中学化学教育游戏设计的进展与发展趋势

中学化学教育游戏设计的进展与发展趋势

一、国内外中学化学教育游戏设计现状在国外，“教育游戏”通常分为“收入体验”和“教育游戏”。“Edutainment”是指教育中的娱乐形式,即通过在教学中使用各种娱乐形式,实现一定的教育目的,国内称为“娱教技术”;而“EducationalGames”则是指把教育内容以电脑游戏的形式进行表现,它更依赖于信息技术产品。19世纪初开始,国外已有众多化学教育游戏应用于课堂的教学活动中,与此同时,国内许多学者和教育专家已试图把教育游戏运用在教育活动中,并且在不断探索中取得了一定的成果,尽管国内经过几十年的理论探讨与产品研发,初步形成了中学化学教育游戏市场,但是国内还没有一款较好的化学教育游戏得到较高程度的认可。为此,我们有必要对国内外中学化学教育游戏设计情况进行系统性分析。本文将分别介绍国内外“娱教类化学教育游戏”和“基于信息技术的化学教育游戏”的内容和形式,以便我们全面地了解国内外中学化学教育游戏的设计情况,为今后设计出水平较高的中学化学教育游戏提供参考与借鉴。二、学习方法(一)期刊期刊及参考文献笔者于以“Game”为主题搜索1935年至2011年刊登在美国JournalofChemicalEducation上的文献,共有84篇期刊论文,以20篇期刊论文作为主要参考文献;于2011年7月1日以“化学游戏”为主题在中国期刊网全文数据库(CN-KI)进行搜索,期刊论文12篇,中国优秀硕士学位论文1篇,从中选取相关期刊论文11篇、中国优秀硕士学位论文1篇作为主要参考文献;除此之外,本文还利用了国内外中学化学教育游戏网站的资源。本研究期望通过对国内外中学化学教育游戏相关文献和网络资源的学习与分析,对中学化学教育游戏内容和形式设计进行分析评价,提出对丰富中学化学教育游戏设计内容和增加游戏刺激性的建议。(二)在线教育游戏笔者选取国外“OldProf”卡片式和“CheMoVEr”棋盘式游戏及单机版“CorelChemLab”实验模拟类、“ChemistTycoon”角色扮演类游戏、“Quiaweb”、“奇异物质展览”网站上的在线教育游戏;大陆地区选取“520化学扑克牌”及“520化学网络版扑克牌”游戏;港台地区选取了部分的魔术式游戏及台湾的“百万富翁之化学酸碱盐”、香港“中文化学资源网”网站上的教育游戏,对以上的中学化学教育游戏从内容和形式上进行分析,并以此为依据指导中学化学教育游戏的设计。三、国外汉语游戏的设计(一)将化学语用与游戏相结合通过查阅1935至2011年刊登在美国JournalofChemicalEducation的文献,搜集了27种中学化学娱教类游戏,按游戏名称、游戏内容、游戏形式三方面进行统计分析。从表1的统计可以看出,国外娱教类化学教育游戏形式多样,分别有卡片、棋盘、问答、骰子、拼图、多米诺骨牌、轮子、扑克游戏形式。凭着材料准备容易、游戏规则简单易操作、方便开展集体游戏等优势,卡片和棋盘形式的化学游戏在国外更流行。国外娱教类化学教育游戏设计的内容主要涉及“化学用语”的学习,如化合物命名、化学式书写、化学方程式的书写,由于“化学用语”的学习具有易学、易忘、易混的特点,学生在学习“化学用语”时采用传统的死记硬背的学习方式不仅效果不佳,还大大降低学习兴趣,因此提高学生学习兴趣是关键,将化学用语的学习与卡片、棋盘、拼图等游戏形式结合,比起传统的学习方式,更有助于激发学生学习兴趣,增强记忆效果;除了“化学用语”的内容外,针对“实验室基础知识”、“元素周期表”的学习问题设计了卡片和棋盘游戏;关于“路易斯结构和价层电子对互斥理论”和“核的合成和衰变”这一类比较抽象的知识,均采用了问答的游戏形式。接下来,笔者将以“OldProf”和“CheMoVEr”为例子,介绍两种国外较为经典的化学娱教类教育游戏:“OldProf”是一种由3~9个人在一起玩的卡片游戏(如图1),TheOldProfCard由24对最常见的元素符号,离子和无机物的卡片组成,加上一张“老教授”共49张卡片。