黄文丹
桂林电子科技大学艺术与设计学院
电邮：2001111447@pku.edu.cn
田一鹏
北京市朝阳区教师发展学院
唐凯
桂林市建安小学
电邮：58534283@qq.com
尚俊杰【通讯作者】
北京大学教育学院教育技术系
电邮：jjshang@pku.edu.cn
【摘要】PBL对师生能力提出了挑战，而游戏化学习能在一定程度上提升PBL的趣味性和可操作性。因此，将PBL与游戏化学习结合形成游戏化项目式学习（GPBL）有助于推动PBL高质高效实施。文中构建了GPBL设计与实施框架，并设计了一项GPBL活动，旨在为一线教师、教育研究者提供参考。
【关键词】 PBL、游戏化学习、游戏化项目式学习、GPBL活动设计
Abstract: PBL poses a challenge to the ability of teachers and students, while gamified learning can enhance the fun and operability of PBL to a certain extent. Therefore, combining PBL with gamified learning to form gamified project-based learning (GPBL) can help promote high quality and efficient implementation of PBL. In this paper, a GPBL design and implementation framework is constructed, and a GPBL activity is designed to provide reference for front-line teachers and educational researchers
Keywords: PBL, Gamified Learning,Gamified Project-Based Learning (GPBL) , Activity Design of GPBL
【基金项目】：北京市教育科学“十四五”规划2021年度延续课题“基于学习科学和游戏化学习的学习能力培养研究"（编号: CEFA21067）
1. 研究背景
以教师为中心，忽视学生兴趣，“重应试，轻素质”的传统课堂教学引发了国内教育者对教育目标和教育质量的反思：教育的目标不是为了解题而去记忆知识，而是要让学生通过知识和技能的学习，提前做好适应未来社会的准备。基于此，在2010年，我国就针对上述问题开展了一轮教育改革，在国务院印发的《国家中长期教育改革和发展纲要（2010-2020）》（以下简称“《纲要》”）第十一章中提到要培养能够适应国家和社会需要的创新型人才，倡导启发式、探究式、参与式等以学生为中心的培养方式，以激发学生的好奇心，培养学生的兴趣爱好，营造自由探索、创新的环境（中华人民共和国教育部, 2010）。随着育人观念逐渐由“知识灌输”式的被动学习转变为核心素养导向下的主动学习，项目式学习（PBL）成为近年来国际上的教育研究热点。在落实新课程目标改革的多条有效实施路径中，项目式学习成为了近乎最热门的选择。近年来，我国许多中小学一线教师开始尝试将项目式学习运用到学科教学当中。
项目式学习早已在全球范围内被普遍应用于科学、数学、社会科学之中（Chen & Yang, 2019)。PBL之所以越来越受欢迎，是因为教育需要适应不断变化的世界，传统的教学形式可能会限制学生的发展。然而与根深蒂固的传统讲授式教学模式相比，学生在PBL中会遇到更多的困难和挑战（胡佳怡, 2021）。因此本研究从项目式学习的实践困难入手，将PBL与游戏化学习结合，提出游戏化项目式学习（GPBL）模式，并设计一项以数学学科为基础的GPBL活动。
2. 理论基础
2.1. 项目式学习
