基于CiteSpace的中小學(xué)信息技術(shù)課程游戲化教學(xué)現(xiàn)狀研究

◇牡丹江師范學(xué)院計(jì)算機(jī)與信息技術(shù)學(xué)院 屈志偉 車 璐 劉佳明 趙秀芬 張 偉

本文以中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫收錄的2007-2022年的495篇文獻(xiàn)為研究對(duì)象，使用CiteSpace軟件對(duì)國內(nèi)游戲化信息技術(shù)教學(xué)的研究熱點(diǎn)和趨勢(shì)進(jìn)行了可視化分析。研究發(fā)現(xiàn)，目前游戲化信息技術(shù)教學(xué)的研究主題以行動(dòng)研究和教學(xué)設(shè)計(jì)為主；應(yīng)用學(xué)段集中于初中和小學(xué)階段；研究的主要目標(biāo)為培養(yǎng)中小學(xué)生的計(jì)算思維等信息技術(shù)核心素養(yǎng)，以及通過激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性來促進(jìn)教學(xué)效率等，最后提出了游戲化信息技術(shù)教學(xué)未來發(fā)展的可能路徑。

1 引言

近年來，我國游戲化教學(xué)的相關(guān)研究在不同學(xué)科領(lǐng)域取得了豐厚的研究成果，大多數(shù)研究表明游戲化教學(xué)可以顯著提高學(xué)生課堂活動(dòng)的參與度，對(duì)提高學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、促進(jìn)學(xué)習(xí)效果及計(jì)算思維培養(yǎng)等方面有著正向作用。以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為基礎(chǔ)的信息技術(shù)課程本身具有較高的交互性需求，結(jié)合游戲化教學(xué)在計(jì)算思維培養(yǎng)中的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，使得中小學(xué)信息技術(shù)課程已成為游戲化教學(xué)理論應(yīng)用的主陣地。然而，目前還沒有關(guān)于我國中小學(xué)信息技術(shù)課程游戲化教學(xué)研究現(xiàn)狀的可視化分析文獻(xiàn)。為了未來研究的順利開展，本文通過CiteSpace可視化分析工具，對(duì)2007-2022年國內(nèi)中小學(xué)信息技術(shù)課程游戲化教學(xué)研究相關(guān)文章進(jìn)行可視化分析，旨在深入了解游戲化教學(xué)在其中應(yīng)用的研究熱點(diǎn)和現(xiàn)狀趨勢(shì)，探索和展望二者結(jié)合的未來研究發(fā)展路徑。

2 相關(guān)概念論述

2.1 游戲化教學(xué)

學(xué)術(shù)界對(duì)游戲化的普遍定義為，將游戲設(shè)計(jì)的元素應(yīng)用到非游戲情境之中[1]。目前，游戲化概念廣泛應(yīng)用于設(shè)計(jì)、營銷、教育等領(lǐng)域，而游戲化教學(xué)就是將游戲元素應(yīng)用到教育教學(xué)活動(dòng)中的產(chǎn)物。對(duì)于游戲化教學(xué)的定義，學(xué)界的普遍觀點(diǎn)可以概括為：將游戲和游戲元素應(yīng)用到教育教學(xué)活動(dòng)之中，在圍繞教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，根據(jù)不同的教學(xué)內(nèi)容和學(xué)習(xí)者特征，以游戲作為工具開展教學(xué)活動(dòng)[2]，或?qū)⒂螒蛟O(shè)計(jì)元素融入教學(xué)設(shè)計(jì)的各環(huán)節(jié)，使其貫徹整個(gè)教學(xué)活動(dòng)過程，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)愉悅的學(xué)習(xí)環(huán)境，從而充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，促進(jìn)學(xué)生之間，師生之間正向社交活動(dòng)的教學(xué)模式[3]。隨著我國新課程改革的逐漸深入，如何促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、培養(yǎng)多元智力素養(yǎng)和高階思維成為中小學(xué)教育尚待解決的難題。因此，游戲化教學(xué)、翻轉(zhuǎn)課堂、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)等教學(xué)模式在中小學(xué)課堂的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。

2.2 中小學(xué)信息技術(shù)課程

2022年4月，教育部發(fā)布義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版），并于2022年秋季學(xué)期開始執(zhí)行。信息科技課程比起信息技術(shù)的操作和知識(shí)點(diǎn)，更加重視學(xué)生的創(chuàng)造力和問題解決能力，強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，提出要注重活動(dòng)化、游戲化、生活化的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)[4]。如何設(shè)計(jì)有效的信息技術(shù)課堂，將課程內(nèi)容與學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)相結(jié)合，激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，培養(yǎng)核心素養(yǎng)是當(dāng)前信息技術(shù)教育正在探索的難題。

