数字化游戏的学习支架设计与开发
这是一篇关于学习支架,游戏化学习,软件设计,教育游戏的论文, 主要内容为随着社会经济的快速发展,各种新鲜事物如雨后春笋般踊跃而出,同时也对教育工作者提出了更高的要求和挑战。教育者不仅仅承担着知识的传授者,更重要的是扮演着智慧启迪者的角色,不仅要将人类的文化精华系统的传授给学习者,更要帮助学习者学会学习,提高学习者的智力水平。游戏作为一种教育手段,也应当满足社会对教育的新要求,因此将学习支架引入教育游戏中,是推进游戏化学习理念在教育领域进一步发展的必要途径。 传统的教育游戏只是机械的呈现给学习者要学习的知识,没有重视学习支架的设计,缺少对学习者能力的培养和智力的开发。因此,将学习支架理念融入到数字化教育游戏的设计中具有不可估量的价值和意义。 本研究采用文献研究法、案例分析法、系统开发研究等教育研究方法,研究工作主要围绕以下几个方面展开: (1)数字化游戏的学习支架基础理论研究。在对学习支架的理论基础、基本概念、特征和作用深入分析的基础上,结合数字化教育游戏学习环境的特征,探索出数字化教育游戏的学习支架设计目标和原则。 (2)数字化游戏的学习支架的总体设计。通过对学习支架在数字化教育游戏的设计的可行性分析,并参照当前较为流行的教育游戏中学习支架的设计案例,确定了数字化教育游戏中学习支架的设计类型以及适合数字化教育游戏的学习支架表现形式。 (3)数字化教育游戏的学习支架的详细设计。结合在教学中学习支架的提供步骤和上述学习支架在游戏中的类型和表现形式,对数字化教育游戏的学习支架设计过程进行详细阐述。 (4)数字化教育游戏的学习支架实现。以上述数字化游戏学习支架设计理论为指导,结合所选教学内容,以Flash为开发平台,开发一款以学习支架设计为主体的教育游戏平台,并将其嵌套在以Dreamweaver为开发平台,使用HTML超文本标记语言设计并开发的游戏化学习网站中。 随着上述各项研究工作的逐步展开,本研究取得了以下几点显著的研究成果。 (1)本研究提出了数字化游戏的学习支架类型。整合学习支架基本理论、数字化教育的基本理论,从促进学习者学习的目的出发,结合数字化教育游戏的教学过程,提出了不同学习阶段应对学习者提供的学习支架类型,并分别对每种类型的学习支架的定义和功能进行了详细的阐述。 (2)本研究构建了数字化教育游戏的学习支架提供模型。结合学习支架基本理论,以及上述每类学习支架的功能和特征,构建了学习者在数字化教育游戏学习过程中学习支架的提供模型。 (3)本研究开发了数字化游戏的学习支架实例。以Macromedia Flash CS5.5与Dreamweaver8为开发平台,使用Action Script语言和HTML超文本标记语言进行数字化游戏平台及游戏网页的开发,以数字化游戏为载体,对学习支架进行了实例设计。 由于研究者的时间及技术开发能力有限,数字化游戏的学习支架设计和开发虽然能够体现最初的研究意图和思想,但是仍然存在许多问题和不足,未来的研究工作将围绕学习支架与数字化教育游戏的融合方式进一步完善展开。
基于Unity3D的教育游戏的设计与开发——以一年级《科学》课程为例
这是一篇关于教育游戏,游戏化学习,虚拟学习环境,小学科学,Unity3D的论文, 主要内容为当今世界,科学发现与技术创新不断涌现,为人类在更大范围、更深层次上认识并合理利用自然提供了可能。教育是培养新型技术人才的重要手段,将技术融合进教育教学能更加利于培养符合现代化的人才。我国2016年由教育部发布的《教育信息化“十三五”规划》中也明确提出了要提高教育信息化,实现探究性教学。教育游戏是将教育与游戏相融合的一种新型的教学方式。在游戏学习的过程中,学生可以从多角度思考问题,综合利用不同学科知识和技能解决问题,有效帮助学生明确科学的知识价值及应用领域。教育游戏的核心是在实践中学习,并未限制教育方法和教学手段,国家和教育研究人员鼓励运用科技工具或系统平台进行游戏学习,营造线上、线下融和的学习环境。