基于RFID和Zigbee网络的角色扮演教育游戏设计

【摘 要】在幼儿教学活动中，教师对幼儿的关注程度不同，幼儿的反馈情况也不同，这都不利于孩子的个性化发展。针对上述问题，笔者提出一种基于RFID和Zigbee网络的角色扮演教育游戏。游戏通过设立统一的情境和从属主题构建全面连续的角色扮演文化架构，提高参与者的浸入感。设置根据智能种类进行分类的能量币，参与者完成关卡后可获得能量币，通过能量币的兑换更新积分，解锁成就。当积分达到一定数值时，和参与者匹配的虚拟形象也会发生改变。在幼儿教学活动中，用游戏化教学的手段，提升参与者的注意力和参与兴趣；利用物联网技术，有效地采集数据并完成教育游戏和参与者间的交互过程。

【关键词】RFID；Zigbee；教育游戏；幼儿教育

【中图分类号】G434 【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2017）04-0084-05

近年来，有关教育游戏的研究已经受到世界上许多高校和研究机构的重视，国内外有不少研究者开展了多项游戏与学习的研究项目，并颇富成效[1]。但是需要注意的是，教育游戏的最终目的是教育，这就需要把教育内容和游戏特征高度融合。教育游戏的设计并不是对主流游戏的模仿，而应是基于需求的创新，如同《精灵宝可梦GO》就凭借其独创性在主流游戏中脱颖而出。同样教育游戏也要在形式上进行创新，在技术角度，随着科学技术的发展，我们可以依靠技术实现很多之前实现不了的功能。我们可以利用传感器采集各种数据，可以利用软件进行数据分析，可以通过云进行大数据存储…… 但在实际应用中需要找到好的切入点，切不可被技术绑架，把各种技术罗列在教育游戏设计之中。教育从业者一直做的事情就是攀登教与学的高峰，而技术就是登山杖等支持装备，装备可以帮助攀登者，但前提是选择的装备合适。

游戏化教育内容分析

1. 教育游戏中游戏文化内容分析

现阶段，游戏化教育已经有了长足的进步，体感、触屏、物理按键各种交互手段让参与者可以浸入教育游戏之中，但是在情境构建上我们还有很长的路要走。主流游戏的一个不可忽视的特征就是游戏文化。电子游戏的真义在于它是生活世界的虚拟化，从本质上说电子游戏反映了某个特定时期的现实生活以及由这种生活环境所营造的经验与活动，并以富有趣味的途径将其表达出来。同时它也是文化蕴藏的体现以及人类知识情趣化的表征与新的、变异的传递方式[2]。好的游戏一般都会建立一定的文化架构，例如，魔兽世界作为一个长盛不衰的游戏，有很多值得学习的地方，其中最为核心的就是魔兽的文化。魔兽构建了一个新的世界，与现实世界一样，这个世界有自己的规则、政治背景等。 可以说，人们不仅沉浸在角色操作之中，也沉浸在游戏文化之中。

要嵌入教育内容，教育游戏需要比普通游戏更为关注游戏文化的设计，这些文化为教育内容提供存在背景。普通的游戏可以凭借直观的操作体验，激发操作者的兴趣，而教育游戏则要依靠游戏文化构建提升参与者的沉浸感。

2. 教育游戏中教育内容分析

教育游戏的内容设置一直是个难点，传统教学内容并不能直接放入教育游戏中。传统教学内容学科界限明显，并已经形成固定的教学节奏和方式。而随着教育事业的发展，人们意识到学习的目的并不是考试，而是让学习者可以更好地生活，解决自己面对的现实问题。针对这个诉求，人们开始了探索，于是提出了STEM教育。美国马里兰大学的赫希巴奇（Herschbach）提出两种最基本的课程模式：相关课程（the correlated curriculum）模式和广域课程（the broad fields curriculum）模式（Herschbach，2011）。相P课程模式将各科目仍保留为独立的学科，但各科目教学内容的安排注重彼此间的联系。广义学科则取消了学科界限，将所有的学科内容整合到新的学习领域[3]。

STEM的核心特征与游戏化教学相似，都是一种基于现有技术的创新式教学改革。未来的教育将会是跨学科的，目的是培养孩子的综合能力，或者说是解决各种复杂问题的能力。工作和生活中我们面对的问题往往都是复合型的，并不能依靠单一智能解决。

教育内容是教育游戏的根本，教育游戏中嵌入的教学内容是要经过筛选和设计的。与传统教育内容相比，主要区别是学科划分和展现形式上，教育游戏中的教育内容学科划分可以比较模糊，因为游戏场景下，可以依靠任务把不同学科进行整合。而在展现形式上，教育游戏中的教育内容可以根据现实情境进行定制。

