王鈴木 倪寅坤

【摘 要】教育游戲在提高學生學習興趣和課堂關注度上有著重要作用，但是目前許多教育游戲開發(fā)者和教師之間缺乏有效溝通，導致不能直接用到課堂教學中。教師作為教學的主體，開發(fā)設計適合自己課堂使用的游戲也是其教育信息化水平的重要體現(xiàn)。本文從現(xiàn)有教育游戲現(xiàn)狀出發(fā)，以蘇教版小學四年級“觀察物體”單元教學為載體，通過游戲開發(fā)引擎設計開發(fā)出適合課堂使用的數(shù)學教育游戲，并且將之應用到實際教學中，幫助該階段學生形成相應的空間觀念。

【關鍵詞】教育游戲；游戲開發(fā)；數(shù)學；空間觀念

【中圖分類號】G434? ?【文獻標志碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）06-080-04

引? 言

《中共中央 國務院關于全面深化新時代教師隊伍建設改革的意見》指出，到2035年教師的綜合業(yè)務能力得到快速提高，主要體現(xiàn)在對信息的接收能力、對人工智能等新技術的應用能力等方面[1]。面對這樣的革新時代，教育行業(yè)對教師能力要求也越來越高，教師教育技術能力已經(jīng)成為教師職業(yè)素質(zhì)的重要組成部分[2]。資源、服務和環(huán)境支持工具等因互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而面向教師群體，因此，教育與技術是密不可分的，它們使得教育變得更加容易[3]。教育游戲作為教育信息化的重要組成部分，也在悄然改變著教育方式和教學環(huán)境。教育游戲已經(jīng)被證實可以激活學生的心智能力，提高他們學習的積極性，從而加深對所學主題的理解，并將學習效果由游戲遷移到相關教學目標上[4]?？臻g觀念是數(shù)學十大核心素養(yǎng)之一，空間想象能力則是小學生必不可少的能力。四年級和五年級的學生處在可逆性思維發(fā)展學段，但這個時期學生依舊需要在具體形象中進行邏輯和群集運算。實際上，空間想象能力需要若干細化能力的支撐，可視化能力和幾何抽象就是其中重要的一環(huán)。教育技術通過可視化虛擬場景，能夠幫助學生形成空間觀念。但目前市場化的游戲往往很難走進課堂，開發(fā)者出于盈利目的也會插入廣告等，并且開發(fā)者與課堂教學者之間缺乏有效溝通，兩者考慮的維度也并不一致。因此，本文以蘇教版小學四年級“觀察物體”單元教學為載體，設計適合課堂教學的教育游戲，并且將之應用到實際教學中。本文主要目的在于通過Unity3D游戲開發(fā)軟件，開發(fā)適合培養(yǎng)小學生空間觀念的數(shù)學教育游戲，該款游戲開發(fā)后可以真實有效地運用于實際課堂教學中，并對教學提供一定幫助。

數(shù)學課堂教育游戲?qū)嶋H應用現(xiàn)狀

1.游戲應用偏向低學段

教育游戲可以提高學生的思維、創(chuàng)造力和保留信息的能力，能提高學生課堂參與度和學習效率。目前，學科類教育游戲已經(jīng)逐漸步入正軌，但針對中小學數(shù)學課堂的教育游戲并不多。目前市面上教師能夠上手開發(fā)的教育游戲軟件寥寥無幾，一方面是軟件開發(fā)難易度問題，另一方面大部分游戲開發(fā)存在技術壁壘，游戲開發(fā)語言需要開發(fā)者有一定的C語言基礎，入門者學習起來相對困難。類似希沃課件等一些2D游戲又多以圖文形式呈現(xiàn)，并不需要開發(fā)者掌握開發(fā)語言。文字游戲并不適合小學高學段的數(shù)學教學，而是需要一些虛擬現(xiàn)實技術的支持，這些往往需要教師掌握開發(fā)語言。高學段偏向理性分析，教育游戲需要沉浸式、場景化等方式幫助理解，而現(xiàn)有的游戲公司很難從中獲利，雖然教育游戲有著龐大的市場，但游戲公司看不到盈利的模式，也就無心顧及。沒有成規(guī)模的產(chǎn)學合作也是制約教育游戲發(fā)展的一個主要因素。

