面向翻轉(zhuǎn)課堂的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教育游戲設(shè)計(jì)

顧漢杰+趙月

摘要：翻轉(zhuǎn)課堂作為一種全新的學(xué)習(xí)理念已經(jīng)逐漸被高校所接受，微課是其重要的學(xué)習(xí)資源，但在及時(shí)反饋與趣味性方面稍顯不足。作者在計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程中，融入微課特性設(shè)計(jì)開發(fā)了教育游戲并將其作為翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)資源，提供給學(xué)生探究、解決問題的智慧學(xué)習(xí)情境。本文從計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課堂翻轉(zhuǎn)課堂模型構(gòu)建，“劇情模式”“冒險(xiǎn)模式”“競(jìng)技場(chǎng)模式”等游戲模塊設(shè)計(jì)以及游戲關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)等方面對(duì)其進(jìn)行了闡述，開拓了“娛教技術(shù)+智慧教育”的新范式。

關(guān)鍵詞：翻轉(zhuǎn)課堂； 教育游戲； 教學(xué)資源

中圖分類號(hào)：G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674-2117（2017）22-0096-04

● 引言

起源于2007年的翻轉(zhuǎn)課堂，作為一種師生間的新型互動(dòng)形式以及學(xué)生個(gè)性化學(xué)習(xí)的手段，已逐漸為國(guó)內(nèi)外高校所接受。翻轉(zhuǎn)課堂在實(shí)際應(yīng)用中，需合適的教學(xué)資源支撐，微課是其中最為流行的一種資源形式。筆者對(duì)目前微課的特征進(jìn)行了分析，其基本以教學(xué)設(shè)計(jì)改造過的視頻短片類型為主，一般具有制訂教學(xué)目標(biāo)、提供探究問題、引導(dǎo)學(xué)習(xí)進(jìn)程等作用，但在即時(shí)反饋與趣味性方面則稍顯不足。[1]

教育游戲是專門針對(duì)教育目的而開發(fā)的游戲，具備教育性與娛樂性并重的特點(diǎn)。作為游戲化教學(xué)的重要資源，教育游戲承擔(dān)著娛樂教育的使命。Kri Stian Kiili認(rèn)為，教育游戲具備即時(shí)反饋、清晰目標(biāo)以及認(rèn)知水平相對(duì)應(yīng)的挑戰(zhàn)等設(shè)計(jì)原則。[2]MajaPivec等強(qiáng)調(diào)在虛擬世界中整合教育支持，將學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)置于交互行為以及學(xué)習(xí)概念設(shè)置于游戲任務(wù)等目標(biāo)。[3]由此可知，在教學(xué)目標(biāo)、自主探究、互動(dòng)反饋、學(xué)習(xí)控制等方面，教育游戲設(shè)計(jì)理論與翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)資源設(shè)計(jì)要求存在較多的共通點(diǎn)，為設(shè)計(jì)面向翻轉(zhuǎn)課堂的教育游戲提供了可行性。教育游戲的即時(shí)反饋、趣味性等特征，融入翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)資源建設(shè)，將為翻轉(zhuǎn)課堂提供更為豐富的資源特性，本文以計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課堂為研究對(duì)象，引入“翻轉(zhuǎn)課堂”教學(xué)理念，開發(fā)了一款課程教育游戲進(jìn)行教學(xué)資源建設(shè)，以游戲的趣味性激發(fā)學(xué)生參與的動(dòng)機(jī)。

