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内容整合是数学游戏有效性的一个因素

原文作者 Sylke Vandercruysse1 bull; Judith ter Vrugte2 bull; Ton de Jong2 bull; Pieter Wouters3 bull; Herre van Oostendorp3 bull; Lieven Verschaffel1 bull; Jan Elen1

单位 ¹KU Leuven ²University of Twente ³Utrecht University

摘要：在这项研究中，我们专注于在基于游戏的学习环境（GBLE）中整合数学学习内容（即比例推理）。更具体地说，建立了两种GBLE：外部整合的GBLE和内部整合的GBLE。在以前的环境中，数学内容不是游戏世界的核心机制和结构的一部分。在后一种环境中，数学内容是通过游戏中最有趣的部分传递的，并体现在游戏世界的结构以及玩家与之互动的结构中。六十四名专业人员跟踪学生参加了这项研究，他们都使用了自行开发的GBLE“ Zeldenrust”的任一版本。这项研究的结果表明，将内容整合到GBLE中的方式（即内在地或外在地）很重要：与我们的预期相反，玩外在整合游戏的学生比那些学习外在整合游戏的学生表现出更高的学习收获，动机收获和感知有用性玩了内容被内在整合的游戏。

关键词：教育游戏；数学游戏；内容整合；游戏感知；内外部整合

介绍

教育游戏引起了教育技术研究人员和从业人员的审查。教育游戏被认为对学生的学习过程具有有效和激励作用（例如，ONeil等，2005； Vogel等，2006），因为它们激发了他们的理解和表现（Hayes and Games 2008； Liu and Chu 2010）。）。游戏可以吸引玩家，捕捉他们的兴趣和参与度（Barab等，2010）。（2010年），教育游戏是一种技术和方法论手段，用于创建沉浸式，互动式和体验式的课程。然而，确凿的证据备份所有限制了积极的权利要求和期望遗体（Connolly等。2012 ;吉拉德等人。2013 ;海斯2005年，奥尼尔等人2005 ;兰德尔等人1992年 ; Sitzmann 2011 ; Vandercruysse等等人，2012年）。建议采用更系统，更彻底的研究方法，研究基于游戏的学习环境（GBLE）而非游戏本身的特定特征（Aldrich 2005；例如Warren等2009））。此外，需要对GBLE特征与学生相关变量之间的相互作用进行更多的研究。

当前的研究通过关注一种特定的游戏特征（即内容整合）对学生的动机，数学成绩和知觉的影响，检验了游戏的假定收益。该研究针对一组特定的学生，即职业中等教育（VSE）学生。这个目标群体具有一些特定的特征，因为它包含了大量的高风险学生。很多这些学生的经历差之前学习成果的历史，已经暴露了许多不成功的指导干预的，因此，表现出对传统教育材料电阻（之三Vrugte等人。2015年）。由于这些学生的特点是高脱离接触的水平，这反过来又阻碍算术进步和事业被动或精力投资有限公司（Plackleacute;等人2014），使用的电脑游戏可能是因为他们的动机和参与性质，并提供特别有吸引力让他们保持兴趣，动力和参与度的另一种教学方法（ter Vrugte等，2015）。这项研究探讨了将学习内容整合到GBLE中的方式对这些学生是否重要，以及是否可以提出建议以根据该目标人群的特殊性设计GBLE。

内容整合

马龙（1980年，1981年）和马龙和莱佩尔（1987年）是第一个要考虑的学习内容纳入教育游戏的问题。他们提出了内在和外在幻想的概念，并假设游戏的教育效果取决于将学习内容整合到游戏幻想环境中的方式。基于这些假设，Habgood等人。（2005）以及Habgood和Ainsworth（2011）做出了类似的区分，并将这些游戏归类为内在和外在的整合游戏。。在这种分类中，他们将GBLE区分的重点从幻想转移到体现规则系统和玩家互动的数字游戏核心游戏机制。按照其定义，本质上集成的游戏：

通过游戏中最有趣的部分提供学习资料，并依靠游戏产生的流畅体验，而不会打断或减少其影响；以及（2）将学习材料体现在游戏世界的结构中以及玩家与之的互动，从而为通过游戏核心机制探索的学习内容提供外部表示。（Habgood等人2005年，第494页）

