié)奏感不是特別強烈的曲子，而且不同篇章的主題音樂不同，既激發(fā)了玩家感知上的好奇，又確保了音樂不會對玩家的思考產(chǎn)生過多的打擾。在旁白的錄制上，通篇使用十分口語化的表達，確保5—7歲的兒童能夠很容易地理解和接受，而且在音色上，游戲也特別選擇了十分可愛的聲音，從而讓該年齡段的玩家更容易產(chǎn)生游戲的代人感。

認(rèn)知上的好奇，是幫助玩家逐漸建構(gòu)起一個完整知識結(jié)構(gòu)的過程。在《怪獸消消》這款游戲里，這一設(shè)計理念并沒有體現(xiàn)在Malone舉例的游戲反饋設(shè)計.上，而是體現(xiàn)在游戲的玩法上。首先，“20以內(nèi)數(shù)的加減法”學(xué)習(xí)，并非僅是不同算式的重復(fù)練習(xí)，而是根據(jù)數(shù)學(xué)認(rèn)知中的“三重編碼理論”，幫助學(xué)習(xí)者強化不同編碼之間的轉(zhuǎn)換，尤其是“模擬數(shù)量編碼”與另外兩種編碼之間的有意義轉(zhuǎn)換。因此，游戲在四個難度層次中，分別有重點地練習(xí)了9種類型的數(shù)量編碼轉(zhuǎn)換，相比于現(xiàn)在市場上大部分單純的計算類數(shù)學(xué)游戲來說，本游戲更能激發(fā)玩家在認(rèn)知層面的好奇。在游戲的引導(dǎo)下，玩家逐漸熟練掌握不同數(shù)量編碼之間的轉(zhuǎn)換、不知不覺地提高計算的正確率和速度、更加科學(xué)有效地培養(yǎng)自己的“數(shù)感”，促進了從認(rèn)知層面對“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”完整知識結(jié)構(gòu)和有效知識提取策略的建構(gòu)。其次，游戲在關(guān)卡引人新玩法（如，新類型的小怪獸或魔法方塊）時，會有專門的旁白來幫助玩家學(xué)習(xí)新的規(guī)則，本文認(rèn)為，這些都是從認(rèn)知上的好奇來幫助玩家建構(gòu)知識體系的信息呈現(xiàn)方式。

四、準(zhǔn)實驗研究

在完成游戲的設(shè)計和開發(fā)后，筆者對《怪獸消消》游戲的實際使用效果進行了評估一通過準(zhǔn)實驗研究和半結(jié)構(gòu)訪談的形式，獲取游戲測評效果的相關(guān)數(shù)據(jù)。此次測評的學(xué)生來自于北京某所公立小學(xué)一年級學(xué)生，由于測試實施時已處于一年級下學(xué)期，按照此時學(xué)校的教學(xué)進度，一年級學(xué)生已經(jīng)學(xué)完了“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”，因此游戲效果評估可能會受到一定程度的影響?？紤]到學(xué)生剛剛完成“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”的學(xué)習(xí)，期末考試還會涉及該部分知識的復(fù)習(xí)和考察，因此，本文仍然按照原計劃進行了準(zhǔn)實驗和半結(jié)構(gòu)訪談研究，只是在游戲每一關(guān)的內(nèi)容上做了些許的調(diào)整一減少了5以內(nèi)和10以內(nèi)加減法的內(nèi)容，增加了20以內(nèi)進位加法和退位減法的內(nèi)容，從而使得游戲的整體難度與當(dāng)前學(xué)生的水平相適應(yīng)。

