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文丨Jan Plass
纽约大学数字媒体与学习科学领域首位Paulette Goddard讲席教授，腾讯游戏追梦计划客座教授
01、教育游戏的设计模型
教育游戏的设计模型是我们在其他学者构建的模型基础上创建的，主要包含6个阶段。这是一个全面的模型，从分析需求开始，直至达到设定目标、形成最终产品。我们在最近设计的几款游戏中已经使用过这种模式：一个是用来教授人工智能的《十二生肖》游戏，另一个是一款虚拟现实模拟游戏。
分析阶段
第一阶段是分析需求。客户或者工作需要，迫使我们设计满足特定需求的游戏。这时候我们就需要了解“学习目标是什么？”“学习者应该知道什么？”“当他们完成游戏后能够做什么或者掌握到什么？”等。
第二阶段是了解游戏玩家群体。“游戏玩家基本画像是什么？”“年龄分布如何？”“在开始游戏之前他们已经知道了什么？”等，都是需要提前了解的。
第三阶段是使用环境设定。游戏是在学校等正式环境中使用的吗？或者是商业培训，或者是像在家那样的非正式环境？或者是在地铁里使用？
此外，我们也需要对内容有更深刻的理解——包括游戏需要涵盖哪些主题，我们最好找相关领域的专家，让专家告诉我们游戏里哪些是典型的困难部分，哪些是比较容易的部分，这样就可以把重点聚焦到游戏玩家很难理解的部分。
分析阶段要做的最后一件事，是研究竞争项目。目前市场上有哪些雷同的项目呢？他们哪些做得好？哪些做得不够好？我们如何改进这些做得不够好的方面，并在我们的项目中间加以改进？
生成学习理念
我们先来看看整体的学习方法。这将塑造一个环境，你在其中会学到环境给予你的知识。但在这样的环境中，你可以探索那里存在什么、并找到属于自己的知识吗？你不得不自己去寻求还是他们会教授？我们学习的总体方法是什么？有很多学习的理论我们可以应用在这里。
学习理念阶段的第二个重要方面是思考学习机制，学习机制本身就是一个完整的主题，是需要专门设计的活动，以促使你成功学到东西，达到游戏设定的目标。
接下来是考虑游戏的功能，这又是另一个完整的主题。但很多游戏都有，我在这里列出的4个主要功能。
一是为将来的学习做准备。比如某些游戏实际上并没有告诉你任何东西，或者教你什么，游戏只是为你以后学东西做准备。
二是教授实际内容。很少有游戏能够教授新的内容，这很难做到，非常耗时，也非常昂贵。因此，许多游戏往往是将现有的知识或技能自动化。
第三种就是关于知识或技能的自动化。我所见过的大多数教育游戏都属于这一类。这个游戏假设你已经知道了某些知识或技能，或者学习者已经掌握了这些知识技能，然后游戏将使学习者能够自动地在不同的环境中应用，或者是加快进行速度，这样学习者就能更快地运用你所掌握的知识。
第四种游戏功能是开发21世纪的技能。现在我们说的发展21世纪的技能，包括比如沟通、创造力，所有这些我们都认为是21世纪的技能，有时我们把它们称为“软技能”。但其实它们一点也不“软”，实际上它们是帮助你在人生中取得成功的“硬本事”。
总的来说，游戏可能有以上提到的一种功能，有时是必须（具备以上提到的一种功能），而大多数情况下，它们实际上只能满足其中一个功能。因此，当你进行构想时，你需要非常清楚，哪一种功能可以满足你想达到的结果，实现你的目标。一旦你做到了，你就可以从学习视角开始开发粗略的关卡设计，你设计的关卡本质上代表不同层次的学习进展。然后就要设计某个水平层次内的学习进展，换句话说，就是相对于其他级别，我在单个级别中学习或完成了多少内容，由此你就可以绘制出游戏的各个关卡进展线路。
最后，已经在这个阶段了，你就需要考虑如何进行评估。因为如果你不知道将来如何衡量知识掌握程度，那你又如何设计实际有效的学习环境，如何设计学习机会？所以我们得知道后续需要测试什么，以及需要测量什么，如果我们想让学习者为此做好准备的话，这就是第二阶段——生成学习理念。
生成游戏创意
