遊戲式學習在數學教育上的應用

本節將過去遊戲式學習在數學教育上的應用之相關研究分成兩個議題來探 討：數學遊戲設計與遊戲式學習在數學教育上的效益，分述如下：

一、數學遊戲設計

Klawe (1998)彙整了前人研究所設計的遊戲內容後，提出在設計遊戲以促 進數學學習時，可從以下幾點來思考：

1. 學習內容：學生的學習目標、單元、內容。

2. 學習活動：

（1）學生都希望在進行活動後能立即且頻繁地得到回饋，大部分學生 都不喜歡被動的活動（如：閱讀、聆聽、觀看）。

（2）多數成功的學習活動都是模仿現實生活中的活動（如：模擬情境、

問題解決、拼圖、小測驗、物體配對、創建文物、建立對話、冒險活動 及探索新環境），如果活動不能在現實生活中就使學生產生興趣，那就 算將活動改至電腦進行也不會使學生產生興趣。

（3）學習活動要明確的讓多數的學生都能成功地達成目標任務。

3. 概念的表徵：Klawe 指出這是最容易被忽略的部分。

（1）使用何種表徵方式相當重要，因為直接反映出想讓學生思考的內 容。

（2）在其他數學教材中要使用相同的表徵才能幫助學生轉換與整合在 不同模式下理解的內容。

4. 操弄概念與物件的介面

（1）直接概念操作(Direct Concept Manipulation)優於直接物件操作 (Direct Object Manipulation)，也就是直接融入活動中與概念直接互動，

會比操作那些用來說明概念的物件更有效。

（2）難操作的介面比直覺又簡單的介面更容易使學生專注，例如：若 想讓學生思考一個數值，用鍵盤輸入會比讓學生直接用滑鼠點更好。

5. 學習活動的瀏覽結構與順序

（1）學習活動應具有鷹架架構，讓學生能逐漸在活動中增加認知挑戰。

（2）大多數學生較喜歡能自由的選擇單元或關卡，較不喜歡被強制限 制關卡順序。

（3）當學生完成一個關卡後，使用一些問題來確認學生是否了解關鍵 概念是一個相當重要的步驟，當學生答對後，給予和學習主題相關的獎 勵，能有助於維持學生在學習活動中的專注力，也可給予一個含有錯誤 答案的問題，來幫助學生釐清所學的概念。

（4）學生在遊戲過程中可能會因遭遇困難而跳出遊戲，使學習被中斷，

因此維持學習進度的機制是必要的，讓學生可在下次遊戲時能繼續之前 的進度，不用再重新玩過於簡單的關卡。

6. 回饋與獎勵機制

（1）分數機制是重要的，能讓學生評量他們的成就。

（2）外在的獎勵機制有很多種形式（如：音效、動作、金錢、提供能 量或特殊功能的物品等），能有效增進學生的學習動機，且從很多研究 成果中可看出這些獎勵機制並不會減損學生既有的動機也不會降低學 習成效。

（3）不同的學生會受到不同獎勵的激勵，因此應設計多樣的獎勵系統，

以鼓勵進行學習活動的學生。

（4）隨機性的獎勵可以鼓勵學生持續進行遊戲或重複進行遊戲。

7. 娛樂元素（如：圖片、聲音、故事、角色及幽默）

活動中加入娛樂的元素遠比使用更高技術科技硬體重要，大部分的學生 都喜歡教育遊戲中有豐富的圖片、動畫與音效，若沒有這些元素，學生會 覺得乏味。市面上的商業遊戲有較高的技術與豐富的聲光效果，不過 Klawe

認為無須用太好的技術，只要運用得宜，學生就能得到滿足。 的影響 （張守端，民 94； Panoutsopoulos & Sampson, 2012; Ritzhaupt et al., 2011）。

以下研究者整理過去國內外學者專家使用遊戲式學習來促進數學概念之研究結

研究者 數學概念 研究對象 遊戲類型 測量變項 結果 Klawe (1998) 幾何 六年級 拼圖遊戲 學習成就

學習動機

正向

Panoutsopoulos and Sampson (2012)

在 Bai et al. (2012)、Kebritchi et al. (2010) 與 Ritzhaupt et al. (2011)的研究中 皆使用 Dimension M 此款數學遊戲來進行實驗，此遊戲為 3D 介面，能讓學生

高中生為對象實施 18 周的實驗之後，發現學生在學習成效有明顯進步，但在學 習動機上卻沒有顯著影響；接著 Ritzhaupt et al. 在 2011 年以國中生為對象實施 16 周的實驗之後，學生在學習態度與自我效能都有正向影響，但在學習成效卻 沒有顯著影響；而 Bai et al. 在 2012 年以國中生為對象實施 18 周的實驗後，學 生在學習成效有顯著的進步，且在學習動機的表現也有正向影響，Bai et al. 指 出過去研究認為學生普遍在數學難度增加時會不情願地學習，而此研究反應使 用遊戲式學習的學生在動機分數的差異上比一般學生明顯提升許多。

Rosas et al. 和 Shin et al.主要都是將遊戲定位在解決國小低年級生的加減 法問題，Rosas et al.在 2003 年的研究指出學生在歷經三個月的遊戲式學習後，

無論在數學學習成效或學習動機都有正向的影響，而 Shin et al.在 2011 年的研 究指出學生在 18 周的實驗之後，與 Rosas et al.的實驗相同都是在學習成效上有 顯著進步，另外在數學學習態度也有正向影響，除此之外，Shin et al.的研究更 是指出，學生每週使用遊戲的頻率越高，學習成效就越有顯著的進步。

Klawe (1998)以兩個遊戲來促進國小六年級生的幾何概念，其一為 Super Tangrams，是一種七巧板遊戲，學生須使用七塊不同形狀的板子排出遊戲中指 定的圖形，此遊戲學生操作自由度高，也可自己選擇難度關卡。其二為 Phoenix Quest，此遊戲主要有三種元素：故事、角色互動對話與數學小遊戲，兩種遊戲 在經過實驗之後，都能對學生的學習成效與學習動機產生正向的影響。

過去學者專家除了自己設計遊戲來幫助學生提升數學學習成效之外(Chang, Wu, Weng & Sung, 2012; Shin et al., 2011; Takaoka, Shimokawa, & Okamoto, 2011)，也有一些學者使用市面上的商業遊戲運用在課堂中(Panoutsopoulos &

Sampson, 2012 ;Yang, 2012)。Panoutsopoulos 與 Sampson 在 2012 年就使用模擬 市民 2-開店達人 (Sims 2–Open for Business)來促進國中生的數學問題解決能力，

雖然在實驗之後，學生的數學態度並沒有明顯進步，不過此研究指出使用商業 遊戲比一般教學更能達成以標準分類法 (standard taxonomies)定義的一般教育 目標 (general educational objectives)。