STEAM 視角下研究生教育游戲開發(fā)課程的設(shè)計與構(gòu)建

史曉倩 何玲*

（1.江西科技師范大學(xué) 教育學(xué)部，江西 南昌 330038；2.南昌VR 感知交互重點實驗室，江西 南昌 330000）

《中國制造2025》的出臺，開啟了我國以科學(xué)技術(shù)為核心工具的第四次工業(yè)革命[1]，也改變了對未來人才的需求。當(dāng)今世界各國之間的競爭空前激烈，并紛紛將具有創(chuàng)新素養(yǎng)的高素質(zhì)人才作為教育改革的主要目標(biāo)。隨著國家發(fā)展進入新階段，研究生教育也進入了新時期。因此積極開展研究生培養(yǎng)方案和課程體系改革具有劃時代的戰(zhàn)略意義。

STEAM 教育作為一種跨學(xué)科的綜合性教育模式，通過為學(xué)生創(chuàng)造一個具有現(xiàn)實意義的問題情境，讓學(xué)生進行積極的思維活動和情感投入，從而培養(yǎng)學(xué)生知情意行各個方面的能力。[2]因此，將STEAM 理念作為研究生課程的基礎(chǔ)理論，與研究生的課程設(shè)計和實施過程融合，能夠產(chǎn)生意想不到的效果。

一、相關(guān)概念界定及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

（一）STEAM 教育

STEAM 教育源于1986 年美國國家科學(xué)委員會（National Science Board，NSB）發(fā)表的《本科的科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程教育》（Undergraduate Science,Mathematics and Engineering Education）報告。該報告首次提出“科學(xué)（Science）、技術(shù)（Technology）、工程（Engineering）和數(shù)學(xué)（Mathematics）”教育的綱領(lǐng)性建議[3]。后來格雷特·亞克門（Georgette Yakman）于2006 年提出藝術(shù)（Art）對于個人職業(yè)生涯發(fā)展和融入社會的重要性，將其加入可平衡STEM 教育中過重的理工屬性，為理工學(xué)科提供創(chuàng)意思維，至此STEAM 理念正式形成[4]。

隨著STEAM 教育的不斷外延，先后出現(xiàn)STREAM、STEAM+等新概念，而其作為重要的綜合教育輔助方式，被廣泛應(yīng)用于各級學(xué)校之中，目的是培養(yǎng)學(xué)生的終身學(xué)習(xí)意識和創(chuàng)新能力，以綜合眼光和富有創(chuàng)新性的方式去認(rèn)識世界和解決問題[5]。

（二）教育游戲

教育游戲（Edutainment）在西方國家研究較早，由教育（Education）和娛樂（Entertainment）兩個詞匯組成[6]，意為以游戲化的方式輔助教學(xué)。但在我國尚未有確切的定義，通常認(rèn)為教育游戲是指利用智能工具和新興技術(shù)，通過將教育內(nèi)容進行游戲化的設(shè)計，借助一定的激勵和懲罰模式，來提升學(xué)習(xí)者參與認(rèn)知活動的趣味性、沉浸性和持續(xù)性，從而豐富學(xué)習(xí)活動，促進學(xué)習(xí)體驗，達到事半功倍的認(rèn)知效果[7]。

但如何促進教學(xué)者的教學(xué)效果，如何提升學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)興趣的持續(xù)性，如何加強學(xué)習(xí)的投入度等，仍是一線教師和教育游戲開發(fā)者急需解決的問題。隨著虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實技術(shù)的不斷發(fā)展，為教育游戲領(lǐng)域提供了新的研究視角，并作為新興技術(shù)快速融入其中，使VR/AR 教育游戲逐漸成為技術(shù)促教與興學(xué)的研究熱點之一。

二、STEAM 視角下研究生教育游戲開發(fā)課程的設(shè)計原則

教育游戲開發(fā)課程涉及教育游戲理論知識及教育游戲開發(fā)的相關(guān)知識，這些知識的豐富性和多樣性決定了該課程適合與STEAM 理念相融合。而作為一門游戲開發(fā)課程，要求的創(chuàng)造能力較高，可以很好地通過該課程的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

基于表1 的STEAM 內(nèi)容分析，我們提出以下課程設(shè)計原則：

表1 教育游戲開發(fā)課程中STEAM 內(nèi)容分析

（一）綜合性原則

單學(xué)科和技能的掌握已無法適應(yīng)現(xiàn)代社會對人才的需求，跨學(xué)科構(gòu)建的課程才能讓學(xué)生以全面、綜合的角度去認(rèn)識世界，形成全面的認(rèn)知水平和問題解決能力。基于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的要求，課程設(shè)計應(yīng)該重視調(diào)動學(xué)生跨學(xué)科、跨領(lǐng)域知識的習(xí)得，這也是STEAM 教育理念十分強調(diào)的內(nèi)容[8]。

