编程型游戏的教育潜力和知识整合

摘要 针对当前教育游戏在知识整合方面存在的不足,提出使用编程型游戏解决的新思路,介绍编程型游戏的分类和特点、编程型游戏的教育潜力、知识内容与游戏的整合等内容。编程型游戏是一种既具备较强知识内容表征能力,又符合人类认知特点的游戏形式,能够较好地实现将知识内容真正地融入游戏。

关键词 教育游戏;编程型游戏;教育潜力;表征

中图分类号:G434 文献标识码:A 文章编号:1671-489X(2010)18-0031-03

Educational Potency and Knowledge Integration of Programming Games//Jiang Genghao

Abstract According current shortcomings of educational games for in the knowledge integration,proposes a new idea that using programming games to solve the shortcomings. Describesclassification and features of programming games,educational potency of programming games, integration of knowledge and game. Programming game is not only with a strong capability for represent knowledge,but also consistent with the characteristics of human cognition. It can really blend the content of knowledge into games.

Key words educational game; programming games; educational potency; represent

Author’s address Education Department of Hanshan Normal University, Chaozhou, Guangdong, China 521041

教育游戏(Educational Game)是指能够培养游戏使用者(简称游戏者)知识、技能、智力、情感、态度、价值观,并具有一定教育意义的计算机游戏类软件[1]。鉴于教育游戏的重要教育价值和可预见的应用前景,国内外学者对教育游戏进行了卓有成效的研究。在教育游戏众多研究课题中,游戏与教育知识点的整合是一个非常重要且比较困难的课题。在游戏与教育知识点整合方面,当前的教育游戏仍存在一些不足,游戏与知识内容分离,知识内容大多以题目的形式出现。例如当需要攻击怪物或前进时,首先必须回答问题,知识内容没有真正融入游戏中[2]。

要实现知识内容真正融入游戏,需要解决2个关键问题:1)找到一种能够表征复杂知识内容的方法(技术);2)找到能够与知识表征方法(技术)整合的游戏方式,且游戏方式要符合人类认知的特点。编程型游戏(Programming Game)能够同时解决这两个问题。

1 编程型游戏概述

编程型游戏是一类特殊的教育游戏,根据游戏最终目标的不同,可分成两大类。

1.1 非竞争型

该类型通常是游戏提供一个可视化编程环境和若干个可控制角色,通过编程可以控制角色,使其在可视化环境中展示创意等。在游戏过程中,不存在游戏角色间的竞争,所以称该类型为非竞争型。广义地看,任何通过编程的方式进行控制并进行仿真的软件,都属于这一类型,如以海龟作图为主题的LOGO语言编程系统、Kids Programming Language(儿童编程语言)编程系统等。

1.2 竞争型

该类型将游戏角色放至游戏虚拟世界中,与其他游戏角色竞争。此类游戏通常以角色竞技仿真引擎的形式出现,其主要特点是:1)游戏角色的行为不是由键盘、鼠标或游戏操纵杆等输入设备进行控制,而是由游戏者为其设计的控制程序自动进行控制;2)在游戏过程中,游戏角色必须面对随机出现的情况作出合理判断,并采取相应的反应动作;3)游戏者的最终目标是编写一个高效的控制程序来取胜。目前,此类游戏主要有robocode、AI-TANK、AI-RCJ和Terrarium等几款。

2 编程型游戏的教育潜力

2.1 更好地整合教育知识点和游戏内容

在具有丰富数理知识内涵的学科(如数学、物理等)中,许多知识内容(如定理、规律、性质等)都存在对应的数学计算模型,这些模型在现实生活中有着广泛的原型,游戏开发者可以借助这些原型对知识内容进行游戏情境化表征。编程型游戏中的编程语言对数学计算模型的表达能力很强,非常适合表征具有丰富数理知识内涵的知识内容。

现代认知科学把知识分为陈述性知识和程序性知识。陈述性知识用于回答事实是什么,主要以命题网络或图式表征;程序性知识用于回答如何做,主要以产生式系统表征。产生式是经过学习后贮存于学习者头脑中一系列的“条件动作”对(通常用“如果那么”表示),即指导人们思维以及行动的规则。西蒙等人认为:只要一个人能解决某个问题,对这一问题的正确解答就成为建构新的、更有效的产生式的基础。一旦人获得产生式,就能有效地解决相应的问题。简单的产生式只能完成单一的活动,当任务需要完成一连串的活动时就需要若干个简单的产生式,由简单的产生式组成复杂的产生式系统,用于表征复杂的技能。因为产生式可以直接翻译成“IF……THEN……”形式的计算机程序,所以程序性知识可以表征为计算机程序。从某种意义上讲,游戏者编写“控制程序”的过程,就是游戏者对贮存于自己头脑中一系列程序性知识的整理和编码的过程。