游戏从发卡者的左边第一个玩家开始,他可以问在场的任何一个参与者一个确定的元素符号。如被问的参与者手上有该元素符号的卡片,则该参与者必须把该卡给他,如没有,他则可从该参与者手上任意抽取一张卡;玩家必须将手上成对的卡片正确地命名,才可打出,然后轮到下一个玩家。直到有玩家手头上没有卡片后,游戏即宣告结束。出“成对”卡片数量越多者即为赢家;手中持有“老教授”卡片者即为输家,有时赢家和输家可为同一人。这类游戏的意义在于能让学生在游戏的角逐中快速掌握元素化合物的命名,并得到及时反馈,玩家之间可以相互学习,培养协作学习的精神。CheMoVE是一种由2~4个人在一起玩的棋盘游戏,棋盘上为参赛者设置起点区和中央终点区(如图2),棋盘上用元素符号装饰,参赛者每移动移动棋子一步,必须答对一个问题,有52个问题可供选择,例如元素符号、多原子离子、无机命名、化学方程式(反应类型及配平)和预测产物等,棋子按照逆时针方向移动,直至遇上与棋子颜色相同的位置,棋子方可向中心方向移入正方形,先入正方形即为赢家。此类游戏的意义在于让学生可以在游戏的竞争中进行学习,不需要教师在旁指导,这种形式的游戏同样适用于平时的练习或测验。(二)典型的单机版实验模拟类、角色扮演类以及部分在线版的化学教育游戏通过Google等搜索引擎,搜集了国外典型的化学游戏网站及游戏,笔者从游戏内容、游戏形式、传播媒体三方面对相关的化学教育游戏进行统计与分析。从表2看,基于信息技术的化学教育游戏的传播媒体以“单机版”为主,计算机网络的发展与普及,为在线游戏的设计提供了便利,因此在线版的游戏将具备较大的发展潜力;游戏的内容仍以化学用语为主,与娱教类教育游戏相比,游戏内容更加丰富,情境性更强,增设了“生活中的化学”、“探究实验”、“实验室安全知识”等内容;针对不同的游戏内容,游戏的形式有所不同,如“化学用语”的游戏主要以益智类形式设计,“生活中的化学”与生活联系密切,采用了角色扮演类的形式进行设计,需要动手操作的“化学实验室”采用实验模拟类的形式。接下来,笔者将列举国外典型的单机版实验模拟类、角色扮演类和部分在线版的化学教育游戏。CorelChemLab(化学实验室,如图3)是一款典型的单机版实验模拟类游戏,由美国Corel公司专为高中水平的学生开发,该软件非常逼真地再现实验过程,可模拟的实验共32个,包括物理属性实验8个、酸碱实验10个、动力学包括炸药实验4个、气体实验5个、测量同位素半衰期等附加实验3个。操作者可以像在实验室做实验一样操作其中的各种仪器和设备,进行各种预设的实验,也可利用该软件提供的实验平台进行自主设计的实验。通过使用该软件,可使学生进一步熟悉各种化学实验操作,培养其自主探究的能力,在一定程度上弥补了实验室条件的限制。这款软件模拟性极高,但其趣味性还不够,更像一款学习软件。ChemistTycoon(化学家大亨)是一款典型的单机版角色扮演类游戏,由美国PhoenixGames公司制作发行,该游戏的玩家扮演的角色是一个化学小镇的化学家,主管店实验室、产品研究、股市多个领域。小镇的产品需求变化频繁,玩家要确保知道顾客的需求,并向客户提供一切服务,完成各项任务来确保这项业务的成功。该款游戏具有生动的情境性,但其中蕴涵的化学知识较少,更像一款学习营销、投资的游戏软件。四、设计国内高中的元一开始(一)中国化学教育游戏设计1.化学实验游戏笔者以“化学游戏”为关键词在中国期刊网全文数据库(CNKI)进行搜索,统计与分析结果见表3。“魔术化学游戏”就是利用化学中的某一个或几个知识点进行魔术表演。例如化学课上,我们看到的“冰棒点烟”、“不沉的肥皂泡”等就属于这类化学游戏,利用氨气与氯化氢反应生成氯化铵固体的化学性质、二氧化碳密度比空气大的物理性质融入魔术实验中,利用魔术实验引发学生的好奇心,激发其主动探索谜底之所在。另一种游戏是“卡片游戏”,这种卡片可以帮助学生认识化学实验仪器的名称、规格、性能、使用范围及使用方法;了解常见化学药品的名称、化学式、物理性质、化学性质、主要用途及制备方法;理解中学化学中的有关实验;掌握化学实验基本操作方法。