游戏化教育技术分析

随着物联网技术的发展，人们的生活正在被深度地改变着。在教育领域，很多智能化设备也应用其中，但需要注意的是，在幼教领域，基于物联网的主题教学系统并不多。幼儿阶段的教育十分重要，很多习惯和兴趣都是在幼儿阶段形成和产生的。《论语》中，子路曰：“南山有竹，不揉自直，斩而射之，通于犀革。以此言之，何学之有？”孔子曰：“括而羽之，镞而砺之，其入不亦深乎？”每个孩子都有自己的天赋，而适合的教育可以让孩子的天赋更好地展现。所以，我们需要一种让孩子自由成长并能在自己的特长方向更好成长的教学系统。

随着观念的改变，人们开始关注孩子的差别和个性，希望为孩子定制适合的发展方案；但是个性化发展与现在的班级建制是相矛盾的，教师没有办法依靠个人努力平均地关注每一个孩子。而技术的发展使关注每个孩子成为可能，种类多样的传感器可以采集各种数据，这些数据经过网络进行传递，最后汇总分析成为数据报表。

基于RFID和Zigbee网络的角色扮演教育游戏设计

1. 背景分析

幼教阶段与其他教育阶段有较大的区别，其一，教学重点不同，幼教阶段主要是启蒙性质的教学，并没有太多的功利性和应试压力，所以幼教阶段更多强调“玩中学”。其二，考虑到幼儿的学习特点，教学内容都是小而精的，不会在一堂课中教授幼儿太多的东西，增加幼儿的认知负担。

可以说，幼儿教育阶段是终身学习过程中自由度比较大的阶段，幼儿可以尝试各种学科内容，建立自己的兴趣，让自己可以在适合的领域发展。而教师则需要找到一些可以激发学生兴趣的方法，并能得到孩子的表现反馈。

学习动机方面，幼教阶段的学习者主要的学习动机还是来源于学习兴趣，学习风格偏向活泼自由，对于自己感兴趣的并能获得良好反馈的学习活动，可以保持较高的学习热情。该阶段的孩子更容易浸入场景之中，举个例子，利用纸杯和线设置的简易电话所实现的功能是一定的，但与成人相比，孩子在使用中表现出的浸入感要更为强烈。

2. 硬件设计

本教育游戏设计所能应用的教学场景是多样的。

本教育游戏的应用场景是“教育小镇”，教育小镇是一种综合性的教学场地，拥有不同的教学区域，包含但不限于机器人馆、思维馆、烘培馆、绘本馆……所述场馆包含相关主题的环境设计以及与关卡相关的教具教材设计。教育小镇为每个参与者提供含有唯一ID的RFID智能标签，每个场馆都配备RFID阅读器，RFID与Zigbee的融合方式采用智能标签和智能阅读器的形式[4]。智能标签可以含有适当的传感器以便实时记录学习者的各种数据。在终点设置针对无源RFID标签的含有收集装置的RFID阅读器。含有收集装置的RFID阅读器还连接有显示屏，可以根据收集到的能量币数量和种类，显示学习者的数据积累情况，当达到一定数值的情况下，学习者所属的虚拟形象可以有相关的改变。根据所属主题馆不同，所要配备的教学资源也不同，以机器人馆为例，可以配备完成关卡所需的建构素材，并可搭配基于白板的课件作为故事引入。硬件方面还需要含有无源RFID标签的能量币，能量币的种类和数量依照完成任务所需的智能程度和任务难度而定。

3. 教育游戏机制

本教育游戏设计采用的是主流游戏的外壳，但核心采用的是教育内容。与以往的教育游戏不同，现阶段大多数的基于课堂场景的教育游戏，都是把游戏作为课堂应用的一个片段过程，而本教育游戏则是采用游戏的主体建构，把教学内容分类改造，嵌入到所述主体建构之中，并通过RFID和ZigBee的融合网络技术，提升参与者的浸入感。