我们知道“想学什么”以及“学习机制是什么”之后，就可以想想游戏了。我们考虑的是游戏的整体概念设计，游戏看起来应该是什么样的，它应该有什么玩法类型，它是一款平台游戏还是角色扮演游戏？是第一人称射击还是冒险游戏呢？它应该属于MMO（大型多人在线游戏）吗？这需要我们根据学习目标来作出决定。
现在我们来看看基本的游戏机制。游戏机制是一种学习机制，在这种机制中，我们描述游戏中的哪些互动会带来何种学习结果，然后我们就用它们来创造游戏机制。也就是说我们需要描述在游戏的环境中如何实际做到用互动促进学习，这本身又是一个完整的主题。
然后我们考虑激励系统。应该设置点数吗？还是星级？还是什么样的加成物品？是什么让游戏变得有趣并让学习者想要学习更多？
生成游戏想法的最后一部分是考虑评估机制。这里我们要考虑的是如何在游戏的背景下衡量学习结果。
下面是一个游戏概念设计的例子：这个游戏叫做《农场动物》：我们将用它作为一个例子，使用网格，并且使用单独的坐标，然后学习者通过移动棋盘上的棋子来推进游戏。
正式设计
我们有了目标要求、学习理念、游戏创意，就可以构建一个设计文档来总结所有这些内容。我们所做的，就是整合游戏设计和学习设计文档，将游戏机制与学习目标联系起来，并对其进行描述。我们还要把视觉表征和学习目标联系起来——即如何在游戏中呈现想要的学习材料，把学习者代入环境中。
构建一个可运行的原型
这首先可以是一个物理原型——纸面原型。我们开发了这个原型，接着就可以使用它进行用户研究。因为在正式开始搭建之前，我们希望确保游戏的乐趣要义，保证机制的趣味性，确保学习者或玩家能理解这些机制，然后收集反馈并根据建议来修改原型，直到达到我们预设的目标要求。例如，希望玩家反馈有一定程度的乐趣和享受。
然后我们开始建立一个实际的数字化原型，根据用户反馈，以确保尽早和经常地整合用户反馈。例如《动物农场》，它的概念是我们合作的高中学生提出的，然后游戏设计是由游戏工作室实现的。我们从需求分析到生成学习理念阶段，再到游戏构想阶段，到设计文档撰写阶段，再到可玩原型设计阶段，都以不同的形式进行评估，有时甚至邀请专家评审。
[ 学生们正在制作《动物农场》纸面原型 ]
评估效果
最后，当我们有了最终产品，就可以来评估一下学习结果，游戏真的达到了预期的效果吗？我们希望如此。如果没有，我们就得重新设计。有时我们只是想评估在特定情况中游戏的使用是否切实可行。例如它适合在学校使用吗？医院里的病人能使用吗？这些都是评估的范围。
[ 《动物农场》第一个可玩的版本 ]
02、教育游戏的设计因素
什么是设计因素？就是我们想要设计一个有趣的学习环境时所需要考虑的因素。在这种环境中，我们需要考虑学习者的认知参与、情感参与、身体参与和社会文化参与的作用。如果我们要创建一种有趣的学习模式——玩乐式学习模式，让学习者对学习感兴趣，就一定要有情感参与，实际参与一件事情的身体参与，思考一件事情的认知参与，以及与他人一起学习的社会文化参与。
情感设计因素
情感因素的目的是通过调动情感来吸引学习者。
我们可以通过视觉设计来做到这一点，包括游戏角色设计、机制、交互或声音，来让学习者在情感层面上参与。这里有一个使用视觉设计的情感设计因素例子：研究表明，暖色和圆形会引发积极情绪，其他的颜色和形状会引发其他的情绪；在思考游戏设计的时候，你需要思考学习者在玩游戏时应该体验到的情绪，是很兴奋的，是很平和的，还是低落的？例如，当解决了一个问题并对它感到满意时，你会感到兴奋，但这可能是一种正向激励。
另一种方式，也是在游戏中激发情绪的一种非常强的方式，就是游戏角色设计。游戏角色有不同的形状，不同的颜色，但它们也有表达方式。正如你在这里看到的，从非常高兴到中立再到悲伤；它们可以是二维的，可以是三维的，也可以是沉浸式虚拟现实的；游戏角色也有运动，他们可以发出声音，这增加了情感体验，我们称之为游戏角色的情感品质，即某个角色诱导情感的能力。
[ 不同的角色设计激发学习者不同的情感 ]
