基于“游戲化學(xué)習(xí)”的中職數(shù)學(xué)教學(xué)實踐*
——以“極坐標(biāo)”教學(xué)內(nèi)容為例

隨著游戲?qū)W(xué)生生活的影響越來越大，游戲的教育價值研究也越來越深入，游戲的教育應(yīng)用價值不斷凸顯。Mac Prensky在《游戲化學(xué)習(xí)》中具體分析了游戲的學(xué)習(xí)功能，并對游戲在教育、軍事訓(xùn)練、醫(yī)學(xué)實踐等領(lǐng)域的應(yīng)用做了詳細(xì)介紹。游戲可以使學(xué)習(xí)更有趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，促使學(xué)生更加積極主動地學(xué)習(xí)。本文將“游戲化學(xué)習(xí)”應(yīng)用到中職數(shù)學(xué)教學(xué)中，以體驗學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，以游戲環(huán)境為主要學(xué)習(xí)環(huán)境來進(jìn)行數(shù)學(xué)探究學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)，提升學(xué)生數(shù)學(xué)素養(yǎng)與思維品質(zhì)，培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的探究能力，使其掌握科學(xué)的學(xué)習(xí)方法、養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣并提高其合作學(xué)習(xí)的能力。

以“極坐標(biāo)”為例，在校數(shù)學(xué)教研室、藝術(shù)設(shè)計專業(yè)教師團(tuán)隊、計算機(jī)工作室的共同協(xié)作下，筆者及團(tuán)隊開發(fā)了一款以國規(guī)教材第八章解析幾何知識內(nèi)容為基礎(chǔ)的冒險類尋寶教育游戲《數(shù)學(xué)號》，本課程的授課對象——平面設(shè)計專業(yè)的學(xué)生亦參與設(shè)計了游戲界面。學(xué)習(xí)即尋寶，數(shù)學(xué)作為基礎(chǔ)學(xué)科，學(xué)習(xí)的過程就是探尋自然科學(xué)奧秘的過程。利用游戲的形式，讓這一過程充滿趣味、顯得神秘且富有吸引力。冒險類尋寶游戲?qū)儆诰W(wǎng)絡(luò)游戲的門類，也是學(xué)生比較熱衷的一類游戲，所以把尋找數(shù)學(xué)寶藏作為游戲背景，讓學(xué)生在探究、游戲的過程中不僅達(dá)成對知識目標(biāo)的掌握，也體會到數(shù)學(xué)的魅力所在。

一、課程簡介

本單元分成七個小節(jié)，分別為：平面上的直線方程、平面上直線的位置關(guān)系、圓、橢圓、雙曲線、拋物線、極坐標(biāo)。課程共計24課時，學(xué)習(xí)進(jìn)度為每周4課時，學(xué)習(xí)時間共計6周。每小節(jié)的學(xué)習(xí)分為三個階段：自主學(xué)習(xí)階段、合作探究學(xué)習(xí)階段和反思總結(jié)階段。

第一，自主學(xué)習(xí)階段。學(xué)生利用平臺微課和網(wǎng)絡(luò)資源學(xué)習(xí)“極坐標(biāo)”的概念，以及如何在極坐標(biāo)系中標(biāo)點、識點；完成教師在平臺上發(fā)布的課前任務(wù)；在平臺討論區(qū)內(nèi)進(jìn)行討論，分享自己查閱到的有關(guān)“極坐標(biāo)”的歷史、傳說、應(yīng)用以及與專業(yè)相關(guān)的知識；根據(jù)完成情況，取得《數(shù)學(xué)號》游戲的闖關(guān)藏寶圖。

第二，合作探究學(xué)學(xué)習(xí)階段。學(xué)生登錄《數(shù)學(xué)號》游戲平臺，進(jìn)入本節(jié)內(nèi)容對應(yīng)的游戲關(guān)卡。在游戲闖關(guān)的過程中遇到問題，如極坐標(biāo)系內(nèi)點與坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系、極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)的互化等，然后猜想、合作探究驗證、分享探究結(jié)果。教師提供探究方法上的指導(dǎo)和支持，提供小組合作學(xué)習(xí)和知識內(nèi)容方面的指導(dǎo)。

第三，反思總結(jié)階段。學(xué)生回顧、反思游戲化探究過程中的收獲，教師引導(dǎo)學(xué)生從多個維度進(jìn)行總結(jié)。

二、游戲設(shè)置與技術(shù)實現(xiàn)

（一）游戲主要特征

《數(shù)學(xué)號》的游戲背景是：幾個世紀(jì)以前，有一位對數(shù)學(xué)十分癡迷的冒險家Math伯爵，將他必生所得財富藏于七塊大陸，只有利用數(shù)學(xué)知識破解謎題、探險闖關(guān)，才能找到寶藏。