2.游戲性與學習性平衡度難以控制

當游戲性過重時，教師會因為難以把控課堂秩序而煩惱，而學習性過強時往往就會使得教育游戲變得過于嚴肅。實際上，現(xiàn)有的教育游戲也都面臨著這樣的問題，如金山打字游戲已被應用很多年，但也僅限于信息科技課上的練習使用。交互性過強的游戲也很難走進課堂，課堂40分鐘的時間，新課知識點的講授往往就10多分鐘，如果有游戲能夠走進課堂也僅在引入或課堂練習中使用，可以當作調(diào)節(jié)課堂氣氛的工具。教育游戲是一種有意義的教育活動，它包括教師為了服務于情感和教育認知目標而遵循的某些行為和某些規(guī)則，它們旨在幫助學生在寓教于樂的環(huán)境中學習一項技能，或達成某些教育目標。教育游戲的主要目的在于激發(fā)學生學習興趣，引發(fā)學生對學科問題進行思考，減少課堂中教師的絕對主導，使得課堂中學生自主學習得以實現(xiàn)。課堂中想要學生主動學習，需要做到“讓學”與“引思”，兩者都需要讓學生主動自發(fā)地進行學習，注重學生在課堂中的主體地位，并在這個學習過程中掌握真實有效的知識。學生是否真正實現(xiàn)課堂的主體地位是每一個教師都要回答的問題，新課改以來一直強調(diào)學生的主體地位，轉(zhuǎn)變以往的教師主導教學形式。但是現(xiàn)實教學過程中，受限于現(xiàn)有的教學與現(xiàn)實壓力，許多教師不愿嘗試也不敢嘗試給與學生過多的課堂自主權(quán)，而牢牢掌控著課堂和教學進度。因此，“游戲教學中主體是誰”是游戲開發(fā)者不可回避的一個問題，而控制好教育性和娛樂性之間的平衡是開發(fā)教育游戲的關鍵所在。

3.教育游戲評價不一

在游戲設計前，筆者對本單位五名不同教齡的數(shù)學教師進行了訪談，通過訪談可以看出目前教師對于教育游戲的教學認知并不一致，教齡越大的教師對于游戲的使用越慎重。4名教師分別是教齡5年內(nèi)一名，教齡5到10年一名，教齡10年到15年一名，教齡15年以上1名。兩名10年教齡以上老教師表示對游戲化教學并沒有異議，但對教育游戲有一定的看法；26年教齡的金老師表示家里親戚有沉迷游戲毀掉學業(yè)的情況。當我提出：“在有人開發(fā)好游戲基礎上，您會在自己課堂上使用教育游戲嗎？”金老師表示：“從我?guī)煂．厴I(yè)到現(xiàn)在，工作有26年時間，這一過程也是一個學習的過程，最早我們還是油墨打印，現(xiàn)在技術更新很方便，當然我們這些老教師在技術學習上肯定是不如你們年輕人。但我也會根據(jù)課堂的需要去下載和制作一些課件和視頻等。對教育游戲我自己本身不是很了解，并且當我看到一些學生和家里親戚的小孩沉迷于網(wǎng)絡游戲毀掉自己的學業(yè)時，我對這些電子游戲有點‘偏見?！泵鎸ν瑯拥膯栴}，有著4年工作經(jīng)驗的戴老師有著不一樣的回答，他碩士畢業(yè)于南京師范大學音樂學專業(yè)，他表示：“我自己上小學就接觸電子游戲，從街機三國到高中時候互聯(lián)網(wǎng)的普及，我自己會玩一些網(wǎng)游。你提到的沉浸理論在我看來可以很好地解釋游戲上癮這一問題，但實際上類似抖音這些短視頻也有著相似的情況?，F(xiàn)在市場上游戲有很多，但是打開手機或者電腦的應用市場很難發(fā)現(xiàn)可以免費使用的教育游戲，為了上一節(jié)課再額外花錢我肯定不愿意?！碑攩柤皶粫褂镁W(wǎng)絡課件時，13年教齡的數(shù)學教研組組長周老師做了一些補充：“其實我們學校在融入新課改的理念上還是比較靠前，同時對于教師的信息化能力提升工作也有所展開，每年校本培訓和地方培訓都有所涉及?！?/p>

