【摘要】教育游戲在提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和課堂關(guān)注度上有著重要作用，但是目前許多教育游戲開發(fā)者和教師之間缺乏有效溝通，導(dǎo)致不能直接用到課堂教學(xué)中。教師作為教學(xué)的主體，開發(fā)設(shè)計適合自己課堂使用的游戲也是其教育信息化水平的重要體現(xiàn)。本文從現(xiàn)有教育游戲現(xiàn)狀出發(fā)，以蘇教版小學(xué)四年級“觀察物體”單元教學(xué)為載體，通過游戲開發(fā)引擎設(shè)計開發(fā)出適合課堂使用的數(shù)學(xué)教育游戲，并且將之應(yīng)用到實際教學(xué)中，幫助該階段學(xué)生形成相應(yīng)的空間觀念。【關(guān)鍵詞】教育游戲；游戲開發(fā)；數(shù)學(xué)；空間觀念引言《中共中央國務(wù)院關(guān)于全面深化新時代教師隊伍建設(shè)改革的意見》指出，到2035年教師的綜合業(yè)務(wù)能力得到快速提高，主要體現(xiàn)在對信息的接收能力、對人工智能等新技術(shù)的應(yīng)用能力等方面[1]。面對這樣的革新時代，教育行業(yè)對教師能力要求也越來越高，教師教育技術(shù)能力已經(jīng)成為教師職業(yè)素質(zhì)的重要組成部分[2]。資源、服務(wù)和環(huán)境支持工具等因互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而面向教師群體，因此，教育與技術(shù)是密不可分的，它們使得教育變得更加容易[3]。教育游戲作為教育信息化的重要組成部分，也在悄然改變著教育方式和教學(xué)環(huán)境。教育游戲已經(jīng)被證實可以激活學(xué)生的心智能力，提高他們學(xué)習(xí)的積極性，從而加深對所學(xué)主題的理解，并將學(xué)習(xí)效果由游戲遷移到相關(guān)教學(xué)目標(biāo)上[4]。空間觀念是數(shù)學(xué)十大核心素養(yǎng)之一，空間想象能力則是小學(xué)生必不可少的能力。四年級和五年級的學(xué)生處在可逆性思維發(fā)展學(xué)段，但這個時期學(xué)生依舊需要在具體形象中進行邏輯和群集運算。實際上，空間想象能力需要若干細(xì)化能力的支撐，可視化能力和幾何抽象就是其中重要的一環(huán)。教育技術(shù)通過可視化虛擬場景，能夠幫助學(xué)生形成空間觀念。但目前市場化的游戲往往很難走進課堂，開發(fā)者出于盈利目的也會插入廣告等，并且開發(fā)者與課堂教學(xué)者之間缺乏有效溝通，兩者考慮的維度也并不一致。因此，本文以蘇教版小學(xué)四年級“觀察物體”單元教學(xué)為載體，設(shè)計適合課堂教學(xué)的教育游戲，并且將之應(yīng)用到實際教學(xué)中。本文主要目的在于通過Unity3D游戲開發(fā)軟件，開發(fā)適合培養(yǎng)小學(xué)生空間觀念的數(shù)學(xué)教育游戲，該款游戲開發(fā)后可以真實有效地運用于實際課堂教學(xué)中，并對教學(xué)提供一定幫助。數(shù)學(xué)課堂教育游戲?qū)嶋H應(yīng)用現(xiàn)狀1.游戲應(yīng)用偏向低學(xué)段教育游戲可以提高學(xué)生的思維、創(chuàng)造力和保留信息的能力，能提高學(xué)生課堂參與度和學(xué)習(xí)效率。目前，學(xué)科類教育游戲已經(jīng)逐漸步入正軌，但針對中小學(xué)數(shù)學(xué)課堂的教育游戲并不多。