（一）研究對象

筆者在該小學(xué)一年級隨機選擇了兩個班級的學(xué)生。其中，實驗班共39人（女生19人，男生20人），對照班共40人（女生21人，男生19人）。

（二）研究工具

筆者采用了“基于網(wǎng)絡(luò)的多維度心理測驗與實驗系統(tǒng)”（www.dweipsy.com/lattice）[22]中的簡單數(shù)字計算（20以內(nèi)減法）和簡單加法計算的測試題目進行數(shù)據(jù)收集。如圖5所示，測試題目會依次呈現(xiàn)在電腦屏幕的中央，學(xué)生被試需要既快又準(zhǔn)地計算每個題目的結(jié)果。如果正確答案是屏幕左下方的數(shù)字，被試需要用左手的食指按一下“Q”鍵;相反，如果正確答案在屏幕的右下方，被試則需要用右手的食指按一下“P”鍵。需要說明的是，實驗中的測驗任務(wù)都包括“練習(xí)”和“正式測驗”兩部分，只有當(dāng)被試“練習(xí)”部分的正確率達到80%后，才會進入“正式測驗”，從而確保被試真正理解并掌握了測試的操作方法。

（三）研究過程

1.準(zhǔn)實驗研究

研究過程共分為三個階段進行：第一階段，實驗班和對照班均進行前測，即在電腦上完成2個完全相同的心理測試;第二階段，實驗班和對照班的學(xué)生將接受不同類型的干預(yù)——實驗班接受游戲干預(yù)，即學(xué)生每天到機房玩15分鐘的《怪獸消消》游戲;對照班接受試卷干預(yù)，即學(xué)生則需要每天完成一套與游戲練習(xí)內(nèi)容一致的練習(xí)試卷，共計4天;第三階段，實驗組和對照組均進行后測，與前測一樣由2個相同的心理測試構(gòu)成。需要說明的是，實驗班學(xué)生每天在計算機教室完成玩游戲的任務(wù)，而對照班則在所在教室里完成練習(xí)試卷，除此之外，兩班正常進行學(xué)校的其他教學(xué)活動。

對于實驗班，學(xué)生需要使用自己獨有的賬號密碼登錄游戲后進行，學(xué)生的游戲進度會時時聯(lián)網(wǎng)記錄，因此，學(xué)生每天玩游戲的內(nèi)容都是接著前一天的進度開始的;而對照班學(xué)生使用的練習(xí)試卷共分為4張，與游戲40個關(guān)卡所涉及的習(xí)題一致，每天一張，如果當(dāng)天試卷無法在15分鐘完成，則第二天需要繼續(xù)完成前一天試卷的內(nèi)容，再做新的練習(xí)試卷。

2.半結(jié)構(gòu)訪談

為了從實驗班學(xué)生那里獲得直接的游戲體驗反饋，筆者在實驗班學(xué)生完成游戲所有4天的游戲干預(yù)后，利用中午在食堂就餐的時間，隨機與實驗班的5名學(xué)生進行了訪談。

之所以選擇游戲干預(yù)完成后的時間，是因為此時學(xué)生們對游戲的玩法已經(jīng)有了比較全面的了解。而且，這時候?qū)W生已經(jīng)玩了4天游戲，對游戲的新鮮感相比于剛開始玩的一兩天已經(jīng)有了回落，此時從學(xué)生口中獲得的游戲評價會相對更加實際和客觀。筆者原計劃在教師辦公室采用一對一的形式展開訪談，然而通過試驗筆者發(fā)現(xiàn)，這種方式會束縛學(xué)生表達的自由。由于辦公室場合比較嚴(yán)肅、一對一的形式和其他任課教師在場都容易讓學(xué)生感到緊張，因此筆者決定利用中午和學(xué)生們在食堂吃飯的時間，隨機對實驗班學(xué)生進行集體訪談，確保訪談氛圍更加輕松友好。

關(guān)于訪談問題，考慮到一年級孩子的注意力、理解能力和表達能力都十分有限，因此，此次訪談主要圍繞以下4個問題展開：（1）你喜歡玩游戲或玩具嗎？平時會玩哪些游戲或玩具？（2）爸爸媽媽在家里會讓你在電腦或手機上玩游戲嗎？（3）你喜不喜歡玩《怪獸消消》這個游戲？為什么？（4）你覺得《怪獸消消》游戲與平時的學(xué)習(xí)有關(guān)系嗎？

