原文：Systematic Design and Rapid Development of Motion-Based Touchless Games for Enhancing Students’ Thinking Skills. 作者：Ioannis Altanis, Symeon Retalis, Ourania Petropoulou. 譯者：Diana Qi. 編輯：爾瑞. 圖源：百度.

摘要：過(guò)去幾年，學(xué)生們對(duì)于制作數(shù)字游戲的興趣日益增強(qiáng)，并借此增強(qiáng)思維能力。一些研究檢驗(yàn)了制作數(shù)字游戲的影響，結(jié)果十分樂(lè)觀，在促進(jìn)發(fā)展21世紀(jì)所需技能上尤其如此。然而，許多學(xué)生似乎難以更加深入地理解游戲開(kāi)發(fā)的過(guò)程。此外，他們往往還難以將各個(gè)學(xué)科（主要是數(shù)學(xué)和物理）中的概念有意識(shí)地運(yùn)用到游戲制作中來(lái)，也難以在制作高級(jí)編程指令時(shí)運(yùn)用這些概念。本研究提出了一種創(chuàng)新的游戲制作方法，該方法提供了一系列步驟，用于系統(tǒng)設(shè)計(jì)和快速開(kāi)發(fā)以運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的體感式游戲，即基于自然的用戶交互的游戲，如微軟的Kinect傳感器。兩所中學(xué)的評(píng)估研究結(jié)果表明，這種方法可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力，增強(qiáng)學(xué)生的計(jì)算思維，促進(jìn)學(xué)生對(duì)幾何原理的理解，提升學(xué)生的社交技能。

關(guān)鍵詞：技術(shù)促進(jìn)學(xué)習(xí)；基于游戲的學(xué)習(xí)；Kinect; 形成性評(píng)估；中等教育；思維能力

1. 介紹

過(guò)去十年，人們對(duì)檢驗(yàn)數(shù)字游戲的教育潛力有著濃厚的興趣，以求尋找一種有吸引力的方式來(lái)促進(jìn)學(xué)生多種技能的發(fā)展。雖然相關(guān)研究的結(jié)果非常樂(lè)觀，但許多學(xué)生難以深入，系統(tǒng)地理解游戲開(kāi)發(fā)的周期過(guò)程。這主要是因?yàn)閷W(xué)生往往只關(guān)注游戲開(kāi)發(fā)過(guò)程中的某一階段，比如只關(guān)注游戲設(shè)計(jì)階段，或者花費(fèi)大量時(shí)間和精力使用專業(yè)制作工具，增強(qiáng)自己制作游戲的能力。因此，學(xué)生沒(méi)能參與到系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，也就不能增強(qiáng)高層次的思維技能，比如問(wèn)題解決能力、計(jì)算思維、交流與合作能力。此外，近期的研究表明，學(xué)生往往不能有意識(shí)地將數(shù)學(xué)和物理等學(xué)科中的知識(shí)原理運(yùn)用到游戲中去，也不能理解編程入門諸多公理的使用，如變量、循環(huán)和布爾運(yùn)算符。

本論文呈現(xiàn)了一種通過(guò)游戲制作，培養(yǎng)多種思維技能的創(chuàng)新方法。更具體地說(shuō)，本文會(huì)要求學(xué)生系統(tǒng)地設(shè)計(jì)并創(chuàng)造出，與交互式Kinect游戲中度相似的、以運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的傳感器，以提高學(xué)生的積極性，促進(jìn)學(xué)生對(duì)幾何原理的學(xué)習(xí)和理解，改善學(xué)生的編程技能。自從基于運(yùn)動(dòng)的體感技術(shù)成為人機(jī)交互領(lǐng)域（又稱“自然用戶交互”，NUI）的新趨勢(shì)，這種類型的交互游戲似乎激發(fā)了學(xué)生的參與積極性。研究人員表示，對(duì)于這類用手勢(shì)和肢體動(dòng)作代替鍵盤、鼠標(biāo)或操縱桿的游戲，學(xué)生表現(xiàn)出了極大的興趣和積極性。此外，學(xué)生參與以Kinect為基礎(chǔ)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，可以增強(qiáng)他們的注意力，調(diào)動(dòng)他們?nèi)谌胝n堂的積極性，并推動(dòng)他們進(jìn)行討論和頭腦風(fēng)暴。促使學(xué)生成為體感式游戲的創(chuàng)造者，而非僅僅是參與者，非常具有建設(shè)性，尤其是對(duì)動(dòng)覺(jué)型學(xué)習(xí)者來(lái)說(shuō)。這些學(xué)生需要移動(dòng)整個(gè)身體來(lái)處理復(fù)雜的新信息。與此同時(shí)，學(xué)生在設(shè)計(jì)游戲時(shí)，必須在立體空間中理解，并推理各個(gè)物體的空間關(guān)系。設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)Kinect游戲，有利于孩子們?cè)谏眢w、空間、角度及幾何概念的抽象表現(xiàn)之間建立強(qiáng)烈的聯(lián)系。