基于游戏的学习消除了学习与游戏、正式学习与非正式学习的界限,能有效提高学生学习兴趣、沉浸感、自我效能感。在以技术为驱动的数字化学习环境中,游戏和各种新兴技术融合趋势明显,为教育游戏的发展提供了新思路。本研究的核心问题是在教育理念下基于Unity 3D的一年级科学课程游戏的设计与开发。笔者在阅读大量文献的基础上分析了“基于游戏的学习”、“教育游戏”、“科学游戏”、“小学科学”等研究现状,对研究现状进行评述并进行相关概念界定和理论分析。其次对国内外大型虚拟教育游戏及虚拟学习环境相关项目“Games-to-Teach”项目、“Teaching with Game”项目、Second Life进行案例分析,总结游戏化学习环境中知识内容、故事情节、游戏场景、任务模块整合的设计思路,并以认知发展理论、建构主义学习理论、沉浸理论、体验学习理论为中心指导理论,提出一年级科学课程的虚拟学习游戏的设计原则和策略。然后以该原则和策略画出游戏设计流程图和游戏开发流程图,再进行虚拟游戏环境的设计与实现,并对游戏进行测试和运行及实验。最后笔者通过对游戏设计开发的过程和游戏实验的反馈进行总结,分析游戏的发展前景及开发过程中的不足,希望能为其他进行相关游戏设计开发的研究做参考。
基于隐马尔科夫模型的游戏化学习行为建模研究
这是一篇关于在线学习,游戏化学习,学习行为建模,隐马尔科夫模型的论文, 主要内容为随着现代信息技术的发展我国教育信息化的程度也在不断提升,不仅MOOCs这类面向大众的在线学习平台得到迅猛发展而且越来越多的高校也推出了主要面向本校师生的在线课程或学习管理系统,在线学习既为学习者提供了更加丰富的学习资源又使学习者在学习上变得更加灵活,但在线学习存在着学习体验枯燥的问题,这便会对学习者学习的参与感和动机产生负面影响。不过近年来游戏化学习由于其在促进学习者学习的动机、参与度、协作和成效等方面的积极作用得到了许多研究者的关注,通过在学习中加入游戏化机制,我们可以创造一种类似游戏的沉浸感进而改善学习者的学习体验,对学习者的学习行为产生积极影响。学习行为建模作为一种新兴方法有利于拓宽我们对游戏化学习环境下学习者学习行为模式的理解,对此本研究以自行开发的学术读写系统为研究工具,同时以隐马尔科夫模型作为学习行为建模的技术支撑,主要进行的研究工作如下:首先,对游戏化学习和学习行为建模技术做了深入的介绍和分析,说明选择隐马尔科夫模型作为本研究技术支撑的原因,随后对隐马尔科夫模型中的三个基本问题和相对应的解决算法进行了详细说明后,针对本研究中面临的实际问题添加了比例因子也修正了重估公式,采用贝叶斯信息准则选取最优的模型隐状态数量,在模型参数估计中结合K-means算法进行模型优化,一定程度上改善了建模过程中Baum-Welch算法存在的收敛速度慢和易达成局部最优解的问题。其次,开发了一款辅助研究生文献阅读与写作课程教学的学术读写系统,结合游戏化学习理论设计出徽章、积分、排行榜三项游戏化机制并将其与学术读写系统相融合,该学术读写系统选择前后端分离的方式进行开发,其中前端采用React框架完成开发而后端则采用ThinkPHP框架完成开发,系统由文献搜索、文献阅读、论文撰写、课堂参与、同侪评论五大功能模块组成,在辅助学习者完成论文写作的同时通过系统中的游戏化机制提升学习者的学习动机和参与感。最后,以94名研究生一年级学生为实验对象通过学术读写系统采集了共21663条在线学习行为数据,基于隐马尔科夫模型分别构建了学习者在非游戏化学习环境下的学习行为模型和游戏化学习环境下的学习行为模型,通过对比分析结果表明游戏化学习阶段学生的学习积极性更高,同时在学习策略上与同伴进行了更多的社交互动,能借助同伴的意见帮助自己进行论文修改和自我反思。
材料质感与注意力的关系研究及其在游戏化设计中的应用
