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。

基于乡土资源的农村小学科学项目化学习设计与实践探索

这是一篇关于乡土资源,农村小学,小学科学,项目化学习的论文, 主要内容为在教育现代化和新课程改革的背景下,小学科学教育被赋予新的使命,要求广大教师充分发挥学科价值及优势,注重对学生学习能力的培养,不断提高课堂教学效率,更好地培养学生的学科核心素养。项目化学习是转变教学方式,推动课堂转型,深化教育改革的重要方式。在小学科学教学中融合项目化学习,有助于提供更好的学习平台。而相较于城市学校,农村尤其是偏远地区的小学科学项目化学习的开展受教师教育理念、教学资源等限制,现有教学形式相对单一、缺乏系统化理论指导。充分挖掘农村丰富的乡土资源,将其运用于科学项目化学习中,可以帮助解决目前农村小学科学教育存在的教学与实际生活脱节、学生科学学习兴趣不高、教师教学方法单一等问题,从而体现科学学科综合性、实践性的特点。本研究以“基于乡土资源的农村小学科学项目化学习”为出发点,选择农村小学学生作为研究对象,以H镇为例,对其进行乡土资源的梳理和筛选。基于对乡土资源的开发,设计和实施一系列的项目化学习活动,期望能够改变农村小学科学的教学现状,从而提高学生的科学核心素养。同时,也为乡土资源用于项目化学习活动的设计与实施提出了一些可行的应用策略。首先,对选题背景、研究目的和意义及相关核心概念进行了分析,并对乡土资源在课程中的应用情况、国内外小学科学课程发展以及项目化学习发展现状进行综述。其次,为了解农村小学科学教学现状,开展教师和学生的双向差异化调研。在此基础上,进行乡土资源对小学科学教学的适配性与可行性分析,并完成与课程教材相关的乡土资源梳理与开发。最后,根据《义务教育科学课程标准(2022年版)》,基于H镇现有的乡土资源,结合教材内容的特点,开发项目化学习内容。选择“菊花茶”、“载人小船横渡芹江”这两个项目化学习活动进行设计与实施。在教学过程中,对学生的学习状况进行观察,并适时地展开教学反思。利用前后两次对学生的问卷调查与访谈的结果,评估并总结了科学教学中开展项目化学习的实践成果和实施建议。教材不是学生的整个世界,整个世界才是学生需要学习的教材。教师不应只停留在知识表面,更需要带领学生真正走进科学,发现自然之美,这样才能实现农村科学教育的飞跃发展。

体验探究式小学科学教育游戏的设计与开发

这是一篇关于体验探究式,小学科学,教育游戏,Unity3D,科学素养的论文, 主要内容为教育目标的实现有多种方法,教育游戏是其中一种方法。其以游戏为载体媒介,实现个体文化的活动,增加人们的知识和技能的培养。教学内容在设计与开发教育游戏时以游戏任务的形式体现,因此,学生可以在玩游戏这种相对放松的环境中高效掌握知识。小学科学课程以学生自主探究为主要教学模式,需要大量的实验教学,需要学生亲自参加和实践,以提高学生的科学能力。然而,在实际教学中,教师教学照本宣科的现象普遍存在,师资的缺乏和科学实验条件问题,让科学课处于尴尬的境地。针对上述问题,以科学课程培养目标为指导,将教育游戏和科学课程融合,结合体验学习,教学系统设计及相关教育理论,展开关于体验探究式小学科学教育游戏的设计与开发研究,尤其体现在游戏流程和要素的设计方面。在此基础上,构建了本研究游戏设计与开发的框架,把教学要素、游戏要素、理论基础三者融合,为接下来的游戏具体开发工作提供指导。为验证教育游戏的有效性,于2020年12月上旬到本地的一所小学开展教学实验,选取对照班和实验班共计80人,对照班采用传统课件教学模式,实验班采用课件+教育游戏的教学模式,在实验前对两个班级发放小学生科学学习兴趣评价量表,实验后填写《体验探究式小学科学教育游戏的设计与开发》调查问卷,之后通过定量分析总结教学实验效果。教学实验结果表明,教育游戏的应用提升了实验班学生对科学的兴趣;实验班学生的知识掌握程度比对照班的掌握程度好;教育游戏的应用活跃了课堂的氛围;教育游戏的应用也提高了教师的信息化素养;教育游戏的应用受到了学生的欢迎。因此,体验探究式小学科学教育游戏的设计与开发能够弥补现阶段科学课程存在的不足,对学生有着积极的影响。

