支持竞争合作教学模式的教育游戏创作工具及其设计*

时间：2024-08-31

来德炬，何秀玲，陈增照，彭文静

（华中师范大学国家数字化学习工程技术研究中心，湖北武汉 430079）

来德炬，何秀玲，陈增照，彭文静

（华中师范大学国家数字化学习工程技术研究中心，湖北武汉 430079）

竞争合作教学模式有利于提高学生发现问题、解决问题的能力，而教育游戏对教学的促进作用也获得越来越多的认可。文章以建构主义学习理论为指导，应用WPF+XML以及多点触控技术，研究开发出了一款小型的教育游戏创作工具，以期将教育游戏和竞争合作教学模式有机结合起来，通过教育游戏的形式来运用竞争合作教学模式，使学生在潜移默化中掌握知识，培养学习兴趣和竞争与合作的意识和能力。

竞争合作；教育游戏；多点触控

一、引言

竞争合作教学模式是指在教师的指导和学生的参与下，创建一种学生与学生之间、学生与教师之间可以实时交互的教学环境，使得学生在已有的基础知识或基本技能的基础上，通过相互合作或竞争的形式，来对某一问题进行多角度多方面地探索，从而获得解决问题的方法，促进学生竞争意识与合作能力共同发展的一种教学形式。

经典的建构主义学习理论认为，学习过程是学习者在有关教学内容的真实环境中，通过与他人的协商来对知识点进行个性化的意义建构［1］［2］。它强调的是学生作为一个自然人方面的属性，而在学生作为一个社会人方面稍显不足，竞争合作教学恰好可以弥补这一点，因为竞争合作是一个社会人成功生存下来的基本素养［3］。通过竞争合作教学，还可很好地培养学生的发散思维。因此如何有效地在教学过程中应用竞争合作教学模式成为教育技术领域研究热点。

二、竞争合作式教学模式与教育游戏

游戏特别是计算机游戏带有竞争与合作的因素，例如典型的《魔兽世界》，在这款游戏中，扮演不同角色的玩家可以组建队伍来对抗另一支队伍从而获得某一任务的奖赏，不同的队伍之间是竞争的关系，而同一个队伍内部成员之间则形成合作关系，例如法师负责为队伍成员进行医疗等［4］。

教育游戏是一种将教学内容融入游戏过程以达到教育教学目的的游戏。作为游戏的一种，它继承了这种能力，即在玩家之间建立起竞争与合作的关系。除此之外，计算机游戏作为一种普遍的娱乐形式广泛受到学生的欢迎。所以，用教育游戏的形式来承载竞争合作式教学模式是可行的［5］［6］。

根据学生参与教育游戏的时间段，可以将其划分为课上教育游戏和课下教育游戏。课上教育游戏即教师在教学过程中为达成某一教学目的而使用的教育游戏，课下的教育游戏即为学生的课余时间制定的教育游戏。目前，教育游戏更多的偏向课后的教育游戏。一方面，课上的可用于游戏的时间十分有限，而相对的学生的课余时间则比较充裕；另一方面，由于时间越长越有利于游戏情节的展开，从而更加吸引学生的注意力，亦可投放更多的教学内容，所以教育游戏厂商也更偏向制作适用于课后的教育游戏。

另外，相比于课上的教育游戏，课下的教育游戏可以将故事情节设置得更复杂从而获得一定的可玩性，这样可以使其轻易地俘获学生的注意力和兴趣点，就这点而言课上的教育游戏则相对来说较弱。然而，课上教育游戏可以让游戏者直接地、面对面地进行竞争或合作，即提供一种直接性的参与，这种特质也可以很好地吸引学生参与，从而可以弥补游戏本身可玩性不足的缺陷。另外，课上游戏中教师可以进行实时的引导，使得教育目的与娱乐目的两者很好的平衡下来。