项目式学习（Project-Based Learning）在国内也被称为项目化学习、项目学习或基于项目的学习。项目式学习是一种围绕项目组织学习的模式（Thomas, 2000），它的关键在于项目本身(Trilling & Fadel, 2009)，而这一点也是项目式学习区别于其他教学方法的重要特征。此外，项目式学习的另一个重要特征是问题，用于组织和驱动学习活动（Blumenfeld等, 1991）。
从学习过程的角度来看，它是对复杂、真实问题的探究过程，也是精心设计项目作品、规划和实施项目任务的过程（巴克教育研究所, 2007），学生们在学习中自主地、有目的地一起工作，以完成一个项目（Dado & Bodemer, 2017; Thomas, 1998）。具体来说，学生在真实情境中与同伴的讨论与合作中提出问题、进行假设、设计方案或实验、收集和分析数据、得出结论并最终创造出项目制品，达到解决问题的目的（Blumenfeld等, 1991；Johnson等, 2013；Barron & Darling-Hammond, 2008; Thomas等, 1999；Bell, 2010; Blumenfeld等, 1991)。
从知识获取的角度来看，项目式学习的核心活动涉及新知识的转化和建构(Oguz-Unver & Arabacioglu, 2014; Thomas, 2000)。项目式学习的理念认为，在学习过程中，当学生认为知识是 “我需要知道”，而不是“老师说我应该知道时”，学生的参与度更高 (Lenz等 2015)。此外，项目式学习也是理解和运用的结合，即学生不仅要学习核心课程中的知识，更关键的是要将所学到的知识用于解决真实的问题（Markham，2011），获得解决真实世界实际问题的技能和方法，从而对相关概念有更深刻的理解 (Krajcik & Czerniak, 2014)，实现有意义的学习（Baran, 2007; Kızkapan & Bektaş, 2017）。因此，它注重学生对知识的有效迁移，倡导让学生主导学习活动，从而加深对知识的记忆（达林·哈蒙德, 2010）。此外，它还能提高学生的软技能如合作、交流等高阶思维（Williams, 2014）。
2.2. 游戏化学习
Deterding等（2011）将游戏化定义为在非游戏环境中使用游戏设计元素。Lee和Hammer(2011)将游戏化定义为使用游戏的机制、动力学和框架来促进期望的行为。Kapp (2012) 认为游戏化是通过使用游戏机制、美学和游戏思维，促进人们联系、行动、学习和解决问题。韦巴赫和亨特(2014) 认为游戏化是指在非游戏情境中使用游戏元素和游戏设计技术，游戏化的目标并不是要建立一个游戏，而是利用游戏元素，因此“游戏化”比游戏更为灵活，发挥作用的范围也更加广泛。他们将游戏化元素分为了三类：分别是动力元素、机制元素和组件元素。所有的元素都存在于一个金字塔分层结构中。动力元素是游戏化系统的整体概念，它包括约束、情感、叙事等五项元素；游戏机制元素是指对一个或多个动力元素的实现，它包括挑战、机会、竞争等10项元素；组件元素是动力元素和机制元素的具体形式，包括成就、头像、徽章、打怪等15项元素。
2.3. 游戏化项目式学习
游戏化项目式学习（Gamified Project-Based Learning）是将游戏化学习与项目式学习整合而成的一种学习方式（Huang, Li & Shang, 2023）。关于GPBL的理论基础，它来自于两个方面，一是支撑项目式学习的核心理论，包括实用主义理论、发现学习理论、情境认知理论和社会建构主义理论；二是解释游戏化机制的核心理论，包括魔法圈、社会性发展、动机理论和强化理论。基于对GPBL内涵的理解，本文构建了GPBL设计与实施框架（如图1所示）。该框架由三大系统构成，分别是控制系统、动力系统和结构系统，其运作原理与运载火箭的三大系统相似。首先起主导和调控作用的是控制系统，随后，动力系统为结构系统提供燃料，推动结构系统运作。