外在集成的游戏将学习和玩法分开。在完成了一部分学习内容之后，学生将有机会在不参与学习内容（例如玩子游戏）的情况下在游戏中前进，从而获得奖励。

将学习内容集成到部分游戏过程中可确保游戏流程体验。因为持续不断地保持流程体验，所以与非外部集成游戏相比，内部集成游戏被认为可以激励和吸引玩家（例如Garris等，2002）。克拉克等。（2011年）以及Habgood和Ainsworth（2011年）还报告说，内在集成的游戏可以使玩家在更长的时间内学习游戏的内容。除了增加学生的动力外，玩与生俱来的综合游戏也可能会改善学习效果。例如，Habgood和Ainsworth（2011）报告说，在固有整合条件下，延迟数学后期测试的得分高于在非固有整合条件下。在克拉克等人的研究中。（2011年），学习进展不如期望的那样高，但是在他们的内在整合状态下的学习经验似乎得到了支持。

在这项研究中，我们的研究重点是游戏中外在与内在地整合学习内容（即比例推理）对学生的表现和动机的影响。

学生的感知：调解指导的影响

在过程-产品范式中假设了教学方法对学习过程和产品的直接影响。认知转和学习的建设性的重要性的认识不断提高，但是，导致中介效应范式（温纳1982年，1987年）。这种范例强调了学生主动认知过程的重要性：教学方法的解释而非教学方法本身会影响学习过程和产品，因为“学习者是学习环境中的积极参与者，而不仅仅是教学设计师产品的消费者”（Lowyck等人）（2004年，第429页）。不同的解释导致不同的过程和产品（Winne1987）。通常，学生的解释与老师或设计师的意图不一致，导致结果不理想（Lowyck等，2004）。Salomon（1984）证明了学生对学习材料的感知会影响学习。相比，谁看到他们更多指导的学生（所罗门谁认为该物质是休闲活动的学生减少投资脑力劳动1984年）。这种解释似乎也适用于教育游戏。

考虑到中介范式，本研究明确承认了学生感知的作用。学生的游戏感知度定义为（1）他们对GBLE目标的期望，更具体地说，是玩家将GBLE视为休闲时间（有趣或放松，不花力气）还是教育活动（更类似于工作，（2）学生相信使用GBLE会提高他们的表现（感觉有用）的程度（Vandercruysse et al。2015c）。

然而，学生的感知不仅与教学方法（即，将GBLE引入学生的方式）和表现（即，他们在GBLE中的表现如何）有关，还与他们的内在动机有关（Lowyck等。2004年）。假设学生对教学既相关又有趣的看法具有很高的内在动机（Kinzie 1990； Ryan and Deci 2000）。对Herndon（1987）的研究还表明，向学生提供相关且有趣的指导可能会激发内在动机。

总体而言，关于学生如何感知给定的教学干预（在本例中为GBLE）的知识似乎很重要，因为个体之间的感知差异可能会影响干预的有效性（Lowyck等，2004； Struyven等，2008）。此外，学生感知教学干预的方式会触发学习互动，从而影响学习（Elen和Lowyck，2000； Entwistle，1991； Lowyck等，2004； Shuell和Farber，2001）。）。将这些发现与上述重点放在将数学内容集成到GBLE中的不同可能性结合起来之后，对于本研究开发的两种类型的GBLE，可能会在感知上产生差异。另外，可以假设，内容整合（外在与内在）对数学表现和学生动机的影响将受到学生对GBLE认知的影响。

研究目的

在此集群随机设计研究中，重点是将比例推理作为数学学习内容进行集成。更具体地说，研究了两种GBLE：内部集成的GBLE和外部集成的GBLE。根据Habgood等人的定义。（2005年），则本质上集成的游戏中的数学内容是通过游戏中最有趣的部分传递的，并体现在游戏的结构以及玩家与之的互动中。在外部集成环境中，数学内容不是游戏的核心机制和结构的一部分，而只是在每个子游戏开始时作为单独的数学练习进行介绍。解决了这些问题后，学生将有机会参加子游戏，而不会获得任何学习内容，因此会获得奖励。当前的研究集中在使用GBLE进行数学学习时，对VSE学生的潜在好处，更具体地说，是否以特定方式（内部与外部）整合此数学内容会产生不同的效果。

在文献研究的基础上，提出以下研究问题：

1.玩GBLE会影响VSE学生的比例推理表现吗？

2.与使用内部集成的GBLE玩游戏相比，使用外部集成的GBLE玩游戏是否会对VSE学生的学习表现产生不同的影响（Clark等人2011； Habgood和Ainsworth 2011）？