教师如果要在备课时引入教育游戏，一个途径是在互联网上搜寻合适的游戏，另一个途径则是自己来制作［7］［8］。由于适用于课上环境的教育游戏的关注度不高，已有的相关教育游戏数量稀少，第一种途径的结果往往不能令人满意。至于第二种途径，目前只能对极少数计算机能力较强的教师适用，对于一般的教师而言，即使有Flash辅助，编制一个游戏时所不可避免的计算机代码的编写仍是一大难题。面对这样的空缺，有必要为教师研究开发一个简单高效的支持竞争合作教学模式的创作工具以满足教师的需求。

三、多触点技术

多触点技术（以下简称多点技术），即多点触控（Multi-Touch）技术，是一种支持单个或多个用户通过手势与计算机软件的用户界面直接进行交互会话的技术。它的最主要特点是交互的直接性、单用户的多点性以及多用户体验，是近年来新出现并广泛使用的人机交互技术［9］［10］。

交互的直接性是指用户可以通过自己的手指即可与软件的UI进行交互，从而改变传统的鼠标、键盘操作方式，这种直接的操作可以带给用户一种自然而然的操作感觉。单用户的多点性是指单个用户可以使用其多个手指同时进行输入控制点的移动和定位的操作的特性。多用户体验是指多个用户可以在同时不同位置与应用软件进行交互的性质。

多触点技术，配合较大尺寸的触控设备，为竞争合作教学模式的教育游戏提供了技术支持。大尺寸的触控设备既包括传统的液晶式的触控屏幕，也包含目前学校里普遍采用的电子白板。部分电子白板虽然在硬件层面也开始支持多点触控，然而在配套的软件方面却没有很好地利用这个特性以便支持多个学生同时的操作。

四、多点触控游戏生成器及其系统设计

针对教师难于直接编制用于课堂环境的教育游戏的问题，笔者利用微软公司WPF技术基于Windows7操作系统，开发适用于课堂竞争合作教学模式的多点触控游戏生成器（以下简称游戏生成器或生成器）。教师可使用该生成器简单高效地生成一个教育游戏，具体而言：

（1）教师可以在不用编写计算机程序代码的情况下也能生成一个完整的教育游戏；

（2）生成的游戏具备较好的课堂适应性，即支持多个学生的参与，以便在参与者之间建立竞争或合作的关系。

另外，根据Prensky的观点，计算机游戏可归结为六个关键结构性因素：规则、目标和目的、结果和反馈、冲突/竞争/挑战/对抗、交互、表征或故事［11］。生成器的产出是游戏，那么它应当对产出游戏的完整性负责，即在游戏生成的过程中，需要对上述的六个因素进行考虑。

图1 多触点游戏生成器总体框架

综合考虑以上设计要素，多触点游戏生成器包括五个主要的部分：游戏描述文档规范、游戏播放、游戏逻辑、资源管理和游戏场景系统，如图1所示。

教师根据需要设计游戏脚本，游戏生成器提供友好的界面供教师来实现游戏脚本。游戏生成器与Prensky的计算机游戏六个关键性结构因素相适应：游戏逻辑系统来实现游戏的规则和目标；游戏播放系统实现结果和反馈、交互、冲突/竞争/挑战/对抗；游戏场景系统实现表征或故事。而游戏描述文档规范和资源管理系统则配合这三个子系统共同完成游戏的编写到正常播放的过程。

1.游戏描述文档规范

游戏描述文档规范（GameDescribeSpecification，以下简称GDS）是用来规范生成器所生成的游戏文档的格式的。所谓的游戏文档，是指一组描述性的语句，是教师对其所期望的教育游戏所包含的游戏情节、使用到的各种多媒体资源及其他相关信息的描述。而GDS即是对如何组织游戏文档所承载的信息，使其有序、稳定的规范。有序是指游戏文档可以方便地被序列化从而进行存储和传输，稳定是指游戏文档可以被正确的反序列化从而进行再编辑或者重建出其所描述的游戏。