首先，该框架中的 “游戏化”是动力系统如何运作的外在操作方式，即可以通过在活动中嵌入游戏、游戏元素或游戏机制来支持整个活动的进行(结构系统)。动力系统是GPBL区别于PBL的重要部分。其次，框架中的“项目流程”、“教师活动”以及“学生活动”都是结构系统如何运作的主要外在操作方式，其操作方式支持学习共同体（学生、教师等）顺利参与探究活动。为确保动力系统和结构系统顺利运作，在“设计”阶段除了对活动的流程进行设计外，活动设计者还需要为活动准备相应的资源，以及做好管理计划，因此框架中的“资源环境”部分与“预期、排除风险”部分直接与“实施”部分连接。最后，框架中的“学习目标”包含有项目成果、核心素养与知识与技能。学习评价内容的制定是在“设计”阶段的“评价方案”中完成，因此在框架中，“评价方案”部分直接与控制系统连接。
图1 GPBL设计与实施框架
3.GPBL活动设计
对于小学六年级学生来说，比例尺知识点难度较大，在日常生活中也较少能接触到，因此采用授课式方法教授比例尺知识点，难免容易让学生产生畏难情绪，感到枯燥，并习得惰性知识。为改变现状，本研究设计了一项GPBL活动，旨在调动学生的学习兴趣，激活惰性知识。在北师大版小学数学六年级下册“数学好玩”部分的“绘制校园平面图”内容中，为师生提供了实施一项与学科知识相关的PBL活动的指导，该内容主要对应课本中的比例尺知识点，因此活动中融入了比例尺知识。基于活动指导，研究者尝试将其活动进行游戏化项目式改造，即设计一项基于数学学科的GPBL活动。
活动中的游戏化设计融合了三种GPBL模式：PBL+轻游戏化（竞争）；PBL+深游戏化（叙事、角色）；以及PBL+完整游戏（电子游戏）。具体来说，一是将整个项目活动以团队竞赛的方式开展，各团队通过与队友合作，产出高质量项目成果，以获得最佳成果；二是基于整个项目活动内容创设出一个特定故事情境并赋予学生角色，该情境一方面要贴近真实生活，旨在调动学生已有的生活和学习经验，也要与团队竞赛环节保持一致性和整体性，一方面确保学生明晰活动的目标和任务，另一方面增加学生的角色代入感和活动沉浸感；三是让学生通过电子游戏的方式掌握比例尺知识。电子游戏采用了希沃白板软件进行设计及开发，该软件自带许多游戏模板，仅需在模板中输入内容即可生成游戏，无需使用到编程技术。希沃白板这项功能为教师制作课堂游戏从而提高课堂活跃气氛提供了极大支持。总的来说，是通过让学生在特定情境中以团队竞赛的方式参与项目，赋予团队成员不同的角色，并在自主探究前的知识与技能阶段让学生通过玩难度由浅入深的电子游戏来加强他们对比例尺知识的理解。
GPBL活动的具体设计方案如表1所示：
表1 GPBL活动设计
|
活动名称 |
校园“大礼堂改造”计划之夺星大挑战 |
||||||
|
学科：数学 |
教材版本：北师大版 |
年级：六年级 |
项目时长：3课时 |
||||
|
活动内容 |
让学生扮演一家公司的设计师，以团队为单位，对学校大礼堂进行改造设计，旨在让空间变得更加美观和实用。活动中，学生以专家的视角通过综合运用图形位置、形状、比例尺等知识，经历设计方案、动手实践、交流反思等过程，加深对数学知识和相关技能的掌握，体验数学与生活的密切联系，培养对数学学习的兴趣。 |
||||||
|
学习者分析 |
参与此次活动的是小学六年级的学生。他们已经掌握了测量（二年级下册）、方向与位置（四年级上册）、形状（四年级下册）、形状面积（五年级上册）、确定位置（五年级下册）、比的认识（六年级上册）、比例的认识与应用（六年级下册）等与学习活动相关的知识。最近，他们刚学习了六年级下册中关于比例尺的知识点。此外，大多数同学在学校里度过了六年的学习时光，他们对学校的大礼堂十分熟悉，这份熟悉感促使设计方案不仅更具有现实意义，也更加贴合学生需求。 |
||||||
|
分析学科知识 |
学科知识重点： 比例尺的概念：图上距离与实际距离的比叫比例尺； 比例尺的分类及转化：线段比例尺和数值比例尺； 比例尺的应用：比例尺=图上距离/实际距离。 |
||||||
|
确定学习目标 |
项目成果 |
1. 能制作出具有特色的校园改造方案设计图； 2. 能完成校园改造方案计划书。 |
|||||
|
知识与技能 |
1. 能正确理解比例尺所表示的具体意义； 2. 能将线段比例尺与数值比例尺相互转化； 3. 能算出实物与平面图的比例尺，也能根据比例尺计算出平面图在实物图中的大小。 4. 能与同伴合作解决问题，并能向他人展示及交流项目成果。 |