当你设计游戏时，思考你的游戏角色“在什么时候、因为什么原因、诱导什么情感”是很重要的。而诱导情感的另一种方式是机制设计，当我们设计机制时，我们创造了所谓的情境兴趣。情境兴趣是指学习者感觉正在进行的活动有趣，这与个人兴趣形成了鲜明对比。个人兴趣是指，比如我对数学感兴趣还是对科学感兴趣，而且感兴趣超过了很长一段时间；情境兴趣实际上是指我现在对这个活动感兴趣，尽管我通常可能不那么喜欢数学，但我觉得这是一个非常有趣的数学游戏，这就意味着我产生了情境兴趣。
研究发现，高情境兴趣会持续很长时间，可以真正解决个人兴趣的问题，增加个人兴趣。所以你以前可能不喜欢数学，但是你玩的是你真正喜欢的数学游戏，那么你会发现数学其实很有趣。所以这些机制和情境兴趣，有利于游戏中的情感设计，也有利于引导活动，如果这样做了并且设计好了，能够诱发积极情绪。
第四个因素是声音设计。声音设计是利用不同的音乐或声音效果来诱发情感，这是关于我们使用的音乐类型，可以引发不同的情感，农场悦耳的声音，用户体验的愉悦性、节奏和演讲声音的速度。不是每个人都喜欢同样的音乐，不是每个人都喜欢同样的声音。因此很重要的一点是要明确你的目标受众，知道你是为谁设计的，因为不同的目标受众会有非常不同的音乐偏好。所以进行用户研究是非常重要的，尤其是情感设计。
我们的研究表明，通过正确的情感设计，可以在不添加任何信息的情况下提高学习成果，同样的信息游戏中相同的内容，而积极的情感设计则会带来更好的学习效果。
认知设计因素
认知设计旨在让学习者在思考过程中参与其中。这里有一些我们设计认知设计因素的方法。第一个就是机制，就像它们能引发情绪一样，它们还可以促进思考和信息处理。另一个是信息的表达，信息的表达定义了是否能表达我们想呈现的内容，以视觉元素、文本的形式，以声音的形式或者甚至以触觉信息的形式，如控制器嗡嗡作响、抖动。
认知设计的一部分是提供什么样的反馈和指导，以及我们是否设计了有意义的情境。游戏中真正重要和强大的特性之一，即在游戏中，你可以在有意义的环境中学习，在学校却并不总是这样。但是在游戏中，我们可以为你提供一个情境，让你感觉你需要学习的东西对你很重要，对情节叙述很重要，它影响着整个环境的发展。如果我们能做到这一点，也能增强认知和思维。
最后，游戏有一个独特的机会来使用手势和动作来增强认知，我们称之为具身认知，如果设计了正确的手势来支持学习内容，可以提高学习成果。有研究表明，如果设计得好，这是可能的。
在下面这个例子中，猫是游戏中的邪恶元素，它会破坏你在这里看到的节点。这里我们区分了三种不同类型的反馈内容，一个是正确性反馈，这只是说明正确与否；第二种类型称为解释性反馈，解释性反馈不只是说它是对的还是错的，还解释为什么会犯错、有什么样的误解、走错了哪一步——这通常是我们学到最好的东西；另一种类型的反馈是引导，它只是简单地引导你进入下一个层次，或者解决问题的下一个步骤。
动机设计因素
动机设计因素，旨在激励学习者。通常我们会区分两种不同的动机。第一种动机是内在动机，内在动机是指学生出于自身的动机去做一项活动。
动机首先来自于个体对主体的兴趣和对活动的兴趣。如何创造兴趣呢？首先是感兴趣的主题，比如人工智能是我真正感兴趣的东西，所以我想玩AI游戏。如果要在活动本身中创造情境兴趣，其中之一是使游戏具有挑战性，挑战只是我们在学习者面前设置的障碍，能让整个游戏体验更有趣；另一种是好奇心，让学习者对下一步该做什么感到好奇，叙事是如何进行的、游戏进展如何？
动机的另一个来源是幻想，人们喜欢沉浸在幻想中，而游戏为这一切提供了完美的场所。另一个是故事本身，哪些因素可以促进我刚才提到的其他因素？面临的挑战、好奇心、幻想都是由叙述来支撑的。同样非常重要的是美学设计，无论是视觉设计还是声音中的美学，所有这些都必须以增加内在动机的方式来设计。
