在线课程资源的“学测一体”...化设计：理论模型与作用机制_王雪.pdf

电化教育研究在线课程资源的“学测一体”游戏化设计：理论模型与作用机制王雪，王崟羽，乔玉飞，贾薪卉，牛玉洁（天津师范大学 教育学部，天津300387）摘要游戏化学习在激发学习者动机、改善学业情绪等方面存在独特优势，将游戏化学习与在线课程资源的“学”“测”两环节有机整合，有望提升在线课程资源的质量，进一步推动我国的教育数字化转型。鉴于此，研究构建了“学测一体”游戏化设计促进在线学习的理论模型，并借助眼动仪、脑波仪、问卷采集了120名被试的认知行为、学习体验与态度以及学习效果数据，深入分析无游戏化设计、“学”“测”“学测一体”的游戏化设计对在线学习的影响。结果表明：“学”的游戏化设计使学习者大脑更专注、更放松，消极情绪降低；“测”的游戏化设计促进学习者投入更多视觉认知资源，降低内部认知负荷，增加学习数量；“学测一体”的游戏化设计效果最佳，表现为学习者的视觉认知加工资源投入更多、外部认知负荷降低、学习满意度和学习质量提高。相关性分析和结构方程模型进一步发现了“学测一体”游戏化设计促进在线学习的作用路径。根据研究结论提出三条建议，旨在从游戏化学习视角为在线课程资源的高质量发展提供参考。关键词教育数字化转型；在线课程资源；“学测一体”；游戏化设计；在线学习中图分类号 G434文献标志码 A作者简介王雪（1981），女，黑龙江绥滨人。副教授，博士，主要从事多媒体画面语言学、数字教育资源设计、学习分析等研究。E-mail：。DOI:10.13811/ki.eer.2023.02.011学 习 环 境 与 资 源基金项目：2021年度国家自然科学基金青年项目“教学视频中情绪设计对学习的影响机制及其优化方法研究”（项目编号：62107030）一、引言优质数字化课程资源建设是我国教育数字化转型的重要任务之一1。游戏化学习的核心思想是将游戏中富有趣味性的元素应用于各类学习场景中，以激发学习动机、改善学业情绪、提升学习效果2，有望成为在线课程资源高质量发展的解决方案3。有研究尝试将徽章、积分、排行榜4、关卡5、故事情境6等元素与在线教学视频融合，有效促进了学习者的在线学习体验与成效；但也有研究发现，游戏化元素不能显著改善学习者的学习体验与高阶技能7。有学者还尝试采用游戏化即时反馈系统为枯燥紧张的在线测评过程增添趣味性与竞争感8，实现“边玩边测评”，扭转学习者“谈测色变”的心理状态，但游戏化测评并不能在所有学习场景下助力学习效果的提升9。可见，单一的教学视频或测评的游戏化设计都未必能改善在线学习。教育数字化转型强调，创新测评技术以支撑教育测评的数字化改革，实现学习环节与测评环节的紧密结合。因此，本研究将在线教学视频的游戏化设计（即“学”的游戏化设计）和测评环节的游戏化设计（即“测”的游戏化设计）有机整合，尝试组建“学测一体”游戏化设计的在线课程资源，探究其促进在线学习的机制与策略，推动在线课程资源的高质量发展。二、理论模型构建与研究问题美国明尼苏达大学心理学家Landers于2014年提出游戏化学习理论，认为游戏化特征与教学的融合能够通过影响学习者的认知行为、体验与态度，进而提升学习效果10。同时，多媒体学习认知情感理论认为，多媒体学习认知过程包括选择、组织、整合三个阶922023年第2期（总第358期）段，其中，学习者的情绪、动机与元认知具有重要的调节作用11。基于上述理论，本研究构建了如图1所示的“学测一体”游戏化设计促进在线学习的理论模型。根据游戏化学习理论，“学测一体”游戏化设计通过整合“学”和“测”游戏化设计的优势，在学习环节和测评环节融入了奖励型游戏化元素（如徽章等）和竞争型游戏化元素（如积分、排行榜等），分别通过中介和调节过程来影响学习效果。其中，中介过程是指游戏化元素与教学、测评内容共同刺激学习者产生相应的认知行为与学习体验，同时以认知行为和学习体验为中介影响其学习效果；调节过程是指游戏化元素通过改善学习者的行为或体验，例如，促进学习者投入更多的视觉认知和大脑认知加工资源、激发学习者的积极情绪、调控学习者的认知负荷、提高学习者的学习满意度等，调节学习者的选择、组织、整合过程，使之变得更加有效，最终增加学习的数量和提升质量。