對于在有游戲的前提下您會使用游戲進行授課這一問題，今年工作第八年的楊老師被評為蘇州市教學能手，她表示：“在一、二年級使用游戲是一個好的手段，在提高學生課堂關注度上效果會比較明顯，實際上小學生的課堂需要教師的指令，而游戲過程中穿插教學任務會使得課堂教學更加容易一些。現(xiàn)在希沃上設計游戲也方便一些，加入一些競爭性的競猜活動，課堂吸引度明顯不一樣。在學習‘方位時我就借助了中國象棋這樣的傳統(tǒng)游戲，也可以是電子象棋游戲。所以無論電子游戲還是傳統(tǒng)游戲，游戲化都會吸引學生的目光。但到了高年級一般就不會采用游戲的方式，高年級的數(shù)學重在邏輯思維，需要安靜地思考，外界太過嘈雜反而不利于課堂開展?！睆纳鲜隹梢钥闯?，不同教齡的教師對教育游戲的看法并不一致，但他們對于免費、可用這樣的標簽的教育游戲是比較歡迎的，而且教師喜歡當應用者而不是開發(fā)者，自身的身份定位也大部分局限于使用者上。

小學數(shù)學教育游戲制作

1.游戲制作背景分析

本文游戲開發(fā)內(nèi)容來源于小學四年級蘇教版數(shù)學第三單元“觀察物體”。從蘇教版教材內(nèi)容來看，本單元共四節(jié)內(nèi)容：一是從前面、右面和上面觀察物體；二是觀察由幾個正方體擺成的長方體和正方體；三是觀察由幾個正方體擺成的組合體；四是觀察物體練習。從教學目標和教學重難點來看，本單元教學目標是使學生能辨析從不同位置看到的物體形狀，通過觀察簡單物體組合，學生辨認相應的視圖，體會物體的相對位置關系。教學重難點在于體驗從不同位置、不同角度觀察物體所看到的形狀可能是不一樣的。重點放在引導學生從不同方位觀察物體，初步培養(yǎng)學生的空間觀念。從教學目標來看，通過本單元學習后，學生能夠通過自己的觀察和實踐操作認識不同位置。從學生實際學情來看，學生在以前的課程中已經(jīng)學過相應的內(nèi)容，但理解物體之間的位置關系和空間想象的能力還不夠強，所以在教學這部分內(nèi)容時教師需要引導學生通過操作活動提高學習興趣，在活動中認真觀察后作出分析判斷。本單元是學生第一次接觸三視圖，也是學生實現(xiàn)二維和三維（平面和立體圖形）之間轉(zhuǎn)換的初步開始，通過本單元的學習能夠使學生形成一定的空間觀念。