雖然Scratch以及Kinect2Scratch等工具有助于學(xué)生和老師在開(kāi)發(fā)體感游戲時(shí)突破技術(shù)限制，但據(jù)了解，很少有研究來(lái)檢驗(yàn)制作此類游戲的好處。直到最近，人們才開(kāi)始重視檢測(cè)這類游戲作為學(xué)習(xí)工具的學(xué)習(xí)效果。本文討論了這一開(kāi)放性研究課題，即學(xué)生系統(tǒng)設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)以運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的體感游戲，能夠增強(qiáng)學(xué)生的思維技能并提高學(xué)生的積極性。

本論文的結(jié)構(gòu)如下：首先，簡(jiǎn)要概述文獻(xiàn)中相關(guān)的游戲制作方法，這些方法促進(jìn)了對(duì)創(chuàng)新教學(xué)方式的提出。其次，給出了創(chuàng)新型教學(xué)方式的要素，即階段/具體步驟、工作表、手勢(shì)卡片示例等，可以幫助孩子們理解游戲中的自然用戶交互機(jī)制。接著，該論文給出了對(duì)兩所學(xué)校真實(shí)環(huán)境的評(píng)估細(xì)節(jié)（如參與者、評(píng)估框架和數(shù)據(jù)收集工具）。最后，該論文討論了研究結(jié)果和未來(lái)的研究方向。

2. 學(xué)生是游戲的設(shè)計(jì)者和開(kāi)發(fā)者

數(shù)字游戲的創(chuàng)造是個(gè)十分龐雜的問(wèn)題，為了讓學(xué)生解決這一問(wèn)題，并且深入理解游戲開(kāi)發(fā)的生命周期，學(xué)生應(yīng)該將問(wèn)題分解為幾個(gè)更簡(jiǎn)單的小問(wèn)題。盡管游戲開(kāi)發(fā)生命周期(GDLC)的指導(dǎo)方針特點(diǎn)不同，優(yōu)缺點(diǎn)共存，但有三個(gè)階段是共通的：“（一）設(shè)計(jì)和原型：游戲設(shè)計(jì)初稿和游戲概念的創(chuàng)作過(guò)程，并制作出可用的原型；（二）生產(chǎn)：制作源代碼，創(chuàng)造硬件，將其融為一體；（三）測(cè)試：游戲測(cè)試的過(guò)程，無(wú)論游戲的測(cè)試人員是內(nèi)部團(tuán)隊(duì)還是第三方測(cè)試人員。學(xué)生應(yīng)該識(shí)別出這三個(gè)核心階段的必要內(nèi)容。

為了讓學(xué)生設(shè)計(jì)出游戲理念，創(chuàng)造出可用的原型，他們應(yīng)該系統(tǒng)地作出與游戲要素有關(guān)的決定，這些要素應(yīng)該如何相互關(guān)聯(lián)并保持平衡，以便創(chuàng)造出理想的流，產(chǎn)生積極的用戶體驗(yàn)（可玩性）。根據(jù)Gamestar Mechanic teacher pack，游戲設(shè)計(jì)的五個(gè)核心要素是：空間、目標(biāo)、機(jī)制、規(guī)則和組件（例如頭像、敵人和街區(qū)）。設(shè)計(jì)師通過(guò)頭腦風(fēng)暴，與其他團(tuán)隊(duì)成員進(jìn)行合作，并作出與游戲系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析有關(guān)的重要決策，這對(duì)于提高問(wèn)題解決能力和思考能力至關(guān)重要。此外，白板可以幫助學(xué)生快速將游戲流程可視化，從而僅通過(guò)紙筆就可以創(chuàng)作出低相似度的游戲。在某些情況下，有形卡片可以作為區(qū)分游戲元素的學(xué)習(xí)工具，或者幫助學(xué)生產(chǎn)生創(chuàng)造性的游戲創(chuàng)意，有助于游戲設(shè)計(jì)。

