數位遊戲式學習

一、數位遊戲式學習

遊戲應用於教育領域漸漸受到關注，過去幾年已有研究將遊戲跟教育結合應 用在各個學科上，且研究顯示，使用遊戲學習比課堂教學更加有趣，且能提升教 學效果 (Chang, Peng, & Chao, 2010; Randel et al., 1992)。好的教育遊戲除了可以 提供學習者好的學習環境外，同時也可兼顧到娛樂性 (Gee, 2003)。其中讓學生沉 浸於學習中是遊戲式學習重要的元素，因此於設計教育遊戲時，除了教材內容外，

也需要兼顧到遊戲的娛樂性，如此才能讓學習者沉浸於遊戲當中學習 (Rodríguez, Cheng, & Basu, 2007)。因此在設計教育遊戲前，需了解遊戲的特性，Prensky（2007) 根據數位遊戲的特性，提出數位遊戲本身所具有的特色，這些特色能夠吸引使用 者投入其中，敘述如下：

1. 娛樂性 (Fun)：遊戲提供具有娛樂的環境，讓學習者在遊戲過程中感 到樂趣和愉快。

2. 遊戲性 (Play)：遊戲具有遊戲性的特質。帶給學習者強烈進行遊戲的 動機和高度的樂趣。

3. 規則性 (Rules)：給予玩家能夠遵循的結構，使學習者容易組織遊戲內 容，透過實地進行遊戲，並和遊戲產生互動。

4. 目標性 (Goals)：遊戲中具體的目標任務，可明確的指引學習者進行遊 戲。

5. 人機互動性 (Interactive)：遊戲設計介面，給予玩家自由操作的彈性。

6. 結果與回饋 (Outcomes and feedback)：遊戲給予不同的結果與回饋，

讓學習者從中獲得知識概念。

7. 適性化 (Adaptive)：遊戲設計可依學習者的能力不同，給予不同的適 當的任務，具適應性。

8. 勝利感 (Win states)：在進行遊戲中，學習者獲致成功經驗，提供學習

者自我滿足感。

9. 衝突、競爭性與挑戰性 (Conflict/ Competition/ Challenge)：使學習者 在遊戲過程中感受到興奮 (adrenaline)。

10. 問題解決 (Problem solving)：遊戲情境中，設置問題，激發學習者創 造力。

11. 社會互動 (Interaction)：讓學習者間組成遊戲社群，於遊戲世界和現實 中產生互動。

12. 圖像與情節性 (Representation and story)：透過圖像和故事情境，使學 習者從中獲致情感。

藉由以上的特性，引發學生對遊戲的內在動機，讓學生沉浸在遊戲中進行 學習，達到教育目標（Prensky, 2007)。但不能確定每個學生都能藉由遊戲引發 他們的學習動機，Whitton (2007) 探討高等教育中使用電腦遊戲是否可以引起 學生的動機，結果顯示，部分學生在遊戲過程中會引發學習動機，但一些學生 並沒有，然而，即使這些沒有因遊戲引發內在動機的學生，對於使用遊戲是否 對於學習是有幫助的態度仍是正向的。

雖然遊戲的特性或許可引起學習者的興趣，但若過於著重於遊戲部分則容 易忽略學習的本質，並且可能造成學習者認知上的負荷，反之，若過於著重學 習部分，則無法因起學生的興趣，因此在設計教育遊戲時，需要同時兼顧到娛 樂性與教育性 (Adams, 2005; Cheng et al., 2009)。並根據不同的課程內容，設計 適合的遊戲類型 (Weng et al., 2010)。

二、數位遊戲式學習與電腦科學教學

電腦科學在目前教育上並非主要學習科目，課堂上主要學習資訊素養和應 用軟體能力，並不著重於程式設計的學習，也因程式設計常讓初學者在學習上 覺得困難和具有挑戰性，因其概念抽象且較難以想像、不熟悉的符號和語法邏 輯，以及基於文字編輯的介面，造成學習上的障礙和焦慮 (Tan & Seng, 2010;

Wu, Chang, & He, 2010)。且學生認為程式語言內容較理論化，難以理解，且覺 得較枯燥乏味，而造成學系意願較低（莊雅茹，民 83）。沈碧麗（民，94）的 研究指出，目前高職學生缺乏主動學習的態度，教師若不給予壓力，通常學生 也就不會主動學習，學習的動力很差，為了吸引學生更有興趣投入課堂中的學 習，應在課程內容、範例、作業設計上與生活應用相結合，以激發學生的學習 動機，且學生動手操作很重要，實際操作可以使學習更深刻。為解決上述的問 題，會使用不同的策略方式，傳統教學上主要以「做中學」為重點，使用高互 動的視覺程式工具教學，利用簡單的語法去訓練初學者邏輯思考和問題解決能 力 (Wu et al., 2010)。目前有研究使用配對程式、機器人等方式輔助學生學習，