模拟是人类最重要的认知途径之一,模拟的方法主要包括物理模拟、数学模拟和功能模拟。物理模拟建立在模型和原型几何相似基础上;数学模拟是以模型和原型之间在数学形式上相似为基础的一种模拟方法;功能模拟是以功能和行为相似为基础,用模型来模仿原型的功能和行为的模拟方法[3]。计算机模拟也称计算机仿真,就是利用计算机对被研究系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行比较逼真的模拟,直接建立真实系统的模型,并且通过计算动态地反映系统随时间变化的行为[3]。在编程型游戏中,游戏虚拟世界负责对知识内容所描述的原型进行仿真,原始问题被表征为原型中的若干个情境化问题,游戏者的任务就是编写控制程序控制游戏角色去解决这些已经融入游戏情境的问题。

2.2 符合人类认知特点

约翰・杜威认为:学生不从活动中而由听课和读书得到的知识是虚幻的。他提出“做中学,玩中学,让学生在游戏、竞赛等主动作业中运用所学知识”的理念。在编程型游戏所营造的学习情境中,游戏者是通过动手编程解决问题来获取经验的,他们所得到的知识是活用的、渐进式的、创造式的和自我启发式的。

解决问题被视作游戏中获得知识和能力的主要活动[4]。现代认知科学对人类认识过程的研究表明,任何认识都有目的,认识过程是主体将目标与现状进行比较后,寻找、选择和规划由现状到达目的的途径的过程[5]。人类在规划中使用的一种方法是层次化的问题分解,通常将问题的解答分成若干个操作,这些操作中的每一个可能还会被分解为更小的子操作,并且按照一定顺序逐步执行这些操作。可见,人类解决问题的过程是有目的、有步骤和规划性的,具有明显的算法性。在编程型游戏中,玩游戏的过程实质上就是在游戏情境中通过编写程序实现为了解决问题而设计算法的过程,这个过程符合人类解决问题的特点。

2.3 培养多方面能力

编程型游戏能够培养游戏者严谨的逻辑思维能力、解决问题能力、综合运用各类知识的能力、程序设计能力、创新能力、动手能力等。实践表明,编程型游戏既可以作为计算机语言课程有效的教学辅助工具,也可以作为人工智能领域强大的研究工具。

3 知识内容与游戏的整合

游戏开发者可以通过以下几个步骤,确定知识内容与游戏整合的具体方案:1)根据知识内容对应的数学计算模型及其原型,确定游戏题材、游戏环境、仿真规则、游戏角色以及需要争夺的虚拟资源(如能源、活动空间等);2)确定游戏角色在游戏环境中的行为方式(如:游戏角色是在地面运动,还是在空中飞行);3)确定游戏角色的游戏目标和获胜标准(如:游戏角色必须获得尽可能高的经验值或能量才能取胜);4)确定游戏角色可以执行的控制操作以及执行这些操作的代价(如:发射炮弹会消耗能量);5)确定游戏角色在何种情况下将被告知何种事件,即确定游戏系统提供给游戏者的事件编程接口(如:如果让炮弹击中,游戏角色会被告知被击中事件,则游戏系统必须提供被击中的事件处理接口,让游戏者能够编写处理该事件的程序)。

当然,这些步骤仍然处在探讨之中,并不是最终的答案,希望可以起到抛砖引玉的作用。典型案例见表1。

4 总结与展望

编程型游戏能够较好地实现将知识内容真正地融入游戏,为设计和开发教育游戏提供新思路。当然任何事物都有其适用范围,编程型游戏并不能取代其他游戏方式。一般情况下,编程型游戏更适用于整合比较复杂的知识内容,尤其是数理知识背景较浓的知识内容,而对一些比较直观的、简单的和人文知识背景较浓的知识内容则不大适用。从这个角度看,编程型游戏是其他游戏的一种有益补充。笔者相信,随着计算机技术的发展和高中数学新课程中算法教学的普及,将有更多编程型游戏被开发和应用,教育游戏定会走入更多的学校和家庭之中。

参考文献

[1]吕森林.教育游戏产业研究报告[J].中国远程教育,2004(22):44-47

[2]程君青,朱晓菊.教育游戏的国内外研究综述[J].现代教育技术,2007(7):72-74

[3]楚学娟.应用游戏元素构建网络实验的模拟空间[D].吉林大学,2006

[4]王广新.游戏的教学设计:问题的情境化表征[J].电化教育研究,2007(1):41-45

[5]桑新民.学习科学与技术:信息时代大学生学习能力培养[M].北京:高等教育出版社,2004

[6]陈文.高手边玩边学的游戏:Robocode[J].电脑技术-HELLO-IT,2004(11):56-57

[7]李杰.如何设计AI-RCJ足球机器人[J].中小学信息技术教育,2006(5):79-80