過(guò)去十年，研究人員和教育工作者使用了Scratch, Kodu, GameMaker和 AppInventor等專業(yè)工具來(lái)滿足生產(chǎn)階段的需要，幫助學(xué)生快速制作他們的游戲。麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室的Scratch是其中一個(gè)受歡迎，并且易于使用的編程語(yǔ)言。它是一種創(chuàng)造故事情節(jié)、游戲和動(dòng)畫(huà)的工具，主要在中小學(xué)得以應(yīng)用。許多中學(xué)生之前已經(jīng)用過(guò)Scratch，這促進(jìn)了未來(lái)更先進(jìn)研究的快速實(shí)施，解決了學(xué)生和老師初期的開(kāi)發(fā)問(wèn)題。

麻省理工媒體實(shí)驗(yàn)室、Scratch之父米切爾·雷斯尼克演示Scratch體感游戲設(shè)計(jì)程序。他手中的操作桿可以控制屏幕中的自行車方向盤。

游戲開(kāi)發(fā)完成后就進(jìn)入了測(cè)試階段，這一階段不僅對(duì)于排錯(cuò)來(lái)說(shuō)很重要，還讓參與者有機(jī)會(huì)將他們最初的目標(biāo)和要求與可交付的成果（設(shè)計(jì)文件、故事版和錄音樣帶）相匹配。因此，可以使用定性分析和定量分析，尤其是通過(guò)多種渠道使用，提高研究的可信度。常見(jiàn)的評(píng)估工具包括實(shí)地觀察記錄、音頻/視頻記錄數(shù)據(jù)、可交付成果收集、訪談、評(píng)估表格和準(zhǔn)則以及事前/事后調(diào)查，用以評(píng)估學(xué)生的態(tài)度、積極性和編程理念。此外，還有免費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)工具可以自動(dòng)探索學(xué)生Scratch文件中的編程理念，如Dr. Scratch和Scrape。

3. 提倡的方法

3.1 提倡的游戲設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)階段

所提倡的教學(xué)方法包括6個(gè)階段。（圖1）

圖1. 所提倡的游戲設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)階段

階段0（介紹）通過(guò)實(shí)際的Kinect案例和游戲測(cè)試樣片，向?qū)W生介紹課程結(jié)構(gòu)、目標(biāo)、時(shí)間表和自然用戶交互（NUI）。此外，還要為學(xué)生提供工作底稿，幫助他們?cè)谑褂肧cratch（例如創(chuàng)建子圖形和服裝）的過(guò)程中更新此前的認(rèn)識(shí)，并向其介紹一些編程指令（if, if-else, forever, repeat, events and variables），這些對(duì)于教學(xué)方式的實(shí)施十分有必要。學(xué)生需要使用工作底稿，在一個(gè)學(xué)期內(nèi)完成八個(gè)Scratch教學(xué)活動(dòng)。最后，教師需要使用結(jié)構(gòu)化的在線調(diào)查問(wèn)卷，獲取學(xué)生相關(guān)學(xué)習(xí)資料。

階段1（理解NUI）讓學(xué)生有機(jī)會(huì)使用Scratch, Kinect2Scratch和Kinect傳感器，設(shè)計(jì)、創(chuàng)造并測(cè)試肢體動(dòng)作和手勢(shì)。我們會(huì)為參與者提供多媒體教學(xué)材料，以便介紹自然用戶交互技術(shù)（NUI）。為了提高學(xué)生的興趣并幫助他們進(jìn)一步了解NUI，我們創(chuàng)造了四十種手勢(shì)，分為四個(gè)難度等級(jí)（圖2），制作了手勢(shì)卡片（圖3），并將其用于教學(xué)游戲活動(dòng)中，以便加深理解。每組學(xué)生隨機(jī)選擇6張卡片（2張綠色，2張藍(lán)色，1張橙色，1張紅色），然后摸索出正確的算法。學(xué)生在Scratch編程中也用到了微軟的Kinect感應(yīng)器，以便進(jìn)行真實(shí)的游戲測(cè)試。