2.游戲內(nèi)容設計

游戲分為仿真實驗和操作游戲兩個部分。仿真實驗是基于教材設計的正方形物體和幾個正方形組合物體，通過腳本實現(xiàn)控制方向的轉(zhuǎn)動，通過相機觀察不同方向物體的形狀。游戲則分為兩個模塊，一是連連看，二是九宮消消樂。連連看：下面是由7個同樣大的正方體擺成的幾何體，觀察該幾何體，從前面、右面、上面分別看到什么樣的圖形？連連看！此處以人物說話的方式出現(xiàn)，當提示NPC（非玩家控制角色）出現(xiàn)后播放上述文字聲音。連連看游戲主要是對學生是否掌握一個組合體與其三個視角的平面圖對應關系的考查。消消樂：消消樂游戲首先出現(xiàn)“勇士你好，歡迎來到藏有寶藏的九宮島，你只有根據(jù)要求選出相同的三項才能完成任務，獲得寶藏線索哦”。進入游戲畫面后出現(xiàn)這樣的語音提示。（用人物對話形式展現(xiàn)題目）通過出現(xiàn)NPC對話和對話框，隨后進行游戲選項，當正確選擇三個選項就會觸發(fā)闖關成功的信息，跳出一個寶藏鑰匙圖案。雖然此時出現(xiàn)組合體的形狀不一樣，但是從不同視角觀看下去會有相同平面圖，這其實是考察學生的觀察能力，并要求在規(guī)定時間內(nèi)完成，這對學生有一定的挑戰(zhàn)。游戲?qū)嶋H開發(fā)會和游戲設計有一定差別，因為在設計過程中并未考慮實際開發(fā)的難度以及開發(fā)的時間成本等，本文作為自行開發(fā)游戲，開發(fā)出來的游戲需要考慮在課堂上的應用情況，簡潔易操作是關鍵，開發(fā)實踐也是考慮的重要因素。因此在實際開發(fā)中更多地會考慮可操作性和時間成本，開發(fā)游戲遵照從簡、從便原則。

3.游戲?qū)嶋H開發(fā)關鍵技術

正方體組合仿真設置：仿真正方體可以通過軟件自帶的Cube設立，通過復制操作，組合成自己想要的正方體組合，并且選擇自己喜歡的顏色，組成不同顏色的組合體。場景一：界面中添加三個文本框，添加文字前面、右面、上面；添加腳本，當鼠標點擊文本框時可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向相應面的操作，在攝像機下視角相應面呈現(xiàn)的是平面視角。添加NPC人物對話，加入對話文本框：從正面可以觀察到什么？添加下一關按鈕，當點擊后會跳到下一個scene（場景）?；蛘唿c擊觀察正面后NPC對話消失，玩家完成相應操作后，點擊下一關進入下一個場景。

場景二設置與場景一有些許不同，設置了X軸、Y軸、重置三個文本框按鈕代替前面、右面、上面。實現(xiàn)的功能也與場景一不一樣。場景二通過點擊X軸按鈕，實現(xiàn)組合體繞X軸轉(zhuǎn)動，點擊Y軸實現(xiàn)組合體繞Y軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動過程中，并未設置相機跟隨，所以能夠通過相機觀看到轉(zhuǎn)動的情況。場景三則與場景一類似，但是組合體顏色發(fā)生了變化，這也是為了課堂教學過程中與學習單相結(jié)合的需要，通過不同顏色的正方體組合體，讓學生在學習單上畫出相應的平面圖并涂上顏色。場景四和場景二類似，也是與學習單相結(jié)合的方式，只是顏色發(fā)生了變化，在實際課堂上就可以結(jié)合學習單，讓一位學生自行操作后，其他學生在學習單上畫出相應的視角平面圖。

游戲操作設置：游戲分為連連看游戲和三消游戲兩個模塊，每個模塊游戲規(guī)則并不一致，設置的內(nèi)容上存在差異，難度也不一致，對學生考查側(cè)重點不一樣。

