STEAM 視角下研究生教育游戲開發課程的設計與構建

史曉倩 何玲*

（1.江西科技師范大學 教育學部，江西 南昌 330038；2.南昌VR 感知交互重點實驗室，江西 南昌 330000）

《中國制造2025》的出臺，開啟了我國以科學技術為核心工具的第四次工業革命[1]，也改變了對未來人才的需求。當今世界各國之間的競爭空前激烈，并紛紛將具有創新素養的高素質人才作為教育改革的主要目標。隨著國家發展進入新階段，研究生教育也進入了新時期。因此積極開展研究生培養方案和課程體系改革具有劃時代的戰略意義。

STEAM 教育作為一種跨學科的綜合性教育模式，通過為學生創造一個具有現實意義的問題情境，讓學生進行積極的思維活動和情感投入，從而培養學生知情意行各個方面的能力。[2]因此，將STEAM 理念作為研究生課程的基礎理論，與研究生的課程設計和實施過程融合，能夠產生意想不到的效果。

一、相關概念界定及國內外研究現狀

（一）STEAM 教育

STEAM 教育源于1986 年美國國家科學委員會（National Science Board，NSB）發表的《本科的科學、數學和工程教育》（Undergraduate Science,Mathematics and Engineering Education）報告。該報告首次提出“科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）和數學（Mathematics）”教育的綱領性建議[3]。后來格雷特·亞克門（Georgette Yakman）于2006 年提出藝術（Art）對于個人職業生涯發展和融入社會的重要性，將其加入可平衡STEM 教育中過重的理工屬性，為理工學科提供創意思維，至此STEAM 理念正式形成[4]。

隨著STEAM 教育的不斷外延，先后出現STREAM、STEAM+等新概念，而其作為重要的綜合教育輔助方式，被廣泛應用于各級學校之中，目的是培養學生的終身學習意識和創新能力，以綜合眼光和富有創新性的方式去認識世界和解決問題[5]。

（二）教育游戲

教育游戲（Edutainment）在西方國家研究較早，由教育（Education）和娛樂（Entertainment）兩個詞匯組成[6]，意為以游戲化的方式輔助教學。但在我國尚未有確切的定義，通常認為教育游戲是指利用智能工具和新興技術，通過將教育內容進行游戲化的設計，借助一定的激勵和懲罰模式，來提升學習者參與認知活動的趣味性、沉浸性和持續性，從而豐富學習活動，促進學習體驗，達到事半功倍的認知效果[7]。

但如何促進教學者的教學效果，如何提升學習者學習興趣的持續性，如何加強學習的投入度等，仍是一線教師和教育游戲開發者急需解決的問題。隨著虛擬現實和增強現實技術的不斷發展，為教育游戲領域提供了新的研究視角，并作為新興技術快速融入其中，使VR/AR 教育游戲逐漸成為技術促教與興學的研究熱點之一。

二、STEAM 視角下研究生教育游戲開發課程的設計原則

教育游戲開發課程涉及教育游戲理論知識及教育游戲開發的相關知識，這些知識的豐富性和多樣性決定了該課程適合與STEAM 理念相融合。而作為一門游戲開發課程，要求的創造能力較高，可以很好地通過該課程的學習，提高學生的創新能力。

基于表1 的STEAM 內容分析，我們提出以下課程設計原則：

表1 教育游戲開發課程中STEAM 內容分析

（一）綜合性原則

單學科和技能的掌握已無法適應現代社會對人才的需求，跨學科構建的課程才能讓學生以全面、綜合的角度去認識世界，形成全面的認知水平和問題解決能力?；谂囵B學生創新能力的要求，課程設計應該重視調動學生跨學科、跨領域知識的習得，這也是STEAM 教育理念十分強調的內容[8]。

教育游戲開發課程通過基于項目的整合性學習，使學生將專業的理論知識、游戲開發軟件操作技能、編程語言應用、游戲策劃、基于項目迭代的評價反思技能等，整合成具有綜合性和創新性的教育游戲項目整體，讓學生能夠從綜合性、系統性的角度去認識世界和解決問題，避免傳統教學中分科教學造成的知識割裂和思維定勢等問題，更有利于學生創新能力的形成。