● 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程翻轉(zhuǎn)課堂模型

筆者借鑒美國(guó)Robert Talbert及南京大學(xué)張金磊的翻轉(zhuǎn)課堂模式，結(jié)合游戲化學(xué)習(xí)手段，總結(jié)出適合計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程的翻轉(zhuǎn)課堂模型（如上頁(yè)圖1）。該模型以游戲技術(shù)設(shè)計(jì)教育游戲作為翻轉(zhuǎn)課堂的重要教學(xué)資源并貫穿學(xué)習(xí)過程，把學(xué)習(xí)時(shí)間段分為課前與課中兩個(gè)部分。在上課前，教師提供教育游戲資源，開放游戲模塊中的微課視頻供學(xué)生體驗(yàn)觀看，學(xué)生通過實(shí)時(shí)交流加深了對(duì)該節(jié)課內(nèi)容的總體認(rèn)知。課堂中，教師在游戲模塊中頒布游戲任務(wù)，驅(qū)動(dòng)學(xué)生在游戲情境內(nèi)自主探究，通過競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)作完成游戲任務(wù)，游戲模塊內(nèi)的NPC（Non Player Character，非游戲玩家角色）根據(jù)學(xué)生游戲化學(xué)習(xí)記錄或任務(wù)成果給出即時(shí)的反饋評(píng)價(jià)。[4]學(xué)生在游戲情境中可以反復(fù)觀看微課視頻或接受游戲任務(wù)，在潛移默化中不斷進(jìn)行課程練習(xí)，體現(xiàn)較強(qiáng)的自主性。

● 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教育游戲設(shè)計(jì)

筆者以計(jì)算機(jī)思維培養(yǎng)作為課程教學(xué)要點(diǎn)，以翻轉(zhuǎn)課堂作為教學(xué)模式，設(shè)計(jì)開發(fā)了一款計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教育游戲。游戲案例的結(jié)構(gòu)由“劇情模式”“冒險(xiǎn)模式”“競(jìng)技場(chǎng)模式”等主要模塊構(gòu)成，按照課前、課中的教學(xué)流程將“劇情模式”“冒險(xiǎn)模式”“競(jìng)技場(chǎng)模式”分別對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)課程的基礎(chǔ)知識(shí)、計(jì)算思維與計(jì)算機(jī)應(yīng)用（如圖2），通過不同形式將游戲模塊與計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)教學(xué)步驟進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，以麥克利蘭成就動(dòng)機(jī)理論為指導(dǎo)設(shè)計(jì)有針對(duì)性的游戲元素以激發(fā)成就動(dòng)機(jī)，提升學(xué)生的參與性。[5]該結(jié)構(gòu)通過形式各異的主要模塊分隔教學(xué)單元與教學(xué)階段，易于整個(gè)教學(xué)流程的管理控制；對(duì)應(yīng)于課前、課中的主要模塊順序，不僅應(yīng)用到翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)理念，還將教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)任務(wù)、教學(xué)評(píng)價(jià)等工作與游戲目標(biāo)、游戲任務(wù)、游戲反饋等游戲交互更好地統(tǒng)一。

1.“劇情模式”模塊

該模塊應(yīng)用于課前階段，對(duì)應(yīng)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)思路是編寫尋找計(jì)算機(jī)火種（計(jì)算機(jī)起源）的三幕式科幻劇情，必須讓學(xué)生回溯計(jì)算機(jī)發(fā)展的歷史，尋找計(jì)算機(jī)的真正起源，通過游戲劇情引導(dǎo)他們熟悉計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)、硬件、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)、算法、應(yīng)用軟件等的由來。具體措施是構(gòu)建出一個(gè)科幻的游戲背景，在計(jì)算機(jī)歷史的一些大事件節(jié)點(diǎn)，插入包含對(duì)應(yīng)知識(shí)點(diǎn)的微課視頻，幫助學(xué)生深入理解重要計(jì)算機(jī)知識(shí)的形成過程。例如，通過描述馮·諾依曼生平，介紹著名的馮·諾依曼體系結(jié)構(gòu)是如何提出的。學(xué)生通過觀看微課加深了對(duì)計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)知識(shí)的了解，同時(shí)可隨時(shí)與同學(xué)交流討論該知識(shí)點(diǎn)，促進(jìn)知識(shí)的建構(gòu)。在整個(gè)“劇情模式”的設(shè)計(jì)上，筆者應(yīng)用了麥克利蘭成就動(dòng)機(jī)理論，引入了感動(dòng)、幻想/放松、故事/敘事、社交/表達(dá)等游戲元素來滿足學(xué)生的親和需求，從而提升他們的參與度及對(duì)游戲的初步認(rèn)同。例如，在馮·諾依曼劇情支線中應(yīng)用其個(gè)人傳記作為“故事”游戲元素，描述馮·諾依曼克服困難獲得成功應(yīng)用了“感動(dòng)”游戲元素，游戲角色穿越到馮·諾依曼時(shí)代應(yīng)用了“幻想”游戲元素，這些游戲元素在吸引學(xué)生參與學(xué)習(xí)的進(jìn)程中起到了推動(dòng)作用。課前階段的“劇情”目的在于促進(jìn)學(xué)生形成對(duì)課程概念體系的基本認(rèn)知。