五、結(jié)果分析

（一）準(zhǔn)實驗研究

筆者將實驗班和對照班的前后測的有效數(shù)據(jù)加以清理，然后將其分別導(dǎo)人SPSS for Windows22.0軟件進行配對樣本t檢驗。

1.簡單加法計算

在簡單加法計算測試中，對實驗班和對照班分別進行配對樣本t檢驗的結(jié)果如下頁表1所示。對于實驗班，有38名學(xué)生完成了該測驗的前測和后測，配對t檢驗后發(fā)現(xiàn)：實驗班前測成績均值為117.66，后測成績均值為113.29，配對樣本相關(guān)系數(shù)為0.585，配對樣本相關(guān)性的顯著水平小于0.05（p=0.000），配對樣本t檢驗的顯著性水平大于0.05（p=0.061），說明實驗班學(xué)生在游戲干預(yù)前后的簡單數(shù)字計算測試成績相關(guān)性很顯著，游戲干預(yù)對其測驗成績有微弱的負(fù)面影響。對于對照班，有30名學(xué)生完成了該測驗的前測和后測，配對t檢驗后發(fā)現(xiàn)：對照班前測成績均值為119.23，后測成績均值為118.37，配對樣本相關(guān)系數(shù)為0.682，配對樣本相關(guān)性的顯著性水平小于0.05（p=0.000），配對樣本t檢驗的顯著性水平大于0.05（p=0.595），說明對照班學(xué)生在試卷干預(yù)前后的簡單數(shù)字計算測試成績相關(guān)性很顯著，但是試卷干預(yù)對其測試成績沒有顯著影響。

2.簡單數(shù)字計算（20以內(nèi)減法）

在簡單數(shù)字計算（20以內(nèi)減法）測試中，對實驗班和對照班分別進行配對樣本t檢驗的結(jié)果如表2所示。對于實驗班，有37名學(xué)生完成了該測驗的前測和后測，配對t檢驗后發(fā)現(xiàn)：實驗班前測成績均值為102.65，后測成績均值為104.35，配對樣本相關(guān)系數(shù)為0.827，配對樣本相關(guān)性的顯著水平小于0.05（p=0.000），配對樣本t檢驗的顯著性水平大于0.05（p=0.248），說明實驗班學(xué)生在游戲干預(yù)前后的簡單數(shù)字計算測試成績相關(guān)性很顯著，但游戲干預(yù)并沒有對其測驗成績產(chǎn)生顯著影響。對于對照班，有31名學(xué)生完成了該測驗的前測和后測，配對T檢驗后發(fā)現(xiàn)：對照班前測成績均值為103.68，后測成績均值為107.52，配對樣本相關(guān)系數(shù)為0.910，配對樣本相關(guān)性的顯著性水平小于0.05（p=0.000），配對樣本t檢驗的顯著性水平小于0.05（p=0.001），說明對照班學(xué)生在試卷干預(yù)前后的簡單數(shù)字計算測試成績相關(guān)性很顯著，而且試卷干預(yù)對其測試成績產(chǎn)生了顯著影響。

（二）半結(jié)構(gòu)訪談

此次訪談隨機選擇的5名學(xué)生中，有2名女生和3名男生，分別用女生A、女生B、男生A、男生B和男生C予以區(qū)別。訪談后，在與他們的班主任進行了解后，獲知女生A和女生B平時在班里的學(xué)業(yè)成績較好，在老師眼中是乖學(xué)生;男生A和男生B比較頑皮，學(xué)習(xí)成績較差，比較讓老師頭疼;男生C學(xué)習(xí)中上，性格比較開朗。整個訪談在融洽的氛圍中進行，大約持續(xù)了15分鐘。訪談結(jié)束后，筆者整理了這5名學(xué)生的回答，從中發(fā)現(xiàn)了4個主要趨勢，與訪談提綱預(yù)設(shè)的4個問題密切相關(guān)。

