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文 | 枫月书生A

编辑 | 枫月书生A

前言

在现代，数字游戏被广泛用作科学、技术、工程和数学（STEM）教育和基于游戏的学习的医学治疗的非正式媒体。

数字游戏为学习者提供了一个图形化的互动系统，可以在愉快的环境中增强科学概念。

市场上生产的数字游戏数量不断增加，影响了STEM数字游戏的质量，同时需要多学科的专业知识。

数字游戏

数字游戏在教育中的应用已被确定为 21 世纪学习者所需的全球教学方法之一。

目的是使 STEM （科学、技术、工程和数学）教育更具互动性和趣味性，并加强对 STEM 概念的理解。

任何年龄段的个人都可以通过数字游戏学习，最终在幼儿园到12年级（小学和中学）的教育中使用这样的游戏来提高学生对STEM的兴趣水平更为实际。

交互式游戏系统使用先进的图形和编程工具，而STEM内容可以很容易地在当前的数字时代游戏化。

游戏设计师和开发人员经常与教师和专家合作，为STEM学习构建良好的教学游戏作为通用产品。

这种教学方法称为数码游戏式学习或以 STEM 数码游戏为基础的学习。利用数字游戏来加强STEM教育是很重要的。其目的是使科学概念可视化。

STEM课程由多个事实和概念组成，学习者应该在日常生活中理解和实践。

使用传统的教学法，有些可能不易掌握，教师需要辅助学习材料来可视化每个概念，数字游戏可以是最好的工具。

数字游戏让学习者在虚拟世界中与游戏机制互动，实现由这些游戏引发的渴望胜利的结果所设定的目标。

这使学习者感到享受，同时使他们能够更好地理解STEM内容，他们的互动和参与体验和理解游戏，同时解决虚拟世界中的问题，提供了一个有意义的游戏体验。

因此，数字游戏的使用不仅提高了学习能力，发展技能，增强了对 STEM 的记忆和理解，还有助于保持兴趣和创造 STEM 心态。

通过计算机、平板电脑和智能手机，正式和非正式教育的数字游戏都可以使用，所有这些在数字原住民——新数字一代——中都很流行。

STEM教育对年轻人来说具有挑战性，大多数数字游戏的目标是在各种游戏平台上加强 STEM 学习。

这是由 Garris 等人开发的最早的基于游戏的学习模型，它包括输入、过程和输出。

目前关于游戏与学习的研究主要有三个不同的观点：如何开发教育数字游戏；游戏如何为用户工作、游戏的影响。

游戏技术的发展意味着数字游戏的数量不断增加，开发商之间相互竞争。

为STEM开发数字游戏需要大量的团队专家，这些协作导致了一种敏捷的开发形式，它需要在一个较短的周期内完成多个轻量级过程。

这使得每个游戏设计师、游戏开发人员和STEM专家更容易确保数字游戏经历适合STEM数字游戏学习的系统开发过程。

面向 STEM 的基于数字游戏的学习

一个基于STEM数字游戏的学习框架，包括输入-过程-输出阶段，这个简单而精确的框架将为各种类型的学习者生成通用产品。

因此，它可以用作游戏设计师、开发人员和专家开发 STEM 数字游戏并取得更好学习成果的指南。

关于将数字游戏用于STEM的讨论可能会令人困惑，这是一个多学科领域，由两个不同的领域组成：STEM教育和数字游戏。

这些领域之间的联系引发了进一步研究的需要，以了解数字游戏如何以及为什么影响STEM学习。

数字游戏和STEM学习的使用应该并行研究，基于数字游戏的STEM学习也是一个难以定义的概念。

就其独立领域而言，基于数字游戏的学习被定义为使用数字游戏来增强学习。

因此，为了发展更全面的视角，将基于STEM数字游戏的学习定义为通过数字游戏创建交互式STEM环境以增强个人STEM学习的过程。

任何产品的大多数开发模型都经过系统化的过程，这时一些研究提出了一种改编自原始ADDIE（分析，设计，开发，实施和评估）模型的新模型。

ADDIE模型不包含可用性测试，这是产品开发中最重要的过程，在开发数字游戏的背景下，每个过程都会经历快速的，有些人可能会争辩说，敏捷开发。

这是由于每天制作的数字游戏数量更多，而游戏行业倾向于在较短的时间内开发数字游戏，有些行业可能不会遵循系统过程，这也增加了用户低质量数字游戏的数量。

而模型Pembangunan Sistem来设计和创建计算机会议系统，并在开发和验证计算机科学集成有意义的混合电子培训（一种基于理论和经验的设计和开发方法）中对其进行了测试后，将该模型进一步发展为模型RekaBangun Sistem Pengajaran dan Pembelajaran一种基于理论和经验的设计和开发方法。

