游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng)①

許 嘉,賈 帥,呂 品,于 戈

1(廣西大學(xué) 計(jì)算機(jī)與電子信息學(xué)院,南寧 530004)

2(廣西大學(xué) 廣西多媒體通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南寧 530004)

3(廣西大學(xué) 廣西高校并行與分布式計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南寧 530004)

4(東北大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院,沈陽(yáng) 110819)

學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是指引發(fā)和維持學(xué)生的學(xué)習(xí)行為,并使之指向一定學(xué)業(yè)目標(biāo)的一種動(dòng)力傾向[1,2].學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)強(qiáng)烈的學(xué)生,在學(xué)習(xí)活動(dòng)中表現(xiàn)出較高的學(xué)習(xí)積極性,能夠通過(guò)較強(qiáng)的自制力和毅力克服學(xué)習(xí)過(guò)程中遇到的困難.而缺乏學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的學(xué)生,學(xué)習(xí)積極性較低,很容易在遇到困難時(shí)中斷甚至放棄學(xué)習(xí).因此,設(shè)計(jì)行之有效的教學(xué)策略以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是教育研究領(lǐng)域關(guān)注解決的重要問(wèn)題.

目前,業(yè)界提出了兩種教學(xué)策略以期提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),即同伴學(xué)習(xí)策略和教學(xué)游戲化策略.其中,同伴學(xué)習(xí)策略通過(guò)促進(jìn)學(xué)生間的互動(dòng)來(lái)幫助學(xué)生提升學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),最終實(shí)現(xiàn)教育的目標(biāo)[3].學(xué)生間的互動(dòng)有兩種模式,即競(jìng)爭(zhēng)[4,5]與合作[6,7].其中,競(jìng)爭(zhēng)模式通常是比較學(xué)生完成同樣任務(wù)的表現(xiàn),并通過(guò)定義任務(wù)表現(xiàn)的獎(jiǎng)懲規(guī)則來(lái)激發(fā)同伴間競(jìng)爭(zhēng),以期強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)[8].合作模式則是指同伴之間通過(guò)積極互助來(lái)完成學(xué)習(xí)目標(biāo)的互動(dòng)學(xué)習(xí)模式[3,9],通過(guò)構(gòu)建積極的同伴間的相互依賴和監(jiān)督來(lái)強(qiáng)化雙方的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).業(yè)界用于提高學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的另一種教學(xué)策略是教學(xué)游戲化[10-12].教學(xué)游戲化是將游戲的思維和機(jī)制整合運(yùn)用于教學(xué)環(huán)節(jié)中,以期通過(guò)寓教于樂(lè)的方式提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).可見(jiàn),同伴學(xué)習(xí)策略和教學(xué)游戲化策略或通過(guò)促進(jìn)學(xué)生之間的學(xué)習(xí)互動(dòng),或以增強(qiáng)學(xué)習(xí)活動(dòng)樂(lè)趣來(lái)實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的目的,都存在不少相關(guān)研究工作.然而,現(xiàn)有研究工作均沒(méi)能很好結(jié)合利用這兩種策略來(lái)幫助學(xué)生強(qiáng)化學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),體現(xiàn)在:(1)現(xiàn)有同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng)僅考慮了一種互動(dòng)模式[4-6],即競(jìng)爭(zhēng)模式或合作模式;(2)現(xiàn)有的教學(xué)游戲化策略的設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單,在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中只考慮了少量游戲化機(jī)制,例如積分、徽章和排名等[13-15].鑒于此,本文綜合考慮了競(jìng)爭(zhēng)與合作兩種互動(dòng)模式,并利用豐富的游戲化機(jī)制來(lái)促進(jìn)同伴間的互動(dòng),最終設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新穎的游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng).該系統(tǒng)目前已應(yīng)用于真實(shí)課堂的教學(xué)實(shí)踐.實(shí)踐表明,本文設(shè)計(jì)的游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng)有效增強(qiáng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、提高了學(xué)生的成績(jī).

本文剩余部分的內(nèi)容組織如下:第1 節(jié)分析了相關(guān)研究工作;第2 節(jié)詳細(xì)介紹了游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路;第3 節(jié)闡明了游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程;第4 節(jié)介紹了系統(tǒng)的教學(xué)應(yīng)用;最后第5 節(jié)對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié).