階段2（設(shè)計(jì)一款Kinect游戲）中，學(xué)生在決策過(guò)程中設(shè)計(jì)游戲，他們?cè)谟螒蛟O(shè)計(jì)文件中描述他們的理念、目標(biāo)人群和游戲的五個(gè)核心要素（空間、游戲目標(biāo)、化身/敵人的游戲界面、核心機(jī)制和規(guī)則）。此外，學(xué)生使用故事板畫(huà)出了游戲景圖，為大家展現(xiàn)有邏輯的結(jié)構(gòu)、高效的框架，這也是對(duì)他人方案的指導(dǎo)。我們也提供了以下工具，便于學(xué)生對(duì)游戲質(zhì)量進(jìn)行思考和自評(píng)：

1. 設(shè)計(jì)手工藝品（故事版和游戲設(shè)計(jì)文件）的評(píng)估題目。

2. 游戲評(píng)估表（李克特五點(diǎn)量表）包括13個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，以通用的游戲設(shè)計(jì)啟發(fā)式教學(xué)和兩個(gè)關(guān)于游戲利弊的公開(kāi)問(wèn)題為基礎(chǔ)（附錄A）。

階段3（開(kāi)發(fā)）和階段4（游戲測(cè)試和評(píng)估）被視為開(kāi)發(fā)、測(cè)試、內(nèi)部評(píng)估和排錯(cuò)的快速循環(huán)過(guò)程。開(kāi)發(fā)階段的學(xué)習(xí)資源包括：不完整的樣片、手勢(shì)示例庫(kù)和工作底稿。在外部評(píng)估（階段4）期間：(a) 每組學(xué)生在課堂上展示他們的游戲，(b) 其他組也要進(jìn)行測(cè)試，對(duì)制作的Kinect游戲進(jìn)行評(píng)估。最后，階段5可作為可選階段，也可以作為附加階段，學(xué)生可以基于階段4中得到的反饋，對(duì)游戲進(jìn)行改善。但實(shí)際上由于時(shí)間限制，游戲制作過(guò)程往往在階段4就結(jié)束了。

3.2 時(shí)間軸和可交付成果

此方法似乎適用于中學(xué)生（12-15歲），他們對(duì)專業(yè)編程工具的使用經(jīng)驗(yàn)有限（所以主要用的是Scratch等工具）。我們要求的時(shí)間期限是8至9周，這取決于學(xué)生此前的Scratch經(jīng)驗(yàn)和編程理念。

學(xué)生在習(xí)慣了上述四個(gè)游戲制作設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)階段之后，必須提交不同的可交付成果，如表1所示。

4．評(píng)估研究

4.1 背景

本研究在希臘雅典的兩所市區(qū)中學(xué)展開(kāi)，為期九周（2017年3月-4月）。兩所學(xué)校都把對(duì)編程和游戲感興趣的學(xué)生組成了俱樂(lè)部，以便實(shí)施提倡的游戲制作方法。第一所學(xué)校的學(xué)生在校內(nèi)完成這些任務(wù)，而另一所學(xué)校的學(xué)生則在放學(xué)后完成任務(wù)。學(xué)生每周會(huì)花費(fèi)一節(jié)課的時(shí)間來(lái)進(jìn)行這一項(xiàng)目，課時(shí)約為1.5小時(shí)（90分鐘）。由于時(shí)間限制，選修的階段5沒(méi)有實(shí)施。

該項(xiàng)目實(shí)施前一個(gè)月，計(jì)算機(jī)科學(xué)（CS）老師拿到了內(nèi)容包，包括此方法的學(xué)習(xí)資源、硬件（Kinect感應(yīng)器）以及此研究要探索的問(wèn)題：

該教學(xué)方法實(shí)施后，學(xué)生的思維技能是否得到了加強(qiáng)？

推薦的教學(xué)方式是否得以成功實(shí)施？在學(xué)校環(huán)境下得以按計(jì)劃進(jìn)行？

推薦的教學(xué)方式是否受參與者歡迎？

4.2 參與者

參與研究的有22名學(xué)生（平均年齡15歲），其中12名學(xué)生（10名男生，2名女生）來(lái)自第一所學(xué)校，另外10個(gè)學(xué)生（6名男生，2名女生）來(lái)自第二所學(xué)校。所有學(xué)生均為自愿參與該研究。他們表示，開(kāi)發(fā)以運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的體感游戲，似乎極大地調(diào)動(dòng)了他們的積極性和興趣。每個(gè)老師根據(jù)參與者的情況（將不同技能水平的參與者混合分組）將其兩兩分組，共分為了11個(gè)組。