1.游戲和玩具對小學(xué)生具有強烈的吸引力

游戲和玩具對一年級小學(xué)生來講是具有無窮魔力的詞語，5名小學(xué)生聽到“游戲”和“玩具”這兩個詞語時，不僅兩眼放光，而且臉上洋溢特別幸福和激動的笑容，男生A和B甚至高興地從椅子上蹦了起來，在一旁手舞足蹈。5名小學(xué)生都非常喜歡玩游戲和玩具，周末的時候最期待的就是父母能夠帶他們?nèi)ド虉鲑I新玩具或者帶他們?nèi)ス珗@或游樂園。

目前，他們玩的游戲或玩具有很多，在描述自己喜歡的游戲和玩具時，會不自主地加上玩游戲的動作，比劃給筆者看。而且，男生和女生玩的游戲確實存在比較明顯的不同。

男生A：最喜歡玩家里的賽車模型，覺得特別酷;

男生B：最喜歡跟朋友們玩槍戰(zhàn)（一種追逐游戲）;

男生C：分享了他家里會學(xué)他說話的變形金剛，覺得特別厲害;

女生A和女生B：她倆經(jīng)常一起行動，喜歡給娃娃梳妝打扮，也特別喜歡和伙伴們玩各種拍手游戲。

從這5名小學(xué)生的肢體、表情、語氣，以及他們說的不是特別連貫的話語中，可以深深地感受到，這個年齡段學(xué)生對游戲和玩具的無限渴望和喜歡。同時，雖然游戲和玩具對小學(xué)生有普遍的吸引力，但不同孩子對游戲和玩具的選擇已經(jīng)有了不同。

2.家長很少會讓小學(xué)生玩電子游戲

問到這個問題時，5個學(xué)生臉上的笑容都有了收斂，沒有回答第一一個問題時那么活躍，甚至語氣中夾雜著一些委屈。

男生A：家里沒有電腦玩，很想玩，就像這幾天在學(xué)校這樣;

男生B：家里有電腦，但是有密碼打不開，只有爸爸媽媽能打開;

男生C：爸爸媽媽不讓玩電腦，但爸爸媽媽他們會玩游戲;

女生A：家里有電腦，但沒有玩過游戲;

女生B：爸爸媽媽說玩電腦對眼睛不好，表現(xiàn)好的時候會讓我玩平板;

由此可見，對于一年級的小學(xué)生來說，家長對電子游戲的態(tài)度是比較消極的，不愿意讓孩子玩電腦，甚至?xí)扇〈胧?，比如設(shè)密碼等，來阻止孩子玩電腦。但這也從側(cè)面反映出，電子游戲?qū)τ谶@個年齡段的孩子而言，是十分具有吸引力的。雖然，父母因為各種原因不讓他們玩電腦，但他們此時會選擇順從家長的意愿，并不會反抗。

3.學(xué)生喜歡并每天期待玩《怪獸消消》游戲

筆者并沒有直接問他們喜不喜歡《怪獸消消》這個游戲，而是問他們還想不想繼續(xù)玩這個游戲。他們聽到后的情緒和行為表現(xiàn)和第一個問題比較相似，都表示非常想繼續(xù)玩。接著，三個男生之間討論起自己和其他同學(xué)在游戲中的進度和經(jīng)驗，比如打到哪一關(guān)、碰到什么樣的小怪獸以及如何操作魔法方塊等游戲細(xì)節(jié)，討論到激動之處還會提高嗓門或加上動作。兩個女生比較害羞，但仍然很肯定地回答想玩，覺得這幾天過的特別開心，希望每天都可以玩游戲。之后，男生們開始念念有詞地比著喊游戲的名字，比如“消消消”“消一消、消一消”以及“怪獸——消消消，哈哈哈”，從中能夠感受到這些學(xué)生對《怪獸消消》游戲的喜歡。關(guān)于喜歡這個游戲的原因，這些孩子們并不能十分清楚地表述，提到的詞語多是“好玩”“有趣”“可以打怪獸”或者“可以操作魔法方塊，很神奇”等。