||||||
|
核心素养 |
学生通过对平面图中物件的测量，从而提高数感；通过运用 比例尺知识计算平面图中物件的实际距离，从而提高运算能力。通过运用几何知识设计各个物件，从而提高学生的量感和对空间概念的理解能力。此外，让学生在真实情境中解决问题，有助于学生将所学的数学知识同现实生活联系起来，不仅能提升学生的应用意识，同时通过实践和探索，还能够让学生对数学知识产生好奇心和求知欲，从而提高学习积极性。 |
||||||
|
设计驱动问题 |
如何改造校园礼堂？ |
||||||
|
项目流程 |
教师活动 |
学生活动 |
|||||
|
确定项目 |
1.创设情境：学校领导准备对学校大礼堂进行装修，拟从几个设计师团队（由学生扮演）的设计方案中选出一个。评选方式是让各团队参与“夺星挑战”，获得“星星”数量最多的团队将胜出。挑战任务如下： 挑战一：回答问题及绘制大礼堂的长和宽； 挑战二：设计大礼堂的平面图 挑战三：汇报设计方案及完成方案计划书 2.提出驱动问题。 3.了解平面设计图。 |
初步感知项目主题及挑战。 |
|||||
|
制定计划 |
1.发布“夺星挑战”任务；2.讲解游戏规则；3.组织学生组队；4.对团队成员的角色及需要完成的任务进行说明；5.分发及讲解实物工具。 |
1.进一步感知每一个项目任务；2.根据组队要求组成团队并分配角色；3.领取实物工具； |
|||||
|
活动探究 |
1. 组织学生展开合作探究,在学生探究过程中持续提供反馈和指导; 2.知识与技能建构： a) 组织学生在游戏中回顾所学知识如“比”、“比例”、“比例尺”； b) 在开启每一个挑战之前，教师根据挑战的内容（根据任务挑战表）对学生进行有针对性的知识与技能建构。 |
1.以团队方式开展合作探究，制作作品； 2.学生在教师的引导下通过玩游戏的方式回顾与项目相关的学科知识，为后续的活动探究做准备。
|
|||||
|
成果交流 |
组织团队展示及交流设计方案。 |
团队展示并汇报设计方案，随后与教师和其他同学进行交流。 |
|||||
|
总结评价 |
评价结果 |
1.统计各团队获得的星星数量；2.组织学生进行自我评价。 |
学生进行自我评价。 |
||||
|
评选 |
宣布最佳方案、颁奖、组织抽奖。 |
学生团队上台领奖。 |
|||||
|
总结 |
1.教师总结；2.组织学生反思。 |
各团队成员分享参与此次活动的心得体会。 |
|||||
4. 总结
本研究构建了GPBL设计与实施框架，并基于该框架设计了一项基于数学学科的GPBL活动。GPBL与传统PBL的不同在于它将“游戏化”嵌入到了活动当中，并在活动中发挥了重要作用。首先，它可以作为活动的情境支撑，赋予学习者代入感，感受活动的沉浸式体验；其次，它的反馈功能可以起到强化学习者对知识与技能掌握的作用，因为它可以让学习者的动作与反馈形成联结；第三，它能激发动机，提高学习者在活动中表现；第四，它能支持学习者的社会性发展，包括团队合作能力的提高和对社会角色的理解。总体来说，GPBL继承了游戏化学习和PBL这两个方面的优势，具有较大潜力，相信这种独特的学习模式能够为教育改革贡献出一份重要的力量。在未来的研究中，期待能进一步扩大GPBL的设计和实践范围，支持学校教师开展GPBL活动，从而形成对GPBL的深刻理解，进而推动GPBL常态化教学，让更多学生受益。
参考文献
巴克教育研究所.(2007).项目学习教师指南——21 世纪的中学教学法.北京: 教育科学出版社.
达林·哈蒙德.(2010).高效学习:我们所知道的理解性教学.上海: 华东师范大学出版社.
胡佳怡.(2021).PBL及其实践困境的突破.教学与管理(31),4.
韦巴赫, & 亨特.(2014). 游戏化思维:改变未来商业的新力量. 杭州: 浙江人民出版社.
中华人民共和国教育部.(2010).国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010～2020年). 评价与管理(03),1-17.