關(guān)于學(xué)生的情況，最初的網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問(wèn)卷結(jié)果表明：

· 45.45%至68.18%的學(xué)生在他們的STEM課程（物理、數(shù)學(xué)、化學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)）中取得了優(yōu)異成績(jī)（18-20分/20分）。

· 大多數(shù)學(xué)生（55.71%）沒(méi)有或很少玩Kinect游戲，沒(méi)有或幾乎沒(méi)有參與過(guò)其它游戲的設(shè)計(jì)/開(kāi)發(fā)活動(dòng)。

· 所有參與者都使用過(guò)Scratch；然而，僅有17.24%的參與者表明自己有自信（李克特五點(diǎn)量表中為水平4-5）。

· 學(xué)生起初的基本目標(biāo)為編程。對(duì)于“你參加這一項(xiàng)目的理由有哪些？”這一問(wèn)題，我們對(duì)學(xué)生們的回答進(jìn)行了分類，如表2所示。

 最后，計(jì)算機(jī)科學(xué)（CS）教師們執(zhí)行了這次研究，對(duì)學(xué)生的任務(wù)進(jìn)行了協(xié)調(diào)，并在需要時(shí)提供幫助。首席研究員參與了幾次研究，并進(jìn)行了觀察，在必要時(shí)也對(duì)老師和學(xué)生提供了支持。

4.3 數(shù)據(jù)收集

我們?cè)谘芯窟^(guò)程中收集了定性和定量數(shù)據(jù)。每個(gè)研究問(wèn)題（RQ）的評(píng)估工具如表3所示。由于該研究的需要，我們對(duì)這些工具進(jìn)行了輕微調(diào)整（例如，添加了更多與以運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的游戲和自然用戶交互相關(guān)的具體問(wèn)題）。

關(guān)于第一個(gè)研究問(wèn)題（RQ1），這個(gè)問(wèn)題檢測(cè)了學(xué)生的計(jì)算思維技能（CT skills）和社交技能的高層次思維技能是否有所提高。

為了了解學(xué)生的計(jì)算思維技能是否有所提高，我們對(duì)學(xué)生的游戲（Scratch文件）進(jìn)行了深入分析，以便：

（a）檢測(cè)學(xué)生的計(jì)算思維技能（CT）。這些技能可以體現(xiàn)學(xué)生在以下六個(gè)方面的計(jì)算思維競(jìng)爭(zhēng)水平：流控制、抽象化、用戶交互、同步性、并行和邏輯。有了Scrape工具和Dr. Scratch評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)，我們將每個(gè)計(jì)算思維概念的得分相加，得到每個(gè)項(xiàng)目的計(jì)算思維總體得分。得到6分的為基礎(chǔ)等級(jí)，7-12分的為中等，12分以上為精通[26]。

（b）確認(rèn)學(xué)生是否能規(guī)避編程中的常見(jiàn)錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤包括腳本重復(fù)（兩個(gè)程序由同一個(gè)塊形成，只有塊的參數(shù)和值發(fā)生了變化），子圖形名稱錯(cuò)誤（新角色默認(rèn)名稱的遺漏，例如Sprite1, Sprite2），出現(xiàn)無(wú)用代碼（部分程序沒(méi)被執(zhí)行），以及項(xiàng)目屬性沒(méi)有得到正確的初始化。

（c）使用各種編程指令，避免留下任何“無(wú)用代碼”，確認(rèn)學(xué)生是否深刻理解了計(jì)算思維的編程概念。

（d）在游戲中添加復(fù)雜的手勢(shì)，以便確認(rèn)學(xué)生是否理解了身體交互、空間、角度和幾何概念的抽象表現(xiàn)之間的聯(lián)系。

關(guān)于第二個(gè)研究問(wèn)題（RQ2），通過(guò)評(píng)估學(xué)生可交付成果（手工藝品和Kinect游戲設(shè)計(jì)）的質(zhì)量，來(lái)檢驗(yàn)所提出方法的實(shí)施是否成功。手工藝品設(shè)計(jì)僅由參與的研究人員（本研究的發(fā)起者）使用評(píng)估量表進(jìn)行評(píng)估。此外，我們將重點(diǎn)放在了學(xué)生最終的可交付成果（Kinect游戲）上。各個(gè)組的最終成果（Kinect游戲）由研究人員和學(xué)生進(jìn)行評(píng)估，以便解答當(dāng)前的問(wèn)題，并通過(guò)比較參與者的分?jǐn)?shù)（學(xué)生和研究員的最終分?jǐn)?shù)）來(lái)評(píng)估李克特五點(diǎn)量表的完整性和清晰度。

