三支決策理論教育游戲設(shè)計應(yīng)用研究
——以教育游戲《保衛(wèi)星球》為例

鄭 征，于 延

(哈爾濱師范大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與信息工程學(xué)院，黑龍江 哈爾濱150025)

0 引言

教育游戲隸屬嚴(yán)肅游戲，是以游戲作為教育工具，面向教育而開發(fā)的游戲。教育游戲吸取了教育外在不獨(dú)立性與游戲內(nèi)在自由性，同時具有教育與游戲兩種活動特性。姚一豫教授2009 年提出了三支決策理論，在二支決策理論上通過對邊界相接區(qū)域不確定信息的進(jìn)一步處理，最終不斷完善二支決策的理論。可以從教育游戲設(shè)計與內(nèi)部決策機(jī)制出發(fā)，利用三支決策理論開發(fā)教育游戲內(nèi)部決策算法，將決策結(jié)果應(yīng)用于學(xué)習(xí)者在教育游戲中學(xué)習(xí)資源與游戲難度分配過程，解決教育性與游戲性間的平衡性問題，并對于教育游戲未來設(shè)計發(fā)展提出建議。

1 教育游戲現(xiàn)狀

近年我國對于教育游戲領(lǐng)域研究愈加深入。李海峰［1］等提出了“基于人本主義理論的教育游戲設(shè)計框架”。尚俊杰［2］等在深入分析教育游戲價值后指出通過重塑學(xué)習(xí)方式回歸教育本質(zhì)的應(yīng)用前景，并提出發(fā)展輕游戲的必要性。張露［3］等以學(xué)習(xí)體驗為視角，建構(gòu)游戲化學(xué)習(xí)體驗理論框架，結(jié)合理論系統(tǒng)闡述游戲化學(xué)習(xí)體驗促進(jìn)認(rèn)知與主體性發(fā)展原理。裴蕾絲［4］等在學(xué)習(xí)科學(xué)視野下設(shè)計開發(fā)了一款可在終端運(yùn)行的電子游戲。

2 三支決策理論在教育游戲中的應(yīng)用

姚一豫對粗糙集正集、負(fù)集及邊界集語意解釋的思考而引發(fā)的三支決策思想，實(shí)質(zhì)就是對二支決策的細(xì)分。傳統(tǒng)二支決策思想限制了人們在使用決策思想時對決策相接區(qū)域進(jìn)行有效規(guī)劃與處理。三支決策則對相交區(qū)域進(jìn)行了再處理，在二支決策的是非相接區(qū)域制定規(guī)則，達(dá)到更進(jìn)一步細(xì)分?jǐn)?shù)據(jù)的目的。

2.1 三支決策與教育游戲

教育游戲以游戲作為表現(xiàn)方式，吸引學(xué)習(xí)者游玩同時對學(xué)習(xí)者進(jìn)行隱性知識傳輸。學(xué)習(xí)者對隱性知識的感悟不斷加深，隱性知識最終轉(zhuǎn)化為顯性知識。在教育游戲中要維持學(xué)習(xí)者的游戲動機(jī)，需要游戲設(shè)計者對教育性與游戲性的平衡進(jìn)行動態(tài)決策與調(diào)控，使學(xué)習(xí)者心理由消極轉(zhuǎn)化為積極。因此，三支決策理論與教育游戲內(nèi)部決策思想融合對教育游戲的發(fā)展起關(guān)鍵性作用。

2.2 基于三支決策理論的教育游戲內(nèi)部決策框架新思想

三支決策理論給教育游戲提供了全新發(fā)展方向，即在教育游戲過程中利用該理論動態(tài)劃分學(xué)習(xí)者知識掌握程度，并合理分配教育資源與游戲難度。

在游戲過程中，以學(xué)習(xí)者游戲答題正確率為標(biāo)準(zhǔn)，以行為主義中的試誤、強(qiáng)化與模仿理論作指導(dǎo)，把學(xué)習(xí)者知識掌握程度劃分為試誤階段、強(qiáng)化階段與模仿階段3 個等級，并在各階段臨界域上進(jìn)行階段劃分的再次決策，準(zhǔn)確定義學(xué)習(xí)者知識掌握程度，合理給予教育游戲中教育性與游戲性的正確選擇。圖1 為基于三支決策理論的教育游戲－內(nèi)部決策框架(EG－IDF) 。

圖1 教育游戲－內(nèi)部決策框架(EG－IDF)

3 “保衛(wèi)星球”教育游戲設(shè)計

3.1 設(shè)計思想

以小學(xué)三年級英語單詞為知識內(nèi)容，結(jié)合EG －IDF 框架，進(jìn)行“保衛(wèi)星球”教育游戲設(shè)計與開發(fā)，需要從學(xué)習(xí)者、教導(dǎo)者、教育游戲3 方面及相互關(guān)系進(jìn)行辨證分析。

(1) 學(xué)習(xí)者分析?！氨Ｐl(wèi)星球”游戲目的旨在讓學(xué)習(xí)者在游戲過程中通過EG－IDF 框架分配的教育資源與游戲難度逐漸掌握新知識。學(xué)習(xí)者在接觸新知識的情況下首先通過試誤階段達(dá)到對于新知識的認(rèn)識，緊接著學(xué)習(xí)者跨越到知識學(xué)習(xí)的強(qiáng)化階段，通過重復(fù)練習(xí)達(dá)到對于新知識的熟知，最后由強(qiáng)化轉(zhuǎn)變?yōu)槟７?，此時學(xué)習(xí)者對于新知識的理解需要更進(jìn)一步。