该模型在许多其他研究中进行了测试，以生成第四个版本，即模型RekaBangun Sistem Pengajaran dan Pembelajaran IV，现在称为模型RekaBangun SPP IV。

在2011年至2015年间，对该模型进行了严格的测试，并开发了通用设计学习教学设计模型。

在 2015 年至 2020 年期间，在对超过 15 个在线和移动模块、系统和应用程序进行了严格测试后，将该模型与更简单的敏捷版本模型 RekaBangun SPP IV 相结合。

这个最终版本和最新版本配备了用于学习和敏捷开发方法的通用设计，并包含具有价值集成的建模阶段。

输入作为数字游戏开发

在数字游戏设计中，设计师首先识别输入元素，通用设计确保了高度的可用性和可访问的数字游戏，无论其能力如何，都可以为各种类型的学习者提供。

已经分析并提出了几个模型来确定需要哪些特定属性，游戏视角强调内容和游戏特征以获得乐趣，而教育技术强调学习内容和教学方法。这两种视角的组合产生了更好的属性作为游戏设计系统的输入。

游戏化在教育技术中是众所周知的，因为它定义了将学习内容整合到游戏机制中的过程。

目的是使学习内容更加有趣和引人入胜，并在游戏设计的所有元素中激励学习者。

学习理论，学习策略，教学法，学习内容以及游戏特征，例如价值整合。

对于STEM数字游戏，STEM学习内容是一个更合适的术语，代表学习内容属性，所有这些属性随后都包含在游戏设计系统中。

数字游戏开发的输入需要几个属性来经历系统的开发过程。

这些是从数字游戏和教育的角度整合的，开发模式并没有将教学设计与开发模式分开。

图3 折衷的通用设计学习模式

相反，教学设计过程被嵌入到开发阶段，从开发阶段提取了教学设计组件。

这产生了 2 个单独的模型，即教学设计模型（折衷通用学习设计模型）在图3以及中提出的发展模式图4。

图4 发展模式

学习设计的灵感来自学习模型的通用设计，它代表了开发模型的第 1 阶段到第3 阶段的扩展。

最初的模型由4个主要组成部分组成：折衷学习理论，折衷内容，折衷教学法和折衷学习策略。

用于教育个性化学习环境的教学设计、开发和建模的集成模型的敏捷版本，即 UDin 模型。

在图5，UDin模型是学习系统设计，开发和建模的20年转型模型，增加了理所当然的学习成果组件。

图5

最终的 UDin 模型 — 学习系统的设计、开发和建模的 2 十年转型。

这与评估组件一致，两者都被放置在中心，作为标记为学习成果和评估的模型的最内侧部分。

评分量规主要用作评估工具，而评估方法包括游戏化、反射、视觉、视频和技术介导的交流以及实地工作。

转换为交互式在线测验的传统测验也被用作在线模块中的形成性评估替代方案。

一些课程还保留了钢笔和铅笔测试，主要用于最终总结性评估,而STEM数字游戏开发过程的简化版本在图6。

图6 提出STEM数字游戏开发流程

作为用于研究目的的产品，该框架由5个主要阶段组成：概念阶段、设计阶段、原型设计阶段、分析阶段和评估阶段。

构思阶段从提议的想法或游戏概念的可行性开始，游戏设计师需要进行研究，以确保与现有游戏相比，该想法的新颖性。

因此，游戏开发人员和STEM专家必须检查，分析和讨论需要开发的游戏的主要概念。

在这个概念阶段，遵循适应UDin模型的输入会话中提到的通用学习设计的所有5个组成部分。

适应的通用输入属性是学习理论、学习策略、教学法、STEM学习内容和游戏特征。

这些被游戏化到游戏的机制中，对用户需求规范的分析可确保游戏具有目标受众。有关该概念的所有讨论都包含在游戏规范文档中，该文档由团队成员、目标用户、游戏主题、游戏平台、游戏机制和游戏概念组成。

通过游戏化整合输入依赖于理论，而在提出的模型中，学习理论有助于构建STEM数字游戏的背景。

有几种理论与基于数字游戏的学习有关，然而为了有目的地为STEM教育创建STEM数字游戏，已经确定了3种主要的学习理论：体验式学习理论，自我决定理论和兴趣发展的教育心理学理论。