關(guān)于第三個(gè)研究問(wèn)題（RQ3），通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察和問(wèn)卷調(diào)查的形式，我們檢驗(yàn)了以下幾個(gè)方面，從而檢測(cè)所提出方法的接受程度：

1. 對(duì)所提出方法的正面感受。

2. 對(duì)此方法的具體要素/構(gòu)成的滿意度。

3. 對(duì)時(shí)間管理和困難度的思考（開(kāi)放性問(wèn)題）。

5. 結(jié)果

11個(gè)小組都按要求及時(shí)提交了可交付成果（設(shè)計(jì)原型和Scratch游戲），沒(méi)有小組退出，學(xué)生們最終制作出了11個(gè)Kinect游戲（第一所學(xué)校6個(gè)，第二所學(xué)校5個(gè)），其中大多數(shù)游戲（8 / 11，73％）根據(jù)現(xiàn)實(shí)世界的場(chǎng)景進(jìn)行改編（如攀爬、拳擊、抓捕、網(wǎng)球模擬賽、目標(biāo)瞄準(zhǔn)、模仿各種奇怪的姿勢(shì)以通過(guò)墻壁障礙），也有一些虛擬特征。另外三個(gè)游戲（3/11, 27%）以非現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景為基礎(chǔ)，或主角來(lái)自漫畫(huà)書(shū)（大決戰(zhàn)、冰河時(shí)代、海綿寶寶）。每組學(xué)生都為游戲取了名字。學(xué)生成果示例在表4中呈現(xiàn)。 

5.1 此方法的使用是否提高了學(xué)生的思維技能？（RQ1）

通過(guò)檢測(cè)計(jì)算思維技能（CT技能）和社交技能，得出學(xué)生思維技能有所提高。

(a) 關(guān)于學(xué)生開(kāi)發(fā)游戲過(guò)程中存在的6個(gè)計(jì)算思維（CT）概念。

如表5所示，所有項(xiàng)目中，獲得較高值的概念為抽象化、用戶交互和并行，有兩個(gè)項(xiàng)目在同步性和邏輯上的值較低。大多數(shù)小組的流控制值不高，因?yàn)樗麄儧](méi)有使用”repeat-until"指令。所有小組的最后得分都被評(píng)為“精通”，因?yàn)樗麄冊(cè)?-18的等級(jí)量表中得分均超過(guò)15分。

(b) 學(xué)生使用了編程中常見(jiàn)的最佳操作：如表6所示，學(xué)生使用了所提倡的最佳操作，避免了常見(jiàn)的編程錯(cuò)誤，如腳本重復(fù)、錯(cuò)誤的子圖形名稱、出現(xiàn)無(wú)用代碼和未初始化子圖形的屬性等。

(c) 所制作游戲的復(fù)雜度：Scrape工具的定量分析表明，學(xué)生們因?yàn)槭褂昧烁鞣N各樣的編程指令（每場(chǎng)游戲的平均編程指令數(shù)：966）、腳本（每場(chǎng)游戲的平均腳本數(shù)：156）、子圖形（每場(chǎng)比賽的平均子圖形數(shù)：33）和子圖形服飾costumes（每場(chǎng)比賽的平均服飾數(shù)量：43），深刻理解了計(jì)算思維概念。此外，每組學(xué)生平均每場(chǎng)創(chuàng)建了13.09個(gè)舊版本。最后，研究人員的現(xiàn)場(chǎng)筆記顯示，學(xué)生們使用邏輯、流控制和抽象技術(shù)來(lái)表達(dá)他們的觀點(diǎn)，調(diào)試/更新游戲，并正確選擇了身體關(guān)節(jié)和手勢(shì)的算法。 