这是一篇关于材料质感,注意力,产品设计,舒尔特方格,游戏化学习的论文, 主要内容为新材料的发明及应用是人类社会不断向前发展的标志之一,每一种新材料的应用都会对工业产品等相关领域产生影响。众所周知,每一种材料都有其独一无二的质感,深入认识并恰当利用材料质感对设计出好的产品至关重要。所谓的质感是指材料表面的物理结构排列、色彩和纹理等固有特性,它是人们感知产品存在及其品质的重要途径。如果材料没有质感,人们将不能全面地感知产品的品质。因此,对材料质感的研究是产品设计的关键之一。产品设计的目的是促进人与外部环境的交互作用,方便人的衣食住行,提升生活品质。若希望合理利用材料质感提升体验,就需要在设计中考虑人的知觉感受,包括注意力、情绪、感知力等多个方面。本文基于认知心理学、材料质感研究以及产品设计方法论等,意在建立一种新的以提升产品的用户体验品质为目标的、实用的产品设计模型。首先,开展了材料质感研究;然后,对材料质感设计理论进行研究并建立了模型;最后,将材料质感研究成果及模型应用于具体的产品设计中,并对其进行了检验。本文主要的研究工作如下:1)以游戏化学习应用为平台,研究了用户模型。采用理论基础调研、目标用户访谈调研和用户画像建模等方法,为游戏化学习相关应用的开发建立用户模型,明晰产品定位和界面设计方向,同时也为将后文的设计模型应用于实际产品的设计中奠定基础。2)开展了材料质感与注意力关系的实验。通过对舒尔特方格法实验的结果进行统计分析,探索了注意力与材料表面粗糙程度的相关性;然后,通过问卷的形式,调查了用户的主观情感体验,并分析了用户的主观体验和材料表面粗糙程度的相关性。3)建立了基于材料质感与用户潜意识认知关系的设计模型。根据上一步的研究结果,结合现有的其它相关研究成果(主要包括颜色、明度、纹理等),总结出一套实现材料质感与用户认知相匹配的设计方法,利用多要素分析建立了材料质感关于用户潜意识认知的设计模型。4)在游戏化应用开发中对提出的设计模型进行了可用性测试。采用控制变量法,设立对照组,对学习效率进行了测试,测试结果表明根据本文设计模型改进的应用比原应用更有利于学习者集中注意力。
促进逻辑思维发展的手机教育游戏设计与开发
这是一篇关于逻辑思维,手机教育游戏,游戏化学习,教学设计的论文, 主要内容为近年来,逻辑思维能力的培养越来越受到教育工作者的重视。联合国教科文组织曾有一项研究,调查全球500多名有经验的教育工作者,请他们提出科学教育应有哪些重要目标。这项研究发现在16项目标中“发展学生的逻辑思维能力”排在第二位。在我国的第五届“素质教育与逻辑思维论坛”上明确建议增加逻辑思维能力考核在高考命题中的权重。因此,如何有效地培养学生的逻辑思维能力成为教育工作者关注的焦点。随着科技的发展,手机教育游戏逐渐深入到学生的学习生活中,手机教育游戏为学习者提供一种“玩中学”的环境和条件,结合手机设备的便捷性,能够让学习者在玩游戏的同时掌握知识、促进思维和培养能力。本研究以促进逻辑思维为目标,以手机教育游戏为载体,依据小学高年级科学课程中的食物链和食物网知识点,设计并开发了一款促进逻辑思维发展的手机教育游戏,使得学习者在体验游戏的时候潜移默化促进自身逻辑思维能力。本研究搜集和整理了大量国内外的相关文献,通过借鉴相关研究成果并结合实际,经过一系列研究工作取得了以下成果。1.本研究构建了手机教育游戏的教学设计框架。整合学习理论、教学设计理论、游戏设计理论以及逻辑思维等相关理论,从学习目标分析、学习者分析、游戏化学习情境设计和游戏任务设计出发,将教学设计、问题解决、逻辑思维过程相结合构建了促进逻辑思维发展的手机教育游戏的教学设计框架。2.设计并开发了促进逻辑思维发展的手机教育游戏。本研究在教学设计框架的指导下,对要开发的游戏进行了详细的分析,在此基础上设计并开发了《数独智力开发》案例游戏,并初步验证了游戏的可行性。鉴于研究者的时间和技术有限,手机教育游戏的设计与开发仍然存在许多问题和不足,未来的研究工作将围绕手机教育游戏的优化进一步展开。
培养学生科学素养的教育游戏设计与开发