将这些理论与学习策略、教学法、STEM 学习内容和游戏特征相结合，产生一个整体的通用属性，以产生一个数字游戏的基础学习和游戏开发视角。

创建STEM数字游戏的重要元素是STEM内容的集成，此属性在表征STEM数字游戏方面起着重要作用。

接下来，游戏图形设计的开发是基于游戏规范文档设计的，后期必须由专家进行评估。

原型设计阶段是数字游戏的设计和开发开始的阶段，标识的输入属性已准备好用于图形和编程过程，所有属性都以系统和机制的形式充当基础基本或游戏设计。

为了对游戏系统进行编程，游戏设计师和程序员遵循用户需要的游戏设计规范。

设计的数字游戏的第一个原型在团队成员中进行游戏测试，然后与目标受众进行小规模的可用性测试。这是为了确保数字游戏在没有任何重大错误的情况下运行。

此时将记录评论以进行改进。原型设计阶段继续进行，可用性测试1包括3至5个用户的目标受众，然后根据结果修改和改进游戏。

下一阶段是分析阶段，在这个阶段，游戏已经准备好进行大规模测试。

但是，如果结果显示另一个新出现的错误，则游戏需要经历另一个原型阶段，以便进行改进。

开发团队需要确保原型设计和分析阶段之间的迭代过程满足日期线和成本要求。

在测试游戏并收集数据后，程序员会在维护阶段进行最终改进。最后阶段是评估数字游戏性能的评估阶段。

评价措施涉及的相关结构，它还决定了游戏是否达到了开发目标。由于预算问题，评估过程有时与可用性测试2同时开始。

在这种情况下，可用性测试2是针对更大的目标受众进行的，以便可以在测试结束时进行评估。

作为涉及的构造的输出

当用户玩开发的数字游戏并与之交互时，涉及几种结构。这些结构与数字游戏的主要目标有关，该游戏是根据STEM目的设计的。

研究表明，任何数字游戏都会通过游戏周期的交互来激发学习，调查这些结构之间的关系。

确定了4个主要结构：数字游戏，科学概念，有意义的游戏体验，以及对STEM（图7)。

图7 通过使用数字游戏提出的结构关系

图7还表明，数字游戏通过科学概念和有意义的游戏体验作为中介的存在来影响对 STEM 的兴趣，主要结构需要测量以生成结构模型并衡量STEM数字游戏的有效性。

为了确定这种关系，我们评价了几项研究，并将结果映射到一个框架中。

呈现的数据和结果是分散的，因此该模型有意将结果映射到STEM数字游戏的上下文中（表1)，基于共同的发现，数字游戏与学习成果有很强的关系，因为科学概念的形成是基于游戏内容。

表1 STEM数字游戏输出的潜在结构之间的关系的研究结果总结

同时，对数字游戏作为娱乐的研究也揭示了与游戏体验的关系，因为玩家感受到与游戏世界中的角色有很强的联系。

然而，来自互联网的费舍尔和其他信息来源，声称使用数字游戏是增加或刺激个人STEM兴趣的最佳教学方法。

因此，数字游戏可能会影响个人心理，因为玩游戏的体验与对STEM的兴趣有关。

其中个人兴趣是一个经历 4 个阶段的过程，提供 STEM 数字游戏是基于 Krapp 兴趣发展概念的做法之一。

使用数字游戏激发STEM兴趣并不是直接的因果关系，因为另外2个变量已被确定为介导这种效应。

为了同时测量 4 个已识别变量（数字游戏、科学概念、有意义的游戏体验和对 STEM 的兴趣）之间的关系，需要以测量模型的形式单独定义和测量这些变量。

结构方程建模有助于一次性测量和拟合这个假设模型与数据，在这个阶段，最好使用smart-PLS软件（SmartPLS GmbH）来实现这一结果，因为它处于探索阶段。

拟议的基于STEM数字游戏的学习框架是线性输入-过程-输出结构（图8)。

图8 基于STEM数字游戏的学习框架的拟议框架

任何游戏设计师、开发人员甚至教师都可以使用此框架来开发一款优秀的 STEM 数字游戏，目的是提高学习者对 STEM 的兴趣。

因此，对STEM兴趣不大的年轻人将从玩STEM数字游戏中受益。

结论

基于当前和庞大的游戏技术的STEM数字游戏学习框架，以及用于学习教学设计和敏捷开发过程的通用设计。

遵循提议的模型将使产品能够与大多数开发人员竞争生产数字游戏的市场中可用的产品竞争。

但是，游戏需要按照提议进行系统的开发过程。