教育游戲開發(fā)課程通過基于項目的整合性學(xué)習(xí)，使學(xué)生將專業(yè)的理論知識、游戲開發(fā)軟件操作技能、編程語言應(yīng)用、游戲策劃、基于項目迭代的評價反思技能等，整合成具有綜合性和創(chuàng)新性的教育游戲項目整體，讓學(xué)生能夠從綜合性、系統(tǒng)性的角度去認(rèn)識世界和解決問題，避免傳統(tǒng)教學(xué)中分科教學(xué)造成的知識割裂和思維定勢等問題，更有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的形成。

（二）自主性原則

課程充分利用STEAM 理念的特色，發(fā)揮學(xué)生的自主性和動手能力，讓學(xué)生在項目合作中開發(fā)具有教育性和獨特性的教育游戲作品，從而提升他們的創(chuàng)造能力和基于項目的問題解決能力[9]。

自主性原則主要體現(xiàn)在自主選題、自主合作、自主設(shè)計、自主開發(fā)、自主評價、自主改進等方面。教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)情，提出可選擇的項目主題供學(xué)生挑選和設(shè)計，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣方向和知識基礎(chǔ)，選擇自己喜歡的項目主題。根據(jù)選題，學(xué)生可以基于自己的想法在小組中進行合作，在保證每個成員參與性的前提下，發(fā)揮各自的優(yōu)勢。學(xué)生可以按照自己的選題，自主設(shè)計和開發(fā)出自己負(fù)責(zé)的部分游戲內(nèi)容。游戲開發(fā)完成后，學(xué)生可以按照自己的標(biāo)準(zhǔn)要求進行游戲的迭代優(yōu)化，也可以針對他人的游戲作品進行評測。

（三）合作性原則

STEAM 教育以項目為學(xué)習(xí)活動載體，其關(guān)鍵是項目實施過程中的合作問題，即每一個項目的成功制作都離不開各個小組成員的充分合作。教育游戲開發(fā)課程以教育游戲的開發(fā)過程為重點內(nèi)容，讓學(xué)生在游戲制作過程中鞏固創(chuàng)新性知識，培養(yǎng)創(chuàng)造性思維，提升創(chuàng)造性能力。

由于該課程是基于PBL 理念的課程教學(xué)模式，PBL 對教師和學(xué)生的要求比較高。對教師來說，這種授課模式應(yīng)該具備很高的理論水平和實踐能力；對學(xué)生來說，能夠積極主動地進行學(xué)習(xí)合作，且有較扎實的知識技能基礎(chǔ)，才能從該模式下受益[10]。因此，這里的合作性原則不僅指學(xué)生之間基于項目過程的合作，也指教師與學(xué)生之間的“教師主導(dǎo)、學(xué)生主體”的合作模式。

三、STEAM 視角下教育游戲開發(fā)課程的設(shè)計與構(gòu)建

以教育游戲開發(fā)課程中STEAM 內(nèi)容分析、課程的設(shè)計原則為基礎(chǔ)，對STEAM 視角下研究生教育游戲開發(fā)課程模式進行設(shè)計與構(gòu)建，具體過程如圖1 所示。

圖1 研究生教育游戲開發(fā)課程設(shè)計流程圖

（一）教學(xué)分析

任何一門課程在實施之前，都應(yīng)該對教學(xué)做一個全面的綜合性分析，具體如下：

1.對學(xué)習(xí)者進行分析

學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，在“以生為本”的教學(xué)理念指導(dǎo)下，對學(xué)習(xí)者進行分析體現(xiàn)了“生本位”的特點?；诖耍拍茉O(shè)計出針對該學(xué)段的、符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的課程。

教育游戲開發(fā)課程的授課對象是現(xiàn)代教育技術(shù)專碩一年級學(xué)生，由于研究生學(xué)制的特殊性，學(xué)生年齡段跨度較大，通常在22 歲以上，他們經(jīng)過基礎(chǔ)教育和大學(xué)教育的洗禮，基礎(chǔ)知識扎實，思維和認(rèn)知發(fā)展趨于成熟，擁有自己獨特的見解，并對教育游戲相關(guān)知識有初始的了解。