另一种动机是外在动机，外在动机是指出于工具或其他原因激励学生去做一项活动，比如设置奖项。换句话说，如果我不确定我的学生是否有足够的动力去玩这个游戏，我可以设计一个外在原因，并在游戏中添加不同类型的动机结构，激励结构可以在游戏等级中体现。如当正确地解决一个问题时，就会得到星星、点数等。
在用户研究报告中，有学生说游戏太难不想再玩，因此我们还要想有什么额外的激励能够让学生继续玩游戏继续学习——设计游戏时，不应该从一开始就优先考虑外在动机，而是应该先考虑是否可以增强内在动力。
社会文化因素
社会文化因素是旨在通过社会互动使学习者参与的因素。人类天生就擅长社交，对社交互动非常感兴趣。所以对游戏来说，在学习者之间提供社会互动是很自然的。它们可以是不同的形式，可以是合作的，也可能是竞争对手。也可以将二者结合起来，既在一个小团队中合作，同时与其他团队相互竞。
我们也可以将学徒制作为游戏中的社交互动形式，非玩家角色或其他用户为你做示范，然后你就可以自己完成这个任务了，或者我们也可以让某些人成为游戏中的师傅，教你目标技能。
这里我们再次需要很好地理解目标受众，了解他们对什么样的互动感兴趣，发现有回报的互动和其他没有回报的互动。比如，如果我们为幼儿设计一款游戏，我们需要设计一种安全、友好、快乐的互动方式，可能就需要没有竞争性。但当我们为高中生或大学生设计时，游戏中加入竞争是完美的。所以我们需要进行用户研究，而不仅仅是针对用户本身，还有儿童发展方面的专家，理解什么样的互动适合你的目标受众。
在我们的案例中，我们研究了一款叫做《Factory Actor》的游戏，玩家可以通过加减乘除得到目标号码。这个游戏有三个模式，分别是个人模式、合作模式和竞争模式。数据显示，学生们认为合作模式比个人模式更加有趣，而竞争模式学习效率更高。
03、游戏的学习机制
首先，请大家看几个案例，我们在其中实现了关于学习机制的想法。第一个游戏是《连接的世界》，目前正在纽约科学大厅展出，这是一个基于连接的互动游戏。第二个游戏是《十二生肖》，用来教初中生和高中生人工智能。这些都是基于对学习机制的深入思考而设计的。
[ 在纽约科学大厅展出的游戏《连接的世界》 ]
那么什么是学习机制呢？游戏机制是玩家在游戏中的关键时刻活动，是创造重复行为的模式，这些模式促使经验积累。在第一人称射击中，最重要的机制是射击机制。而游戏机制和学习机制的最大区别，就是学习机制定义了学习。对于教育游戏，我们需要考虑其他机制及其与实际学习的关系。教育游戏的机制就像游戏机制一样定义游戏玩法，但它们还有助于学习。
学习机制的第一个例子：让学习者在不同的规则中进行选择，并说明它们适用于何处及如何应用。在这个例子中，一个三角形的内角和是180度，有多个给定的角，需要解答未知角的度数。我可以让学习者简单地告诉我角度的值应该是多少，但更好的方法是问学习者，他们应该采用什么规则才能获得这个结果呢？因为当我们学习数学时，更重要的是得到结果的过程。于是，我给了学习者很多规则，补角法则，三角形内角和等，并让学习者把这个规则拖动到对应的角，来告诉我哪个适用。当你这样做的时候，正是创建了一个学习机制——让学习者在不同的规则中进行选择，并说明它们适用于何处及如何应用。但这还不是游戏机制，没有人愿意把它当作游戏来玩。
[ 创建一个“三角形内角和为180度”的学习机制 ]
学习机制如何转变为游戏机制呢？例如《愤怒的小鸟》的游戏机制，就像鸟锚游戏一样，你可以选择不同类型的鸟，它们可能有不同的属性。还有别的办法吗？是的，这里有一个游戏叫 Implode，你需要把不同的炸药移到建筑里摧毁建筑。道理也是一样的，即在屏幕的特定部分放置特定的元素。同样的一个学习机制，我们可以使用许多不同的游戏机制来实现。
学习机制的第二个例子：让学习者选择不同的物品在时间和空间中如何排列来解决一个问题。例如飞行控制，需要在合适的空间和时间安排合适的飞机，这样飞机就可以在左边的跑道上安全着陆。我们首先设计一种学习机制作为基础，然后我们可以选择不同的游戏机制来实现学习机制。比如《Bejeweled》游戏需要在时间或空间放置正确的项目，当同样的宝石排成一行，就消除了。