3.玩内在整合的GBLE与玩外在整合的GBLE相比，对VSE学生的内在动力有不同的影响吗（Clark等，2011； Habgood和Ainsworth，2011）？

4.是否与内在集成GBLE扮演不同的影响VSE学生的认知娱乐性比与外在集成GBLE做（Lowyck等人打2004年，所罗门1984年）？

5.与使用内部集成的GBLE玩游戏相比，使用外部集成的GBLE玩游戏对VSE学生所感知的GBLE有用性是否有不同的影响？

此外，本文不仅考察了干预的影响是否VSE学生感知后使用GBLEs。根据中介范式（Winne 1987），它还研究了GBLE中内容整合对学生的表现，内在动机和知觉的影响（如上述研究问题中所述）是否受到学生学习能力差异的影响。赛前知觉。

6.VSE学生在玩游戏之前所感知的有用性和趣味性是否与对学生的数学和游戏表现的干预相交互？

7.VSE学生在玩游戏之前的感知有用性和趣味性是否与干预措施相互作用，从而激发学生的内在动机？

图 1概述了变量以及变量之间的关系

图1 研究问题的示意图（以“ Q”表示，是上一节中提到的研究问题）

方法

参加者

这项研究的参与者来自比利时佛兰德的VSE学校的64名学生（年龄在14至17岁之间；M = 14.79；SD = 0.74）。从两所学校中选出了六个具有三个不同专业（木工/机械，美发和烹饪/护理）的课程。学生班被随机分配给这些条件。条件显示性别分配不平衡（请参见表 1），这将在限制部分中进一步讨论。参与者生活在同一地区并具有相似的教育背景，使用计算机和ICT知识水平，因此在教育背景方面组成一个同类的团体。

表1不同班级参加人数的条件（括号内为辍学后用于分析的学生人数）

仅将完成整个干预（四个50分钟的课程时间）的学生的数据包括在数据集中进行分析。因此，丢弃了来自六个学生的数据，从而导致来自58个参与者的所有测量变量的数据。

设计

在这项准实验研究中，采用了前后聚类的随机受试者设计，该受试者设计具有两个条件（内在整合与外在整合）作为受试者之间的变量。在内在整合条件下，学生玩GBLE，其中数学内容（即比例推理，见下文）通过游戏的某些部分（即子游戏）传递。在外部整合条件下，学生玩同一GBLE的另一个版本，其中将数学学习内容介绍为一系列单独的数学练习。在此版本中，数学内容未集成到游戏的结构中，而是在每个子游戏之前以传统数学练习的形式呈现给学生。学生回答完这些项目后，游戏会继续进入子游戏，但没有数学项目（例如GBLE的内在集成版本）。这意味着使用外部集成版本的学生可以通过解决子游戏中的某些任务（例如，尽可能快地填充冰箱）来推进游戏，而无需计算需要放入的瓶子数量它（即，给学生的金额）。只有时间限制才是适当解决任务的先决条件。无需计算需要放入其中的瓶子的数量（即，将数量分配给学生）。只有时间限制才是适当解决任务的先决条件。无需计算需要放入其中的瓶子的数量（即，将数量分配给学生）。只有时间限制才是适当解决任务的先决条件。

用料

GBLE：Zeldenrust

出于研究目的，创建了两个版本的自行开发的数学游戏“ Zeldenrust”（Seldomrest）。GBLE旨在单独播放。它提供了一个类似于卡通的二维环境，游戏时间约为1.5–2小时（取决于玩家的演奏技巧和数学能力），适用于14至16岁的VSE学生（有关游戏设计和GBLE中集成的元素（例如目标，内容，工具，反馈和评分）的全面描述，请参见Vandercruysse等人2015b）。故事情节适合目标人群的社交环境：玩家到达酒店，他们将在假期工作，以赚取夏季旅行的钱。为了赚钱，他们必须执行许多工作。每个工作（子游戏）都包含许多问题，根据工作执行的好坏，可以赚到旅途的钱（领导游戏）。

在GBLE的第一个版本（本质上集成的版本）中，数学内容与游戏机制交织在一起。图 2显示了在三个子游戏之一（即冰箱子游戏）中挑战的示例。在此子游戏中，玩家必须将正确数量的可乐瓶装满冰箱。在该示例中，冰箱包含12瓶无法去除的橙色苏打水。冰箱外部是可移动的可乐瓶和板条箱，其中装有固定数量的可乐瓶。玩家必须将（装满可乐的瓶）可乐拖到冰箱中，以使

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