目前市面上教師能夠上手開發(fā)的教育游戲軟件寥寥無幾，一方面是軟件開發(fā)難易度問題，另一方面大部分游戲開發(fā)存在技術(shù)壁壘，游戲開發(fā)語言需要開發(fā)者有一定的C語言基礎(chǔ)，入門者學(xué)習(xí)起來相對困難。類似希沃課件等一些2D游戲又多以圖文形式呈現(xiàn)，并不需要開發(fā)者掌握開發(fā)語言。文字游戲并不適合小學(xué)高學(xué)段的數(shù)學(xué)教學(xué)，而是需要一些虛擬現(xiàn)實技術(shù)的支持，這些往往需要教師掌握開發(fā)語言。高學(xué)段偏向理性分析，教育游戲需要沉浸式、場景化等方式幫助理解，而現(xiàn)有的游戲公司很難從中獲利，雖然教育游戲有著龐大的市場，但游戲公司看不到盈利的模式，也就無心顧及。沒有成規(guī)模的產(chǎn)學(xué)合作也是制約教育游戲發(fā)展的一個主要因素。2.游戲性與學(xué)習(xí)性平衡度難以控制當(dāng)游戲性過重時，教師會因為難以把控課堂秩序而煩惱，而學(xué)習(xí)性過強時往往就會使得教育游戲變得過于嚴(yán)肅。實際上，現(xiàn)有的教育游戲也都面臨著這樣的問題，如金山打字游戲已被應(yīng)用很多年，但也僅限于信息科技課上的練習(xí)使用。交互性過強的游戲也很難走進課堂，課堂40分鐘的時間，新課知識點的講授往往就10多分鐘，如果有游戲能夠走進課堂也僅在引入或課堂練習(xí)中使用，可以當(dāng)作調(diào)節(jié)課堂氣氛的工具。教育游戲是一種有意義的教育活動，它包括教師為了服務(wù)于情感和教育認(rèn)知目標(biāo)而遵循的某些行為和某些規(guī)則，它們旨在幫助學(xué)生在寓教于樂的環(huán)境中學(xué)習(xí)一項技能，或達成某些教育目標(biāo)。教育游戲的主要目的在于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)生對學(xué)科問題進行思考，減少課堂中教師的絕對主導(dǎo)，使得課堂中學(xué)生自主學(xué)習(xí)得以實現(xiàn)。課堂中想要學(xué)生主動學(xué)習(xí)，需要做到“讓學(xué)”與“引思”，兩者都需要讓學(xué)生主動自發(fā)地進行學(xué)習(xí)，注重學(xué)生在課堂中的主體地位，并在這個學(xué)習(xí)過程中掌握真實有效的知識。學(xué)生是否真正實現(xiàn)課堂的主體地位是每一個教師都要回答的問題，新課改以來一直強調(diào)學(xué)生的主體地位，轉(zhuǎn)變以往的教師主導(dǎo)教學(xué)形式。但是現(xiàn)實教學(xué)過程中，受限于現(xiàn)有的教學(xué)與現(xiàn)實壓力，許多教師不愿嘗試也不敢嘗試給與學(xué)生過多的課堂自主權(quán)，而牢牢掌控著課堂和教學(xué)進度。因此，“游戲教學(xué)中主體是誰”是游戲開發(fā)者不可回避的一個問題，而控制好教育性和娛樂性之間的平衡是開發(fā)教育游戲的關(guān)鍵所在。3.教育游戲評價不一在游戲設(shè)計前，筆者對本單位五名不同教齡的數(shù)學(xué)教師進行了訪談，通過訪談可以看出目前教師對于教育游戲的教學(xué)認(rèn)知并不一致，教齡越大的教師對于游戲的使用越慎重。4名教師分別是教齡5年內(nèi)一名，教齡5到10年一名，教齡10年到15年一名，教齡15年以上1名。兩名10年教齡以上老教師表示對游戲化教學(xué)并沒有異議，但對教育游戲有一定的看法；26年教齡的金老師表示家里親戚有沉迷游戲毀掉學(xué)業(yè)的情況。當(dāng)我提出：“在有人開發(fā)好游戲基礎(chǔ)上，您會在自己課堂上使用教育游戲嗎？”金老師表示：“從我?guī)煂．