首先，需要说明的是本教育游戏所具有的游戏特征。主流游戏存在很多能利用的内在动机，如挑战、好奇、幻想、控制、目标、竞争、合作等。利用这些动机可以极大地提升参与者的兴趣并集中注意力，甚至达到“心流”的状态。主流游戏的兴趣产生都是一个反应过程，是由各种因素的相互作用产生的综合效果。举例来说，如果问一个人，他从什么时候起开始喜欢某个游戏，不同人的回答将会是不同的，因为反应过程是不同的，有的人可能是完成新手任务的时候，有的人可能是完成主线任务的时候，有的人可能是完成支线任务时…… 但是可以确定的是，绝大多数的人是在浸入游戏，并能获得一定的有益反馈之后才会喜欢上游戏。所以，从这两点出发本教育游戏设计进行了内容上的设计：在浸入感方面，举例来说，《精灵宝可梦GO》是由任天堂、Pokémon公司和谷歌Niantic Labs公司联合制作开发的现实增强（AR）宠物养成对战类RPG手游，它在短时间内获得了很高的下载量，甚至改变了人们的生活状态。为了捕捉精灵，人们可以远离舒服的家，进入陌生的环境。在参与者浸入游戏方面，《精灵宝可梦GO》的成功之处在于，通过AR技术结合了虚拟和现实，神奇宝贝的出现与所在场景存在一定的相关性。例如，森林中，草系精灵出现的可能性就大。可以说游戏由一个情境（作为一个训练师捕捉精灵）和多个主题组成的（森林、街道、河流……）。而本教育游戏中，根据教育热莨菇ㄕ体的情境架构，丰富主题内涵，建立适当的主题组合，并通过环境创设的方式展示主题。在有益反馈方面，则可以列举生活中的两个例子，第一个例子是纸质红包，随着在线支付平台的火爆，越来越多的人选择通过微信、支付宝等完成日常交易，但是在一些场合，人们还是会不辞辛苦地去银行换来现金，放在红包里再送人。人们为什么舍近求远呢？因为送礼方和收礼方都需要红包的体验，现金可以提供较好的感官体验。另一个例子是取款机在点数钞票时发出的电子音，其实取款机点钞票是不会有很大声音的，而点数声的存在是为了操作人员的体验感。本教育游戏设计中通过实物性质的能量币进行积分统计，参与者通过完成任务可以即时获得现实的能量币，这样可以较好地激发参与者的内在动机。

其次，在规则方面，本教育游戏设计可以根据教学目的进行规则方面的定制，但是总的来说尽量提供范围性的规则而不是具体的操作步骤，让参与者可以自由地体验教育游戏带来的乐趣。如同象棋一样，每个棋子的下法都有规则，但是怎么下还是下棋者决定。

最后，在趣味性方面，本教育游戏设计基于角色扮演的方案设计，建立贯穿游戏过程的统一的游戏情境，嵌入不同的主题，参与者可以很好地浸入游戏情境之中。参与者在开始阶段只知道将要面对的主题，但是不知道主题中具体的关卡，这样就能激发参与者的探索欲望。本游戏采用群体参与方式，不同的参与者共同参与游戏，可以使参与者产生竞争意识，而在团队任务中又培养了参与者的合作意识。在团队任务中，可能需要不同学科的知识，这就需要进行团队合作完成任务。

游戏提升参与者趣味性的另一个手段就是虚拟形象和物品的构建。参照主流的游戏特别是网络游戏，很多付费场景都发生在非必要的游戏装备购置上。如果为了提升游戏效率，就应该把所有的资金投放到必要装备上。投放在非必要装备，乍一看，好像与正常思维相违背，可是游戏的很多趣味性正是体现在这些非必要的装备上的，这些非必要的装备体现了参与者的个人风格。在《精灵宝可梦GO》中，这种个人风格体现在精灵的收集上，参与者往往会根据自己的喜好收集精灵。本教育游戏设计采用构建虚拟形象的方式，凸显参与者的个人风格，而能量币则作为连通现实和虚拟的载体，能量币是分种类的，参与者可以根据自己的风格，通过关卡进行个性化的收集。通过终点处的带有收集装置和显示屏的RFID阅读器，参与者能看到自己所属能量的积累，当达到一定的数值时，虚拟形象可以进行相关的变化或解锁相应的成就。

4. 教育游戏过程设计

本教育游戏设计可以富含多种主题，针对主题数目和内容的不同，教学过程可能有一定差异。为了方便理解，笔者对教学过程进行简化，通过图1的游戏设计流程图对一般过程进行简要说明。

在起始点阶段，首先需要进行情境带入，通过各种手段为参与者构建游戏场景，可以是一个微视频，也可以是一个故事。通过情境的构建，把所布置的主题穿插在一起。举个例子，我们可以把情境设置为“埃及探秘”，参与者的角色就是探险家，可以先放一段与埃及有关的影片，之后引入故事：各位探险者，马上我们就要进入时空的隧道穿越到古埃及了，这片神奇的土地里隐藏着不同种类的宝藏（能量币），为了取得这些宝藏（能量币），我们需要通过各种试炼…… 通过这样的场景，可以使参与者浸入到情境之中。之后，要进行规则说明，参与者的参与方式，基于主题数目和内容的不同，可以采用团体和个人形式参加方式。而具体规则可以根据实际情况而定，作为一般规则，可以约定本次游戏的进行时间，需要进入主题馆的数目等内容。最后，要根据教学需求，对任务进行设计。如果希望学生进行广度拓展，可以要求学生每个主题馆至少完成1级任务，如果希望深度扩展，则要求参与者在一个主题馆完成至少2级的任务。