2.游戏播放系统

从用户角度来看，多点触控游戏生成器系统包括两个大的方面：生成游戏的工具和播放这种游戏的工具，而后者即是游戏播放系统（以下简称游戏播放器或播放器）。生成工具生成教学游戏文档，再由播放器来读取该文档并重建出游戏，如图2所示。

图2 生成工具和播放工具关系

从本质上看，生成器和播放器担任了“翻译官”的角色，生成器将教师对教育游戏的要求翻译成底层的计算机语言，而播放器则将其转译解码成一个游戏，而这种翻译-转译的工作的正常进行则是由GDS来保证的。

播放工具根据制作工具定义的游戏规则，展现场景，提供交互，体现竞争。播放工具在加载游戏文档时，可选择“玩家模式”，教师可以选择单人游戏、双人游戏或多人游戏。双人或多人游戏模式允许两个或多个学生同时进行游戏，从而可以很好地实现竞争与合作的目的。

播放器除了对游戏进行“还原”外，还承担了游戏与游戏者的交互。这种交互除了游戏者之间的交互外还包括游戏者与游戏的交互。前者是通过游戏规则（即是否允许游戏者之间进行会话）和教师的引导来进行，后者则是通过播放器来保障的。比较特殊的是，在游戏生成器体系中，播放器的UI包含两个方面：一是加载游戏前的，与教师进行交互的UI；另一方面是与游戏者进行的交互即游戏本身。

因为播放器是唯一与游戏者进行交互的界面，所以它必然还要承担结果和反馈的功能。这种职能体现在游戏的界面上应该显示游戏者当前的游戏状态，例如当前的用时、获得的分数、生命值等等。

3.游戏场景

游戏场景本质上是游戏故事元素的容器，承担着游戏的表征（或故事）的作用。一般说来，一个游戏的基本结构至少包含以下设计：场景、图层以及角色［12］。一个场景包含若干个图层，而一个图层又包含若干个角色，场景不能直接包含角色。而为了更加精确的进行控制，多触点游戏生成器还额外添加了区域这个层次，它们之间的关系可用图3表示。

图3 游戏基本结构

图层的加入可以解决多个对象在叠放次序上的冲突（同一图层的各个角色都具有相同的Z-Index值）；而区域则可以解决同一个图层下不同角色当在需要重叠时的需求，比如常见的子弹击中飞机就可以理解为同一图层下两个角色（子弹和飞机）的重叠行为。

4.游戏逻辑

游戏逻辑是对游戏规则的详细描述，它定义了在游戏过程中所有行为的详细过程，例如场景的切换、游戏角色元素状态的变化、游戏者的操作等等。实际上，通过游戏逻辑，我们还可以明确游戏的目标和目的，即定义什么样的状态是胜利、怎样的状态是失败的、达到怎样的状态即为游戏过关等等。

在多触点游戏生成器体系中，游戏逻辑被分成原始的控制流逻辑（简称控制流逻辑）和高级的分类逻辑（简称分类逻辑）两大类，如图4所示。

图4 游戏逻辑分类层次

原始的控制流逻辑类似于计算机高级程序设计语言中的控制流，包括条件跳转Condition元素、事件MyEvent元素以及行为Behavior元素。跳转元素对满足或者不满足某种条件的判断的语义进行抽象；事件元素对用户的输入（例如点击鼠标或点击触摸屏上的某个）进行抽象；而行为元素是对实际的动作的抽象，这些动作包括场景转换、改变游戏中角色的外观甚至播放视音频等。控制流逻辑处于逻辑分类中较低的层次，它们直接由底层编码来实现，藉由它们既可以直接生成一个完整的教学游戏也可以生成一个高级的分类逻辑。通过这种从控制流逻辑直达层次较高的分类逻辑和最终的游戏的设计，可以为动手能力较强的教师提供更加灵活的创作机会，从而提高多触点游戏生成器系统的普适性。