（二）自主性原則

課程充分利用STEAM 理念的特色，發揮學生的自主性和動手能力，讓學生在項目合作中開發具有教育性和獨特性的教育游戲作品，從而提升他們的創造能力和基于項目的問題解決能力[9]。

自主性原則主要體現在自主選題、自主合作、自主設計、自主開發、自主評價、自主改進等方面。教師根據學生的學情，提出可選擇的項目主題供學生挑選和設計，學生可以根據自己的興趣方向和知識基礎，選擇自己喜歡的項目主題。根據選題，學生可以基于自己的想法在小組中進行合作，在保證每個成員參與性的前提下，發揮各自的優勢。學生可以按照自己的選題，自主設計和開發出自己負責的部分游戲內容。游戲開發完成后，學生可以按照自己的標準要求進行游戲的迭代優化，也可以針對他人的游戲作品進行評測。

（三）合作性原則

STEAM 教育以項目為學習活動載體，其關鍵是項目實施過程中的合作問題，即每一個項目的成功制作都離不開各個小組成員的充分合作。教育游戲開發課程以教育游戲的開發過程為重點內容，讓學生在游戲制作過程中鞏固創新性知識，培養創造性思維，提升創造性能力。

由于該課程是基于PBL 理念的課程教學模式，PBL 對教師和學生的要求比較高。對教師來說，這種授課模式應該具備很高的理論水平和實踐能力；對學生來說，能夠積極主動地進行學習合作，且有較扎實的知識技能基礎，才能從該模式下受益[10]。因此，這里的合作性原則不僅指學生之間基于項目過程的合作，也指教師與學生之間的“教師主導、學生主體”的合作模式。

三、STEAM 視角下教育游戲開發課程的設計與構建

以教育游戲開發課程中STEAM 內容分析、課程的設計原則為基礎，對STEAM 視角下研究生教育游戲開發課程模式進行設計與構建，具體過程如圖1 所示。

圖1 研究生教育游戲開發課程設計流程圖

（一）教學分析

任何一門課程在實施之前，都應該對教學做一個全面的綜合性分析，具體如下：

1.對學習者進行分析

學生是學習的主體，在“以生為本”的教學理念指導下，對學習者進行分析體現了“生本位”的特點?；诖?，才能設計出針對該學段的、符合學生認知規律的課程。

教育游戲開發課程的授課對象是現代教育技術專碩一年級學生，由于研究生學制的特殊性，學生年齡段跨度較大，通常在22 歲以上，他們經過基礎教育和大學教育的洗禮，基礎知識扎實，思維和認知發展趨于成熟，擁有自己獨特的見解，并對教育游戲相關知識有初始的了解。

2.學習內容分析

需要確定學習內容的范圍和深度，將學習內容根據學習目標具體化，方便之后與設計的教育游戲內容相融合，從而揭示學習內容各部分之間的聯系。本門課程的學習內容主要是了解教育游戲的起源與發展，以及如何用Unity3D 進行教育游戲的開發。

3.學情分析

對學生已有的知識經驗、學習能力以及學習風格進行分析，這些因素將影響本次學習內容的學習效率，在課程實施過程中可以作為參考。學情分析是系統教學設計的有機組成部分，并與教學設計的其他部分存在極為緊密的互動關系。

本次課程中的教學對象為研究生一年級的學生，他們對教育游戲開發過程有一定的經驗和知識基礎，因此不應該采取與本科生一樣按部就班的學習方式，學習任務應圍繞某一主題，以項目的形式進行小組合作與交流，最終以教育游戲作品或教育游戲賞析的形式展現學習成果。

（二）以項目為中心的課程設計

根據建構主義學習理論和STEAM 教育的內涵，教育游戲開發這門課程主要采用以項目為中心的學習方式，每一輪項目的實施主要分為四個步驟：項目主題的確定、合作方案的設計、項目方案的實施與改進、項目方案的評價與反思。經過上述幾個項目過程的實施之后，教師和助教根據學生在項目實施過程中遇到的問題，對項目過程和時間跨度進行調整，最終進行第二輪和第三輪以項目為中心的教學。