2.學(xué)習(xí)內(nèi)容分析

需要確定學(xué)習(xí)內(nèi)容的范圍和深度，將學(xué)習(xí)內(nèi)容根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)具體化，方便之后與設(shè)計的教育游戲內(nèi)容相融合，從而揭示學(xué)習(xí)內(nèi)容各部分之間的聯(lián)系。本門課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容主要是了解教育游戲的起源與發(fā)展，以及如何用Unity3D 進行教育游戲的開發(fā)。

3.學(xué)情分析

對學(xué)生已有的知識經(jīng)驗、學(xué)習(xí)能力以及學(xué)習(xí)風(fēng)格進行分析，這些因素將影響本次學(xué)習(xí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)效率，在課程實施過程中可以作為參考。學(xué)情分析是系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計的有機組成部分，并與教學(xué)設(shè)計的其他部分存在極為緊密的互動關(guān)系。

本次課程中的教學(xué)對象為研究生一年級的學(xué)生，他們對教育游戲開發(fā)過程有一定的經(jīng)驗和知識基礎(chǔ)，因此不應(yīng)該采取與本科生一樣按部就班的學(xué)習(xí)方式，學(xué)習(xí)任務(wù)應(yīng)圍繞某一主題，以項目的形式進行小組合作與交流，最終以教育游戲作品或教育游戲賞析的形式展現(xiàn)學(xué)習(xí)成果。

（二）以項目為中心的課程設(shè)計

根據(jù)建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論和STEAM 教育的內(nèi)涵，教育游戲開發(fā)這門課程主要采用以項目為中心的學(xué)習(xí)方式，每一輪項目的實施主要分為四個步驟：項目主題的確定、合作方案的設(shè)計、項目方案的實施與改進、項目方案的評價與反思。經(jīng)過上述幾個項目過程的實施之后，教師和助教根據(jù)學(xué)生在項目實施過程中遇到的問題，對項目過程和時間跨度進行調(diào)整，最終進行第二輪和第三輪以項目為中心的教學(xué)。

下面，筆者將分別就如何在這幾個步驟中融入STEAM 理念，從而提高學(xué)生的創(chuàng)新能力進行簡單介紹。

1.項目主題的確定

學(xué)習(xí)主題的設(shè)計是體現(xiàn)STEAM 教育理念的關(guān)鍵之處。在本次研究的情境下，學(xué)生均為有一定教育游戲相關(guān)知識基礎(chǔ)的研究生，其心智和認(rèn)知能力發(fā)展較為成熟，他們大多厭棄照本宣科的復(fù)述性學(xué)習(xí)，希望開展富有趣味性、以項目為中心的學(xué)習(xí)活動。因此，學(xué)習(xí)主題的確認(rèn)應(yīng)當(dāng)是以問題或項目為中心的，且是有利于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思考的半開放式學(xué)習(xí)主題。例如，基于小學(xué)生抽象邏輯思維發(fā)展不成熟，難以離開直接具體事物學(xué)習(xí)相關(guān)知識的問題，教師在制作教學(xué)資源時，可使用增強現(xiàn)實技術(shù)制作科普軟件或AR 教學(xué)課件來輔助小學(xué)生的學(xué)習(xí)過程。

根據(jù)上述情況，在某一階段的項目選取上，可以選擇“AR 教學(xué)資源”為主題，學(xué)生以小組的形式參與學(xué)習(xí)活動，經(jīng)過小組成員的討論，最終確定本小組的項目主題，并對自己小組的項目主題進行界定和說明。

2.合作方案的設(shè)計

基于STEAM 教育理念和提高學(xué)生創(chuàng)新性的出發(fā)點，小組合作應(yīng)該作為主要學(xué)習(xí)方式存在于整個項目制作過程中。在某一主題的項目開發(fā)過程中，合作應(yīng)該體現(xiàn)在基于小組討論確定自己的項目主題及制作過程，即在項目制作過程中，小組成員如何發(fā)揮自己的優(yōu)勢進行項目分工，如何調(diào)和各成員之間的不同想法和設(shè)計風(fēng)格，出現(xiàn)問題后應(yīng)該如何合作解決或?qū)で蟾鞣劫Y源進行問題的解決，等等。例如，在以“AR 教學(xué)資源”為主題的項目設(shè)計過程中，應(yīng)當(dāng)創(chuàng)設(shè)輕松愉悅的人文學(xué)習(xí)環(huán)境，在告知學(xué)生學(xué)習(xí)目標(biāo)為掌握Unity3D支持的各類增強現(xiàn)實軟件開發(fā)工具包（AR SDK），選取與自己小組項目主題相近的AR SDK 進行教學(xué)資源開發(fā)的設(shè)計；評價標(biāo)準(zhǔn)為小組“AR 教學(xué)資源”成品展示、各個成員的分工配合以及對其成品的理解和敘述答辯。