1 相關(guān)工作

1.1 同伴學(xué)習(xí)

從個(gè)體學(xué)習(xí)模式轉(zhuǎn)向同伴學(xué)習(xí)模式是提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的主要教學(xué)策略.現(xiàn)有同伴學(xué)習(xí)的相關(guān)工作根據(jù)同伴間互動(dòng)方式的不同可分為競(jìng)爭(zhēng)式同伴學(xué)習(xí)策略與合作式同伴學(xué)習(xí)策略.在競(jìng)爭(zhēng)式同伴學(xué)習(xí)策略的設(shè)計(jì)方面.一些學(xué)者[4,16,17]圍繞教學(xué)競(jìng)賽系統(tǒng)的易用性、學(xué)生之間競(jìng)爭(zhēng)的公平性以及學(xué)生對(duì)競(jìng)賽內(nèi)容難度的適應(yīng)性方面進(jìn)行探究,以促進(jìn)學(xué)生提高學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).也有學(xué)者[5]將排行榜機(jī)制引入到學(xué)習(xí)小組之間的競(jìng)爭(zhēng)策略設(shè)計(jì)中,以提高學(xué)生的參與度和積極性.在合作式同伴學(xué)習(xí)策略的設(shè)計(jì)方面.業(yè)界研究人員主要采用構(gòu)建合作學(xué)習(xí)小組并引入激勵(lì)策略的方式來(lái)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的提高.而在具體激勵(lì)策略設(shè)計(jì)方面,研究人員提出可以通過(guò)隨機(jī)抽取合作小組或隨機(jī)抽取小組成員的方式來(lái)提高學(xué)生的參與度[18];有的研究人員則將博弈論引入到合作學(xué)習(xí)策略中[7,19],將學(xué)生的個(gè)體收益與合作小組的整體收益綁定在一起,從而在提高合作小組成員學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的同時(shí)有效避免合作學(xué)習(xí)中的搭便車(chē)行為(即因低水平學(xué)習(xí)者的動(dòng)機(jī)不足而導(dǎo)致高水平學(xué)習(xí)者被迫完成更多小組任務(wù)的行為).

1.2 教學(xué)游戲化

除了基于同伴學(xué)習(xí)模式來(lái)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)之外,將教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行游戲化處理對(duì)于增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)同樣有積極作用.例如,為了提高學(xué)生對(duì)英語(yǔ)課的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),研究人員設(shè)計(jì)了基于問(wèn)題的英語(yǔ)聽(tīng)力游戲[20]、模仿流行的方塊消除游戲設(shè)計(jì)了英語(yǔ)詞匯練習(xí)系統(tǒng)[21]、以及基于游戲化思想設(shè)計(jì)了英語(yǔ)課程問(wèn)答活動(dòng)[22]等.在自然科學(xué)的教學(xué)方面,一些研究人員將學(xué)科內(nèi)容進(jìn)行游戲化處理(生物[23]、物理[24]、化學(xué)[25]),使得枯燥乏味的學(xué)科知識(shí)概念變得生動(dòng)有趣.在教學(xué)游戲化領(lǐng)域的其他方面,Sanchez 等人通過(guò)選項(xiàng)猜測(cè)、實(shí)時(shí)進(jìn)度、鼓勵(lì)信息等游戲化元素,設(shè)計(jì)了一個(gè)在線游戲化測(cè)驗(yàn)來(lái)促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的提高[26].彭麗等人通過(guò)融合競(jìng)爭(zhēng)、合作和獎(jiǎng)勵(lì)等游戲化元素提出一種自適應(yīng)的混合游戲化教學(xué)方法,能夠根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)的不同自適應(yīng)調(diào)節(jié)游戲難度,降低認(rèn)知負(fù)荷,從而有效激勵(lì)學(xué)生在線上教育的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),提高學(xué)生的參與度[27].

1.3 游戲化同伴學(xué)習(xí)

鑒于游戲化對(duì)激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)有著積極的作用,近年來(lái)不少研究人員提出可以利用游戲化思想設(shè)計(jì)同伴學(xué)習(xí)策略,以期更好的增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).

在游戲化結(jié)合競(jìng)爭(zhēng)式同伴學(xué)習(xí)方面.Charles 等人在競(jìng)爭(zhēng)式同伴學(xué)習(xí)中引入積分、虛擬角色、及時(shí)反饋等游戲元素以促進(jìn)學(xué)生獲得更好的課程體驗(yàn)[28].Cagiltay等人將查閱競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的分?jǐn)?shù)、排名等能夠促進(jìn)競(jìng)爭(zhēng)的機(jī)制引入到教學(xué)游戲中[29].Yang 等人考慮了學(xué)生的認(rèn)知能力水平,開(kāi)發(fā)了一個(gè)游戲化的情景詞匯學(xué)習(xí)系統(tǒng)[30].該系統(tǒng)能夠基于學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn),提供適應(yīng)其水平的學(xué)習(xí)任務(wù),能夠有效避免學(xué)習(xí)任務(wù)難度與學(xué)生水平不匹配導(dǎo)致學(xué)生可能受到挫折的問(wèn)題.