雖然，在喜歡的原因上，這5個小學(xué)生無法用完整流暢的語言進行表述，但可以肯定的一點是，他們確實很喜歡玩《怪獸消消》這個游戲，即使在不玩游戲的空閑時間，他們也會主動跟班上的其他同學(xué)交流游戲經(jīng)驗。筆者從他們模糊的描述中，可以找到兩點他們喜歡《怪獸消消》的可能原因，一是游戲建構(gòu)的幻想，即“打怪獸”的故事背景，對學(xué)生有著強烈的吸引力;二是游戲的交互方式，即操作五顏六色的“魔法方塊”，讓學(xué)生產(chǎn)生了很強的好奇心。

4.學(xué)生能感知到《怪獸消消》游戲的知識練習(xí)

在提問“《怪獸消消》和學(xué)習(xí)”之間的關(guān)系時，除了男生C，其他4個學(xué)生顯然沒有太理解這個問題的意思。這時，男生C說了一句“就是練習(xí)加減法”，讓其他學(xué)生馬上理解了筆者問的問題。他們爭前恐后地告訴筆者，他們平時學(xué)加減法學(xué)得不錯，在游戲里可以很快地找到小怪獸，并湊出魔法方塊把小怪獸消滅，每次聽到小怪獸“嗷”的一聲被消滅，都特別開心。同時，幾個男生還告訴筆者，他們現(xiàn)在消滅小怪獸消滅得比以前快多了，但是后面有聲音小怪獸的那些關(guān)太難了，得反復(fù)聽和記，不過慢慢就習(xí)慣了。筆者此時進行了追問，問他們平時是不是用試卷練習(xí)加減法的，以及他們更喜歡用哪種方式練習(xí)加減法。5名學(xué)生的回答非常一致，他們表示當(dāng)然更愿意玩游戲，甚至表達了“如果能把做片子換成玩游戲該多好”的愿望。

從上面的訪談可以看出，一年級學(xué)生是能夠認(rèn)識到游戲教育性的一面的，他們可以把游戲中的規(guī)則與課堂中所學(xué)的知識聯(lián)系在一起。而且，即便是在他們認(rèn)識到游戲內(nèi)容也是一種變相練習(xí)的前提下，他們也更愿意接受游戲的方式，甚至對這類與學(xué)習(xí)明顯相關(guān)的游戲充滿了期待。

六、討論與總結(jié)

本文圍繞小學(xué)一年級數(shù)學(xué)“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”，從數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)科學(xué)研究成果出發(fā)，落實國家數(shù)學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)和教科書中的相關(guān)教學(xué)要求，并基于游戲的“內(nèi)在動機理論”實現(xiàn)教育游戲教育性和游戲性的統(tǒng)一，并在隨后實施的實證研究中，探索了所設(shè)計游戲在教學(xué)實踐中的應(yīng)用效果。

（一）教育游戲的相關(guān)理論很多，但缺乏理論轉(zhuǎn)化為實踐的具體方法

教育游戲是個多學(xué)科交叉的研究領(lǐng)域，涉及教育學(xué)、心理學(xué)、游戲設(shè)計等多個方面，學(xué)科交叉的特性使得教育游戲的設(shè)計和開發(fā)本身就充滿了挑戰(zhàn)，需要仔細(xì)考慮教育性和游戲性的平衡問題。心流理論是目前教育游戲設(shè)計的主要參考依據(jù)，但該理論雖然從心理學(xué)層面解釋了人為何會沉浸于游戲的原因，但卻沒能為游戲設(shè)計提出更多具體可操作的方法。

