王磊鵬，王亞坤，滕 云，楊 麗，岳建華，韓坤鍵，徐函兵

（信陽農(nóng)林學院園藝學院，河南 信陽 464000）

植物生理學是研究植物生命活動規(guī)律的科學，主要包括植物的水分和礦質(zhì)營養(yǎng)、物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)換、植物的信號轉(zhuǎn)導、植物的生長和發(fā)育4 個方面的內(nèi)容[1]，是植物生產(chǎn)類、生物科學類相關專業(yè)本科生的一門重要的專業(yè)基礎課。其中，光合作用是物質(zhì)代謝和能量轉(zhuǎn)換中的重點內(nèi)容，也是教學難點之一。光合作用包含葉綠體及其色素、光合作用過程、光呼吸、影響光合作用的因素、植物對光能的利用等知識點，理論性和應用性較強。針對光合作用相關知識點，教學前期采用課前發(fā)布學習任務，課中針對問題精講，課后階段測試的傳統(tǒng)翻轉(zhuǎn)教學形式進行。但由于該知識點涵蓋內(nèi)容較廣，學生往往對某一知識模塊記憶較為深刻，但對于知識模塊之間的聯(lián)系則了解較少，不能形成很好的知識體系。為了幫助學生將知識模塊進行貫通，形成知識體系，引入游戲化的學習方式。

游戲是人類的基本行為，教育和工作其實就是游戲[2]。當代著名教育心理學家杰羅姆·布魯納（Jerome Seymour Bruner）認為，學習最大的原動力在于使得學生主體對知識學習產(chǎn)生濃厚的興趣，而游戲?qū)⑹羌ぐl(fā)學生主體濃厚興趣的最佳途徑[3]。簡·麥格尼格爾在《游戲改變世界》中指出，游戲化可以讓現(xiàn)實變得更美好，提升人的幸福感，構(gòu)建更美好的現(xiàn)實社會[4]。游戲化學習就是采用游戲化的方式進行學習，教育者將游戲作為與學習者溝通的互動平臺，采用游戲的方式向?qū)W習者傳遞知識信息[5]。游戲化學習實質(zhì)是一種學習模式，教育者采用游戲的方式，為學習者營造一種相對寬松、自由的氛圍，學習者以游戲作為平臺開展學習，從而促進學習者創(chuàng)造能力、問題解決能力、合作交流能力等高階能力的發(fā)展[6]。

游戲化學習具有多元化的學習體驗，包括基于情境的認知體驗、基于協(xié)作的社會性體驗和基于動機的主體性體驗[7]。研究表明，基于學習科學的游戲設計能夠幫助學習者獲得更加科學、有效的認知體驗[8]。

1 游戲化學習的設計與實施

1.1 游戲設計

選擇光合作用中光呼吸的過程作為游戲的框架。該知識點涉及葉綠體、過氧化物酶體、線粒體3個細胞器之間的協(xié)作，過程繁瑣但邏輯簡單，與其他知識點聯(lián)系緊密。根據(jù)光呼吸的反應過程，設計相對應的游戲環(huán)節(jié)，有利于該知識點的鞏固并建立知識框架。

1.2 準備工作

①知識準備：前期已學習過葉綠素的光合特性、光合電子傳遞鏈、碳同化等知識點，自學光呼吸具體過程；②人員準備：以29人班級為例，將學生分成6組，每組4～5人；③物品準備：教師準備好游戲中所需要的題目、道具、獎勵等物品；④規(guī)則講解：教師針對游戲規(guī)則進行詳細講解，確保學生在較短時間內(nèi)熟悉游戲流程及規(guī)則。

1.3 實施

1.3.1 游戲背景設計

知識背景：植物細胞葉綠體中的1，5-二磷酸核酮糖羧化酶/加氧酶（Rubisco）是雙功能酶，在CO2濃度高的情況下，該酶催化1，5-二磷酸核酮糖（RuBP）和CO2與H2O 進行羧化反應，生成2分子的3-磷酸甘油酸；在O2濃度高的情況下，該酶催化RuBP 和O2進行反應，生成1 分子的3-磷酸甘油酸和1分子的磷酸乙醇酸。3-磷酸甘油酸可以正常參與卡爾文循環(huán)，而磷酸乙醇酸需歷經(jīng)葉綠體、過氧化物酶體、線粒體轉(zhuǎn)換成3-磷酸甘油酸重新參與到卡爾文循環(huán)中去。