在游戲化結(jié)合合作式同伴學(xué)習(xí)方面.Hamalainen等人為了促進(jìn)學(xué)生對(duì)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程的學(xué)習(xí),基于Mustakarhu 游戲平臺(tái)開(kāi)發(fā)了一個(gè)協(xié)作式的虛擬建筑設(shè)計(jì)環(huán)境,該環(huán)境允許學(xué)生之間自由聊天或語(yǔ)音交流以促進(jìn)合作[31].Sung 等人通過(guò)整合Enterbrain 公司發(fā)布的角色扮演游戲開(kāi)發(fā)工具RPG-Maker與Google 公司提供的協(xié)同知識(shí)構(gòu)建系統(tǒng),開(kāi)發(fā)了一個(gè)基于合作的游戲化學(xué)習(xí)環(huán)境,以方便學(xué)生在游戲過(guò)程中組織和分享他們所學(xué)到的知識(shí)[32].實(shí)驗(yàn)表明,該系統(tǒng)不僅有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),同時(shí),在合作游戲環(huán)境中提供的知識(shí)組織和共享功能,也有效提高了他們的學(xué)習(xí)成績(jī).

雖然目前已有一些結(jié)合游戲化和同伴學(xué)習(xí)的相關(guān)研究工作,但是這些研究仍有不足之處,主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面:一方面是同伴學(xué)習(xí)的具體實(shí)踐僅僅是基于競(jìng)爭(zhēng)的模式或者合作的模式,而沒(méi)有同時(shí)考慮競(jìng)爭(zhēng)與合作這兩種模式.基于競(jìng)爭(zhēng)學(xué)習(xí)的模式能夠充分的利用學(xué)生個(gè)人的社會(huì)認(rèn)同感和群體的集體榮譽(yù)感增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),但是它過(guò)于強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)者知識(shí)的輸出而忽略了學(xué)習(xí)者知識(shí)輸入的過(guò)程,使得學(xué)習(xí)群體中水平較低的學(xué)習(xí)者容易產(chǎn)生消極情緒.而基于合作學(xué)習(xí)的模式能夠促進(jìn)學(xué)習(xí)小組中的學(xué)習(xí)者各取所長(zhǎng)、互相監(jiān)督、共同提高.但是基于合作學(xué)習(xí)的模式一般以小組的整體目標(biāo)為產(chǎn)出,對(duì)于小組中的學(xué)習(xí)成員個(gè)體沒(méi)有明確的目標(biāo)規(guī)定,因此學(xué)習(xí)者個(gè)體的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)不足是一個(gè)常態(tài)問(wèn)題.如果同時(shí)結(jié)合競(jìng)爭(zhēng)與合作這兩種學(xué)習(xí)模式,就能夠?qū)崿F(xiàn)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),在增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的同時(shí)也能有效的提高其學(xué)習(xí)效率.第二個(gè)方面是現(xiàn)有的教學(xué)游戲化策略的設(shè)計(jì)過(guò)于簡(jiǎn)單:游戲元素不夠豐富,交互深度不足.游戲化策略的設(shè)計(jì)應(yīng)該同時(shí)從游戲元素的豐富性和玩家交互的深度兩方面擴(kuò)展.豐富的游戲元素,如積分、排名、等級(jí)等,能夠充分調(diào)動(dòng)玩家的積極性.一定的交互深度能維持游戲?qū)τ谕婕业奶魬?zhàn)性和新鮮感,并能在簡(jiǎn)潔的規(guī)則下基于玩家之間的互動(dòng)實(shí)現(xiàn)豐富的游戲過(guò)程.

因此,本文同時(shí)考慮競(jìng)爭(zhēng)與合作這兩種模式,并結(jié)合豐富的游戲化機(jī)制,設(shè)計(jì)了一種游戲化同伴學(xué)習(xí)策略,最終基于該策略設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng),以期達(dá)到增強(qiáng)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、提高學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)成績(jī)的目的.

2 游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本節(jié)詳細(xì)闡述本文提出的游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路.具體而言,2.1 節(jié)介紹了系統(tǒng)中同伴學(xué)習(xí)策略的設(shè)計(jì)思路;2.2 節(jié)介紹了系統(tǒng)中游戲化策略的設(shè)計(jì)思路;2.3 節(jié)給出了系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì).

2.1 同伴學(xué)習(xí)策略設(shè)計(jì)

本文提出的游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng)所用的同伴學(xué)習(xí)策略的實(shí)施過(guò)程如圖1所示,包含多次循環(huán)迭代的同伴學(xué)習(xí)活動(dòng).其中,每次同伴學(xué)習(xí)活動(dòng)包含劃分等級(jí)、選擇同伴、協(xié)作答題和計(jì)算得分4 個(gè)階段.下面簡(jiǎn)要闡述一次同伴學(xué)習(xí)活動(dòng)中每個(gè)階段的設(shè)計(jì)思路.

圖1 系統(tǒng)中同伴學(xué)習(xí)策略的實(shí)施過(guò)程

階段1:劃分等級(jí).在該階段,系統(tǒng)根據(jù)一個(gè)班中全部學(xué)生的歷史答題記錄為每一個(gè)學(xué)生劃分一個(gè)等級(jí).系統(tǒng)中的等級(jí)設(shè)定包含“青銅”“白銀”和“黃金”3 個(gè)等級(jí),分別代表低水平學(xué)生、中等水平學(xué)生和高水平學(xué)生.