3 研究設(shè)計(jì)

3.1 研究工具

本研究采用陳超美教授開發(fā)的CiteSpace文獻(xiàn)可視化綜述性軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并對(duì)收集到的文獻(xiàn)進(jìn)行深入閱讀和概括總結(jié)，從關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析和聚類分析兩方面入手，力圖反映目前國內(nèi)中小學(xué)信息技術(shù)游戲化教學(xué)應(yīng)用的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，以促進(jìn)我國游戲化教學(xué)理論和信息技術(shù)教學(xué)的進(jìn)一步發(fā)展。

3.2 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)采集于中國知網(wǎng)，2002年，游戲化一詞首次被提出，并于2008年出現(xiàn)在教育技術(shù)文獻(xiàn)當(dāng)中。所以作者將檢索范圍設(shè)定為2007年1月1日至2022年7月20日，檢索項(xiàng)為主題，檢索詞為“游戲化教學(xué)and信息技術(shù)”or“游戲化學(xué)習(xí)and信息技術(shù)”，共搜集到文獻(xiàn)852篇，經(jīng)手工篩選去除重復(fù)文獻(xiàn)、會(huì)議報(bào)告、無關(guān)文獻(xiàn)等后，獲得學(xué)術(shù)期刊和碩博論文共495篇。檢索結(jié)果以Refworks的格式導(dǎo)出并使用用CiteSpace軟件進(jìn)行分析，可以基本得到目前國內(nèi)信息技術(shù)課程游戲化研究的熱點(diǎn)趨勢(shì)和發(fā)展?fàn)顩r。

4 研究結(jié)果分析

4.1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞是學(xué)術(shù)文章核心內(nèi)容的突出和概括，將檢索、精煉獲得的495篇文獻(xiàn)數(shù)據(jù)處理之后導(dǎo)入CiteSpace，選擇節(jié)點(diǎn)類型為keyword，運(yùn)行可生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖，通過對(duì)關(guān)鍵詞的中心度和頻次分析，可以在一定程度上了解研究對(duì)象的熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)，具體關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析如圖1所示。

圖1 關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖

通過Citespace軟件分析，共生成關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)251個(gè)，關(guān)鍵詞連線481條。頻次高于8次的關(guān)鍵詞有20個(gè)。如圖1所示，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)關(guān)鍵詞，節(jié)點(diǎn)越大、關(guān)鍵詞字號(hào)越大說明頻次越高，關(guān)鍵詞頻次排序前十的關(guān)鍵詞分別是“信息技術(shù)”、“游戲化”、“初中”、“應(yīng)用”、“教學(xué)”、“小學(xué)”、“計(jì)算思維”、“游戲”、“游戲教學(xué)”、“課堂教學(xué)”、，頻次前20的關(guān)鍵詞及其中心性如表1所示。

表1 關(guān)鍵詞頻次及中心性

中心性代表節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中的重要性，中心性越高代表關(guān)鍵詞的影響力越大，綜合頻次和中心性可以反映出2005年以來我國中小學(xué)信息技術(shù)游戲化教學(xué)研究的熱點(diǎn)。因?yàn)楸敬窝芯恐胁捎糜螒蚧虒W(xué)和信息技術(shù)作為主題來收集數(shù)據(jù)，所以信息技術(shù)和游戲化的頻次及中心都較高，但需要注意的是頻次和中心性并無正相關(guān)關(guān)系。

結(jié)合關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖和表格數(shù)據(jù)來看，我國中小學(xué)信息技術(shù)游戲化教學(xué)研究現(xiàn)狀總體上呈現(xiàn)出一定程度的集中趨勢(shì)，集中于“信息技術(shù)“”游戲化”“教育游戲”等核心關(guān)鍵詞，形成了以“計(jì)算思維”、“游戲教學(xué)”、“初中”、“小學(xué)”、“核心素養(yǎng)”、“教學(xué)”等次熱點(diǎn)主題，而這些次熱點(diǎn)主題又分化出其他分支研究主題。根據(jù)關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析我們可以得出以下結(jié)論：目前國內(nèi)信息技術(shù)課程應(yīng)用游戲化教學(xué)的年段主要集中于初中，其次是小學(xué)階段，研究方向主要面向計(jì)算思維和核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，集中于探索游戲化教學(xué)理論在信息技術(shù)課程中的教學(xué)應(yīng)用模式、策略和方法的實(shí)踐行動(dòng)研究。