(d) 由于用戶交互的需要，我們創(chuàng)造了復(fù)雜的手勢(shì)，來(lái)了解身體交互、空間和角度、幾何概念的抽象表現(xiàn)之間的聯(lián)系：對(duì)游戲中的自然用戶交互手勢(shì)的分析表明，7/11的游戲（63.64％）需要執(zhí)行2個(gè)或3個(gè)姿勢(shì)，10/11個(gè)游戲（90.91％）的編碼用于追蹤4到9個(gè)不同的身體關(guān)節(jié)。例如，學(xué)生通過(guò)追蹤7個(gè)身體關(guān)節(jié)來(lái)模擬攀爬姿勢(shì)，以便提高準(zhǔn)確性，同時(shí)必須表現(xiàn)2種不同的身體姿勢(shì)。另外一組學(xué)生在游戲中使用了9個(gè)不同的身體關(guān)節(jié)。此外，7/11的游戲（63.64%）使用了1個(gè)以上姿勢(shì)（2至4個(gè)姿勢(shì)）。

圖4中呈現(xiàn)了學(xué)生社交技能改善的成果。學(xué)生的回答表明小組工作不僅有助于制作更好的游戲，還有助于他們學(xué)習(xí)如何與人合作、協(xié)作，以及如何參與角色扮演展示。老師們表示，學(xué)生通過(guò)合作來(lái)為游戲產(chǎn)品尋找最佳的解決方案，所以他們?cè)谛〗M中的工作非常出色。老師們還提到，當(dāng)一個(gè)小組成員和其他小組合作時(shí)，他們提供的反饋很有用，或者他們的想法會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)變。

5.2 所提倡的教學(xué)方法是否成功實(shí)施，是否能在學(xué)校的環(huán)境下按計(jì)劃進(jìn)行？(RQ2)

通過(guò)評(píng)估學(xué)生可交付成果（作品手工藝品和Kinect游戲設(shè)計(jì)）的質(zhì)量來(lái)檢驗(yàn)所提倡方法是否成功實(shí)施。我們使用文獻(xiàn)里的設(shè)計(jì)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生手工藝品設(shè)計(jì)（故事板和設(shè)計(jì)文件）的最終版本進(jìn)行了評(píng)估，結(jié)果見(jiàn)表7。

上述結(jié)果顯示，大多數(shù)設(shè)計(jì)原型（9 / 11，82％）滿足了設(shè)計(jì)要求，不過(guò)存在一些缺陷（設(shè)計(jì)不清晰，一般描述或含糊描述）。另一方面，2/11的手工藝品設(shè)計(jì)（18％）存在許多操作缺陷（故事板結(jié)構(gòu)不清晰，故事框架或轉(zhuǎn)折點(diǎn)沒(méi)有交代，以及設(shè)計(jì)不夠清晰，需要修改）。

此外，Kinect游戲質(zhì)量由學(xué)生和參與的研究人員（本研究的發(fā)起者）使用李克特五點(diǎn)量表（附錄A）進(jìn)行評(píng)估，該量表包括十三個(gè)標(biāo)準(zhǔn)（文獻(xiàn)中常見(jiàn)的啟發(fā)式教學(xué)評(píng)估）。評(píng)估表格標(biāo)準(zhǔn)的完成結(jié)果如圖5所示。

圖5. 評(píng)估表格標(biāo)準(zhǔn)的完成結(jié)果

圖5中的數(shù)據(jù)顯示，游戲的可用性得分很高。一些重要標(biāo)準(zhǔn)的得分也很高，例如（i）在游戲過(guò)程中吸引用戶的注意力，（ii）提供的指令（訓(xùn)練和幫助）和（iii）在游戲環(huán)境中輕松導(dǎo)航的能力。此外，因?yàn)闇y(cè)試時(shí)游戲的功能出現(xiàn)了一些問(wèn)題，所以有效性和反饋的得分較低。

5.3 所提倡的教學(xué)方法是否為參與者所喜歡？（RQ3）

我們檢驗(yàn)了以下幾個(gè)方面，從而檢測(cè)所提倡方法的接受程度：

1. 對(duì)所提出方法的正面感受。

2. 對(duì)此方法的具體要素/構(gòu)成的滿意度。

3. 對(duì)時(shí)間管理和困難度的思考（開(kāi)放性問(wèn)題）。

1. 對(duì)所提倡方法的正面感受：學(xué)生們最后一個(gè)調(diào)查問(wèn)卷的回答表明：(i) 96.56%的學(xué)生喜歡這個(gè)項(xiàng)目，(ii) 72.41%的學(xué)生表示制作Kinect游戲讓他們受到鼓舞，(iii) 93.10%的學(xué)生會(huì)鼓勵(lì)自己的同學(xué)參加類似活動(dòng)。老師們的回答和學(xué)生們的一致（師生一致選擇了“強(qiáng)烈認(rèn)同”這個(gè)選項(xiàng)）。

