学习科学视角下的游戏化学习研究

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1、学习科学视角下的游戏化学习研究　　【摘要】本文提出学习科学视角下的游戏化学习研究，一是创新研究手段，从外在行为表现和内在神经机制两个层面探讨教育游戏对学生发展的积极效果；二是研究证据数量化，开展基于大数据的横向比较和纵向跟踪研究，探究游戏化学习对学生能力提升、思维转变和态度培养的意义。　　【关键词】游戏化学习；教育游戏；学习科学；脑科学　　【中图分类号】G424【文献标识码】A　　【论文编号】1671-7384（2014）05-0033-04　　游戏化学习是将教育游戏融入课程教学和自主学习活动，让学生在愉悦的学习体验中获得知识、技能，并培养正确态度的过程。教育游戏包括电

2、子游戏和游戏活动两种形式。广义上，教育游戏泛指一切具有教育价值的游戏；狭义上，教育游戏指为特定教育目的设计开发的符合特定课程体系的游戏。教育游戏作为一种新的教育和学习支持工具，逐渐受到政府与社会各界的广泛关注。为增进美国学生对于科学、技术、工程和数学的学习兴趣，提高学生的团队协作能力和创新能力，2010年9月，美国总统奥巴马在白宫启动了全国STEM游戏设计大赛（NationalSTEMGameDesignChallenge）。[1]国内越来越多的游戏企业看到了教育游戏的巨大市场价值，纷纷投身于教育游戏的设计开发。例如，启点教育开发的儿童启蒙教育游戏――《悟空识字》受到众

3、多家长追捧，根据该公司公布的数据显示，截至2013年11月，其注册用户已突破2100万。[2]10　　在中小学教学实践中，游戏化学习已经成为一种重要的学习方式，教育游戏开始走进课堂。教育游戏为学生营造了可自主探究的开放空间，有效支持学生的情境学习活动。游戏中的学生可以即时将所学知识应用于“改造游戏世界”，增强了学生的存在感和自我价值实现的愉悦感，促进了有意义学习的发生。　　任何关于学习的研究都无法回避“学习是如何发生的”和“如何促进学习”两个问题[3]。学习科学源于早期认知科学对人类学习问题的研究[4]，1990年，《学习科学》（TheJournaloftheLearn

4、ingScience）杂志的出版发行，标志着学习科学的诞生。学习科学是融合神经生物学、心理学、计算科学和教育学等学科的交叉学科，是连接脑科学研究和课堂教学实践的桥梁。　　学习科学的研究内容和研究方法为游戏化学习研究提供了新的研究视角，对开展基于脑机制的游戏化学习研究具有重要的启发意义。学习科学视角下的游戏化学习研究指：（1）创新研究手段，开展基于脑机制的游戏化学习研究，从外在行为表现和内在神经机制两个层面探讨教育游戏对学生发展的积极效果，将脑科学研究成果应用于游戏化学习活动设计，并使用脑科学研究技术研究教育游戏对学生大脑的影响；（2）研究证据数量化，开展基于大数据的横向

5、比较和纵向跟踪研究，探究游戏化学习对学生能力提升、思维转变和态度培养的意义。　　基于脑机制的游戏化学习研究　　学习科学依据学习发生的神经生物学基础定义学习为“新的突触的建立，和已有突触的强化、弱化和消失”10[5]，强调学习行为将引起脑结构和脑活动模式的改变。我国的游戏化学习研究目前还停留在学习的行为表现层面，缺乏在神经机制层面的深入探讨。但国际上已出现一系列的基于脑机制的游戏化学习研究案例，在神经机制层面证实了游戏化学习对学习者的积极效果。　　2011年，斯坦福大学Kesler教授等应用Lumos实验室开发的网页游戏[6]，从行为表现和神经机制两个层面评估了游戏化学习

6、对提升特纳综合症（特纳综合症，Turnersyndrome，一种先天性染色体异常疾病，患者常存在视觉空间、数学和记忆困难等认知缺陷）患者的数学能力的积极效果[7]。　　在行为表现层面，试卷测试结果显示患者的计算能力、数字常识、计算速度、认知灵活性、视觉空间处理能力都有显著提高。在神经机制层面，使用功能性磁共振成像技术（fMRI，functionalmagneticresonanceimaging）测试显示，实验后患者的脑活动模式发生了较大改变。患者进行数学运算时，大脑的激活区域和不同脑区的激活程度有显著变化，表现出双侧顶叶的活动水平增强，额纹状体和内侧颞叶活动水平降低（

7、如图1）。　　图1用fMRI获得的患者的脑活动模式图[8]　　研究者认为，“我们的研究提供了初步的证据证明，采用这种计算机辅助的游戏化学习方式不仅能够提升儿童的数学能力，还能够改变与数学能力相关的额顶叶脑回路（frontal-parietalbrainnetworks）。”10[9]研究还获得了一项意外的发现，虽然研究者使用的游戏并未涉及视觉空间能力，但经测试发现，被试的视觉空间能力也有显著提高。研究者认为，视觉空间能力的提升得益于数学游戏增强了额顶叶脑区的活动水平，而该脑区的活动水平与人的视觉空间能力相关。由此，在神经生物学水平上说明了