基于多元动机理论的“绿植家园”AR教育游戏的设计与开发

这是一篇关于多元动机理论,AR,教育游戏,小学科学的论文, 主要内容为当今世界随着科学技术的不断进步,以人工智能、虚拟现实技术(VR)、增强现实技术(AR)为典型的新技术开始不断创新和涌现,为人们在更深层次探索未知世界提供了可能。其中,AR技术为支撑的教育软件和书籍以其较强的沉浸性和交互性广受研究者和一线教研人员的青睐。对于小学《科学》课程而言,其教学目标除了对其科学知识有基本的要求,还对基础的科学能力、兴趣和价值观等方面更为重视。而AR教育游戏与小学《科学》课程相结合,可以充分发挥AR技术的优势,提供一种富有趣味性的知识探索方式,让晦涩难懂的知识以三维立体的形式展现出来,从而提高学生的学习兴趣和探究能力。本研究在多元动机理论的指导下,选取小学《科学》四年级下册(科教版)生命科学领域“新的生命”一单元为主要教学内容,以Unity 3D为教育游戏开发平台,以Vuforia为主要SDK设计与开发了一款科普类AR教育游戏“绿植家园”。并将其应用到南昌市某小学进行实例研究,在进行实验班和对照班的教学应用后,通过问卷和量表来测试两班的平均成绩和AR教育游戏“绿植家园”的课堂应用效果。最终发现相较于使用传统教学方式的对照班,采用AR教育游戏进行教学的实验班后测成绩有了明显的提高,AR教育游戏辅助教学的效果明显。本文主要采用文献研究法、问卷调查法、访谈法和准实验研究法开展研究工作。第一章通过对中小学进行调查后发现现今小学《科学》课程存在诸多问题。进而以此为基础,概述本研究的研究背景和研究问题,对研究目的及意义进行总结后,构思出整个研究的研究思路并加以阐述,选择合适的研究方法,对研究内容进行总结。第二章主要对几个核心概念进行界定,并总结本研究的相关理论基础。而后通过文献研究法,对国内外相关文献整理与分析,最终发现以多元动机理论进行AR教育游戏设计的相关研究是存在缺失的,且以多元动机理论进行AR教育游戏的开发存在一定的优势。第三章主要是基于多元动机理论的“绿植家园”AR教育游戏的设计部分。首先采用问卷和访谈的形式对教师和学生进行了整体的需求分析。其次,对所要设计的AR教育游戏进行教学设计,最终对AR教育游戏“绿植家园”进行了完整的游戏设计。第四章则是进行“绿植家园”AR教育游戏的开发工作,包括开发工作的整个流程以及各个功能的实现过程。第五章则是将“绿植家园”AR教育游戏进行实际的教学应用,并将应用过程进行总结概括。而第六章节则是完成整个研究过程后,对研究得出结论,并阐述本研究的不足之处及创新点,最终得出研究展望。由本研究可知,笔者设计的多元动机理论框架应用于AR教育游戏的设计效果较好,且开发出来的AR教育游戏经过教学应用,实验班学生平均成绩相较于对照班学生成绩有了更加明显的提高。“绿植家园”AR教育游戏确实可以促进学生相关知识的学习,培养学生学习科学的兴趣,提高课堂的学习效率。可见基于多元动机理论所设计的AR教育游戏在科学教学中有较好的发展前景,未来教育应该是综合促进各种新技术与教育教学深度融合的过程。