[ Implode游戏中需要把不同的炸药移到建筑里摧毁建筑 ]
学习机制的第一个标准：以学习科学和学习理论为基础。这意味着当我设计学习机制时，我会考虑我想在游戏中实现什么样的学习。比如，如果我想实施解决问题的活动，并建立在如何解决问题的理论之上，我可以运用多媒体学习理论，可以使用认知负荷理论等许多不同的理论来为我的学习机制奠定基础。
学习机制的第二个标准：定义特定主题或有意义的互动。学习机制与游戏机制不同，游戏机制不需要考虑理论；这也完全不同于评估机制，评估机制不是以学习科学或理论为基础的，而是基于测试理论的。而对于学习机制，我们以学习科学和学习理论为基础，描述特定主题或有意义的互动。
学习机制的第三个标准：基于互动理论模型。什么是有意义的？取决于游戏目标、受众、内容等，但它是建立在互动性的理论模型上的。我们如何思考不同类型的互动，就导致不同形式的参与，包括情感参与、认知参与、动机投入和社会文化参与，所有的学习机制都能让我们实现这种参与形式。
学习机制的第四个标准：提供不同但同样恰当的解决方案。例如游戏《Loops versus Leeds》，你需要解救被囚禁的朋友——通过排除障碍，找到一条通往朋友的道路，你会发现找到朋友的多种途径而不仅仅是一个解决方案，而是有多种解决方案，这就是学习机制如何促使玩家发挥创造性思维，并使其在游戏中变得有趣。
[ 《Loops versus Leeds》游戏中多种解决方案的设计 ]
你可以设计自己的学习机制并且以某种方式表达，表达方式反映了你想采用什么样的学习理论或学习方法。例如，如果你想实施探索性学习，学习机制可能是学习者在一个环境中探索问题的不同解决方案；如果你想要做基于事实的机制，你可能会让学习者与不同的事实相互作用并记住它们。这些是不同形式的学习机制，你必须让它们为你的游戏工作，但是这些机制必须基于学习科学。
学习机制本身我们甚至无法在游戏中实现，我们必须考虑一个游戏机制来实现它。因此，作为设计文档的一部分，学习机制更具有理论意义，游戏机制则是你真正可以实现的。
现在，当我们考虑从一个学习机制发展到游戏机制，我们需要记住一些注意事项，这样你在执行的游戏部分就不会干扰学习的部分：
原则一：游戏机制不能给学习者带来过多的额外认知负荷。换句话说，我们需要确保我们设计的东西的精髓被保留下来。额外的认知负荷源自一些必须处理却对于学习任务不是必须的事情，比如现在很多游戏因为包含了很多其他东西而臭名昭著，那些与学习任务没有直接关系的，但能使得游戏很刺激的东西。如果在游戏中添加额外的功能只是为了让它们变得有趣并没有什么错，或是让游戏具有挑战性、增加幻想性等。
然而，我们需要考虑的是为了让游戏变得有趣而添加的那些非常困难的部分，它们阻碍了学习吗？例如在《Dimenxian M》游戏的例子中，学习者必须穿上水肺潜水服潜到水下才能获取信息，这是非常困难的，所以这一阶段很多玩家都失败了，这使学习机制变得无效，是我们要避免的；但如果我们把学习变得太容易了，学习者不需要在游戏上花心思，学习机制的效率同样是降低了，这也是我们要避免的。
原则二：游戏机制不能引入不必要的限制，比如精细的运动技能、内容知识或技能等等。你是否能真正有效地处理游戏的重要内容，比如让我来教数学的话，我用物理作为例子来解释数学，这很有道理，因为数学是物理学的语言。但同时，为了理解这个问题，你还需要了解物理学，例如压强、体积、温度之间的关系。但如果我通过谈论水肺潜水来教授这些，你们中的一些人可能是水肺潜水者，马上就知道我在说什么，但对于不是潜水者的人来说他们缺乏必要的知识，就会引起不必要的知识混乱，使得学习更加困难。
总结而言，学习机制体现了学习活动的核心。学习机制是考虑游戏机制之前首先应该考虑的，一种学习机制可以在许多不同的游戏机制中实现，一个设计良好的机制也可以增加内在的动力和影响，学习机制是教育游戏的核心和基本设计元素。