階段2:選擇同伴.在全部學(xué)生的等級(jí)被確定后,每名學(xué)生被要求從班級(jí)中選擇一位學(xué)生作為其答題的同伴.學(xué)生在本次同伴學(xué)習(xí)活動(dòng)中的答題得分受其自身等級(jí)及同伴等級(jí)雙重因素的影響.具體而言,一名高等級(jí)的學(xué)生和一名低等級(jí)學(xué)生進(jìn)行同伴組隊(duì)則雙方都更有可能在接下來(lái)的答題中獲得更多的答題激勵(lì)分,且同伴間等級(jí)差異越大則潛在的激勵(lì)分越高.可見(jiàn),系統(tǒng)鼓勵(lì)具有異質(zhì)水平的學(xué)生同伴組隊(duì)答題,從而為同伴間的帶學(xué)互助創(chuàng)造條件.

階段3:協(xié)作答題.當(dāng)所有學(xué)生都選好自己的答題同伴后則進(jìn)入?yún)f(xié)作答題階段.在該階段,結(jié)伴協(xié)作答題的雙方需要完成一個(gè)題目對(duì)序列的答題.其中,每個(gè)題目對(duì)包含兩道內(nèi)容不同、難度和所考察的知識(shí)點(diǎn)相同的習(xí)題,分別指派給結(jié)伴雙方中的一方進(jìn)行答題.結(jié)伴雙方能夠基于系統(tǒng)的聊天室和“一鍵傳題”功能進(jìn)行溝通討論,系統(tǒng)則記錄雙方的答題表現(xiàn)(即“答對(duì)”還是“答錯(cuò)”),作為在第4 階段計(jì)算雙方得分的依據(jù),并且雙方的最終得分會(huì)納入到全班的排名中以激勵(lì)結(jié)伴雙方互助從而獲得更高的排名.

階段4:計(jì)算得分.記某結(jié)伴協(xié)作答題的學(xué)生組為S={s1,s2},其中si表示組內(nèi)的第i名學(xué)生;記某題目對(duì)為Q={q1,q2},其中qj表示題目對(duì)中的第j道題.由于題目對(duì)Q中的兩道題的分值相同,用|Q|表示Q中每道題的分值.當(dāng)結(jié)伴協(xié)作答題的學(xué)生組S完成對(duì)題目對(duì)Q的作答時(shí),系統(tǒng)則進(jìn)入計(jì)算得分階段.在計(jì)算得分階段,系統(tǒng)分別計(jì)算S中每名學(xué)生的答題得分.以學(xué)生組S中的學(xué)生s1為例,該生針對(duì)Q的答題得分(記為C(s1,Q))由s1獲得的題目得分(記為A(s1,Q))與s1獲得的激勵(lì)得分(記為R(s1,S))兩部分相加得到,見(jiàn)式(1).

s1獲得的題目得分A(s1,Q)的計(jì)算方法見(jiàn)式(2).

其中,I(·)為指示函數(shù):I(s1,Q)=1 表示學(xué)生s1答對(duì)了Q中的題目;I(s1,Q)=0 則表示學(xué)生s1答錯(cuò)了Q中的題目.由式(2)可知,學(xué)生s1答對(duì)Q中的題目能夠獲得分值為|Q|的題目得分,答錯(cuò)題目則題目得分記0.

s1獲得的激勵(lì)得分R(s1,S)的計(jì)算方法見(jiàn)式(3).

其中,L(si)表示學(xué)生si的等級(jí)(即青銅、白銀或黃金);Ls(si)則表示學(xué)生si的等級(jí)分,等于該生歷史答題得分總和(即H(si))除以全體學(xué)生(假設(shè)有N個(gè)學(xué)生)中最大的歷史答題得分總和(即max{H(s1),…,H(sN)}),詳見(jiàn)式(4).可見(jiàn)學(xué)生si的歷史答題表現(xiàn)越好,即學(xué)生si的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)越好,其等級(jí)分越高.

由式(3)可知,只有滿足以下兩種情況,學(xué)生s1的答題得分中的激勵(lì)得分部分不為0,分別對(duì)應(yīng)面向高等級(jí)的學(xué)生的激勵(lì)策略和面向低等級(jí)的學(xué)生的激勵(lì)策略:

(1)面向高等級(jí)學(xué)生的激勵(lì)策略:若學(xué)生s1的等級(jí)L(s1)高于學(xué)生s2的等級(jí)L(s2)且結(jié)伴協(xié)作答題的雙方s1和s2均答對(duì)了題目對(duì)Q中的題目,則此時(shí)認(rèn)為高等級(jí)學(xué)生s1在結(jié)伴答題的過(guò)程中給低等級(jí)學(xué)生s2給予了有效的輔導(dǎo)幫助,因此在系統(tǒng)中高等級(jí)學(xué)生s1將獲得最多為logα(Ls(s1)-Ls(s2))的激勵(lì)得分.此處取底數(shù)為α的對(duì)數(shù)旨在對(duì)過(guò)高的激勵(lì)得分進(jìn)行平滑抑制.系統(tǒng)利用該激勵(lì)策略促進(jìn)高等級(jí)學(xué)生在階段2 中選擇等級(jí)比自身等級(jí)低的學(xué)生組成協(xié)作答題組,并激勵(lì)組內(nèi)學(xué)生合作實(shí)現(xiàn)共贏.