在此基礎(chǔ)上，對學(xué)生項目設(shè)計、探索的過程進行支持和鼓勵，允許各小組成員對自己的方案設(shè)計以及問題解決方法進行頭腦風(fēng)暴，注重合作與共享，為創(chuàng)新精神的培養(yǎng)提供便利性、可能性，最終選取最合適的設(shè)計和實施方案。

3.項目方案的實施與改進

在項目方案的實施與改進過程中，學(xué)生應(yīng)基于上一步驟選擇得到的最優(yōu)項目方案進行實踐，在實踐過程中不斷進行改善，以得到組內(nèi)最優(yōu)的作品成果。學(xué)生需要親身體驗項目創(chuàng)新實踐的過程，在實施過程中及時發(fā)現(xiàn)方案設(shè)計的不足或提出更優(yōu)的問題解決方案，并及時進行項目方案的改進和優(yōu)化，即“實施—學(xué)習(xí)改進—再實施”的多次循環(huán)過程。

在以“AR 教學(xué)資源”為主題的項目實施過程中，可對不同平臺AR SDK 的功能、支持平臺、優(yōu)缺點、價格等進行多方面比較。例如，使用Vuforia 可能會存在水印問題影響美觀，但在圖片識別、自定義識別方面可能較為穩(wěn)定；EasyAR免費版本不會存在水印問題，且云識別速度較快，并支持大多數(shù)的安卓系統(tǒng)等。在小組項目實施的過程中，若遇到類似AR SDK 的問題，就可以進行多方面的比較和改進工作，最終選擇最適合的AR 插件和SDK。

4.項目方案的評價與反思

在小組項目的評價方面，評價內(nèi)容包括創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實踐能力。創(chuàng)新思維主要以項目主題的確定和合作方案的設(shè)計過程為評價標(biāo)準(zhǔn)；創(chuàng)新實踐能力評價主要貫穿于項目方案的實施與改進、評價與反思兩個過程。另外，評價方式應(yīng)該采取多元化的評價方式，如小組內(nèi)部自評、小組間評價、教師與助教評價、專家評價等，且各評價主體所占比例應(yīng)該適中，評價方式采用盲投的形式，以保證其評價的公正性。

（三）創(chuàng)新能力分析

基于STEAM 理念設(shè)計實施的教育游戲開發(fā)課程的教學(xué)目的，除了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)教育游戲相關(guān)知識的興趣，提高學(xué)生教育游戲開發(fā)的技能之外，也對提高學(xué)生創(chuàng)新能力的可行性進行了研究與分析。如圖1 所示，在課程實施過程中，將學(xué)生的創(chuàng)新能力分為創(chuàng)新思維和創(chuàng)新知識與技能，并在課程結(jié)束后對二者分別進行測試。在創(chuàng)新思維方面，主要進行整體測試和分維度測試，具體維度為批判思維能力、直覺思維能力、邏輯思維能力、創(chuàng)新思維能力。在創(chuàng)新知識與技能方面，主要對其小組教育游戲作品進行專業(yè)、科學(xué)的測評，分析得出小組成員創(chuàng)新知識和創(chuàng)新技能的綜合水平、優(yōu)勢及短板，最終得出學(xué)生的創(chuàng)新能力是否得到提高的結(jié)論。

（四）以項目為中心的一輪課程實施過程

教育游戲開發(fā)課程一輪項目實施的具體過程，大體分為聯(lián)系、構(gòu)建、完善、反思四個具體過程，分別與以項目為導(dǎo)向教學(xué)方式中的項目主題的確定、合作方案的設(shè)計、項目方案的實施與改進、項目方案的評價與反思四個過程一一對應(yīng)。課堂實施過程的教學(xué)模式采用翻轉(zhuǎn)課堂和線上線下混合式教學(xué)結(jié)合，學(xué)生在課前、課中及課后的學(xué)習(xí)活動，如圖2 所示。