下面，筆者將分別就如何在這幾個步驟中融入STEAM 理念，從而提高學生的創新能力進行簡單介紹。

1.項目主題的確定

學習主題的設計是體現STEAM 教育理念的關鍵之處。在本次研究的情境下，學生均為有一定教育游戲相關知識基礎的研究生，其心智和認知能力發展較為成熟，他們大多厭棄照本宣科的復述性學習，希望開展富有趣味性、以項目為中心的學習活動。因此，學習主題的確認應當是以問題或項目為中心的，且是有利于激發學生創新思考的半開放式學習主題。例如，基于小學生抽象邏輯思維發展不成熟，難以離開直接具體事物學習相關知識的問題，教師在制作教學資源時，可使用增強現實技術制作科普軟件或AR 教學課件來輔助小學生的學習過程。

根據上述情況，在某一階段的項目選取上，可以選擇“AR 教學資源”為主題，學生以小組的形式參與學習活動，經過小組成員的討論，最終確定本小組的項目主題，并對自己小組的項目主題進行界定和說明。

2.合作方案的設計

基于STEAM 教育理念和提高學生創新性的出發點，小組合作應該作為主要學習方式存在于整個項目制作過程中。在某一主題的項目開發過程中，合作應該體現在基于小組討論確定自己的項目主題及制作過程，即在項目制作過程中，小組成員如何發揮自己的優勢進行項目分工，如何調和各成員之間的不同想法和設計風格，出現問題后應該如何合作解決或尋求各方資源進行問題的解決，等等。例如，在以“AR 教學資源”為主題的項目設計過程中，應當創設輕松愉悅的人文學習環境，在告知學生學習目標為掌握Unity3D支持的各類增強現實軟件開發工具包（AR SDK），選取與自己小組項目主題相近的AR SDK 進行教學資源開發的設計；評價標準為小組“AR 教學資源”成品展示、各個成員的分工配合以及對其成品的理解和敘述答辯。

在此基礎上，對學生項目設計、探索的過程進行支持和鼓勵，允許各小組成員對自己的方案設計以及問題解決方法進行頭腦風暴，注重合作與共享，為創新精神的培養提供便利性、可能性，最終選取最合適的設計和實施方案。

3.項目方案的實施與改進

在項目方案的實施與改進過程中，學生應基于上一步驟選擇得到的最優項目方案進行實踐，在實踐過程中不斷進行改善，以得到組內最優的作品成果。學生需要親身體驗項目創新實踐的過程，在實施過程中及時發現方案設計的不足或提出更優的問題解決方案，并及時進行項目方案的改進和優化，即“實施—學習改進—再實施”的多次循環過程。

在以“AR 教學資源”為主題的項目實施過程中，可對不同平臺AR SDK 的功能、支持平臺、優缺點、價格等進行多方面比較。例如，使用Vuforia 可能會存在水印問題影響美觀，但在圖片識別、自定義識別方面可能較為穩定；EasyAR免費版本不會存在水印問題，且云識別速度較快，并支持大多數的安卓系統等。在小組項目實施的過程中，若遇到類似AR SDK 的問題，就可以進行多方面的比較和改進工作，最終選擇最適合的AR 插件和SDK。

4.項目方案的評價與反思

在小組項目的評價方面，評價內容包括創新思維和創新實踐能力。創新思維主要以項目主題的確定和合作方案的設計過程為評價標準；創新實踐能力評價主要貫穿于項目方案的實施與改進、評價與反思兩個過程。另外，評價方式應該采取多元化的評價方式，如小組內部自評、小組間評價、教師與助教評價、專家評價等，且各評價主體所占比例應該適中，評價方式采用盲投的形式，以保證其評價的公正性。

（三）創新能力分析

基于STEAM 理念設計實施的教育游戲開發課程的教學目的，除了激發學生學習教育游戲相關知識的興趣，提高學生教育游戲開發的技能之外，也對提高學生創新能力的可行性進行了研究與分析。如圖1 所示，在課程實施過程中，將學生的創新能力分為創新思維和創新知識與技能，并在課程結束后對二者分別進行測試。在創新思維方面，主要進行整體測試和分維度測試，具體維度為批判思維能力、直覺思維能力、邏輯思維能力、創新思維能力。在創新知識與技能方面，主要對其小組教育游戲作品進行專業、科學的測評，分析得出小組成員創新知識和創新技能的綜合水平、優勢及短板，最終得出學生的創新能力是否得到提高的結論。