(2)面向低等級(jí)學(xué)生的激勵(lì)策略:若學(xué)生s1的等級(jí)L(s1)低于學(xué)生s2的等級(jí)L(s2)且低等級(jí)學(xué)生s1在高等級(jí)學(xué)生s2答錯(cuò)Q中題目的前提下答對(duì)了Q中的題目,則此時(shí)認(rèn)為低等級(jí)的學(xué)生s1答對(duì)了一道有難度的題目,因此在系統(tǒng)中低等級(jí)學(xué)生s1將獲得大小為logα(Ls(s2)/Ls(s1))的激勵(lì)得分.系統(tǒng)利用該激勵(lì)策略一方面能夠進(jìn)一步促成低等級(jí)學(xué)生與高等級(jí)學(xué)生進(jìn)行組隊(duì)答題;另一方面則能提升低等級(jí)學(xué)生答對(duì)題目的競(jìng)爭(zhēng)動(dòng)機(jī).

鑒于大量教學(xué)實(shí)踐表明低等級(jí)學(xué)生答對(duì)一道高等級(jí)學(xué)生都答錯(cuò)的題的困難程度比高等級(jí)學(xué)生輔導(dǎo)幫助低等級(jí)學(xué)生一起答對(duì)一道題的困難程度更高,因此以上第二種激勵(lì)策略中低等級(jí)學(xué)生獲得的激勵(lì)分(即logα(Ls(s2)/Ls(s1)))比以上第一種激勵(lì)策略中高等級(jí)學(xué)生最多獲得的激勵(lì)分(即logα(Ls(s1)-Ls(s2)))要多.這兩種激勵(lì)策略的運(yùn)用能夠有效促進(jìn)高等級(jí)學(xué)生和低等級(jí)學(xué)生組隊(duì)形成異質(zhì)組,從而強(qiáng)化結(jié)伴答題過(guò)程中學(xué)生間的競(jìng)爭(zhēng)與合作.

為幫助讀者更好地理解本文提出的游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng)中學(xué)生答題得分C(si,Q)的計(jì)分策略,假設(shè)某題目對(duì)Q中每道題的分值|Q|=5 且參數(shù)α=1.5,表1展示了一個(gè)結(jié)伴協(xié)作答題組S={s1,s2}內(nèi)的兩名學(xué)生s1和s2在他們等級(jí)不同以及針對(duì)Q的答題結(jié)果不同時(shí)每名的學(xué)生在系統(tǒng)中的答題得分.表1中括號(hào)里逗號(hào)前的數(shù)字表示學(xué)生s1的答題得分;逗號(hào)后的數(shù)字則表示學(xué)生s2的答題得分.且用表格背景顏色深淺來(lái)表示結(jié)伴協(xié)作答題的兩名學(xué)生s1與s2間的等級(jí)差異大小:顏色越深表示s1與s2等級(jí)相差越大;顏色越淺則表示s1與s2等級(jí)相差越小.觀察表1可知:結(jié)伴協(xié)作答題的學(xué)生雙方的等級(jí)差異越大,則學(xué)生雙方越有可能獲得更大的激勵(lì)得分,進(jìn)而收獲更大的答題得分.

表1 結(jié)伴答題的雙方學(xué)生等級(jí)不同時(shí)針對(duì)題目對(duì)Q的答題得分矩陣(|Q|=5,α=1.5)

可見(jiàn),本文提出的同伴學(xué)習(xí)策略整合了同伴學(xué)習(xí)中的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制和合作機(jī)制,以期同時(shí)利用競(jìng)爭(zhēng)與合作來(lái)強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).首先,對(duì)學(xué)生劃分等級(jí)強(qiáng)化了學(xué)生間的競(jìng)爭(zhēng).其次,在計(jì)算學(xué)生結(jié)伴協(xié)作答題的答題得分時(shí)通過(guò)設(shè)計(jì)面向高等級(jí)學(xué)生的激勵(lì)策略以及面向低等級(jí)學(xué)生的激勵(lì)策略來(lái)促進(jìn)高低等級(jí)學(xué)生間的競(jìng)爭(zhēng)與協(xié)作.