在本文中，筆者在參考心流理論的基礎(chǔ)上，還重點參考了Malone更具實際操作性的游戲內(nèi)在動機理論——針對游戲設(shè)計的三個關(guān)鍵構(gòu)成要素，提出了可操作的游戲設(shè)計建議?！豆肢F消消》在游戲機制的設(shè)計上就是從這三個構(gòu)成要素出發(fā)并仔細(xì)設(shè)計的，通過訪談結(jié)果可以看出，該游戲受到了實驗班學(xué)生的喜歡。不過，游戲內(nèi)在動機理論仍有很大的細(xì)化和提升空間。比如，筆者在游戲設(shè)計時，三個元素的考慮比重是大致相同的，但在實驗階段，筆者發(fā)現(xiàn)一年級學(xué)生對“感知上的好奇”元素明顯更為關(guān)注，如果該理論能與玩家的不同特征進一步對應(yīng)起來，會更具實踐指導(dǎo)性。

（二）數(shù)學(xué)認(rèn)知和數(shù)學(xué)教育之間尚未形成有效的成果轉(zhuǎn)換途徑

數(shù)學(xué)認(rèn)知是近百年來才逐漸發(fā)展起來的學(xué)科，通過對不同工作任務(wù)中的大腦結(jié)構(gòu)和功能連接情況的分析，認(rèn)知科學(xué)家們才逐漸揭開大腦在數(shù)學(xué)任務(wù)中的內(nèi)在工作機制。相反，數(shù)學(xué)教育有著悠久的發(fā)展歷史，人們在教與學(xué)的實際過程中積累了大量經(jīng)驗。從兩個領(lǐng)域的研究內(nèi)容看，數(shù)學(xué)認(rèn)知可以為人們更科學(xué)地設(shè)計數(shù)學(xué)教學(xué)內(nèi)容和方法提供支持，但實際中兩個領(lǐng)域卻并沒有開展密切的合作研究。這一情況的出現(xiàn)，與數(shù)學(xué)認(rèn)知發(fā)展遠遠滯后于數(shù)學(xué)教育有著很大的關(guān)系。筆者在對“20以內(nèi)數(shù)的認(rèn)識和加減法”進行前期調(diào)研時發(fā)現(xiàn)，雖然一些數(shù)學(xué)認(rèn)知研究已經(jīng)有意識用其實驗結(jié)果來解釋人的數(shù)學(xué)學(xué)習(xí)過程，但數(shù)學(xué)教育研究卻鮮有考慮數(shù)學(xué)認(rèn)知研究成果的。正是如此，筆者在設(shè)計《怪獸消消》游戲時，將數(shù)學(xué)認(rèn)知中的經(jīng)典TCM模型與現(xiàn)有的數(shù)學(xué)教學(xué)方法進行整合，試圖借鑒數(shù)學(xué)認(rèn)知研究成果，對原有數(shù)學(xué)教法進行再優(yōu)化，成為了《怪獸消消》學(xué)習(xí)內(nèi)容設(shè)計的核心支架。該游戲突破了紙質(zhì)教科書對“聽覺言語通道”的局限，實現(xiàn)了學(xué)生在9種數(shù)字編碼通道轉(zhuǎn)換練習(xí)上的全覆蓋，以幫助學(xué)生更科學(xué)有效地學(xué)習(xí)和練習(xí)基本運算的規(guī)則和實際意義。

可以說，目前的數(shù)學(xué)認(rèn)知和數(shù)學(xué)教育研究之間尚未形成有效的轉(zhuǎn)換途徑，也正是這樣，基于二者綜合視角的數(shù)學(xué)教育產(chǎn)品設(shè)計，在當(dāng)下顯得十分難能可貴。在這樣的背景下，本文也只是整合數(shù)學(xué)認(rèn)知和數(shù)學(xué)教育成果的一個初步嘗試，在研究的設(shè)計上還有許多不足。