作為一款尋寶類的教育游戲，《數(shù)學(xué)號》有如下特征：第一，與知識內(nèi)容聯(lián)系緊密。游戲中的七塊大陸對應(yīng)了章節(jié)內(nèi)的七個小節(jié)，且根據(jù)知識內(nèi)容的不同，環(huán)節(jié)與情境的設(shè)置也不盡相同，使學(xué)生對游戲保持神秘感與新鮮感。第二，對合作的支持。《數(shù)學(xué)號》是一款在線聯(lián)機(jī)游戲，支持玩家之間小組合作。玩家可以自行分組，協(xié)作闖關(guān)。第三，及時反饋和多元評價。游戲針對學(xué)生的闖關(guān)情況進(jìn)行及時反饋，并推送針對知識點的鞏固練習(xí)，學(xué)生可以及時對薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行鞏固。游戲的評價也結(jié)合了形成性評價和終結(jié)性評價、小組評價與個人評價，既關(guān)注最后的游戲結(jié)果，更關(guān)注學(xué)生在游戲過程中付出的努力。

（二）技術(shù)實現(xiàn)

本系統(tǒng)軟件為基于多層次網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)機(jī)游戲?qū)嵱?xùn)平臺。開發(fā)主體以Visual Basic為基礎(chǔ)，界面及特效部分由ACTIONSCRIP輔助，具有互動性、娛樂性、實用性等特點。在基本硬件和數(shù)據(jù)軟件的基礎(chǔ)上，為支持系統(tǒng)軟件和應(yīng)用軟件的工程化開發(fā)和維護(hù)。支持軟件開發(fā)的相關(guān)過程、活動和任務(wù)，為工具集成和軟件的開發(fā)、維護(hù)及管理提供統(tǒng)一的支持。

本系統(tǒng)通過融入趣味情景的游戲平臺，提高學(xué)生知識實際運用能力和思維能力。設(shè)計多次不同類型的闖關(guān)游戲互動，將虛擬場景和真實數(shù)學(xué)知識相結(jié)合并建立虛實結(jié)合的教學(xué)機(jī)制。教師版可以在后臺對學(xué)生游戲進(jìn)行管理，包括統(tǒng)一開啟、停止、發(fā)送通知、推送練習(xí)、查看及時反饋等；學(xué)生端也可以與教師端聯(lián)系，進(jìn)行求助、咨詢等。

三、針對本課程的學(xué)生活動設(shè)計

在游戲化學(xué)習(xí)的過程中，學(xué)生主要進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、游戲操作、玩家互動、反思總結(jié)等活動。

一是自主學(xué)習(xí)。學(xué)生課前利用網(wǎng)絡(luò)資源、平臺任務(wù)點和微課資源對“極坐標(biāo)”的課程內(nèi)容進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，了解“極坐標(biāo)”的概念，并了解如何在“極坐標(biāo)”系中標(biāo)點、識點，并完成課前任務(wù)。只有經(jīng)過自主學(xué)習(xí)，課前任務(wù)達(dá)標(biāo)，才能得到游戲闖關(guān)所需要的藏寶圖。

二是游戲操作。課中，學(xué)生進(jìn)入游戲，合作探究、闖關(guān)。學(xué)生在游戲情境的推動下，進(jìn)一步對知識點進(jìn)行深入探究，包括極坐標(biāo)系內(nèi)點與坐標(biāo)的對應(yīng)關(guān)系，極坐標(biāo)與直角坐標(biāo)互化。教師此時需要關(guān)注課堂生成，給予學(xué)生科學(xué)的探究方法和高效的探究工具。在本課時中，學(xué)生在“密室探險”關(guān)卡遇阻，產(chǎn)生猜想，教師隨即利用投影儀進(jìn)行線下教學(xué)活動，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到極坐標(biāo)系中點與坐標(biāo)是一對多的關(guān)系，再經(jīng)由幾何畫板軟件探究得到一一對應(yīng)的限定條件。

三是玩家互動。游戲設(shè)計強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊協(xié)作，學(xué)生在闖關(guān)過程中將體驗競爭、討論、協(xié)同三種協(xié)作形式。個體得分排名、等級等作為競爭目標(biāo)；通過討論找到進(jìn)階的策略，學(xué)生在此過程中要能夠傾聽和表述，思維的連接更緊密；組內(nèi)同學(xué)共同完成通關(guān)任務(wù)，協(xié)同合作，學(xué)生發(fā)揮各自的認(rèn)知優(yōu)勢，相互爭論、相互幫助、相互提示。

四是反思總結(jié)。反思讓學(xué)生認(rèn)識到游戲并不單純，而是一種學(xué)習(xí)活動。教師與學(xué)生在互動探討、自由的學(xué)習(xí)氛圍中，從知識、情感、思想方法、學(xué)習(xí)經(jīng)驗等幾個維度反思本節(jié)課的收獲，并在課后討論區(qū)繼續(xù)分享討論。在本課程中，學(xué)生將通過課堂及時反饋小結(jié)、寫游戲日志、討論區(qū)分享心得等途徑進(jìn)行學(xué)習(xí)反思。