根據(jù)該反應特點，再結(jié)合深受學生喜愛的動漫《國王排名》中的波吉形象，將磷酸乙醇酸包裝成“波吉”，設置如下游戲背景：Rubisco 王后懷了一對雙胞胎，可是由于CO2含量的不足，本該受到CO2的祝福平安出生的一對小王子，卻被O2搶先，在這樣的情況下他們出生了，弟弟是一個健康可愛的磷酸甘油酸，而哥哥卻成了又聾又啞的磷酸乙醇酸。哥哥在王宮受盡了排擠，為了走出自己的路，哥哥化妝成乙醇酸，從葉綠體中離家出走。

根據(jù)乙醇酸的冒險之路，設計游戲關卡。

1.3.2 過氧化物酶體

知識背景：在過氧化物酶體中，乙醇酸需要和O2反應生成乙醛酸，乙醛酸和谷氨酸反應生成甘氨酸。

游戲設計：在此關卡中先利用題目搶答并用抽簽的方式將6 組同學分成2 隊，每隊3 組同學。一隊為O2隊，一隊為谷氨酸隊。O2隊的任務是拿到谷氨酸隊的氨基，谷氨酸隊的任務則是保護氨基。闖關形式為抽盲盒，盲盒中為光合作用的相關題目和2 個氨基。由谷氨酸組人手1 個盲盒，氧氣組每組派1 人選擇1 個盲盒開啟，開出氨基直接進入下一關，開出題目需進行回答，限時30 s，回答正確繼續(xù)開盲盒，回答錯誤由下一組同學開盲盒。抽盲盒方式：靈魂捕手。上場同學戴上蜘蛛俠蛛絲手套“捕捉”拿盲盒的同學，手拿盲盒同學可以躲避，挨到即算捕捉成功。抽到氨基簽直接晉級，不需再抽盲盒；若氨基酸被守護成功，成功守護的小組進入下一關。

晉級方式：2個拿到氨基的小組晉級并獲得晉級獎勵，剩余4個小組利用游戲小道具再次進行PK，最終失敗的小隊接受秘密任務，3個小隊留守下一任務。

獎勵方式：個人+團隊作戰(zhàn)，小組成員誰抽題誰得獎勵貼紙，回答完問題后由被抽題同學判斷對錯，判斷正確被抽同學得獎勵貼紙，判斷失誤不得獎勵貼紙。獎勵貼紙可換取個人獎勵。晉級小隊可獲得晉級獎勵。

1.3.3 線粒體

知識背景：甘氨酸進入線粒體后，2分子的甘氨酸反應生成1分子的絲氨酸和1分子的CO2。

游戲設計：魔法陣，進入此陣的同學，會受到鏡子的攻擊，小組內(nèi)同學必須做相同的動作，否則會被消除。全組動作，1人做，其他人學，最整齊劃一，堅持最久的小組獲勝。勝利小組獲得晉級獎勵，失敗小組接受秘密任務。

1.3.4 返回過氧化物酶體

知識背景：絲氨酸和谷氨酸的碳骨架α-酮戊二酸進行反應生成羥基丙酮酸。

游戲設計：由留守的3個小組進行反擊，闖關小組需選擇一個小組進行挑戰(zhàn)，若挑戰(zhàn)成功，被挑戰(zhàn)組失敗并接受秘密任務，闖關小組和剩余2 個留守小組進入下一關；若挑戰(zhàn)失敗，3個組守關小組進行下一關，挑戰(zhàn)小組接受秘密任務。挑戰(zhàn)方式：你來比劃我來猜。小組成員排成一隊，第一個成員抽到題目后用肢體語言描述，傳遞給下一位成員，隊員間依次比劃傳遞，不能發(fā)出聲音，由最后一名成員猜測題目內(nèi)容，答案最接近的小組獲勝。失敗小組接受秘密任務。其余3個組合并為闖關小隊。參與挑戰(zhàn)并獲勝的小隊獲得晉級獎勵。

1.3.5 終極挑戰(zhàn)

知識背景：羥基丙酮酸在過氧化物酶體中消耗1 分子NADH 生成甘油酸，甘油酸進入葉綠體，消耗1分子ATP生成3-磷酸甘油酸。

游戲設計：秘密任務：守護NADH 和ATP。NADH 和ATP是回歸葉綠體，成為3-磷酸甘油酸的重要能量，缺一不可。接受秘密任務的小組，任務是保護這兩個能量不被找到。闖關小組負責找到這兩個能量。