图1“学测一体”游戏化设计促进在线学习的理论模型基于以上理论模型，本研究设计了四种不同类型的游戏化在线课程资源，分别为：无游戏化设计、视频的游戏化设计（即“学”的游戏化设计）、测评的游戏化设计（即“测”的游戏化设计）、视频与测评结合的游戏化设计（即“学测一体”的游戏化设计），从认知行为、学习体验与态度以及学习效果三个层面对比分析四种不同类型的游戏化设计对在线学习有何影响以及内在作用机制，主要解决以下四个研究问题：问题一：在线课程资源中不同类型的游戏化设计如何影响学习者的视觉和大脑认知行为？问题二：在线课程资源中不同类型的游戏化设计如何影响学习者的学习情绪、认知负荷与满意度？问题三：在线课程资源中不同类型的游戏化设计如何影响学习者的学习数量和学习质量？问题四：若“学测一体”游戏化设计的在线课程资源应用效果最佳，其促进在线学习的机制是什么？能否验证本研究构建的理论模型？三、研究方法（一）实验设计与被试本实验采用2（传统教学视频、游戏化教学视频）2（传统测评方式、游戏化测评方式）两因素被试间实验设计，共四个实验组：无游戏化组（控制组）、“学”游戏化组、“测”游戏化组和“学测一体”游戏化组。从某大学招募被试150人，去除先前知识水平较高、眼动采样率低于60%以及脑波数据采集异常的被试30人，最终保留120人（男生18人，女生102人，年龄在18至25岁之间），将男生和女生分别随机分配至四个实验组中，每组被试各30人。（二）游戏化设计方案1.视频资源采用的视频学习材料主题为“细菌和真菌的繁殖发酵的奥秘”。其中，传统教学视频中不添加任何游戏化元素及活动，总时长4分01秒；游戏化教学视频中教学内容与传统教学视频完全一致，通过添加游戏关卡和“PBL游戏化元素”中的奖励型徽章实现游戏化设计，总时长为4分54秒。游戏化教学视频可分为三段：学习导入、知识学习、总结升华，分别对应玩游戏的三个阶段：了解游戏规则、体验游戏、游戏结果。2.测评方式本研究测评环节有传统在线测评和游戏化在线测评两种，两个版本所包含的题目内容、数量、选项位置和界面大小均完全一致。其中，传统测评每题结束后反馈正误，全部结束后反馈测评总成绩；游戏化测评采用游戏化即时反馈系统Kahoot，通过“PBL游戏化元素”中的积分和排行榜为被试搭建游戏化问答空间，每完成一道题都将获得正误反馈、实时积分及排名，以游戏竞争的方式完成测评。（三）实验测量工具本研究测量的变量与使用的量表工具，见表1。（四）实验流程与技术路线本研究的实验流程与技术路线如图2所示。图2实验流程与技术路线四、实验数据分析分别导出四个实验组的认知行为、学习体验与态度、学习效果中各指标的平均值（Mean）与标准差（SD），见表2。93电化教育研究表1测量变量与工具测量维度测量内容工具或设备实验前测被试情况被试基本信息问卷：包括姓名、性别、年龄、年级、专业等题目先前知识先前知识水平问卷：包括四道题目，考查被试对视频讲解内容的了解程度，四个实验组之间先前知识水平无显著差异（F=0.904，p=0.441）认知行为眼动数据Tobii X120型眼动仪：采样率120Hz，监测被试视频学习和测评环节的眼动数据脑波数据CUBand脑电监测仪：监测被试在线学习和测评环节的脑电信号，并通过配套算法转换为大脑专注度与放松度学习体验与态度情绪状态情绪量表：采用邱林等人根据Watson等人编制的PANAS量表12来测量被试实验结束后的积极情绪与消极情绪（积极情绪：Cronbachs=0.921；消极情绪：Cronbachs=0.948）学习满意度学习满意度量表：改编自杨九民的视频学习满意度量表13（Cronbachs=0.770）认知负荷认知负荷量表：改编自Paas的认知负荷量表14，测量学习者的外部认知负荷、内部认知负荷及相关认知负荷（Cronbachs=0.700）学习效果保持与迁移测试成绩测评系统：包括保持测试和迁移测试，用于检验学习数量与学习质量，题目来源于生物学科中有关“细菌、真菌及其发酵应用”的测试题（一）认知行为层面总注视时间组间差异边缘显著（F=2.277，p=0.083），平均注视时间和总注视次数组间差异均不显著，“测”游戏化组（p=0.055，d=0.607）和“学测一体”游戏化组（p=0.086，d=0.435）的总注视时间边缘显著高于无游戏化组。