2.“冒險(xiǎn)模式”模塊

該模塊應(yīng)用于課中階段，對(duì)應(yīng)對(duì)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，設(shè)計(jì)思路是依據(jù)課程的知識(shí)單元設(shè)計(jì)多個(gè)虛擬情境，由游戲NPC發(fā)布任務(wù)。學(xué)生由游戲任務(wù)驅(qū)動(dòng)完成關(guān)于計(jì)算機(jī)思維的交互操作題。具體措施是開發(fā)出可供學(xué)生探索的游戲冒險(xiǎn)場(chǎng)景，設(shè)計(jì)包含進(jìn)制轉(zhuǎn)換、計(jì)算機(jī)組成、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等多種知識(shí)的挑戰(zhàn)性任務(wù)。整個(gè)游戲場(chǎng)景屬于相對(duì)開放式的地圖，學(xué)生可以選擇當(dāng)前已經(jīng)開放且適合自己能力水平的任務(wù)接受挑戰(zhàn)，通過完成任務(wù)獲得頭銜等個(gè)人成就。在整個(gè)“冒險(xiǎn)模式”模塊中成就動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)依然非常重要，引入探索/發(fā)現(xiàn)、社交/表達(dá)、解決謎題等游戲元素來滿足學(xué)生的成就需求，從而提升他們自我探索、思考的創(chuàng)造精神及對(duì)自我的激勵(lì)。游戲場(chǎng)景的自由開放有利于學(xué)生的“探索與發(fā)現(xiàn)”，在完成游戲任務(wù)的過程中對(duì)問題的探討需要借助游戲聊天頻道進(jìn)行溝通，應(yīng)用到了“社交與表達(dá)”，順利完成挑戰(zhàn)則對(duì)應(yīng)“解決謎題”，這些當(dāng)下流行的游戲元素是游戲設(shè)計(jì)的重要組成部分，也是調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性、激發(fā)其成就動(dòng)機(jī)的重要手段，課中階段的“冒險(xiǎn)”讓學(xué)生將“劇情”處獲得的基礎(chǔ)知識(shí)通過探索、思考與解決進(jìn)行了進(jìn)一步的建構(gòu)，目的在于鍛煉其計(jì)算機(jī)思維。endprint