厴I(yè)到現(xiàn)在，工作有26年時間，這一過程也是一個學(xué)習(xí)的過程，最早我們還是油墨打印，現(xiàn)在技術(shù)更新很方便，當(dāng)然我們這些老教師在技術(shù)學(xué)習(xí)上肯定是不如你們年輕人。但我也會根據(jù)課堂的需要去下載和制作一些課件和視頻等。對教育游戲我自己本身不是很了解，并且當(dāng)我看到一些學(xué)生和家里親戚的小孩沉迷于網(wǎng)絡(luò)游戲毀掉自己的學(xué)業(yè)時，我對這些電子游戲有點‘偏見。”面對同樣的問題，有著4年工作經(jīng)驗的戴老師有著不一樣的回答，他碩士畢業(yè)于南京師范大學(xué)音樂學(xué)專業(yè)，他表示：“我自己上小學(xué)就接觸電子游戲，從街機三國到高中時候互聯(lián)網(wǎng)的普及，我自己會玩一些網(wǎng)游。你提到的沉浸理論在我看來可以很好地解釋游戲上癮這一問題，但實際上類似抖音這些短視頻也有著相似的情況。現(xiàn)在市場上游戲有很多，但是打開手機或者電腦的應(yīng)用市場很難發(fā)現(xiàn)可以免費使用的教育游戲，為了上一節(jié)課再額外花錢我肯定不愿意。”當(dāng)問及會不會使用網(wǎng)絡(luò)課件時，13年教齡的數(shù)學(xué)教研組組長周老師做了一些補充：“其實我們學(xué)校在融入新課改的理念上還是比較靠前，同時對于教師的信息化能力提升工作也有所展開，每年校本培訓(xùn)和地方培訓(xùn)都有所涉及。”對于在有游戲的前提下您會使用游戲進行授課這一問題，今年工作第八年的楊老師被評為蘇州市教學(xué)能手，她表示：“在一、二年級使用游戲是一個好的手段，在提高學(xué)生課堂關(guān)注度上效果會比較明顯，實際上小學(xué)生的課堂需要教師的指令，而游戲過程中穿插教學(xué)任務(wù)會使得課堂教學(xué)更加容易一些。現(xiàn)在希沃上設(shè)計游戲也方便一些，加入一些競爭性的競猜活動，課堂吸引度明顯不一樣。在學(xué)習(xí)‘方位時我就借助了中國象棋這樣的傳統(tǒng)游戲，也可以是電子象棋游戲。所以無論電子游戲還是傳統(tǒng)游戲，游戲化都會吸引學(xué)生的目光。但到了高年級一般就不會采用游戲的方式，高年級的數(shù)學(xué)重在邏輯思維，需要安靜地思考，外界太過嘈雜反而不利于課堂開展。”從上述可以看出，不同教齡的教師對教育游戲的看法并不一致，但他們對于免費、可用這樣的標(biāo)簽的教育游戲是比較歡迎的，而且教師喜歡當(dāng)應(yīng)用者而不是開發(fā)者，自身的身份定位也大部分局限于使用者上。小學(xué)數(shù)學(xué)教育游戲制作1.游戲制作背景分析本文游戲開發(fā)內(nèi)容來源于小學(xué)四年級蘇教版數(shù)學(xué)第三單元“觀察物體”。從蘇教版教材內(nèi)容來看，本單元共四節(jié)內(nèi)容：一是從前面、右面和上面觀察物體；二是觀察由幾個正方體擺成的長方體和正方體；三是觀察由幾個正方體擺成的組合體；四是觀察物體練習(xí)。從教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)重難點來看，本單元教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生能辨析從不同位置看到的物體形狀，通過觀察簡單物體組合，學(xué)生辨認(rèn)相應(yīng)的視圖，體會物體的相對位置關(guān)系。教學(xué)重難點在于體驗從不同位置、不同角度觀察物體所看到的形狀可能是不一樣的。重點放在引導(dǎo)學(xué)生從不同方位觀察物體，初步培養(yǎng)學(xué)生的空間觀念。從教學(xué)目標(biāo)來看，通過本單元學(xué)習(xí)后，學(xué)生能夠通過自己的觀察和實踐操作認(rèn)識不同位置。