这是一篇关于科学素养,教育游戏,教学策略,游戏化学习的论文, 主要内容为具有一定的科学素养,无论是对于国家利益还是对于个人的发展都具有十分重要的意义。现代社会条件下,国与国之间的竞争在于高科技实力之间的比拼,科学技术时时刻刻影响着国家的军事、教育、信息安全以及可持续发展。因此,提高国家公民的科学素养,是提高国家综合国力的一个重要途径。另一方面,科学技术对人类生活带来了巨大的进步和改善,科学的进步帮助人们生活现代化,帮助人们更客观的了解生活,了解社会;同时,是现代社会不可缺少的一个组成部分,人类生活的巨大进步和改善很大一部分是由科学技术的进步所带来的。因此正确认识科学,了解科学知识,具备科学的理念对每个公民来说都是必要的。公民科学素养的培养最基础的方式是通过教育实现,而教育主要的对象是学生,学生作为公民的一部分,其科学素养的提高明显更为重要。教育游戏作为现代教育技术中一个重要的研究领域,凭借其教育性与娱乐性相结合的优势,已经逐渐进入到课堂教学之中。专家学者普遍认为使用教育游戏进行教学不仅能够很好的激发学生学习兴趣,更能够体现学生的主体地位,增强学生在教学中的参与感。因此,本研究在分析学生科学素养培养的基础上,结合相关教学理论和教学内容,设计开发培养学生科学素养的教育游戏,分析使用教育游戏培养学生科学素养的优势所在。本研究中,主要做了以下几个方面的研究工作。第一,基本概念与理论的分析。对研究中涉及到相关概念、理论进行了梳理,分析了国内外对相关概念的研究。在此基础上,总结确定科学素养、教育游戏等概念内涵的在本研究的意义。第二,培养学生科学素养的教育游戏教学设计以及框架分析。对相关教育游戏案例进行分析的基础上,结合科学素养教育内容分析、特征分析,根据史密斯和雷根的教学设计框架,提出本研究中培养学生科学素养的教育游戏教学设计框架,并对框架进行分析,为教育游戏的开发提供支持。第三,培养学生科学素养的教育游戏实例的实现。根据前期理论分析、教学设计框架分析,提出培养学生科学素养的教育游戏脚本,以相关开发软件和技术完成教育游戏的实例。本研究基于文献梳理、模型建构等上述各项研究工作的开展,取得了以下三点突出的研究成果。第一,本研究对相关概念进行了界定与梳理,并分析总结了相关研究理论基础。第二,结合游戏开发的需要,分析了游戏的构成要素,游戏设计的前期准备,构建了教育游戏的教学设计框架。第三,结合利用教育游戏培养学生科学素养的理论分析基础和可行性分析,利用RPG Maker XP等软件,结合小学科学课程设计开发了教育游戏《植物王国》,并对应用效果进行的验证。由于现实条件的限制和本人在技术层面能力的不足。本研究虽然达到了预设的想法,但是仍然存在一些需要改进的地方。第一,本研究中教育游戏的开发选用的技术使常用的RPG Maker XP,虽然这款软件在制作游戏的过程中的可移植性、易操作性等都发挥了重大作用;但是由于本人技术的限制,关卡设计并不是非常理想,学生直观感受较差。第二,在游戏测试方面,由于现实条件的限制,本研究只在相对较小的范围进行了测试,并取得了理想的效果,但还需要扩大游戏的测试范围,进一步验证教育游戏的应用效果。
基于隐马尔科夫模型的游戏化学习行为建模研究
这是一篇关于在线学习,游戏化学习,学习行为建模,隐马尔科夫模型的论文, 主要内容为随着现代信息技术的发展我国教育信息化的程度也在不断提升,不仅MOOCs这类面向大众的在线学习平台得到迅猛发展而且越来越多的高校也推出了主要面向本校师生的在线课程或学习管理系统,在线学习既为学习者提供了更加丰富的学习资源又使学习者在学习上变得更加灵活,但在线学习存在着学习体验枯燥的问题,这便会对学习者学习的参与感和动机产生负面影响。不过近年来游戏化学习由于其在促进学习者学习的动机、参与度、协作和成效等方面的积极作用得到了许多研究者的关注,通过在学习中加入游戏化机制,我们可以创造一种类似游戏的沉浸感进而改善学习者的学习体验,对学习者的学习行为产生积极影响。