4.2 關(guān)鍵詞聚類分析

在citespace軟件中采用LLR對(duì)數(shù)似然率算法分析和keyboard聚類命名方式，共生成52個(gè)類團(tuán)，在這里選擇顯示最具代表性的10個(gè)類團(tuán)。聚類分析圖如圖2所示，其中，Q值為0.543（>0.3），S值為0.743（>0.5），Q>0.3意味著劃分出社團(tuán)結(jié)構(gòu)是顯著的，S值大于0.5時(shí)即可說明聚類具有合理性，而S值在0.7時(shí)，則表明聚類是高效率且令人信服的，由此可見本研究中劃分出的網(wǎng)絡(luò)社團(tuán)結(jié)構(gòu)顯著，聚類結(jié)果具有高合理性。

圖2 關(guān)鍵詞聚類分析圖譜

CiteSpace的關(guān)鍵詞聚類功能是通過算法將相近的關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類，并給每個(gè)聚類中最具代表性的關(guān)鍵詞打上標(biāo)簽，再進(jìn)行排序，給標(biāo)簽賦予不同的值，值越小則說明該聚類的類團(tuán)越大。本次生成的10個(gè)主要聚類，包括聚類#0 信息技術(shù)、聚類 #1教育游戲、聚類 #2 游戲化、聚類 #3 計(jì)算思維、聚類 #4游戲教學(xué)等。通過聚類分析，我們可以統(tǒng)計(jì)和整合游戲化信息技術(shù)教學(xué)的研究熱點(diǎn)。

時(shí)間線視圖可以顯示各聚類之間的關(guān)系和時(shí)間跨度。在Citespace中設(shè)置時(shí)間切片為1年，在layout中選擇Timeline View，可以清晰地看到游戲化信息技術(shù)教學(xué)各個(gè)聚類熱點(diǎn)的時(shí)間演變過程，如圖3所示。

圖3 關(guān)鍵詞聚類時(shí)間線圖譜

綜合圖2和圖3，我們可以進(jìn)行比較完善的關(guān)鍵詞聚類分析。游戲化信息技術(shù)教學(xué)整體上呈現(xiàn)出由點(diǎn)到面，百花齊放的發(fā)展趨勢(shì)，從2010年開始逐漸進(jìn)入繁榮期，并不斷產(chǎn)生著新的熱點(diǎn)。

聚類#1 教育游戲是早在2007年就開始興盛的研究熱點(diǎn)，可以說教育游戲是游戲化教學(xué)理論的前身之一。20世紀(jì)初，隨著計(jì)算機(jī)設(shè)備的普及、網(wǎng)絡(luò)和游戲技術(shù)的發(fā)展，游戲逐漸展露出對(duì)孩子和成人的強(qiáng)大吸引力，學(xué)者們開始思考通過游戲?qū)崿F(xiàn)“寓教于樂”教育思想的可能性，教育游戲理論便應(yīng)運(yùn)而生。教育游戲的理論研究可以分為游戲的教育價(jià)值，教育游戲的設(shè)計(jì)開發(fā)，教育游戲的評(píng)價(jià)研究三個(gè)方面，至今教育游戲已產(chǎn)出了不少的研究成果和成功案例，成為游戲化教學(xué)理論的重要部分。

聚類#3計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)基本概念解決問題、設(shè)計(jì)系統(tǒng)和理解人類行為的方式，涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域廣度的一系列思維工具。計(jì)算思維概念提出后，世界各國紛紛開展課程改革，將計(jì)算思維納入本國的學(xué)科體系，并著手研究培養(yǎng)計(jì)算思維的教學(xué)模式。在此背景下，我國高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組經(jīng)過十年的調(diào)查研判，于2017年將信息意識(shí)，計(jì)算思維，數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，信息社會(huì)責(zé)任組合為信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，計(jì)算思維正式納入我國信息技術(shù)課程體系。2022年的義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)也將這四個(gè)要素確立為義務(wù)教育階段的核心素養(yǎng)，以促進(jìn)學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能的提升。因此，如何有效培養(yǎng)計(jì)算思維，是游戲化教學(xué)理論應(yīng)用于信息技術(shù)課程的主要探索方向。

由圖3中還可以看出，2018年左右游戲化教學(xué)與編程教育開始了廣泛結(jié)合，游戲化編程教學(xué)是游戲化教學(xué)理論在信息技術(shù)教育領(lǐng)域的獨(dú)特成果。以圖形化編程軟件Scratch為主的游戲化少兒編程課程，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外市場少兒編程市場，游戲化教學(xué)成為少兒編程教育的首選項(xiàng)，而Code Combat、Robo Code等面向Python，JavaScript編程語言的教育游戲也取得了不錯(cuò)的應(yīng)用成果，將成為游戲化信息技術(shù)教學(xué)的重要發(fā)展方向之一。