從學(xué)生實際學(xué)情來看，學(xué)生在以前的課程中已經(jīng)學(xué)過相應(yīng)的內(nèi)容，但理解物體之間的位置關(guān)系和空間想象的能力還不夠強，所以在教學(xué)這部分內(nèi)容時教師需要引導(dǎo)學(xué)生通過操作活動提高學(xué)習(xí)興趣，在活動中認(rèn)真觀察后作出分析判斷。本單元是學(xué)生第一次接觸三視圖，也是學(xué)生實現(xiàn)二維和三維（平面和立體圖形）之間轉(zhuǎn)換的初步開始，通過本單元的學(xué)習(xí)能夠使學(xué)生形成一定的空間觀念。2.游戲內(nèi)容設(shè)計游戲分為仿真實驗和操作游戲兩個部分。仿真實驗是基于教材設(shè)計的正方形物體和幾個正方形組合物體，通過腳本實現(xiàn)控制方向的轉(zhuǎn)動，通過相機觀察不同方向物體的形狀。游戲則分為兩個模塊，一是連連看，二是九宮消消樂。連連看：下面是由7個同樣大的正方體擺成的幾何體，觀察該幾何體，從前面、右面、上面分別看到什么樣的圖形？連連看！此處以人物說話的方式出現(xiàn)，當(dāng)提示NPC（非玩家控制角色）出現(xiàn)后播放上述文字聲音。連連看游戲主要是對學(xué)生是否掌握一個組合體與其三個視角的平面圖對應(yīng)關(guān)系的考查。消消樂：消消樂游戲首先出現(xiàn)“勇士你好，歡迎來到藏有寶藏的九宮島，你只有根據(jù)要求選出相同的三項才能完成任務(wù)，獲得寶藏線索哦”。進入游戲畫面后出現(xiàn)這樣的語音提示。（用人物對話形式展現(xiàn)題目）通過出現(xiàn)NPC對話和對話框，隨后進行游戲選項，當(dāng)正確選擇三個選項就會觸發(fā)闖關(guān)成功的信息，跳出一個寶藏鑰匙圖案。雖然此時出現(xiàn)組合體的形狀不一樣，但是從不同視角觀看下去會有相同平面圖，這其實是考察學(xué)生的觀察能力，并要求在規(guī)定時間內(nèi)完成，這對學(xué)生有一定的挑戰(zhàn)。游戲?qū)嶋H開發(fā)會和游戲設(shè)計有一定差別，因為在設(shè)計過程中并未考慮實際開發(fā)的難度以及開發(fā)的時間成本等，本文作為自行開發(fā)游戲，開發(fā)出來的游戲需要考慮在課堂上的應(yīng)用情況，簡潔易操作是關(guān)鍵，開發(fā)實踐也是考慮的重要因素。因此在實際開發(fā)中更多地會考慮可操作性和時間成本，開發(fā)游戲遵照從簡、從便原則。3.游戲?qū)嶋H開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)正方體組合仿真設(shè)置：仿真正方體可以通過軟件自帶的Cube設(shè)立，通過復(fù)制操作，組合成自己想要的正方體組合，并且選擇自己喜歡的顏色，組成不同顏色的組合體。場景一：界面中添加三個文本框，添加文字前面、右面、上面；添加腳本，當(dāng)鼠標(biāo)點擊文本框時可以實現(xiàn)轉(zhuǎn)向相應(yīng)面的操作，在攝像機下視角相應(yīng)面呈現(xiàn)的是平面視角。添加NPC人物對話，加入對話文本框：從正面可以觀察到什么？添加下一關(guān)按鈕，當(dāng)點擊后會跳到下一個scene（場景）。或者點擊觀察正面后NPC對話消失，玩家完成相應(yīng)操作后，點擊下一關(guān)進入下一個場景。場景二設(shè)置與場景一有些許不同，設(shè)置了X軸、Y軸、重置三個文本框按鈕代替前面、右面、上面。實現(xiàn)的功能也與場景一不一樣。場景二通過點擊X軸按鈕，實現(xiàn)組合體繞X軸轉(zhuǎn)動，點擊Y軸實現(xiàn)組合體繞Y軸轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動過程中，并未設(shè)置相機跟隨，所以能夠通過相機觀看到轉(zhuǎn)動的情況。