通过对游戏进行分类，并提取某种类游戏的主干逻辑就可以得到高级的分类逻辑，配合用户对该种类游戏外观方面的设置，比如游戏中角色的颜色、图片等等，多触点游戏生成器就可以生成一个教学游戏。分类逻辑类似于工厂中制作蛋糕的模子，模子的外观是固定的，用户只需将适合自己口味的原料投入蛋糕制作机器就能轻松地做出蛋糕。

5.游戏资源管理

游戏资源是指游戏中使用到的各种图片、文字、视频、音频等各种相对于多触点游戏生成器的外部多媒体文件，如图5中虚线框中所标识的那样。

图5 游戏组成结构

以图片资源为例，图片清单描述了在图片资源分类下为本游戏所使用到的所有图片的基本信息，包括图片的文件名和它的ID号。ID号是通过生成器来制作游戏引入图片文件时，由系统自动生成的，在该游戏的范围内，ID号具有唯一性。类似于程序设计中的“句柄”的概念，通过ID号可以方便地索引对应的资源实体，从而对其附加各种有效的操作。

6.应用实例

下面以一款小学英语教学游戏单词匹配为例来简要地说明游戏生成器的功能，该游戏设计成支持两人同时进行。游戏的应用场景是在华中师范大学国家数字化学习工程技术研究中心研发的电子双白板教学平台之上［13］，因为该平台硬件上采用两块单独的电子白板，使得单个学生可以获得更好的操作体验，而且整个白板在教室中可以灵活布局，甚至可以让两块白板相对来摆放从而更容易地刺激游戏者使其印象深刻。

单词匹配游戏的规则是：在屏幕上有若干个单词以及与各个单词对应的图片（例如一张背包的图片对应单词“bag”），游戏者需要在最短的时间内将所有与图片对应的单词拖放到该图片上才能获胜；当某个单词被拖放到某张图片上方时且与该图片匹配，则单词会消失、原图片则变成一张笑脸以及伴随掌声，如果不匹配则不会有任何改变；系统会自动对游戏者进行计时；当游戏者完成游戏时（即此时所有的单词都正确匹配到对应的图片），系统停止计时并跳转到一个显示结果的页面。

第一步，教师首先需要寻找到合适的图片资源以及声音资源。将这些资源文件导入到新建立的游戏工程中，在当前游戏工程上点击鼠标右键弹出“游戏资源选择器”对话框（如图6所示），通过两次点击浏览按钮来定位到包含图片和声音资源的文件夹，选中需要的资源文件，连续点击两次确定按钮确认刚才的选择，资源文件会被导入到当前游戏工程。生成器系统会根据资源类型和导入的顺序为其添加全局的ID（该ID为生成器内部使用，对教师来说是不可见的）。以导入的图片为源建立对应的Actor，它们将是游戏者可以施加操作的对象，如点击、拖动它们。根据图片的内容意义，为每个Actor设置其Partner属性，即表明该Actor和它Partner属性所指明的Actor之间存在关联。

图6 游戏资源选择器对话框

第二步，根据游戏要求，教师需要添加至少两个场景：正常的游戏场景和游戏者完成游戏后的场景。在正常的游戏场景（即主场景）中，添加两个层，其中一层用来铺放与单词对应的图像Actor，另外一层铺放单词Actor。为了获得更大的游戏性，可以将铺放位置随机化，这是通过将层的LayoutMode设置为Random来实现的。为了避免两个层面的Actor互相交叠，可以为铺放单词Actor的层添加额外的布局区域LayerArea，并设置它的大小和位置以避开底层的诸Actor，以及在布局项中设置AreaId为新添加的布局区域。

第三步，为各个Actor（如果需要的话）添加动作。游戏者拖动单词到某张图片上，所以需要对单词Actor添加动作。可以采取逐个添加的方式，然而在本例中，每个单词Actor所需要的动作都是类似的，即响应游戏者的拖放动作并作一些判断，所以一个优化的建议是添加一个游戏逻辑组，并让单词Actor引用它。新建一个游戏逻辑组，为了使得游戏者的“拖拽”动作得以实现，需要在这个逻辑组中添加MyEvent响应事件并将其Name属性设置为“Drag”。