此类游戏玩法单一,趣味性不强。“扑克化学游戏”就是利用专门设计的化学扑克牌进行化学知识的学习。根据文献中记载,有三种扑克化学游戏。目前国内应用最广的是由华南师范大学化学教学与资源研究所的钱扬义教授开发的“520化学扑克牌”。这套扑克牌的创新之处在于,全套牌分为初中、高中金属和高中非金属3副扑克牌,180张牌展现了近70种中高考常见物质的颜色、状态、性质和用途(如图5)。有串出、单出、多出等多种出牌方式,还有“相连能反应”接龙、“反应物与生成物”接龙等新式玩法,学生还可根据自己的需要制定更多的游戏规则。这款扑克牌既能巩固元素化合物的知识,又能培养学生的发散思维,已在华南地区和云南、湖北等11个省得到有效推广。2.制作新的水生动物及驳岸-回收方式:聚沉提取-水氧化、纳米级、水气溶胶台湾地区的科学实验游戏”与大陆地区的魔术化学游戏有些类似,内容丰富,趣味性强:(1)有趣的燃烧:用盐帮助方糖燃烧,用二氧化碳使白糖燃烧变成黑蛇状,还有有趣的“蛇炮”和“法老之蛇”,不可思议的“隔空点火”;(2)神秘的纳米颗粒:由于溶质粒径大小达到纳米级,牛奶产生丁达尔效应,豆浆的聚沉作用变成了豆腐,同样,碳达到纳米级后有特殊的疏水作用;(3)变幻莫测的色彩:层析作用使色彩移动,洗涤剂、牛奶和色素的共同作用产生“翻滚的色彩”,B-R和B-Z反应使溶液颜色变化多样;(4)不可估量的气体:醋与小苏打产生的二氧化碳能形成“火山爆发”,还能制作“大象牙膏”和“膨糖”;(5)神奇的文字魔术:柠檬汁和醋作用书写无字天书,还有隐形字和隐形墨水的制作;(6)纸杯的妙用:吸水性物质让纸杯也能吸水,虹吸效应使纸杯变成古代的九龙杯。这些游戏设计的特点是充分利用化学与生活的联系,实验方法简单,取材方便,如小苏打、食醋、牛奶、染料、墨水、糖等均可从家里、超市、文具店中取得,教师可以进行教学演示,也可鼓励学生进行科学实验游戏的改进,培养学生的创造性思维,此类游戏如果在嘉年华式的活动开展还能够有效地提升全民的科学素养。3.娱乐:碱土金属、两种催化剂和几种植物生长的水氧化液见表4“科学教学园地”展示了10个智趣化学实验游戏,(1)液态氮:将空气或者二氧化碳气球、花或者叶子、胶手套等物体浸没在液态氮中,可示范低温对不同物体物理性质的影响;(2)焰色:燃烧含有各种金属盐的甲醇,产生的火焰呈各种颜色;(3)氯的三态:把浓氢氯酸滴入固体高锰酸钾可生成氯气(黄色),导入圆底烧瓶,浸没在液氮中,显示氯气的三态;(4)用沙提炼硅:沙和还原剂(如镁)能提炼出硅;(5)碱金属与卤素的反应:点燃的碱金属分别放入不同的卤素中,现象不同;(6)氢气火箭:点燃盛有氢气和空气的混合气体的肥皂泡、气球、塑料瓶;(7)将干冰浸在含有酸碱指示剂的碱性溶液内,溶液似乎沸腾,指示剂的颜色变化;(8)酸弹:稀酸与碳酸盐或碳酸氢盐反应,产生盐、水和二氧化碳;(9)炮火:高锰酸钾粉末洒在燃烧中的过氧化氢与乙醇的混合溶液,反应中发出爆炸声;(10)构造铝空气电池。这些游戏与大陆、台湾地区的魔术实验有所不同,实验内容的选择来源于教材,有部分游戏内容甚至是教材知识的拓展,如“液态氮”,将不同类型的物质浸泡在液态氮中,启发学生实验探究的能力;实验中的奇妙的变化能激发学生内在的学习兴趣,因此作为课堂的教学演示实验,不仅能帮助学生更深入了解相关化学物质性质,更有助于学生对化学概念和原理的理解。纵观以上的国内娱教类化学教育游戏,与国外相比,国内主要以趣味实验为主,凭借化学是以实验为主的学科特点,国内娱教类的化学教育游戏的设计更多侧重于利用魔术实验的趣味性和创造性激发学生学习化学的动机,在探索魔术实验现象的背后中发挥学生的主体性,培养其学习化学的兴趣。除此之外,国内还针对学生学习化学知识的难点,借鉴国外卡片游戏设计了扑克游戏,是国内传统游戏设计的突破,且收效甚大。(二)中国基于信息技术的化学教育游戏设计1.知识形态的渗透随着信息技术的发展,大陆地区的一些学科教师开始合作开发化学Flash小游戏。