場景三則與場景一類似，但是組合體顏色發(fā)生了變化，這也是為了課堂教學(xué)過程中與學(xué)習(xí)單相結(jié)合的需要，通過不同顏色的正方體組合體，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)單上畫出相應(yīng)的平面圖并涂上顏色。場景四和場景二類似，也是與學(xué)習(xí)單相結(jié)合的方式，只是顏色發(fā)生了變化，在實際課堂上就可以結(jié)合學(xué)習(xí)單，讓一位學(xué)生自行操作后，其他學(xué)生在學(xué)習(xí)單上畫出相應(yīng)的視角平面圖。游戲操作設(shè)置：游戲分為連連看游戲和三消游戲兩個模塊，每個模塊游戲規(guī)則并不一致，設(shè)置的內(nèi)容上存在差異，難度也不一致，對學(xué)生考查側(cè)重點不一樣。連連看設(shè)置了40個圖片，采取8×5的陣容，每行8個，一共5行。圖片當(dāng)中有組合體也有相應(yīng)單獨面視角的平面圖，通過點擊兩個相同的會使得消掉相應(yīng)圖片，當(dāng)然規(guī)則和普通連連看游戲一樣，中間不能有阻礙圖片，不能有遮擋物的存在。每消掉一對就可以增加2秒的時間，游戲一開始設(shè)置40秒的時長，因此需要玩家眼疾手快。游戲設(shè)置了退出游戲和返回游戲按鈕（圖1），當(dāng)課堂中有突發(fā)情況的時候，可以暫停，點擊返回游戲可以重新回到暫停前游戲畫面。通過本游戲一方面能夠使得課堂教學(xué)變得更加有樂趣，另一方面，光靠仿真實驗并不能完全調(diào)動學(xué)生的積極性，而時間設(shè)置和小組競賽機制實際上就增加了難度和競爭機制，這有利于沉浸理論的實現(xiàn)。點擊右上角的小手標(biāo)志就會出現(xiàn)如圖1所示的菜單欄，這可以防止突發(fā)情況的出現(xiàn)。三消游戲圖片和連連看一致，這樣就可以節(jié)省開發(fā)時間，但游戲規(guī)則和連連看并不一致。頁面布局上采取8×8形式，圖片變得更小，學(xué)生需要觀察得更加仔細(xì)。時間設(shè)置上是設(shè)置了60秒的時長，因為三消需要調(diào)動前后左右位置，觀察難度要比連連看更大。增加了時間按鈕等，當(dāng)消掉時間按鈕時可以增加5秒時間，每消掉一組（三個）可以增加2秒的時長。時間顯示也不再采取進度條，而是采取倒數(shù)數(shù)字讀秒形式，直接顯示時間的數(shù)字，讓學(xué)生能夠更加直觀感受到自己所剩的時間，從而增加游戲的刺激程度。游戲結(jié)束后，會跳出成績，點擊“退出”按鈕就結(jié)束游戲，教師可以根據(jù)學(xué)生的成績進行實際獎勵，實物的獎勵會使得課堂效果更好，沉浸效果更加明顯。在實際上課過程中，進行到最后一項的三消游戲時，學(xué)生的積極性實際已經(jīng)被完全調(diào)動起來，前一個連連看游戲已經(jīng)將學(xué)生的目光聚集到游戲中，已經(jīng)能夠達到沉浸理論的要求。當(dāng)游戲的時間為0的時候，游戲就結(jié)束了，這時候跳出游戲結(jié)束畫面，并出示玩家的游戲分?jǐn)?shù)，學(xué)生可以點擊“關(guān)掉”游戲也可以選擇點擊“退出”按鈕，點擊“退出”就會回到最初的場景一，點擊“關(guān)掉”則從新回到連連看和三消游戲的選擇畫面。具體游戲結(jié)束畫面如圖2所示。圖2三消游戲結(jié)束畫面結(jié)語本游戲開發(fā)過程中因為時間和開發(fā)成本問題，采用了比較簡潔的方式，游戲仿真并未用其他軟件進行渲染。受限于個人技術(shù)問題，采取了市面上最常見的連連看和三消游戲。游戲開發(fā)與最