3.“競(jìng)技場(chǎng)模式”模塊

該模塊應(yīng)用于課中階段（教師也可以根據(jù)實(shí)際需求部分應(yīng)用于課后階段），對(duì)應(yīng)計(jì)算機(jī)應(yīng)用的掌握，設(shè)計(jì)思路是應(yīng)用競(jìng)技場(chǎng)的形式將課程知識(shí)與當(dāng)前社會(huì)的信息化應(yīng)用需求進(jìn)行結(jié)合，拓展學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。具體措施是開發(fā)一個(gè)可供所有人共同參與的競(jìng)技場(chǎng)，設(shè)計(jì)采購(gòu)硬件組裝計(jì)算機(jī)、解決網(wǎng)絡(luò)不通與計(jì)算機(jī)藍(lán)屏等綜合應(yīng)用型挑戰(zhàn)，以挑戰(zhàn)的耗時(shí)、正確率等限制條件計(jì)算挑戰(zhàn)者的成績(jī)，并將成績(jī)制成積分榜公示。競(jìng)技場(chǎng)開放時(shí)間與課程的教學(xué)計(jì)劃看齊，積分榜在課程教學(xué)計(jì)劃結(jié)束后會(huì)停止更新，但不會(huì)清空，學(xué)生依然可以查詢；當(dāng)下一教學(xué)計(jì)劃啟動(dòng)時(shí)，競(jìng)技場(chǎng)的新一輪積分榜會(huì)再次進(jìn)行排名?！案?jìng)技場(chǎng)模式”模塊應(yīng)用了挑戰(zhàn)、進(jìn)步、競(jìng)爭(zhēng)、實(shí)現(xiàn)夢(mèng)想等游戲元素，滿足學(xué)生的成就需求與權(quán)力需求，通過激發(fā)學(xué)生的進(jìn)取心提升游戲的粘性。學(xué)生參與競(jìng)技場(chǎng)意味著接受“挑戰(zhàn)”，經(jīng)過不斷挑戰(zhàn)獲得在某一知識(shí)應(yīng)用方面的“進(jìn)步”，在積分榜上的提升則體現(xiàn)了挑戰(zhàn)者之間的“競(jìng)爭(zhēng)”，當(dāng)在競(jìng)技場(chǎng)社區(qū)達(dá)成目標(biāo)后部分學(xué)生可以實(shí)現(xiàn)自我認(rèn)可等“夢(mèng)想”。課中階段的“競(jìng)技場(chǎng)”是對(duì)課本知識(shí)的擴(kuò)展，幫助學(xué)生重構(gòu)知識(shí)，目的在于強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)的實(shí)際應(yīng)用。

● 計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教育游戲關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)

游戲開發(fā)的技術(shù)路線如上頁(yè)圖3所示，筆者采用Xmind設(shè)計(jì)科幻背景的游戲創(chuàng)意原型，利用FinalDraft編寫適合計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程知識(shí)特征的游戲劇情。游戲素材的制作主要是由Axure設(shè)計(jì)界面，Photoshop繪制游戲角色，MarbleMap編輯2D地圖元件，Camtasia錄制微課視頻。

程序開發(fā)采用了Microsoft Visual Studio Code編輯器，利用jQuery編寫HTML5游戲程序，利用Canvas繪制各個(gè)場(chǎng)景界面的交互元素，利用Box2D引擎制作游戲操作中產(chǎn)生的物理運(yùn)動(dòng)，利用LocalStorage制作本地存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)記錄的跟蹤，利用WebSocket開發(fā)小組交流頻道以及競(jìng)技場(chǎng)實(shí)現(xiàn)持久化的數(shù)據(jù)通信。程序發(fā)布后，筆者采用JsUnit進(jìn)行多平臺(tái)多框架自動(dòng)運(yùn)行測(cè)試，待測(cè)試通過后在編輯器進(jìn)行發(fā)布。

● 結(jié)論

本項(xiàng)目針對(duì)翻轉(zhuǎn)課堂課前、課中階段的教學(xué)理念，開發(fā)了計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程教育游戲作為教學(xué)資源進(jìn)行輔助，以課前、課中對(duì)應(yīng)的三個(gè)模塊管理控制游戲化教學(xué)進(jìn)程，以游戲任務(wù)制訂明確教學(xué)目標(biāo)，以實(shí)時(shí)通信功能加強(qiáng)互動(dòng)反饋，以游戲場(chǎng)景為學(xué)生創(chuàng)設(shè)探究問題、解決問題的智慧學(xué)習(xí)情境，以游戲元素刺激學(xué)生成就動(dòng)機(jī)，開拓了“娛教技術(shù)+智慧教育”新范式。此外，筆者還將翻轉(zhuǎn)課堂理念應(yīng)用于游戲設(shè)計(jì)，采用了在劇情中融入微課、在冒險(xiǎn)中融入任務(wù)、在競(jìng)技中融入應(yīng)用挑戰(zhàn)的設(shè)計(jì)方法，這種方法可以作為教育游戲中長(zhǎng)期存在的教育性與游戲性聯(lián)系不強(qiáng)的問題的一種解決思路。

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作者簡(jiǎn)介：顧漢杰（1981—），男，講師，碩士，主要研究方向?yàn)閿?shù)字媒體應(yīng)用；趙月（1995—），女，在讀碩士，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)視覺。endprint