北京师大亚太实验学校的姚斌在2003年所研究的元素周期表的Flash拼图游戏;安阳市一中化学组教师开发了化学仪器组装游戏;浙江洞头二中姚宗演老师开发的开心学化学的射击方程式游戏,这些Flash小游戏针对的知识点比较单一,学科知识性很强,情境性薄弱。而由西华师范大学教育技术学院王琳、刁永锋以《哈利·波特》为题材,编制一段《哈利·波特与宝藏》的游戏情节,讲述了哈利为不让宝藏落入妖魔之手,历经艰难坎坷,终于来到古墓,成功获取宝藏的故事。题材渗透初中化学各知识点的游戏,游戏共设计四个场景,串联五个知识点,每个场景由情节展示、模拟试验、原理讲解三个环节构成,此游戏情境性较强,知识点也较为丰富。除了以上的单机游戏之外,大陆地区还有一款在线化学教育游戏———“520化学网络版扑克牌”2.基于信息技术的教育游戏通过表4我们可以看出,港台地区基于信息技术的化学游戏的形式比大陆地区多样化,对化学元素、物质、反应原理等专业词汇分别采用了“填字”、“字母重排”、“配对”等形式进行游戏设计,这些游戏更侧重于专业英语的学习与记忆;对于仪器或者实验现象采用了“拼图”、“配对”形式进行游戏设计,更侧重于训练学生的记忆力和注意力;至于“元素周期表”设计成“打砖”形式的游戏,更侧重于训练学生的反应力,与实现学习化学知识的目标联系不大。接下来,笔者将重点介绍两款在港台地区较受欢迎的化学教育游戏:台湾“百万富翁化学之酸碱盐”和香港的“中文化学资源”网上的Flash游戏。20世纪90年代,台湾地区利用Flash开发的化学小游戏“百万富翁化学之酸碱盐”是国内对网页型化学游戏研究的开端,该游戏的主题为“化学酸碱盐”,其题目包括酸碱盐性质以及具体物质的性质、鉴别、反应。与一般的题库形式的游戏相比,该游戏模拟“百万富翁”游戏,通过答题赢取“奖金”。该游戏也设置了帮助环节,由于受条件限制,打电话问朋友、问现场观众这些帮助在此游戏中无法实现,但可以让电脑删除两个错误答案。该游戏充分参考了热门游戏的形式,渗透化学习题,利用学生在“百万富翁”游戏的竞技心理使其获得较强的做题欲望,促进学生学习化学知识,提高做题效率,但此类游戏以题库练习为主,说教性过强。香港的“中文化学资源”(.hk/chemistry/chusan)有八类Flash化学教育游戏可以下载,分别为化学方程式游戏、元素符号名称判断、化学式、化学元素、物理性质、化学性质、化合价和判断化合价。如化学式判断游戏主要考察了单质、氧化物和部分酸、碱、盐的化学式,物质的化学式以气球的形式出现,游戏左上角会出现物质名称,需要根据物质名称点击写有对应化学式的气球,回答正确得分。化学方程式游戏的内容为化学方程式,共由独立的20个重要化学方程式组成。该游戏以在厨房做饭为游戏背景,考察了方程式的反应条件、反应物、反应产物以及化学方程式的配平。每类游戏都分为了不同的难度等级,游戏者可以自由选择,在这些游戏软件中,可以显示操作者的速度、对错率,还可以用生动有趣的图形加以提示,在游戏中巩固所学知识,提高技能,培养正确的操作习惯,锻炼学生的反应力和运用知识的能力。纵观以上的国内基于信息技术的化学教育游戏,部分基于信息技术的游戏吸取了娱教类的游戏设计灵感,部分娱教类的游戏逐步实现了与信息技术整合;基于信息技术的化学教育游戏设计选取的内容除了化学用语的学习,也涉及实验仪器的组装,不足之处是部分游戏的形式设计尽管有趣,但游戏任务并未与学习目标紧密联系,可喜之处是部分游戏有一线教师的加盟,尽管技术上不能与商业游戏媲美,但是学习目标明确,从另一面也看出,基于信息技术的化学教育游戏越来越被师生群体接受并重视。五、国内外化学教育游戏的设计比较与照明(一)游戏情境化国内的游戏主要是以一些魔术化学实验和难记的化学用语的学习为主,而国外的游戏内容除了化学用语的学习,还涉及化学探究实验、生活中的化学、实验室安全知识等,内容更为丰富。国内的游戏大都以玩牌或做题为主,缺乏情境性,而国外巧妙地将游戏情境生活化,有助于学习者在真实的情境中学习,如角色扮演类的游戏化学家大亨,在游戏中模拟现实的营销、投资生活,让玩家享受体验经营者投资成功后的