四、課程評價設(shè)計

課程評價貫穿整個教學(xué)活動，包括課前的診斷性評價以及貫穿始終的過程性評價與結(jié)果性評價。課前，教師根據(jù)平臺上學(xué)生完成課前任務(wù)的反饋，了解學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中遇到的困難，并依此對課堂教學(xué)做出調(diào)整；課中，《數(shù)學(xué)號》教育游戲軟件對學(xué)生每個關(guān)卡的完成情況做出及時反饋，并在課末闖關(guān)完成之后形成總結(jié)性評價，這個評價不僅反饋到個人，同時也反饋到小組?！稊?shù)學(xué)號》教育游戲?qū)⒚课粚W(xué)生的評價記錄存儲在用戶管理模塊，橫向可以與同學(xué)進(jìn)行對比，組內(nèi)協(xié)作、組間競爭、個體比較；縱向可以根據(jù)記錄了解這一階段學(xué)生游戲?qū)W習(xí)的情況，學(xué)生和教師都可以以此為依據(jù)調(diào)整學(xué)習(xí)狀態(tài)或教學(xué)策略。本課程的評價設(shè)計不僅關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)結(jié)果，也關(guān)注他們在達(dá)成目標(biāo)的過程中所做出的努力。

五、總結(jié)與展望

本文基于“游戲化學(xué)習(xí)”理念，以“極坐標(biāo)”教學(xué)內(nèi)容為例，闡述筆者及團(tuán)隊利用自主開發(fā)的《數(shù)學(xué)號》教育游戲軟件改進(jìn)數(shù)學(xué)教學(xué)方法的實踐經(jīng)驗。根據(jù)后期筆者跟蹤調(diào)查的結(jié)果可發(fā)現(xiàn)：

第一，學(xué)生在學(xué)習(xí)、游戲時饒有興趣、樂此不疲，課堂效率大大提高。學(xué)生能夠很好地根據(jù)游戲規(guī)則完成課前任務(wù)及課后拓展，規(guī)則意識增強(qiáng)，逐步養(yǎng)成了良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。協(xié)作闖關(guān)的過程中，學(xué)生提升了團(tuán)隊意識，能夠互助合作、相互促進(jìn)，合作學(xué)習(xí)、溝通交流的能力也得到相應(yīng)提升。成功闖關(guān)競技排名讓學(xué)生體驗到了學(xué)習(xí)的成就感，增強(qiáng)了學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的信心。在游戲情境的推動下，學(xué)生自主思考、合作探究，切實體會到了數(shù)學(xué)的實際應(yīng)用價值，提升了自主解決困難的能力。

第二，研究過程中也存在一些不足。一是研究周期不長，本課程只選定了《解析幾何》這本教材中“極坐標(biāo)”這部分教學(xué)內(nèi)容作為知識基礎(chǔ)開發(fā)了游戲，而“游戲化學(xué)習(xí)”的實踐應(yīng)用探索應(yīng)該是一個內(nèi)容涉獵廣泛且持續(xù)時間很長的過程。二是并不是所有知識點都適合運用此類線上電腦游戲輔助教學(xué)。教材中的每個模塊都有自己的特點，比如立體幾何著重培養(yǎng)學(xué)生的空間思維能力，函數(shù)著重變量間的依賴關(guān)系，等等。我們要找到合理的切入點，使得游戲化的教學(xué)設(shè)計與知識模塊的學(xué)習(xí)目標(biāo)相契合。“游戲化學(xué)習(xí)”是一個框架、一個容器，我們要做的是讓游戲內(nèi)容、教學(xué)內(nèi)容有“靈魂”，讓其在教學(xué)實踐中熠熠生輝。

第三，結(jié)合本案例，適合中職學(xué)生的“游戲化學(xué)習(xí)”課程設(shè)計應(yīng)該考慮到如下因素：1.與知識點緊密結(jié)合的關(guān)卡設(shè)置，讓學(xué)生對知識的學(xué)習(xí)充滿興趣，主動性得到提升；2.促進(jìn)自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)，結(jié)合小組協(xié)作闖關(guān)模式，培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)、協(xié)作探究的能力；3.科學(xué)的評估，開發(fā)學(xué)生自我評估和幫助教師進(jìn)行過程性評估的工具，這種工具注重收集學(xué)生在游戲?qū)W習(xí)過程中生成的真實游戲數(shù)據(jù)，為教師的評估提供依據(jù)；4.對學(xué)生個性化學(xué)習(xí)的支持，根據(jù)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知能力等不同特點進(jìn)行個性化的設(shè)計；5.根據(jù)學(xué)生的專業(yè)特點，加強(qiáng)學(xué)科間的融合，讓學(xué)生利用自身專業(yè)知識，作為設(shè)計者參與到游戲的開發(fā)過程中。密切結(jié)合學(xué)生的需求和偏好，在此基礎(chǔ)上開發(fā)出來的游戲也更容易被學(xué)生接受和喜愛。在教育游戲的設(shè)計過程中，應(yīng)該強(qiáng)調(diào)為學(xué)習(xí)生成游戲、為學(xué)習(xí)對象生成游戲，設(shè)計一種有價值的學(xué)習(xí)體驗才是“游戲化”在學(xué)習(xí)領(lǐng)域中的應(yīng)用之道。