主题馆阶段，首先进行内容说明，针对主题馆的主}内容进行具体的说明，进一步进行故事的深度引导。举例来说，承接上文的埃及情境，机器人主题馆可以改名叫法老建筑师的试炼，关卡设置可以是法老的墙、坚固的房屋、金字塔。通过连续性的故事设计，可以保证参与者有可持续的注意力和兴趣激发。之后，参与者按照自己的能力水平完成关卡。最后根据完成情况给予能量币。

终点阶段，参与者进行能量币的兑换。通过屏幕可以可视化地展示参与者各种能量的积累，当能量水平达到一定程度时，与参与者相关的虚拟形象也会改变。该虚拟形象也可在APP等方面进行延伸，这里就不做叙述了。之后参与者进行任务总结，最后，教师进行基于情境的总结评述。最终的评述方式可以为：各位探险者，在这次埃及之旅中，大家体验了各种试炼，也取得了属于自己的能量币，在法老建筑师试炼中，大家都建成了伟大的建筑，但是为了让建筑可以…… 通过基于情境的评述，可以让参与者拥有良好的反馈体验，并能加深记忆。

为了方便理解，可以参考图2的游戏设计结构图，在统一的情境下有不同的主题馆，进入和离开主题馆，都会有RFID阅读器读取参与者ID，通过攻略主题馆关卡可以获得能量币。主题馆的选择由参与者根据任务而定。

5. 学习评价设计

在信息社会中，教育更加强调对学生实际解决问题能力、创新能力的培养。遵循这一理念，在游戏式学习评价的过程中，不应该注重单个知识点或者某几个概念的考查，而更应该强调综合性、实践性， 甚至可以在相近的学科之间进行穿插， 特别是理科可以将生活中的实际问题经过一定的艺术加工通过计算机模拟将其再现， 并突出问题解决的时效性与创新性[5]。

本游戏采用人工评价与机器评价相结合的方式进行学习评价。在学习评价的建立过程中，人工评价是不可缺少的元素，例如，瑞吉欧教学方案中，就着重提到了教师的重要性。学生自评互评在一定程度上可以对学习活动进行良好表征，并能使学生可以更好地认知自我。但是需要注意的是，随着互联网+理念的深入，我们开始关注更多的理性表征，采用更多的数据来刻画学生形象。如果说，过去的学生形象是抽象派，现在的学生形象就是写实派的。采用人机结合的方式进行学习评价，将会是未来的一个趋势。

如图3所示，本游戏设计的整体过程是连续且有重点的。一方面游戏是连续过程，情境构建存在于游戏设计的各阶段中；另一方面，本游戏存在多个交互节点，通过对交互节点的分析，可以比较客观地对参与者进行评价，而连续的游戏数据则可生成数据报表，丰富评价内容。

结束语

游戏化学习是教育未来发展的一个趋势，但是在教育内核与游戏特征的融合方面还有很长的路要走。我们需要更深度地进行二者的融合，并不是对它们进行拼凑，而是要进行分解重组。新的教育游戏也不会受限于环境，通过新的技术连接虚拟与现实，让参与者可以不再受地理位置的制约。而教育游戏能否成功，将更多地决定于教育游戏本身的因素，也就是它是否能够激发学习动机， 确保学习行为发生，并取得一定的教学成效。这是教育游戏面临的深层困难和障碍[6]。

如同现在的游戏生态一样，教育游戏想要发展，就需要自己的教育游戏生态，情境的构建和内容编排都需要专业的人才花费很大的精力。可以说，研发教育游戏的难度要大于传统游戏。教育的意义并不在当下，而在未来。相信会有更多的资源投入到教育游戏之中，创造出真正基于教育本质的教育游戏。

（作者单位：北京洪恩教育科技股份有限公司）

参考文献

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余胜泉，胡翔. STEM教育理念与跨学科整合模式[J]. 开放教育研究，2015（4）： 13-22.

梁龙. RFID与无线传感网络融合研究及应用实践[D]. 电子科技大学，硕士学位论文，2012.

乜勇. 游戏式学习评价策略与方案的分析与设计[J]. 中国电化教育，2008（2）： 71-76.

尚俊杰，庄绍勇，蒋宇. 教育游戏面临的三层困难和障碍――再论发展轻游戏的必要性[J]. 电化教育研究，2011（5）： 65-71.