（四）以項目為中心的一輪課程實施過程

教育游戲開發課程一輪項目實施的具體過程，大體分為聯系、構建、完善、反思四個具體過程，分別與以項目為導向教學方式中的項目主題的確定、合作方案的設計、項目方案的實施與改進、項目方案的評價與反思四個過程一一對應。課堂實施過程的教學模式采用翻轉課堂和線上線下混合式教學結合，學生在課前、課中及課后的學習活動，如圖2 所示。

圖2 一輪項目課堂實施流程圖

1.聯系

課程一輪項目的第一階段是學生將理論知識和游戲設計理念相結合的過程，故稱之為“聯系”過程。聯系過程周期大約為2 周，與“項目主題的確定”過程相對應。此階段的課堂主要采用翻轉課堂的教學模式，由于研究生擁有較強的基礎知識，此階段學生的課前任務是將自己已有知識進行聯系，即學生通過學習通App 或中國大學MOOC 等線上公開課程資源進行基礎知識的學習，并將已有的教育游戲相關認識與其理論、技術、游戲設計理念相結合，為后期教育游戲主題的確定奠定理論基礎，并尋找游戲策劃靈感。

教師在課堂上提出教育游戲命題，組織學生自主分組后，以小組為單位進行教育游戲主題的頭腦風暴，每人都可在開放的學習環境下暢所欲言，提出自己的看法，為小組教育游戲項目主題的確定貢獻自己的力量。經過兩周的學習、討論與沉淀，確定6 個小組的游戲主題，如表2 所示。

表2 一輪項目小組游戲

2.構建

課程一輪項目的第二階段是學生進行教育游戲的策劃，并針對游戲進行小組分工的過程，故稱之為“構建”過程。經過聯系過程的沉淀，學生在教育游戲相關理念的熏陶下靈感噴涌，大約需要1 周的時間即可完成游戲的背景、玩法策劃、項目流程中小組的分工安排。學生課下需要在線上以超星學習通和中國大學MOOC 為依托進行線上技術的專攻，并通過線上平臺對技術進行學習與交流。圖3 為構建階段小組進行討論和策劃的課堂實錄。

圖3 構建階段課堂

3.完善

一個教育游戲的成功研發必然需要一個長期的開發和測試迭代優化的過程，故稱之為“完善”的過程。

課前，學生需要根據小組分工進行線上技術學習和小組游戲的制作；課上，主要由技術較好的學生和教師進行技術分享，學生以小組為單位對項目流程進度進行控制，發現游戲制作過程中的問題并進行討論解決；課后，繼續根據分工進行游戲制作、測試與優化完善。此過程所占項目周期比例最長，大約需要3 周，與項目過程中“項目方案的實施與改進”相對應。需要注意的是，此過程需要小組成員進行緊密的交流，及時進行技術問題的攻略和游戲功能的改進。圖4 為幾個優秀小組的教育游戲案例。

圖4 教育游戲案例

4.反思

根據項目實施過程與游戲展示評價過程進行項目經驗的獲得、教育游戲制作技術的習得、問題解決能力和創新能力提高的過程稱之為“反思”階段。此階段與項目制作流程中“項目方案的評價與反思”過程相對應。

眾所周知，以項目為中心的課程教學模式，除項目實施過程外，項目結束后的反思過程也同樣重要。學生和教師需要對項目流程控制是否合理、項目問題解決是否恰當、小組合作與分工是否合理、游戲制作流程學生參與是否積極等問題進行圓桌討論和反思。這不僅是對下一輪課程項目的準備和調整過程，也會對以項目為中心的教學模式起到積極的促進作用。

四、結語

課堂是教師與學生進行交流的主要場所，STEAM 教育在我國已成為課程改革的必然方向和趨勢[11]。那么，如何將STEAM 的教育理念與我國研究生的基本情況結合在一起，從真正意義上提高學生的創新素質和問題解決能力，將是亟待解決的問題。

從上述將STEAM 理念與研究生課程相結合的一輪項目實施效果可知，STEAM 理念用于研究生的相關技術課程是完全可行的。盡管STEAM 理念與課程相結合會面臨諸多不可控因素和困難，但仍有眾多學者在該領域花費大量的時間和精力進行研究。相信在今后的教育研究中，STEAM 理念指導下的課程會向著更好的方向發展，學生也會在此過程中受益頗多。