1.3.6 終極對決：撕名牌

闖關小隊的名牌后空白，秘密小隊的名牌后有題目或者是NADH 和ATP 其中之一，撕掉名牌的后面是題目的，負責回答該題目，撕掉名牌后面是NADH 或ATP 的，可直接保留。同1個小組必須同時拿到NADH和ATP才算成功。最終獲勝的小組獲得終極大獎。若拿到了NADH 或ATP 的小組，但是小組同學全部被淘汰，則淘汰該小組最后1 名同學的小組獲得該小組的NADH 或ATP。撕名牌結(jié)束后，撕到題目的同學回答題目，回答正確的獲得獎勵貼紙，回答錯誤的被撕同學得貼紙。

1.3.7 故事結(jié)尾

磷酸乙醇酸從葉綠體出發(fā)，途徑過氧化物酶體、線粒體，又重新沿著線粒體、過氧化物酶體返回到葉綠體中。歷經(jīng)千辛萬苦，終于成為了3-磷酸甘油酸。磷酸乙醇酸經(jīng)歷了痛苦，也收獲了成長和友情，它終于找回了自己，成為了自己原本就應該成為的。人生難免會有彎路，且彎路的風景也很美，但心中有路，就不會迷失方向，最后仍能抵達目的地。

1.4 游戲設計思路

游戲化學習過程中，容易出現(xiàn)游戲和學習內(nèi)容脫節(jié)，學生過于投入游戲而忽視學習內(nèi)容的現(xiàn)象。本次游戲化學習設計用與反應歷程相似的虛擬背景進行構(gòu)建，將生成的兩種化學物質(zhì)比喻成受影響的雙胞胎兄弟，游戲背景和學習背景合二為一，學生對知識化的游戲背景接受程度更高。

將游戲根據(jù)反應過程中的3 個細胞器設置成相應的四關，每個關卡中的游戲設計都基于相應的知識背景，在游戲中體會反應過程；關卡中盲盒、你比劃我猜、撕名牌等環(huán)節(jié)中的題目均來自于光合作用相關的知識點，考察學習內(nèi)容的掌握程度和應變能力，促使學生在緊張的游戲競爭環(huán)節(jié)中喚醒學過的知識點，有助于知識網(wǎng)絡的形成；關卡中的題目內(nèi)容由易到難，充分考慮到不同小組不同知識點掌握情況；每個環(huán)節(jié)都設置有游戲個人和小組獎勵，學生每回答一個問題可獲得個人獎勵，小組每完成一次晉級可獲得小組獎勵，學生根據(jù)自己的知識掌握情況和小組配合情況，可在不同的游戲關卡中獲得相應的獎勵，使不同水平層次的學生都能參與并有所得。

游戲最后根據(jù)磷酸乙醇酸最終轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸的艱難歷程，利用科學問題本身進行課程思政融入，學生接受程度高，并對學生三觀產(chǎn)生一定的積極影響。

游戲最后評出終極大獎獲得小組、最佳個人和最佳配合小組等，對學生的在游戲中的積極表現(xiàn)給予正面激勵和評價。游戲結(jié)束后針對游戲中的表現(xiàn)和知識點進行復盤和總結(jié)，并將錯誤題目后的知識邏輯重新梳理，幫助學生打通思維癥結(jié)，形成知識體系。并由獲獎小組發(fā)言進行反思總結(jié)，將知識內(nèi)化于游戲，又從游戲中提煉而出，鍛煉了學生的高階思維能力。

2 結(jié)果評價

游戲結(jié)束后發(fā)放調(diào)查問卷，問卷由考察知識點相關題目、參與度題目、課程思政相關思政點反饋、意見和反饋4 個方面的內(nèi)容組成。利用問卷星對學生進行教學效果評價的調(diào)查，本次調(diào)查問卷發(fā)放在普本生源招生、對本生源招生2個班級，共回收調(diào)查問卷53份，結(jié)果顯示：知識點相關題目中涉及光呼吸知識的題目共5 道，正確率最高為86.79%、最低為79.25%，從0 分到10 分對“本次游戲化學習對于知識點的掌握有沒有幫助？”進行評價題目，平均得分為9.06分，從0分到10 分評價“游戲中的題目你認為難度如何？”題目，平均得分為6.21分。