2.2 游戲化設(shè)計(jì)

除了通過(guò)設(shè)計(jì)同時(shí)考慮了競(jìng)爭(zhēng)與合作兩種因素的同伴學(xué)習(xí)策略來(lái)增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),本文提出的游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng)還引入了豐富的游戲化機(jī)制,對(duì)同伴學(xué)習(xí)策略進(jìn)行了游戲化處理,以期進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).本文基于近年教學(xué)游戲化研究領(lǐng)域運(yùn)用到的13 個(gè)游戲化元素(詳見(jiàn)表2)為本文提出的同伴學(xué)習(xí)策略設(shè)計(jì)了覆蓋這些游戲化元素的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方法.圖2和圖3分別展示了系統(tǒng)中對(duì)應(yīng)于同伴學(xué)習(xí)功能的兩個(gè)重要界面,即選擇同伴界面和同伴協(xié)作答題交互界面.具體而言,系統(tǒng)將一次包含4 個(gè)階段的同伴學(xué)習(xí)活動(dòng)(詳見(jiàn)本文2.1 節(jié))定義為一局游戲,并將參與同伴學(xué)習(xí)活動(dòng)的學(xué)生定義為游戲玩家,繼而通過(guò)以下10 項(xiàng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略來(lái)實(shí)現(xiàn)同伴學(xué)習(xí)策略的游戲化:1) 提供詳細(xì)的游戲規(guī)則介紹(詳見(jiàn)圖2的A 區(qū)域);2)基于玩家的歷史答題表現(xiàn)為每位玩家設(shè)定所屬等級(jí)以及和等級(jí)相對(duì)應(yīng)的徽章(詳見(jiàn)圖2的B 區(qū)域);3)向全體玩家展示本局游戲的全局信息,具體包含每名玩家等級(jí)和徽章、全體玩家的歷史答題表現(xiàn)的全局排名(詳見(jiàn)圖2的B 區(qū)域);4)以答題進(jìn)度條的形式向玩家本人及其結(jié)伴答題的隊(duì)友實(shí)時(shí)反饋雙方的答題進(jìn)度(詳見(jiàn)圖3的A 區(qū)域);5)系統(tǒng)提供答題交流窗口,以便結(jié)伴協(xié)作答題的雙方玩家針對(duì)所答題目進(jìn)行討論交流(詳見(jiàn)圖3的B 區(qū)域);6)系統(tǒng)提供“一鍵傳題功能”,以方便結(jié)伴協(xié)作答題的雙方玩家向?qū)Ψ桨l(fā)送希望討論交流的題目信息(詳見(jiàn)圖3的C 區(qū)域);7)每局游戲要求玩家回答多個(gè)問(wèn)題,每個(gè)問(wèn)題對(duì)應(yīng)一個(gè)題目對(duì),且要求結(jié)伴協(xié)作答題的雙方玩家各回答題目對(duì)中的一道內(nèi)容不同、難度和所考察的知識(shí)點(diǎn)相同的習(xí)題(詳見(jiàn)圖3的D 區(qū)域);8)系統(tǒng)以可視化圖表的形式向結(jié)伴協(xié)作答題的雙方玩家實(shí)時(shí)展示他們的每題答題得分信息(詳見(jiàn)圖3的E 區(qū)域)以及本局游戲的累計(jì)得分信息(詳見(jiàn)圖3的F 區(qū)域).9)系統(tǒng)以狀態(tài)矩陣(狀態(tài)矩陣用來(lái)展示結(jié)伴協(xié)作答題的雙方學(xué)生等級(jí)和他們針對(duì)題目對(duì)Q中指派給其的題目的答題結(jié)果)的形式向結(jié)伴協(xié)作答題的雙方玩家實(shí)時(shí)展示他們當(dāng)前的答題得分狀態(tài)(詳見(jiàn)圖3的G 區(qū)域);10)為每局游戲設(shè)定時(shí)間限制(詳見(jiàn)圖3的H 區(qū)域).以上策略5)和6)都旨在從系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方面為雙方協(xié)作答題提供便利.綜上,10 項(xiàng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略與各個(gè)游戲化元素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系詳見(jiàn)表2.

圖2 選擇同伴界面

圖3 同伴協(xié)作答題交互界面

表2 游戲化元素與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)策略間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

2.3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于2.1 節(jié)闡述的同伴學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)策略和2.2 節(jié)所述的游戲化設(shè)計(jì)策略,游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示.系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循分層設(shè)計(jì)和模塊化設(shè)計(jì)的思想.其中,用戶交互層在瀏覽器端,主要用于玩家與系統(tǒng)的交互.系統(tǒng)中其余各層均部署在服務(wù)器端,負(fù)責(zé)前后端交互過(guò)程中數(shù)據(jù)的查詢和處理.具體而言,基于RBAC的權(quán)限驗(yàn)證層旨于處理用戶登錄以及交互中的權(quán)限控制;習(xí)題作答層負(fù)責(zé)支持教師創(chuàng)建題目、組卷、學(xué)生答題等功能;即時(shí)通信層為玩家與同伴之間的實(shí)時(shí)交流與溝通提供支持;實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)層旨在跟蹤與實(shí)時(shí)反饋玩家在游戲中的狀態(tài)從而便于教師對(duì)游戲過(guò)程的監(jiān)控;流式處理層主要用于為上層的3 大模塊提供基于內(nèi)存的實(shí)時(shí)處理,以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性;數(shù)據(jù)持久化層用于將所有用戶的游戲數(shù)據(jù)保存到磁盤(pán).各層保持一定處理邏輯的獨(dú)立性,有利于系統(tǒng)后期的迭代更新.