（三）教育游戲效果的檢驗需要更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶嶒炘O(shè)計

在本文中，筆者采用了兩種研究方法來評估所開發(fā)游戲在教育性和游戲性上的實際效果。在教育性上，通過設(shè)計準(zhǔn)實驗比較不同分組學(xué)生前后測成績，筆者發(fā)現(xiàn)除了對照班學(xué)生在“20以內(nèi)減法”上成績有顯著提高外，其他都沒有發(fā)生顯著變化;而通過訪談，筆者發(fā)現(xiàn)，學(xué)生知道游戲中要使用到的數(shù)學(xué)知識，并能用簡單的語言講解不同魔法方塊和操作所代表的數(shù)學(xué)意義。此外，學(xué)生在分享自己的游戲進度和經(jīng)驗時，間接傳達出了游戲的難度以及自己在游戲中的進步，在一定程度上反映了學(xué)生在游戲中某些學(xué)習(xí)行為確實發(fā)生了改變。在游戲性上，除了學(xué)生在訪談中直接表達對游戲的喜愛和想要繼續(xù)玩的愿望之外，學(xué)生在干預(yù)階段排隊等候進入機房進行游戲之前的表情和動作也能反映出學(xué)生對玩該游戲的期待，以及在后測時，當(dāng)實驗班學(xué)生來到機房確認(rèn)了這次真的不是玩游戲時，明顯出現(xiàn)了一個失望的情緒波動。綜合來看，在游戲性上，《怪獸消消》對學(xué)生還是具有很強的吸引力的。

事實上，研究教育游戲的效果是十分具有挑戰(zhàn)性的。就像游戲設(shè)計時需要考慮游戲的三個構(gòu)成要素一樣，影響游戲效果的因素也有很多，任何一項出現(xiàn)了問題，都可能導(dǎo)致游戲效果千差萬別。比如就本文來說，之所以提升成績不明顯，主要的原因可能有以下幾點：（1）研究對象的選擇。若要看到比較明顯的能力變化，需要在干預(yù)之前確保學(xué)生的該項能力沒有達到飽和狀態(tài)，即最好干預(yù)的內(nèi)容是學(xué)生正在學(xué)習(xí)或尚未學(xué)習(xí)的內(nèi)容，這樣干預(yù)的效果會反應(yīng)的更加明顯;（2）前后測和電子游戲干預(yù)的設(shè)備選擇。一年級學(xué)生由于缺乏充足的鼠標(biāo)鍵盤操作經(jīng)驗，往往會增加測試中的誤操作以及游戲中的完成速度，采用移動設(shè)備的觸摸操作或?qū)W(xué)生提前進行充分的鍵鼠練習(xí)十分必要;（3）教育游戲的效率問題。雖然教育游戲?qū)W(xué)生的吸引力更強，但由于增加了更多操作項，相比于簡單直接的做試卷在完成進度和教學(xué)效率上會存在明顯差距，這就導(dǎo)致在相同干預(yù)時間的前提下，使用游戲?qū)W習(xí)的進度要遠低于常規(guī)方式?？梢钥吹?，引入實驗無關(guān)變量是教育游戲評估中經(jīng)常會遇到的問題，如何更加嚴(yán)謹(jǐn)?shù)卦O(shè)計實驗將是未來教育游戲研究的挑戰(zhàn)。

作者簡介：

裴蕾絲：研究實習(xí)員，碩士，研究方向為學(xué)習(xí)科學(xué)、游戲化學(xué)習(xí)、教育游戲設(shè)計與開發(fā)（peileisi@pku.edu.cn）。

尚俊杰：副教授，博士，博士生導(dǎo)師，研究方向為游戲化學(xué)習(xí)、學(xué)習(xí)科學(xué)與技術(shù)設(shè)計、教育技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)與政策（jshang@pku.edu.cn）。