(2) 教導(dǎo)者分析。教導(dǎo)者合理把控學(xué)生學(xué)習(xí)方向才能使學(xué)習(xí)事半功倍。在“保衛(wèi)星球”教育游戲中，教導(dǎo)者通過游戲教導(dǎo)者界面安排計劃內(nèi)應(yīng)學(xué)習(xí)知識內(nèi)容。教導(dǎo)者手動把單詞知識分為C、B、A 3 種難易程度，分別對應(yīng)單詞學(xué)習(xí)試誤階段、強(qiáng)化階段與模仿階段。通過由簡到繁的游戲難度梯度設(shè)計，學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)循序漸進(jìn)，在游戲中掌握知識。

(3) 教育游戲分析。教育游戲需要利用游戲方式實(shí)現(xiàn)教育目的。“保衛(wèi)星球”教育游戲以守護(hù)美麗的地球家園為背景，以輸入英文單詞方式在太空中摧毀敵方戰(zhàn)機(jī)，具備游戲性。游戲分配給學(xué)習(xí)者合理教育內(nèi)容與游戲難度，使學(xué)習(xí)得以循序漸進(jìn)，具備教育性。同時EG －IDF 框架在游戲后臺動態(tài)分析學(xué)習(xí)者知識掌握程度，以此決策出學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)階段并給出相應(yīng)等級內(nèi)容，平衡游戲的教育性與游戲性。如圖2 所示。

圖2 教育游戲?qū)W習(xí)流程

3.2 功能模塊

“保衛(wèi)星球”游戲采用3D 場景，利用惟妙惟肖的飛機(jī)模型、炫目的粒子特效、充滿挑戰(zhàn)的游戲內(nèi)容使整個游戲更容易被學(xué)習(xí)者接受。學(xué)習(xí)者完全沉浸在單詞學(xué)習(xí)的游戲中，產(chǎn)生“心流”狀態(tài)，英語單詞由隱性知識轉(zhuǎn)化為顯性知識，學(xué)習(xí)者在游戲中得到新單詞的學(xué)習(xí)?！坝⒄Z單詞競技場”通過C#語言編寫場景功能，其中包括了“漂浮單詞”、敵機(jī)隨機(jī)生成等關(guān)卡特色。

(1) 漂浮單詞?！氨Ｐl(wèi)星球”游戲中單詞的顯現(xiàn)尤其重要，增加單詞跟隨飛行敵機(jī)移動達(dá)到漂浮單詞效果，進(jìn)一步吸引了學(xué)習(xí)者興趣。系統(tǒng)會根據(jù)學(xué)習(xí)者的游戲狀態(tài)決策取出單詞難度等級，取出相應(yīng)單詞后，游戲后臺產(chǎn)生敵機(jī)預(yù)制體，并添加組件生成3D 英語單詞文本，作為敵機(jī)預(yù)制體的子物體，跟隨敵機(jī)移動改變自身位置。漂浮單詞構(gòu)建完成。

(2) 智能敵機(jī)生成。產(chǎn)生敵機(jī)過程主要包括敵機(jī)功能組件添加、敵機(jī)的隨機(jī)生成這兩個關(guān)鍵性步驟: ①敵機(jī)功能組件添加。想要實(shí)現(xiàn)敵機(jī)移動、碰撞等功能就需要對敵機(jī)模型添加各種功能組件。導(dǎo)入敵機(jī)模型、添加功能組件，設(shè)置合適大小，完成敵機(jī)碰撞檢測功能初步設(shè)計; ②敵機(jī)隨機(jī)生成。搭建好敵機(jī)模型后設(shè)置為預(yù)制體對象，編寫并調(diào)用腳本中，使敵方飛機(jī)預(yù)制體根據(jù)游戲過程中EG －IDF 框架思想智能生成學(xué)習(xí)者相應(yīng)階段的敵方飛機(jī)。敵機(jī)設(shè)計制作工作完成，游戲場景系統(tǒng)會根據(jù)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)程度與游戲狀態(tài)產(chǎn)生相應(yīng)敵機(jī)，不同敵機(jī)隨機(jī)移動，極大豐富學(xué)習(xí)者視覺體驗。

4 游戲?qū)W習(xí)效能評估

為了評測“保衛(wèi)星球”教育游戲?qū)W習(xí)效能，將其投入到黑龍江省哈爾濱市某小學(xué)三年級英語學(xué)習(xí)中。評測結(jié)果表明“保衛(wèi)星球”教育游戲得到了多數(shù)學(xué)生認(rèn)同，77.3%學(xué)生認(rèn)為該游戲激起了學(xué)習(xí)激情，對游戲畫面、風(fēng)格以及操作方式表示贊同。

5 結(jié)語

以三支決策思想為理論支撐，結(jié)合教育游戲構(gòu)建EG －IDF 思想，即教育游戲過程中系統(tǒng)通過學(xué)習(xí)者行為狀態(tài)動態(tài)推論出學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)階段，給予相應(yīng)教育資源與游戲難度，實(shí)現(xiàn)了教育性與游戲性的平衡。EG －IDF 思想從根本上解決了教育游戲設(shè)計過程中無法合理分配教育性與游戲性間的平衡，更有利于開發(fā)者在設(shè)計過程中注重玩法實(shí)現(xiàn)，有利于教育游戲領(lǐng)域的發(fā)展。