5 研究結(jié)論與展望

5.1 研究結(jié)論

通過對(duì)2007-2022年中小學(xué)游戲化信息技術(shù)教學(xué)相關(guān)文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析得知：“信息技術(shù)”、“游戲化”、“初中”、“應(yīng)用”頻次較高；根據(jù)關(guān)鍵詞聚類分析可知，“信息技術(shù)”、“教育游戲”、“游戲化”、“計(jì)算思維”為較大的聚類，由此可以得出結(jié)論：目前游戲化教學(xué)理論在信息技術(shù)課程中的研究普遍偏向于應(yīng)用研究和教學(xué)模式探討，理論研究和評(píng)價(jià)研究較少；應(yīng)用主要面向于初中階段，其次是小學(xué)階段，高中階段的應(yīng)用占比不大；應(yīng)用的期望效果是培養(yǎng)中小學(xué)生的計(jì)算思維等信息技術(shù)核心素養(yǎng)，以及通過激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性來促進(jìn)教學(xué)效率等。

5.2 未來發(fā)展路徑

在結(jié)合以上分析和閱讀大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，本文認(rèn)為中小學(xué)游戲化信息技術(shù)教學(xué)未來的發(fā)展路徑可能有以下三個(gè)方向。

（1）游戲化教學(xué)應(yīng)用逐漸拓展到高中階段。研究結(jié)果表明，目前游戲化教學(xué)理論的應(yīng)用主要集中于初中和小學(xué)階段，隨著近年來中學(xué)人工智能教育的推廣，游戲化教學(xué)才以與編程教育相結(jié)合的形式逐漸在高中階段開始規(guī)?；瘧?yīng)用，而國外的一些研究已經(jīng)將游戲化教學(xué)的應(yīng)用拓展到了職業(yè)教育、高等教育至終身教育階段。一些教育工作者認(rèn)為，游戲化教學(xué)法只適合低年齡段的學(xué)生，實(shí)際上，游戲本身具有全年齡的特性，游戲化教學(xué)也具有拓展到全階段教育的嘗試價(jià)值，只要通過適當(dāng)?shù)姆绞剑嘈庞螒虻脑睾湍Ｊ娇梢栽谌魏文挲g段和經(jīng)驗(yàn)層次的人身上發(fā)揮出教育價(jià)值。

（2）編程教育與游戲化教學(xué)的深度結(jié)合。2017年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出“實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育”。在中小學(xué)信息技術(shù)課程中，編程教育的比重正逐年增長，VB、Python等主流編程語言已進(jìn)入中學(xué)信息技術(shù)教科書，程序設(shè)計(jì)競賽的規(guī)模也大幅度增加。為了讓中小學(xué)生對(duì)邏輯性較強(qiáng)的編程語言產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣，擺脫枯燥的學(xué)習(xí)過程，許多教師將游戲化教學(xué)與編程課程相結(jié)合，在側(cè)重培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維的同時(shí)，通過激發(fā)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)來提高編程教學(xué)效果。隨著游戲技術(shù)與編程教學(xué)理論的不斷發(fā)展，二者之間如何進(jìn)行更深層次的結(jié)合，以在中小學(xué)編程教育中產(chǎn)生更好的教學(xué)效果，同樣是游戲化信息技術(shù)教學(xué)領(lǐng)域未來發(fā)展的探索方向之一。

（3）教育元宇宙概念賦予游戲化教學(xué)理論新活力。教育元宇宙是伴隨元宇宙理念興起而產(chǎn)生的前沿教育概念和學(xué)習(xí)形態(tài)，是基于元宇宙技術(shù)營造的沉浸性學(xué)習(xí)環(huán)境。游戲技術(shù)作為元宇宙的六大支柱技術(shù)之一[5]，在目前元宇宙的設(shè)計(jì)和具象化中起著重要的支撐作用，游戲化教學(xué)過程中為學(xué)生提供的高沉浸性學(xué)習(xí)環(huán)境和高頻次的心流體驗(yàn)，也為教育元宇宙進(jìn)行沉浸性學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)提供了理論指導(dǎo)和依據(jù)。目前，已有學(xué)者構(gòu)建了教育元宇宙理論和基礎(chǔ)架構(gòu)，圍繞以Roblox和Minecraft為代表的元宇宙屬性游戲開展教學(xué)實(shí)驗(yàn)，并取得了積極的學(xué)習(xí)促進(jìn)效果反饋。我們有理由相信，教育元宇宙概念與游戲化教學(xué)理論的相互融合與促進(jìn)，在未來將會(huì)為游戲化教學(xué)理論帶來突破性、變革性的發(fā)展，并為中小學(xué)游戲化信息技術(shù)教學(xué)提供全新高效的方法和思路。