学习行为建模作为一种新兴方法有利于拓宽我们对游戏化学习环境下学习者学习行为模式的理解,对此本研究以自行开发的学术读写系统为研究工具,同时以隐马尔科夫模型作为学习行为建模的技术支撑,主要进行的研究工作如下:首先,对游戏化学习和学习行为建模技术做了深入的介绍和分析,说明选择隐马尔科夫模型作为本研究技术支撑的原因,随后对隐马尔科夫模型中的三个基本问题和相对应的解决算法进行了详细说明后,针对本研究中面临的实际问题添加了比例因子也修正了重估公式,采用贝叶斯信息准则选取最优的模型隐状态数量,在模型参数估计中结合K-means算法进行模型优化,一定程度上改善了建模过程中Baum-Welch算法存在的收敛速度慢和易达成局部最优解的问题。其次,开发了一款辅助研究生文献阅读与写作课程教学的学术读写系统,结合游戏化学习理论设计出徽章、积分、排行榜三项游戏化机制并将其与学术读写系统相融合,该学术读写系统选择前后端分离的方式进行开发,其中前端采用React框架完成开发而后端则采用ThinkPHP框架完成开发,系统由文献搜索、文献阅读、论文撰写、课堂参与、同侪评论五大功能模块组成,在辅助学习者完成论文写作的同时通过系统中的游戏化机制提升学习者的学习动机和参与感。最后,以94名研究生一年级学生为实验对象通过学术读写系统采集了共21663条在线学习行为数据,基于隐马尔科夫模型分别构建了学习者在非游戏化学习环境下的学习行为模型和游戏化学习环境下的学习行为模型,通过对比分析结果表明游戏化学习阶段学生的学习积极性更高,同时在学习策略上与同伴进行了更多的社交互动,能借助同伴的意见帮助自己进行论文修改和自我反思。
基于隐马尔科夫模型的游戏化学习行为建模研究
这是一篇关于在线学习,游戏化学习,学习行为建模,隐马尔科夫模型的论文, 主要内容为随着现代信息技术的发展我国教育信息化的程度也在不断提升,不仅MOOCs这类面向大众的在线学习平台得到迅猛发展而且越来越多的高校也推出了主要面向本校师生的在线课程或学习管理系统,在线学习既为学习者提供了更加丰富的学习资源又使学习者在学习上变得更加灵活,但在线学习存在着学习体验枯燥的问题,这便会对学习者学习的参与感和动机产生负面影响。不过近年来游戏化学习由于其在促进学习者学习的动机、参与度、协作和成效等方面的积极作用得到了许多研究者的关注,通过在学习中加入游戏化机制,我们可以创造一种类似游戏的沉浸感进而改善学习者的学习体验,对学习者的学习行为产生积极影响。学习行为建模作为一种新兴方法有利于拓宽我们对游戏化学习环境下学习者学习行为模式的理解,对此本研究以自行开发的学术读写系统为研究工具,同时以隐马尔科夫模型作为学习行为建模的技术支撑,主要进行的研究工作如下:首先,对游戏化学习和学习行为建模技术做了深入的介绍和分析,说明选择隐马尔科夫模型作为本研究技术支撑的原因,随后对隐马尔科夫模型中的三个基本问题和相对应的解决算法进行了详细说明后,针对本研究中面临的实际问题添加了比例因子也修正了重估公式,采用贝叶斯信息准则选取最优的模型隐状态数量,在模型参数估计中结合K-means算法进行模型优化,一定程度上改善了建模过程中Baum-Welch算法存在的收敛速度慢和易达成局部最优解的问题。其次,开发了一款辅助研究生文献阅读与写作课程教学的学术读写系统,结合游戏化学习理论设计出徽章、积分、排行榜三项游戏化机制并将其与学术读写系统相融合,该学术读写系统选择前后端分离的方式进行开发,其中前端采用React框架完成开发而后端则采用ThinkPHP框架完成开发,系统由文献搜索、文献阅读、论文撰写、课堂参与、同侪评论五大功能模块组成,在辅助学习者完成论文写作的同时通过系统中的游戏化机制提升学习者的学习动机和参与感。最后,以94名研究生一年级学生为实验对象通过学术读写系统采集了共21663条在线学习行为数据,基于隐马尔科夫模型分别构建了学习者在非游戏化学习环境下的学习行为模型和游戏化学习环境下的学习行为模型,通过对比分析结果表明游戏化学习阶段学生的学习积极性更高,同时在学习策略上与同伴进行了更多的社交互动,能借助同伴的意见帮助自己进行论文修改和自我反思。
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