圖4 系統(tǒng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

3 游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)環(huán)境

為了方便用戶使用、維護(hù)及升級(jí)系統(tǒng),本文提出的游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng)參考現(xiàn)有教學(xué)服務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想,系統(tǒng)架構(gòu)遵循B/S 架構(gòu)[38],用戶交互層采用基于HTML5的Web 環(huán)境進(jìn)行開(kāi)發(fā)[39],系統(tǒng)后端服務(wù)層則采用Spring Boot 框架進(jìn)行開(kāi)發(fā).HTML5是由W3C 在2012年推出的新一代Web 語(yǔ)言,具有網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、跨設(shè)備、跨平臺(tái)、快速迭代及持續(xù)更新的優(yōu)勢(shì).HTML5 相對(duì)于上一代HTML 語(yǔ)言在視頻、音頻、網(wǎng)頁(yè)效果方面的開(kāi)發(fā)能力和用戶體驗(yàn)方面均有了明顯的增強(qiáng).Spring Boot是由Pivotal 團(tuán)隊(duì)提供的全新Web系統(tǒng)框架,其主要優(yōu)勢(shì)是幫助用戶快速構(gòu)建龐大的Web 項(xiàng)目.

3.2 批量賬號(hào)創(chuàng)建

為了方便任課教師在系統(tǒng)上組織班級(jí)的同學(xué)開(kāi)展同伴學(xué)習(xí)活動(dòng),系統(tǒng)為任課教師提供學(xué)生賬號(hào)批量創(chuàng)建功能.具體而言,任課教師通過(guò)向系統(tǒng)導(dǎo)入包含學(xué)生學(xué)號(hào)、姓名等信息的Excel 文件即可為班級(jí)的所有學(xué)生自動(dòng)創(chuàng)建他們的系統(tǒng)賬號(hào).

3.3 創(chuàng)建課程和測(cè)試游戲

任課教師進(jìn)入系統(tǒng)后需要先創(chuàng)建一門(mén)課程,然后建立課程與選課學(xué)生之間的關(guān)聯(lián),再在課程下創(chuàng)建一次或者多次測(cè)試游戲.游戲設(shè)置參數(shù)包括:游戲的名稱、游戲開(kāi)始和結(jié)束的時(shí)間以及選用的試卷.教師需要提前創(chuàng)建試卷以完成游戲參數(shù)設(shè)置.

3.4 選擇隊(duì)友

當(dāng)學(xué)生進(jìn)入課程所設(shè)置的游戲環(huán)境后,系統(tǒng)展示圖2所示的選擇同伴界面.界面左側(cè)區(qū)域闡釋了游戲?qū)嵤┻^(guò)程和玩家得分的計(jì)算規(guī)則,界面右側(cè)則展示了當(dāng)前游戲中所有用戶狀態(tài),包括:用戶名稱、用戶等級(jí)、是否組隊(duì)、是否在線等.任課教師要求學(xué)生在理解游戲規(guī)則后在右側(cè)的玩家列表中選擇一位玩家組成一隊(duì).

3.5 協(xié)作答題

當(dāng)學(xué)生所選擇的玩家同意該生的組隊(duì)請(qǐng)求后,玩家雙方進(jìn)入同伴協(xié)作答題交互界面,如圖3所示.每名玩家都可以從交互界面左側(cè)的功能區(qū)查看自己的答題內(nèi)容,了解同伴的答題進(jìn)度,并查看雙方的得分矩陣、每題得分和累計(jì)得分信息.交互界面右側(cè)提供了一個(gè)供玩家雙方就所答題目進(jìn)行溝通交流的討論區(qū).當(dāng)玩家遇到答題困難時(shí),可以借助交互界面上的“一鍵傳題”按鈕將題目?jī)?nèi)容直接發(fā)送給同伴以尋求幫助.

3.6 計(jì)算得分和更新等級(jí)

當(dāng)組隊(duì)的玩家雙方均做完題目對(duì)Q中的題目后,系統(tǒng)則根據(jù)玩家雙方的等級(jí)和玩家雙方各自的答題結(jié)果計(jì)算雙方在該題的答題得分(見(jiàn)式(1)),并更新雙方界面中的答題進(jìn)度條、得分矩陣、每題得分和累計(jì)得分等信息.當(dāng)游戲中的所有玩家(對(duì)應(yīng)班級(jí)里的所有學(xué)生)做完題目對(duì)Q中的題目后,系統(tǒng)會(huì)根據(jù)每名玩家的答題得分和答題耗時(shí)計(jì)算其在該題上的全局排名.當(dāng)游戲中的所有玩家做完所有測(cè)試題后,系統(tǒng)則根據(jù)每名玩家累積的歷史答題數(shù)據(jù)更新該玩家在全局中的排名和等級(jí).