2. 對(duì)此方法的具體要素/構(gòu)成的滿意度（強(qiáng)烈認(rèn)同和認(rèn)同）：盡管學(xué)生和老師之前都沒(méi)有此類項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，但大多數(shù)學(xué)生對(duì)以下幾個(gè)方面表示滿意：

· 學(xué)習(xí)資源、項(xiàng)目期限和項(xiàng)目結(jié)構(gòu)（69%）。

· 計(jì)算機(jī)科學(xué)老師和同學(xué)給予的指導(dǎo)（75.86%）。

· 首席研究員給予的支持和鼓勵(lì)（93%）。

關(guān)于游戲的制作過(guò)程，75.81%的學(xué)生強(qiáng)烈認(rèn)同和認(rèn)同：

· 他們很好地理解了這個(gè)領(lǐng)域的概念/原理。

· 他們學(xué)會(huì)了應(yīng)用這一項(xiàng)目中的原理（跟隨具體的步驟和操作），以便在系統(tǒng)化的進(jìn)程中制作自己的Kinect游戲。

兩位老師對(duì)于該方法上述的因素/組成部分表示滿意。

3. 他們對(duì)于時(shí)間管理和難度的看法

老師的回答表明，他們?cè)敢庋娱L(zhǎng)該項(xiàng)目的期限，主要關(guān)注開(kāi)發(fā)階段。此外，學(xué)生的回答表明，在為期8周的項(xiàng)目中，每個(gè)學(xué)生在家花費(fèi)的平均額外時(shí)間總數(shù)為8.36小時(shí)（最少2.5小時(shí)，最長(zhǎng)14小時(shí)）。大多數(shù)學(xué)生（15 / 22，68.18％）提到，他們本可以花費(fèi)“更多時(shí)間”來(lái)升級(jí)他們的游戲，修復(fù)軟件故障或通過(guò)制作更好的游戲版本來(lái)繼續(xù)這一有趣的學(xué)習(xí)活動(dòng)。學(xué)生和教師對(duì)這一經(jīng)歷的評(píng)論也證實(shí)了上述這些積極的成果。表8中列出了部分評(píng)論。

6. 討論-結(jié)論

文獻(xiàn)充分證明了開(kāi)發(fā)新教學(xué)方法的必要性，幫助孩子們習(xí)得計(jì)算思維和編程技能。本論文提出了一種新的教學(xué)方法，主張系統(tǒng)設(shè)計(jì)以運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的體感式Kinect游戲，以提高學(xué)生的思維能力。學(xué)生明白設(shè)計(jì)游戲意味著通過(guò)多種思維和行為技能，來(lái)解決結(jié)構(gòu)有缺陷的問(wèn)題。這是一個(gè)迭代和循序漸進(jìn)的過(guò)程。對(duì)兩所初中的研究結(jié)果表明，學(xué)生通過(guò)有效地應(yīng)用復(fù)雜的編程命令/概念，開(kāi)發(fā)出了高質(zhì)量的游戲，從而增強(qiáng)了他們的計(jì)算思維能力。這些結(jié)果與其他研究的結(jié)果相當(dāng)，其他的研究也表明，屬于編程課程的快速數(shù)字游戲制作，可以挖掘計(jì)算思維的潛力。與其他游戲設(shè)計(jì)相關(guān)的研究類似，本研究表明，所提倡的以小組為基礎(chǔ)的游戲制作方法，有助于提高學(xué)生的社交技能（合作、協(xié)作）。最后，以運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)的Kinect游戲反復(fù)的設(shè)計(jì)和制作過(guò)程，顯然具有吸引力和極大的激勵(lì)性。學(xué)生表示他們會(huì)推薦給同學(xué)。此外，通過(guò)開(kāi)發(fā)中度精確的游戲，學(xué)生成功地改善了自身的空間思維。這是STEM課程成績(jī)的重要預(yù)測(cè)因素，同時(shí)他們也理解了身體交互、空間、角度、幾何概念的抽象表現(xiàn)之間的聯(lián)系。更多關(guān)于這一創(chuàng)新方法應(yīng)用的評(píng)估研究正在進(jìn)行中，這些評(píng)估研究將有助于該研究成果的推廣。  

>>聲明

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