设计科学有效有趣的教育游戏
目录CONTENTS引言分数游戏的整体设计框架认知内容的设计与理论参考游戏元素的设计与理论参考游戏的应用效果结论与讨论
引言01
教师和研究人员逐渐意识到游戏化学习的潜在优势，尝试使用游戏作为教学指导和兴趣激发的工具。游戏化学习国内外游戏化学习研究领域高度重视教育游戏的设计与开发，如何设计科学、有效、有趣的教育游戏成为研究的关键问题。教育游戏设计随着基础教育研究的深入与教育技术的创新，学习科学得以快速发展，跨学科视角揭示学习机制，为教育游戏设计提供新视角。学习科学崛起游戏化学习研究现状
数学教育游戏化分数学习困难是普遍现象，信息技术的发展为分数学习创造了更多的可能，移动设备的普及和游戏技术的进步，使教育游戏成为趋势。分数学习挑战教育游戏受关注教育游戏支持下的分数学习成为一种趋势，备受教育研究者和实践者的关注，有望为儿童提供新的学习体验和解决方案。义务教育阶段的数学教育一直是游戏化学习的重要应用领域，数学认知研究领域认为分数学习对儿童的数学发展具有关键意义。学习科学与教育游戏
分数学习理论Siegler教授提出数字发展的整合理论，认为数学发展是数字认知范围扩大的过程，分数居于核心地位，数值理解是链接数字知识的基础。分数能力发展教育学区分了分数的概念性知识和程序性知识，前者涉及对分数符号含义的理解，后者则关注分数的实际操作和应用能力。分数认知研究心理学研究将分数视为一组相互关联的子含义，包括“部分与整体”、“比”、“算子”、“商”和“测量”，强调分数表征的重要性。认知神经科学视角认知神经科学揭示了人脑如何认知分数，研究表明，符号比率以抽象的数值概念在人脑中进行表征，为理解分数提供了新视角。数学认知与分数学习
分数游戏的整体设计框架02
教育价值通过促进知识建构、增强协作能力、激发内在动机，框架为学习者带来深刻的教育价值，远不止于单纯的知识传授，更在于能力的培养。理论基础基于教育理论与游戏设计原则，构建游戏体验框架，涵盖情境认知、社会互动与动机激发，为学习者提供沉浸式、互动性强的学习环境。设计范畴框架确定三大设计范畴，即基于情境的认知体验、基于协作的社会性体验、基于动机的主体性体验，全面覆盖游戏化学习的核心要素。游戏化学习体验框架
分数游戏设计体系教育性认知内容游戏设计需深度融合教育元素，通过精心设计的认知内容、辅助工具与表征方式，有效促进学习者对分数概念的理解与掌握。认知辅助工具设计认知辅助工具，如数轴与交互方式，旨在支持学习者构建心理数轴，强化分数数值理解，同时确保工具使用便捷。分数表征依据三重编码模型，游戏设计需平衡模拟数量、听觉言语与视觉阿拉伯数字编码，确保学习有效性，并符合中国小学数学教材特色。知识模块框架通过整数知识关卡、图形与分数对应、分子为1的分数、分子不为1的分数及分数比较大小等模块，建立完整的知识体系。
明确使用目的教育游戏旨在辅助课堂教学，作为练习工具，帮助学生巩固所学知识，提升实际应用能力，确保学习效果的转化与提升。补充课堂教学游戏设计注重数学意义的建构，通过趣味性的方式补充课堂教学内容，使学生在轻松愉快的氛围中深化对数学原理的理解。教育游戏使用定位
认知内容的设计与理论参考03
分数的知识教育学将分数知识分为概念性和程序性两类，前者涉及符号含义的理解，后者关注计算和应用。研究强调分数学习对儿童数学发展的重要性及学习困难。分数认知研究游戏设计目标核心认知内容心理学和认知神经科学研究表明，分数理解涉及一系列子含义，包括部分与整体、比、算子等，且分数数值理解与数学成就密切相关。基于学习科学的研究和四年级学生分数学习的调研，研究确定以分数概念性知识中的“测量解释”为核心教学目标，通过游戏加深儿童对该知识的理解。
核心认知工具在确定数学游戏的核心认知内容之后，还需设计教学中的教学支架，即核心认知辅助工具的设计，参考分数认知理论及心理数轴模型，设计游戏。01.核心认知辅助工具数轴设计数轴作为核心认知辅助工具，参考具身认知理论设计交互方式，通过游戏化身与数轴墙的交互，让学习者掌握数量大小的方向感，确保左右方向一致性。02.镜像神经元具身认知理论提出，个体虽未直接进行某一行为，但通过“镜像”其他个体的行为，能激活镜像神经元。这为设计认知辅助工具提供了理论依据。03.
分数表征与知识模块框架01认知神经科学领域的模型，用于解释大脑如何编码数量，包括模拟数量、听觉言语和视觉阿拉伯数字三种编码方式，为数字认知提供基础。基于三重编码模型，调研发现小学数学教材主要使用模拟数量编码和视觉阿拉伯数字编码讲授分数概念，同时模拟数量编码的分数图形以独立图形为主。研究在分数内容前设置4个整数知识关卡，巩固部分与整体知识，后设置分子为1、不为1的分数关卡及分数比较大小，形成系统的知识模块。0203三重编码模型分数编码