或者使用遊戲式學習等策略。其中數位遊戲逐漸被應用於電腦科學中，且根據 不同的學習目的，遊戲的用途也有不同的使用方式。Wallace, McCartney, and Russell (2010)基於遊戲如何被使用於電腦科學中，提出以下的四種方式：

1. 學生藉由實作完整的遊戲來學習：此方法，學習者藉由創造一個具有完整 功能的遊戲來學習程式設計。例如 Cagiltay (2007) 於課堂中讓大學生開發 遊戲，研究顯示學生有高度的動機，學生會花很多時間在應用新的想法去 設計遊戲，和探索可能於開發中用到的技術。

2. 學生藉由撰寫遊戲某個關鍵功能完成遊戲：教學者提供學習者一個近似完 整的遊戲或是缺乏某種特定元素，而學生需撰寫這些缺乏的部分來完成整 個遊戲。此方法並不是著重於實作遊戲，而是希望學生能實作出特定的資 料結構或演算法。例如 Jiau, Chen, and Ssu (2009) 利用模擬遊戲讓大學生 可以撰寫程式更改遊戲策略，並在遊戲結束提供一組指標，讓學生們願意

在這遊戲的環境裡積極探索，不僅在這遊戲式任務裡有樂趣，而且還主動 練習高階的程式技能。

3. 學生藉由撰寫程式碼讓遊戲中的角色進行遊戲：此方法通常應用於 AI 課 程，例如寫一個可以解決猜謎遊戲的程式。

4. 學生藉由教育遊戲學習：此方法讓學習者在教育遊戲的情境脈絡中學習。

此種寓教於樂的軟體，學習者的動機是最基本的，但比起其他學科，此種 方法較少應用於電腦科學教育中。

大部份使用遊戲相關的研究顯示都是正向的，只是遊戲使用方式不同，且 研究皆顯示學習者有高度的動機 (Wallace et al., 2010)。目前為止創造遊戲為最 常用來幫助學生學習程式設計和概念，並且許多研究開發視覺化工具來輔助學 習，學生藉由創造遊戲過程學習程式設計，幫助學生學習抽象概念，並可同時 訓練學生的設計思維，目前的輔助學習工具有 MOOSE Crossing、Greenfoot 、 Logo、Scratch、StarLogo TNG、Alice、Rapunsel、Toontalk、StageCast Creator 和 Game Maker 等工具 (Hayes & Games, 2008)。

然而，較少有使用教育遊戲於電腦科學中學習。不過仍有一些研究使用教 育遊戲於電腦科學中，如表 2-2 所示。Papastergiou (2009) 利用闖關遊戲

「LearnMem1」，讓高中生學習電腦記憶體的概念，根據 88 位高中生的前後測 結果發現，利用闖關遊戲學習的學生，比使用網頁學習的學生，在記憶體概念 學習上有顯著的成效，且有正向的學習態度，根據測驗和問卷分析結果得知，

教育電腦遊戲適合被使用在高中 CS 課程的學習內容。Weng et al. (2010) 讓國 中生使用 Scratch 調整遊戲規則，藉此觀察其變化，並於遊戲過程中進而理解布 林邏輯概念，而且實驗結果顯示，其成效確實優於使用傳統教學的學生，並且 學生會沉浸於其中跟同儕和老師進行熱烈討論。Tan and Seng (2010)使用益智遊 戲「Tower of Cubes」讓大學生學習堆疊陣列概念，根據預試結果顯示，學習者 有正向的學習態度，使用遊戲式學習可以幫助理工程度的學生學習和了解抽象 的程式概念，像是資料結構，且遊戲式學習提供一個無威脅的圖像和視覺學習

環境，為學習者提供一個積極和愉快的學習經驗，以及鼓勵學習者主動學習。

由上述研究可得知，遊戲在輔助電腦科學學習上是有幫助的。然而不同單 元有不同呈現方式，因此學習遊戲類型的設計可能是未來應用上必須考量的議 題 (Weng et al., 2010)。

表 2-2

電腦科學學習遊戲實例

學科內容 遊戲名稱 遊戲類型 參與對象 結果

電腦記憶體概念 LearnMem1 闖關 高中生

(1) 學習成效提升 (2) 學習態度正向

程式設計

Resource Craft

模擬 大學生

(1) 學習成效提升 (2) 學習態度正向

堆疊陣列

Tower of Cubes

益智 大學生 學習態度正向

布林邏輯 Pac Man 動作 國中生 學習成效提升