4 教學(xué)應(yīng)用

將本文提出的游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng)在廣西大學(xué)計(jì)算機(jī)專(zhuān)業(yè)的學(xué)類(lèi)核心課程——《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》的教學(xué)活動(dòng)中進(jìn)行了教學(xué)應(yīng)用,以評(píng)估該系統(tǒng)對(duì)于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)的有效性,如圖5所示.

圖5 系統(tǒng)在《數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)》課堂上的應(yīng)用場(chǎng)景

系統(tǒng)教學(xué)應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)設(shè)置如下:從課程的3 個(gè)平行教學(xué)班中隨機(jī)選取一個(gè)班作為測(cè)試組,剩余兩個(gè)班作為對(duì)照組,各班參與人數(shù)均在50-60 人之間.其中,測(cè)試組班級(jí)的學(xué)生使用本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)作答題,對(duì)照組班級(jí)的學(xué)生則被要求獨(dú)立完成教師布置的作業(yè)題.一共組織了5 次對(duì)照實(shí)驗(yàn):第1 次和第2 次實(shí)驗(yàn)的作業(yè)內(nèi)容考察與圖(graph)相關(guān)的知識(shí)點(diǎn);剩下3 次實(shí)驗(yàn)的作業(yè)內(nèi)容則考察與排序相關(guān)的知識(shí)點(diǎn).

圖6展示了3 個(gè)班的學(xué)生在5 次實(shí)驗(yàn)中各自的答題正確率.從圖中可以看出,測(cè)試組班級(jí)的學(xué)生相較于對(duì)照組班級(jí)的學(xué)生在每次實(shí)驗(yàn)中的作業(yè)平均分均顯著更高,這是因?yàn)闇y(cè)試組班級(jí)的學(xué)生通過(guò)同伴間的競(jìng)爭(zhēng)激發(fā)了學(xué)習(xí)熱情,通過(guò)同伴間的互相幫助更好地掌握了作業(yè)涉及的知識(shí)點(diǎn).圖7則展示了5 次測(cè)試中各班學(xué)生成績(jī)的標(biāo)準(zhǔn)差.由圖可見(jiàn),測(cè)試組班級(jí)的學(xué)生相較于對(duì)照組班級(jí)的學(xué)生在各次測(cè)試中的成績(jī)標(biāo)準(zhǔn)差更低,說(shuō)明合作式同伴學(xué)習(xí)在提高班級(jí)學(xué)生作業(yè)平均分的同時(shí)還有利于激勵(lì)高水平學(xué)生幫助低水平學(xué)生掌握知識(shí)點(diǎn)以及低水平學(xué)生向高水平學(xué)生學(xué)習(xí)靠攏,同時(shí)強(qiáng)化了雙方的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī).

圖6 5 次實(shí)驗(yàn)中不同班級(jí)學(xué)生的平均分比較

圖7 5 次實(shí)驗(yàn)中不同班級(jí)學(xué)生的成績(jī)標(biāo)準(zhǔn)差比較

為了收集學(xué)生對(duì)系統(tǒng)的使用反饋,5 次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后針對(duì)測(cè)試組班級(jí)學(xué)生開(kāi)展了一次問(wèn)卷調(diào)查.問(wèn)卷調(diào)查中設(shè)計(jì)的問(wèn)題和針對(duì)每個(gè)問(wèn)題收集到的學(xué)生反饋的統(tǒng)計(jì)信息如表3所示.觀察表3可知本文設(shè)計(jì)的游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng)對(duì)于增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和提高學(xué)生成績(jī)起到了重要作用.

表3 面向測(cè)試組的學(xué)生評(píng)價(jià)問(wèn)卷調(diào)查統(tǒng)計(jì) (%)

5 總結(jié)與展望

本文基于包含合作模式及競(jìng)爭(zhēng)模式的同伴學(xué)習(xí)思想,并利用豐富的游戲化機(jī)制設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)了一個(gè)新穎的游戲化同伴學(xué)習(xí)系統(tǒng).多次課堂教學(xué)實(shí)踐表明學(xué)生使用該系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)伴答題能夠在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的合作激勵(lì)規(guī)則和競(jìng)爭(zhēng)激勵(lì)因素的雙重作用下顯著增強(qiáng)學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)和有效提升學(xué)習(xí)成績(jī).未來(lái)擬將角色扮演游戲(RPG)的游戲化設(shè)計(jì)思想引入系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,給不同特長(zhǎng)的學(xué)生設(shè)定不同的游戲角色,并最終通過(guò)激發(fā)不同角色學(xué)生間的協(xié)作互動(dòng)來(lái)進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.