連連看設置了40個圖片，采取8×5的陣容，每行8個，一共5行。圖片當中有組合體也有相應單獨面視角的平面圖，通過點擊兩個相同的會使得消掉相應圖片，當然規(guī)則和普通連連看游戲一樣，中間不能有阻礙圖片，不能有遮擋物的存在。每消掉一對就可以增加2秒的時間，游戲一開始設置40秒的時長，因此需要玩家眼疾手快。游戲設置了退出游戲和返回游戲按鈕（圖1），當課堂中有突發(fā)情況的時候，可以暫停，點擊返回游戲可以重新回到暫停前游戲畫面。通過本游戲一方面能夠使得課堂教學變得更加有樂趣，另一方面，光靠仿真實驗并不能完全調(diào)動學生的積極性，而時間設置和小組競賽機制實際上就增加了難度和競爭機制，這有利于沉浸理論的實現(xiàn)。點擊右上角的小手標志就會出現(xiàn)如圖1所示的菜單欄，這可以防止突發(fā)情況的出現(xiàn)。

三消游戲圖片和連連看一致，這樣就可以節(jié)省開發(fā)時間，但游戲規(guī)則和連連看并不一致。頁面布局上采取8×8形式，圖片變得更小，學生需要觀察得更加仔細。時間設置上是設置了60秒的時長，因為三消需要調(diào)動前后左右位置，觀察難度要比連連看更大。增加了時間按鈕等，當消掉時間按鈕時可以增加5秒時間，每消掉一組（三個）可以增加2秒的時長。時間顯示也不再采取進度條，而是采取倒數(shù)數(shù)字讀秒形式，直接顯示時間的數(shù)字，讓學生能夠更加直觀感受到自己所剩的時間，從而增加游戲的刺激程度。游戲結(jié)束后，會跳出成績，點擊“退出”按鈕就結(jié)束游戲，教師可以根據(jù)學生的成績進行實際獎勵，實物的獎勵會使得課堂效果更好，沉浸效果更加明顯。在實際上課過程中，進行到最后一項的三消游戲時，學生的積極性實際已經(jīng)被完全調(diào)動起來，前一個連連看游戲已經(jīng)將學生的目光聚集到游戲中，已經(jīng)能夠達到沉浸理論的要求。當游戲的時間為0的時候，游戲就結(jié)束了，這時候跳出游戲結(jié)束畫面，并出示玩家的游戲分數(shù)，學生可以點擊“關掉”游戲也可以選擇點擊“退出”按鈕，點擊“退出”就會回到最初的場景一，點擊“關掉”則從新回到連連看和三消游戲的選擇畫面。具體游戲結(jié)束畫面如圖2所示。

圖2? 三消游戲結(jié)束畫面

結(jié)? 語

本游戲開發(fā)過程中因為時間和開發(fā)成本問題，采用了比較簡潔的方式，游戲仿真并未用其他軟件進行渲染。受限于個人技術問題，采取了市面上最常見的連連看和三消游戲。游戲開發(fā)與最初設計存在一定的差異，簡化了游戲操作并縮短了開發(fā)時間。實際使用下來能夠?qū)崿F(xiàn)沉浸理論和寓教于樂理念，與新課標理念不謀而合。數(shù)學教師開發(fā)數(shù)學教育游戲，開發(fā)出來的游戲使用在自己的課堂中，也是一件很有意義的事情。在后續(xù)實際課堂使用過程中，學生從一開始的興奮到后續(xù)在得知游戲是由自己老師開發(fā)出來后產(chǎn)生對老師的佩服，課堂教學效果要比單純課件教學好很多。一些有編程基礎的學生也對游戲開發(fā)產(chǎn)生了興趣，在教學過程中有著意想不到的教育效果。當然本次探索還有許多不足之處，游戲開發(fā)也還不夠完善，本文主要是為了方便教師上課使用，游戲性方面還有待增強，在后續(xù)數(shù)學教學過程中，筆者還會繼續(xù)深耕數(shù)學教育游戲的開發(fā)與應用。

注：本文系張家港市2023年微課題項目“促進潛能釋放的‘數(shù)學游戲活動化模式創(chuàng)新設計研究”（項目編號：2023020320）階段性研究成果

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