基于多元动机理论的“绿植家园”AR教育游戏的设计与开发

这是一篇关于多元动机理论,AR,教育游戏,小学科学的论文, 主要内容为当今世界随着科学技术的不断进步,以人工智能、虚拟现实技术(VR)、增强现实技术(AR)为典型的新技术开始不断创新和涌现,为人们在更深层次探索未知世界提供了可能。其中,AR技术为支撑的教育软件和书籍以其较强的沉浸性和交互性广受研究者和一线教研人员的青睐。对于小学《科学》课程而言,其教学目标除了对其科学知识有基本的要求,还对基础的科学能力、兴趣和价值观等方面更为重视。而AR教育游戏与小学《科学》课程相结合,可以充分发挥AR技术的优势,提供一种富有趣味性的知识探索方式,让晦涩难懂的知识以三维立体的形式展现出来,从而提高学生的学习兴趣和探究能力。本研究在多元动机理论的指导下,选取小学《科学》四年级下册(科教版)生命科学领域“新的生命”一单元为主要教学内容,以Unity 3D为教育游戏开发平台,以Vuforia为主要SDK设计与开发了一款科普类AR教育游戏“绿植家园”。并将其应用到南昌市某小学进行实例研究,在进行实验班和对照班的教学应用后,通过问卷和量表来测试两班的平均成绩和AR教育游戏“绿植家园”的课堂应用效果。最终发现相较于使用传统教学方式的对照班,采用AR教育游戏进行教学的实验班后测成绩有了明显的提高,AR教育游戏辅助教学的效果明显。本文主要采用文献研究法、问卷调查法、访谈法和准实验研究法开展研究工作。第一章通过对中小学进行调查后发现现今小学《科学》课程存在诸多问题。进而以此为基础,概述本研究的研究背景和研究问题,对研究目的及意义进行总结后,构思出整个研究的研究思路并加以阐述,选择合适的研究方法,对研究内容进行总结。第二章主要对几个核心概念进行界定,并总结本研究的相关理论基础。而后通过文献研究法,对国内外相关文献整理与分析,最终发现以多元动机理论进行AR教育游戏设计的相关研究是存在缺失的,且以多元动机理论进行AR教育游戏的开发存在一定的优势。第三章主要是基于多元动机理论的“绿植家园”AR教育游戏的设计部分。首先采用问卷和访谈的形式对教师和学生进行了整体的需求分析。其次,对所要设计的AR教育游戏进行教学设计,最终对AR教育游戏“绿植家园”进行了完整的游戏设计。第四章则是进行“绿植家园”AR教育游戏的开发工作,包括开发工作的整个流程以及各个功能的实现过程。第五章则是将“绿植家园”AR教育游戏进行实际的教学应用,并将应用过程进行总结概括。而第六章节则是完成整个研究过程后,对研究得出结论,并阐述本研究的不足之处及创新点,最终得出研究展望。由本研究可知,笔者设计的多元动机理论框架应用于AR教育游戏的设计效果较好,且开发出来的AR教育游戏经过教学应用,实验班学生平均成绩相较于对照班学生成绩有了更加明显的提高。“绿植家园”AR教育游戏确实可以促进学生相关知识的学习,培养学生学习科学的兴趣,提高课堂的学习效率。可见基于多元动机理论所设计的AR教育游戏在科学教学中有较好的发展前景,未来教育应该是综合促进各种新技术与教育教学深度融合的过程。

小学科学知识图谱构建及应用

这是一篇关于小学科学,知识图谱,现代教育技术,图数据库的论文, 主要内容为信息技术的发展给生活带来了便利,促进了社会的现代化发展。与此同时,教育的信息化建设也在有条不紊地进行着,《教育信息化2.0行动计划》的提出标志着教育信息化建设进入了 2.0时代,其中强调了基于互联网的大资源观,这个大资源观就包括了知识和知识之间的关系,即知识图谱。知识图谱本质上是一种大规模语义网络,整个网络由无数个节点和节点之间的连线组成,每个节点代表现实世界中的一个实体,而节点之间的连线则代表不同实体之间的关系。主要通过知识可视化技术描述了知识之间的联系,它能为学科研究提供切实且有价值的参考。它能将大量杂乱无章的学科知识进行结构化展示,让学习者能直观地准确掌握到知识结构和知识之间的关系,提高学习质量和效率。本文的研究对象是小学科学课程的知识图谱。小学科学课程知识图谱在小学科学课程上的应用能更好地展现科学知识之间的逻辑性,其图形化的结构又能很好地引起小学生的学习兴趣,带来良好的教学效果。本论文针对小学科学学科的知识特点,使用Neo4j图数据库来构建小学科学知识的可视化知识图谱,主要内容包括:原始数据准备:前期利用网络爬虫技术分析网页,完成对小学科学学科数据源的爬取工作;小学科学学科数据清晰:在爬取到一定的数据后,根据小学科学学科数据层次分类的知识领域、知识单元,知识点之间的层次化结构关系,采用BeautifulSoup、正则表达式匹配来抽取、筛选、匹配相应的数据信息;使用Protege构建本体,并完成三元组的抽取,按照图数据库的结构,进一步整理数据,并将整理后的数据导入Neo4j图数据库来构建知识图谱,完成数据的可视化展示。随后结合Neo4j图数据库使用D3.js框架设计开发小学科学知识图谱的查询系统。系统主要功能包括:查询、增删改查知识图谱节点及其属性、导入、搜索筛选等互动功能,并对该系统进行系统测试。最后使用开发完的系统基于知识图谱的应用与建构主义相关教学理论,以“食物在体内的旅行”一课为案例设计一堂小学科学课程,并对该教案中知识图谱的应用过程和预期效果做出简要分析。从所设计的教学案例中可以看出,知识图谱的运用能清晰、直观地构建出小学科学知识的整体结构和知识点相互之间的逻辑关系,一方面能促进学生对科学知识整体结构的认知以及教师对科学知识重难点的把握,另一方面能培养小学生的科学思维能力和探究精神,提升科学素养,增强科学意识。此次教案的设计与分析给知识图谱在课堂教学中的应用研究提供了参考依据,并且能在一定程度上帮助教师解决教学实践中存在的问题与不足,促进小学科学学科教学方式的优化与教学模式的改进。如何充分运用好知识图谱来开展教学活动以达到最优的教学效果,将是知识图谱在教育领域的发展所面临的的主要问题。