对于总注视时间和总注视次数，“测”的游戏化设计主效应边缘显著（F=3.872，p=0.051；F=3.573，p=0.061），“测”的游戏化设计能够边缘显著提高总注视时间和总注视次数（p=0.052；p=0.061），“学”的游戏化设计主效应和二者的交互作用都不显著；对于平均注视时间，“学”和“测”的游戏化设计及二者的交互作用均不显著。大脑专注度与放松度都不存在显著的组间差异。对于大脑专注度和放松度，“学”的游戏化设计主效应边缘显著（F=3.440，p=0.066；F=3.766，p=0.055），“学”的游戏化设计能够边缘显著提高学习者的大脑专注度和放松度（p=0.067；p=0.054），“测”的游戏化设计主效应和二者的交互作用均不显著。（二）学习体验与态度层面积极情绪组间差异不显著，消极情绪组间差异边缘显著（F=2.572，p=0.058），“学”游戏化组的消极情绪显著低于无游戏化组（p=0.036，d=0.591）。对于积极情绪，“学”和“测”的游戏化设计的主效应与二者的交互作用都不显著。对于消极情绪，“学”和“测”的游戏化设计主效应都不显著，二者的交互作用显著（F=6.303，p=0.013），简单效应分析发现，“学测一体”游戏化组的消极情绪显著高于“学”游戏化组（F=4.767，p=0.031）。外部认知负荷存在显著的组间差异（F=3.223，p=0.025），但内部和相关认知负荷无显著组间差异，仅有“学测一体”游戏化组的外部认知负荷显著低于无游戏化组（p=0.008，d=0.763）。对于外部认知负荷，“学”和“测”的游戏化设计主效应均显著（F=5.214，p=0.024；F=4.147，p=0.044），“学”和“测”的游戏化设计都能显著降低外部认知负荷（p=0.026；p=0.047），但二者的交互作用不显著；对于内部认知负荷，“测”的游戏化设计主效应边缘显著（F=3.375，p=0.069），“测”的游戏化设计边缘显著降低了学习者的内部认知负荷（p=0.068），“学”的游戏化设计主效应和二者的交互作用都不显著；对于相关认知负荷，“学”和“测”的游戏化设计以及二者的交互作用都不显著。学习满意度组间差异显著（F=3.385，p=0.021），但三个游戏化组与无游戏化组之间均无显著差异。“学”的游戏化设计主效应和二者交互作用都显著（F=4.514，p=0.036；F=5.461，p=0.021），“学”的游戏化设计可显著提高学习满意度（p=0.039），而“测”的游戏化设计主效应不显著。简单效应分析发现，在使用传统视频进行学习时，无游戏化组的学习满意度边缘显著高于“测”游戏化组（F=3.814，p=0.053）；在使用游戏化测评方式时，“学测一体”游戏化组的学习满意度显著高于“测”游戏化组（F=9.953，p=0.002）。（三）学习效果层面保持测试成绩不存在显著的组间差异。“学”的游戏化设计主效应不显著，“测”的游戏化主效应边缘显著（F=3.624，p=0.059），二者的交互作用不显著，“测”的游戏化设计能边缘显著提升保持测试成绩（p=0.06）。迁移测试成绩存在显著的组间差异（F=5.880，p=0.001），“测”游戏化组、“学测一体”游戏化组的迁移测试成绩分别边缘显著和显著高于无游戏化组（p=0.090，d=0.582；p0.001，d=1.010）。“学”的游戏化设计（F=8.564，p=0.004）与“测”的游戏化设计（F=9.