圖2 一輪項目課堂實施流程圖

1.聯(lián)系

課程一輪項目的第一階段是學(xué)生將理論知識和游戲設(shè)計理念相結(jié)合的過程，故稱之為“聯(lián)系”過程。聯(lián)系過程周期大約為2 周，與“項目主題的確定”過程相對應(yīng)。此階段的課堂主要采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，由于研究生擁有較強的基礎(chǔ)知識，此階段學(xué)生的課前任務(wù)是將自己已有知識進行聯(lián)系，即學(xué)生通過學(xué)習(xí)通App 或中國大學(xué)MOOC 等線上公開課程資源進行基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，并將已有的教育游戲相關(guān)認(rèn)識與其理論、技術(shù)、游戲設(shè)計理念相結(jié)合，為后期教育游戲主題的確定奠定理論基礎(chǔ)，并尋找游戲策劃靈感。

教師在課堂上提出教育游戲命題，組織學(xué)生自主分組后，以小組為單位進行教育游戲主題的頭腦風(fēng)暴，每人都可在開放的學(xué)習(xí)環(huán)境下暢所欲言，提出自己的看法，為小組教育游戲項目主題的確定貢獻自己的力量。經(jīng)過兩周的學(xué)習(xí)、討論與沉淀，確定6 個小組的游戲主題，如表2 所示。

表2 一輪項目小組游戲

2.構(gòu)建

課程一輪項目的第二階段是學(xué)生進行教育游戲的策劃，并針對游戲進行小組分工的過程，故稱之為“構(gòu)建”過程。經(jīng)過聯(lián)系過程的沉淀，學(xué)生在教育游戲相關(guān)理念的熏陶下靈感噴涌，大約需要1 周的時間即可完成游戲的背景、玩法策劃、項目流程中小組的分工安排。學(xué)生課下需要在線上以超星學(xué)習(xí)通和中國大學(xué)MOOC 為依托進行線上技術(shù)的專攻，并通過線上平臺對技術(shù)進行學(xué)習(xí)與交流。圖3 為構(gòu)建階段小組進行討論和策劃的課堂實錄。

圖3 構(gòu)建階段課堂

3.完善

一個教育游戲的成功研發(fā)必然需要一個長期的開發(fā)和測試迭代優(yōu)化的過程，故稱之為“完善”的過程。

課前，學(xué)生需要根據(jù)小組分工進行線上技術(shù)學(xué)習(xí)和小組游戲的制作；課上，主要由技術(shù)較好的學(xué)生和教師進行技術(shù)分享，學(xué)生以小組為單位對項目流程進度進行控制，發(fā)現(xiàn)游戲制作過程中的問題并進行討論解決；課后，繼續(xù)根據(jù)分工進行游戲制作、測試與優(yōu)化完善。此過程所占項目周期比例最長，大約需要3 周，與項目過程中“項目方案的實施與改進”相對應(yīng)。需要注意的是，此過程需要小組成員進行緊密的交流，及時進行技術(shù)問題的攻略和游戲功能的改進。圖4 為幾個優(yōu)秀小組的教育游戲案例。

圖4 教育游戲案例

4.反思

根據(jù)項目實施過程與游戲展示評價過程進行項目經(jīng)驗的獲得、教育游戲制作技術(shù)的習(xí)得、問題解決能力和創(chuàng)新能力提高的過程稱之為“反思”階段。此階段與項目制作流程中“項目方案的評價與反思”過程相對應(yīng)。

眾所周知，以項目為中心的課程教學(xué)模式，除項目實施過程外，項目結(jié)束后的反思過程也同樣重要。學(xué)生和教師需要對項目流程控制是否合理、項目問題解決是否恰當(dāng)、小組合作與分工是否合理、游戲制作流程學(xué)生參與是否積極等問題進行圓桌討論和反思。這不僅是對下一輪課程項目的準(zhǔn)備和調(diào)整過程，也會對以項目為中心的教學(xué)模式起到積極的促進作用。

四、結(jié)語

課堂是教師與學(xué)生進行交流的主要場所，STEAM 教育在我國已成為課程改革的必然方向和趨勢[11]。那么，如何將STEAM 的教育理念與我國研究生的基本情況結(jié)合在一起，從真正意義上提高學(xué)生的創(chuàng)新素質(zhì)和問題解決能力，將是亟待解決的問題。

從上述將STEAM 理念與研究生課程相結(jié)合的一輪項目實施效果可知，STEAM 理念用于研究生的相關(guān)技術(shù)課程是完全可行的。盡管STEAM 理念與課程相結(jié)合會面臨諸多不可控因素和困難，但仍有眾多學(xué)者在該領(lǐng)域花費大量的時間和精力進行研究。相信在今后的教育研究中，STEAM 理念指導(dǎo)下的課程會向著更好的方向發(fā)展，學(xué)生也會在此過程中受益頗多。