基于互动视频的个性化学习研究——以小学科学五年级“火山与地震”为例

这是一篇关于互动视频,个性化学习,小学科学的论文, 主要内容为教育信息化2.0背景下催生了“互联网+”的混合学习模式,其中尤以信息技术和多媒体教学最为突出,基于新冠病毒肺炎的背景,线上学习成为了主要且必不可少的学习方式,并进一步渗透到人们生活、工作、社交等方面。但线上视频教学也不可避免的存在短板,例如:仍然是单向的知识灌输模式、视频时长把握不当导致学生认知负荷、缺少与视频内容的互动性、学生参与程度低等。在分析传统线上视频教学弊端的基础上,我们急需一种不同以往的教学方式来解决目前视频教学中缺少互动性、学生学习动机低以及无法满足学生个性化学习需求等问题。互动视频以其自身优势,即新颖的呈现方式为在线学习带来新的思考,为学生提供丰富的交互式体验,让学生得到最及时最积极的学习反馈,满足学生的个性化学习需求,改善教与学的过程,提高学习效率,从而提供了一种新的研究思路。但需要思考的是,目前互动视频多应用于影视行业,且以娱乐性为主。因此,本文基于学生个性化学习需求设计了互动教学视频,并将其具体应用于小学五年级科学课程中,比较互动视频教学与传统面授教学的教学差异。本文的研究问题包括:(1)基于学生个性化学习的思考,设计与科学课程相结合的互动视频教学资源;(2)在具体教学案例中,互动视频教学与传统面授教学之间是否存在显著差异?首先是相关文献的收集、阅读与梳理,归纳出目前小学科学教学中存在的问题,互动视频应用于教学时又存在哪些问题。接着阐明个性化学习和互动视频的概念,从理论层面论证互动视频能够支撑学生的个性化学习需求,提出互动视频的设计思路。其次,对互动视频的设计原则作进一步的阐述,通过对多媒体设计原则、互动视频特点和个性化学习要素的分析,归纳出一套基于个性化学习要素的互动视频设计原则。再者,进行互动视频的教学设计和视频开发,先对“火山与地震”这一教学案例进行具体的教学分析,包括课标分析、教材分析和学情分析,在此基础上进行教学设计,并以此为蓝本进行互动教学视频资源的开发。最后,通过教学实验分析互动视频教学与传统面授教学在学习成绩和个性化学习体验方面的差异。通过对实验前后测数据的分析,得出本文的研究结论:(1)本文构建了一套基于个性化学习要素的互动视频设计原则,能够有效地将个性化学习和互动视频进行科学融合,在此基础上进行互动视频教学设计、开发和使用,在小学科学五年级“火山与地震”课程中达到与面授课相同的教学效果。(2)在个性化学习体验感方面,学生使用互动视频进行学习,能够明显提高个性化学习的体验感,对个性化学习的理解更加清晰正确,在学习中能够得到及时的反馈和评价,能够基本满足每位学生的学习需求,提高学生对科学课堂的学习兴趣。(3)互动视频学习能够达到小学科学课程标准的要求,对后续学习是否继续使用互动视频的学习方式大多数学生持积极的正面态度。本文的创新之处在于:(1)研究视角创新,通过互动视频这一媒介来探讨学生的个性化学习,是本文区别于其他个性化学习相关文章的不同视角;(2)应用创新,相对于互动视频在娱乐领域的应用,本文将其引入小学科学教学领域,是媒体应用方面的不同之处;(3)本文可作为互动视频的教学案例供学生与老师参考。

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。