Baran, M. (2007). Proje tabanlı öğrenme modelinin fizik öğretmenliği ikinci sınıf öğrencilerinin elektrostatik konusu başarısına ve fiziğe yönelik tutumlarına etkisi üzerine bir araştırma. Yüksek Lisans Tezi. Diyarbakır: Dicle Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü.
Barron, B., & Darling-Hammond, L. (2008). How can we teach for meaningful learning? In L. Darling-Hammond (Ed.). Powerful learning: What we know about teaching for understanding (pp. 11–70). San Francisco, CA: Jossey-Bass.
Bell, S. (2010). Project-based learning for the 21st century: Skills for the future. The Clearing House, 83(2), 39–43.
Blumenfeld, P. C., Soloway, E., Marx, R. W., Krajcik, J. S., Guzdial, M., & Palincsar, A. (1991). Motivating project-based learning: Sustaining the doing, supporting the learning. Educational psychologist, 26(3-4), 369-398.
Chen, C. H., & Yang, Y. C. (2019). Revisiting the effects of project-based learning on students’ academic achievement: A meta-analysis investigating moderators. Educational Research Review, 26, 71-81.
Dado, M., & Bodemer, D. (2017). A review of methodological applications of social network analysis in computer-supported collaborative learning. Educational Research Review, 22, 159–180.
Deterding, S., Dixon, D., Khaled, R., & Nacke, L. (2011). From game design elements to gamefulness: defining gamification. In Proceedings of the 15th international academic MindTrek conference: Envisioning future media environments. New York: ACM. (pp. 9–15).
Huang, W., Li, X., & Shang, J. (2023). Gamified project-based learning: a systematic review of the research landscape. Sustainability, 15(2), 1-19.
Johnson, D. R., Renzulli, L., Bunch, J., & Paino, M. (2013). Everyday observations developing a sociological perspective through a portfolio term project. Teaching Sociology, 41(3), 314–321.
Junior, E., Reis, A. C. B., Mariano, A. M., Barros, L. B., de Almeida Moysés, D., & da Silva, C. M. A. (2019). Systematic literature review of Gamification and Game-based Learning in the context of Problem and Project Based Learning approaches. In 11th International Symposium on Project Approaches in Engineering Education (PAEE) 16th Active Learning in Engineering Education Workshop (ALE).
Kapp, K. M. (2012). The gamification of learning and instruction: game-based methods and strategies for training and education. 1st edn. John Wiley & Sons, Hoboken, NJ.
Kızkapan, O., & Bektaş, O. (2017). The effect of project based learning on seventh grade students’ academic achievement. International Journal of Instruction, 10(1), 37-54.
Krajcik, J. S., & Czerniak, C. M. (2014). Teaching science in elementary and middle school: A project-based approach (4th ed.). New York, NY: Routledge.
Lee, J. J., & Hammer, J. (2011). Gamification in education: What, how, why bother?. Academic exchange quarterly, 15(2), 146.
Lenz, B., Wells, J., & Kingston, S. (2015). Transforming schools using project-based learning, performance assessment, and common core standards (1st ed.). San Francisco.
Markham, T. (2011). Project based learning a bridge just far enough. Teacher librarian, 39(2), 38.
Oguz-Unver, A., & Arabacioglu, S. (2014). A comparison of inquiry-based learning (IBL), problem-based learning (PBL) and project-based learning (PJBL) in science education. Academia Journal of Educational Research, 2(7), 120-128.
Thomas, J. W. (1998). Project based learning overview. Novato, CA: Buck Institute for Education.
Thomas, J. W. (2000). A review of research on project-based learning. San Rafael, CA: The Autodesk Foundation.
Thomas, J. W., Mergendoller, J. R., & Michaelson, A. (1999). Project based learning: A handbook for middle and high school teachers (1st ed.). Novato, CA: Buck Institute for Education.
Trilling, B., & Fadel, C. (2009). 21st century skills: Learning for life in our times (1st ed.). San Francisco, CA: Jossey-Bass.
Williams, M., & Ringbauer, S. E. (2014). PBL field deployment: Lessons learned adding a problem-based learning unit to a traditional engineering lecture and lab course. In 2014 ASEE Annual Conference & Exposition (pp. 24-974).