图7 游戏逻辑流程图

如图7所示，游戏的逻辑流程是，当用户拖动一个单词Actor时系统要检测在它的下方是否有图片Actor，如果没有就结束本次事件响应；如果有的话就对这两个交叠的Actor进行匹配判断，判断的标准依赖于Actor 的PartnerId属性，即其中一个Actor的Id应当与另一个Actor的PartnerId是否相同；如果不同就播放不匹配时的提示音，然后结束本次的事件响应，否则进行如下动作：变更图片Actor的原为笑脸的图片、删除单词Actor、播放匹配成功的掌声；接下来判断是否所有的单词都已匹配完，判断的依据是当前场景中剩余的Actor数量是否等于单词Actor的数量，如果没有匹配完就结束本次的事件响应，否则就进行如下动作：停止系统计时（系统计时是游戏开始时，系统默认打开的）、跳转到结束场景，在跳转场景前系统会自动结束本次的事件响应。最终生成的游戏逻辑组代码如图8所示。

图8 游戏逻辑组的部分代码

第四步，通过游戏播放器加载制作好的游戏文档。打开游戏播放器，如图9所示，通过“浏览”按钮定位到制作好的游戏文档，在“玩家模式”单选组中选中“双人游戏”，确定后即可加载游戏文档并还原游戏本身以供学生游戏。

图9 游戏播放器界面

五、总结与展望

多触点游戏生成器为教师提供一种支持竞争与合作的教学模式的搭建式平台，使教师在这平台之上可以自由地进行教育游戏的创作。与flash相比，多触点游戏生成器可以帮助教师完全克服计算机编程的障碍，使得教师将精力集中在游戏本身的设计上和游戏所使用到的多媒体资源的搜集。在教学策略上，通过对多触点技术的运用，使得生成器生成的游戏可以支持多个人同时现场进行游戏，从而对竞争合作式教学支持良好。另外，配合已经普及的电子白板，使得在课堂教学环境下应用教育游戏成为可能。

当然，课堂的主动权掌握在教师手中，虽然教育游戏可以很好地激发学生的兴趣，但何时应用以及应用怎样的教育游戏则需要教师结合所教班级的具体情况和教学内容进行仔细考量，相信在广大教师的努力探索下，我国教育游戏的道路会越走越远，越走越宽。

［1］张屹，祝智庭.建构主义理论指导下的信息化教育［J］.电化教育研究，2002（1）：19-23.

［2］祝智庭.教育技术前瞻研究报道［J］.电化教育研究，2012（4）：5-14.

［3］蒋波，丁梦扬.竞争合作教育的意义、导向与途径［J］.天津教育，2007（9）：41-42.

［4］http：//zh.wikipedia.org/wiki/%E9%AD%94%E5% 85%BD%E4%B8%96%E7%95%8C，2014-02-25.

［5］杨晓宏，李鸿科.对我国教育游戏研究现状的思考［J］.中国电化教育，2010（10）：16-20.

［6］安福杰.基于需要层次理论的教育游戏激励机制研究［J］.中国电化教育，2013（3）：96-100.

［7］周伯华，曲玮婷.国内教育游戏存在的问题及对策研究［J］.中国电化教育，2011（7）：92-94.

［8］刘小莹，张秀梅，李慧.关于教育游戏的发展现状及其发展趋势综述［J］.教育教学论坛，2013（42）：240-241.

［9］郁晓华，祝智庭.CSCL中交互支持的新助力——多触点技术［J］.电化教育研究，2011（1）：64-73.

［10］http：//zh.wikipedia.org/wiki/%E5%A4%9A%E9% BB%9E%E8%A7%B8%E6%8E%A7，2014-02-25.

［11］Prensky，M.DigitalGame-BasedLearning［M］. NewYork：McGraw-Hill，2001.