該部分問卷題目考察學生對知識點的掌握情況和學習遷移的能力，針對光呼吸涉及的知識點，將近80%的同學能夠回答出正確答案，說明絕大多數(shù)學生都掌握了光呼吸游戲設計中涉及到的知識點，并在對幫助知識點的掌握上給予了較高的分數(shù)，說明針對光呼吸知識點，學生可以將游戲情境中的體驗較好地遷移到正式的學習中。但在游戲中關于題目難度的問卷調(diào)查中，平均得分并不高。此題目為游戲過程中光合作用相關知識點，在游戲過程中，基礎較差的對本生源的學生答題正確率并不理想，部分學生積極參與到了游戲中，但對游戲中的題目并不能進行很好的回答。說明在前期光合作用相關知識點的學習過程中，對知識的掌握并不牢固，一些有意設計的“陷阱”題目，更是幾乎全軍覆沒；普本生源的學生基本能夠正確回答游戲中所涉及的題目，對于“陷阱”題目的回答，雖不能全部回答正確，但針對題目中的思維“陷阱”能有一定察覺。說明對于前學知識點，學生對新學知識的建構(gòu)和其基礎知識的掌握程度有很大關系。

參與度問卷題目顯示，有92.5%的學生積極參與到了游戲中，幾乎所有的學生對小組其他同學的貢獻表示了肯定，有的充當軍師，有的負責查找資料，有的為了團隊利益在撕名牌環(huán)節(jié)犧牲自己，小組成員相互協(xié)作，行動敏捷；有77%的學生獲得了個人獎勵，最高6個，最低1個。

學習是人與人之間交流合作的過程，也是游戲化學習體驗的重要內(nèi)容。本次游戲化學習采用個人表現(xiàn)+團隊合作的形式開展，教師進行指導，較好地促進了學生之間的團隊合作，并鍛煉了自身能力。

對題目“本次乙醇酸轉(zhuǎn)變?yōu)?-磷酸甘油酸的艱辛歷程對你以后面對困難時有何積極影響？”的作答情況進行觀點分析，形成如圖1所示詞云，說明學生通過此次游戲化學習形成了積極的人生態(tài)度，是一次成功的、潛移默化的思政教育。

在意見和反饋中，幾乎所有的學生都表示提升了對本門課的興趣，有33 人表示加深了對知識點的印象和理解，有15人表示提升了團隊精神，有10人表示收獲了開心和快樂。說明此次游戲化學習較好地激發(fā)了學生的學習動機，培養(yǎng)了學習興趣。

3 結(jié)語

光呼吸是光合作用章節(jié)講解中較難的知識點，理論性強，與前學知識結(jié)合緊密，學生面對枯燥的理論學習很難提起興趣。本次游戲化學習設計建立在學生前期對新學的知識點進行一定建構(gòu)的基礎上，拔高學生對新學知識的理解，將知識模塊融會貫通，提升學生對較難知識點的學習積極性。結(jié)果顯示，對于此次游戲化學習設計的知識母版光呼吸知識點，學生在游戲中能進行較好的知識遷移，起到不錯的效果，但對于其他的光合作用題目，正確率并不高，這是因為學時安排緊密，且學生未能認真復習。直觀的結(jié)果能刺激學生及時反思，同時也提醒教師在游戲化學習過程中，要實現(xiàn)高階知識的建構(gòu)，需要教師進行一定的認知輔助，以幫助學生真正實現(xiàn)知識模塊的連結(jié)，實現(xiàn)預期的認知結(jié)果。

本次游戲化學習從游戲背景、闖關環(huán)節(jié)和結(jié)語升華等多方面進行了課程思政的嘗試，注重顯性和隱性課程思政的雙線設計，從而真正達到潛移默化的思政育人效果。整個教學設計采用由易到難、層層闖關的方式進行，使不同學習層次的學生都能有所收獲，并且在游戲過程中得到的及時獎勵可以持續(xù)激發(fā)學習動機。但本次游戲設計也存在只能適用于小班教學，因為規(guī)則不夠細化，對于題目答錯的同學并未給予適宜懲罰等問題，需要結(jié)合實際情況進行調(diào)整。

大家對教學中游戲化學習的應用效果期待較高，但相關的實踐性研究較少，在中小學課堂教學中應用較多，但在大學課堂中的應用和嘗試較少。本次光呼吸課堂教學中對游戲化學習的應用，提升了學生對本門課程的參與度和興趣，很好的鍛煉了學生多方面的能力，也是植物生理學課堂教學創(chuàng)新教學模式和方法的有益嘗試。