An implementation of design-based learning through creating educational computer games: A case study on mathematics learning during design and computing

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关于混合方法研究的相关资料：混合研究.rar

混合方法的案例学习探究计算机辅助的数学游戏制作活动对基于设计的数学学习是否有促进作用。共有64个初中生参与到这个基于Scratch软件应用的数学游戏制作活动中。

资料收集方法：活动，对话观察，作品分析，访谈，问卷调查。

研究表明：在数学游戏制作后参与者对数学学习有了更加积极地态度；经验驱动（以经验为基础）的游戏设计过程会加深他们每日的数学体验。

在开发过程中数学思维和数学内容都渗透了，但是对于这些数学的呈现来说设计者更倾向于游戏场景和故事的加工制作。并且对他们来说把抽象推理通过游戏来呈现是很有挑战性的。

建构主义者认为学习者从经验出发能够积极地建构知识，并且当学习者参与到作品设计与制作时效果很更好。(Kafai, 1995; Papert, 1980).

基于社会建构理论，学习通常发生在一种社会情境下，学习者和同辈（同学）之间通过协作探究，表达，反思进行交互，最后同化形成新的知识的表征。(Kafai, 1995; Papert, 1980).

因此协同设计是一种很好地学习的方法和一种有意义的知识建构环境。(Kafai, 1995; Papert, 1980).

之前的一些通过设计的方法进行学习的实证研究为本文基于设计的数学学习提供了依据。(Kafai, 1995; Papert, 1980).

对于初学者来说，在协同设计过程中如何将设计思维、特定内容的推理和知识的发展融合在一起是个很大的挑战。因此，本文做了这么一个研究，在协同设计和计算机辅助的游戏设计过程中探究中学学生的数学学习。

2.1通过设计或者制作学习

一些基于问题的学习、基于案例的推理和情境化的学习理论告诉我们，设计能够激发情境化以及真实的学习。在完成设计任务的过程中，学生会用真实生活的能力和领域的知识来完成任务和处理遇到的问题，并且这些能力和知识还可以迁移到其他的情境中。(de Vries, 2006).之前的通过设计或者制作学习的研究表明设计，作为一种正规的问题解决过程，需要学习者进行通过咨询访谈，问卷调查等手段，应用知识和能力发现问题并解决，反思设计和问题解决的经验，并能够将结果自我解释和表达出来。所以有人认为，设计会使学习者参与到积极地协作学习中来。

2.2通过计算机游戏制作学习

计算机游戏制作被认为是一个强有力的学习环境。它有丰富的情境和真实的任务，以此激发学生积极的自发的学习。让学生作为计算机游戏的设计者可以锻炼学生的数字故事制作能力，计算思维和创造性思维能力。教育游戏制作还可以让设计者或者学习者探索、应用、测验领域知识和能力，并将这些能力和知识整合到游戏设计中。

之前的研究表明如何将游戏组成和建构的流程转变成数学推理和理解是非常重要的。

3.方法

描述性的，混合方法的案例研究来探究在计算机游戏制作和数学学习情境中的通过设计学习的过程和本质。两个研究问题：计算机游戏设计和开发过程是否能够培养学生学习数学的乐趣？计算机游戏设计和开发过程对学生数学思维的发展有什么影响？

3.1参与者

两个学校：农村学校和城市的学校，非常多的西班牙学生，64个初中生参加，大约20%是美国本土学生，80%是西班牙学生，43%是女孩。参与者随机分到10个组中，每个组六到七名学生。每个组都会分配不同数学能力水平的男女生。

在游戏制作之前，参与者首先利用利用计算机课收集了许多计算机数学游戏，这些游戏都是与特定的中学数学课程内容相关并且来自于可靠的教育机构和资源网站。玩这些游戏使他们对游戏中的有趣和有教育意义的任务有了简单的了解和认识。

3.2场所

六周，每周两次，每次一个小时，学校机房计算机课上，

各组学生首先合作讨论确定需要讲授给学弟学妹的数学概念和能力，然后协作制作一个迷你的小游戏来解释数学概念和锻炼学生的数学能力。这个游戏的过程包括纸上原型设计和计算机辅助的游戏设计制作和测试。

在纸质原型绘制阶段，设计小组的学生坐在一起，头脑风暴，协商讨论各自的观点。原型以对话框、图示和设计笔记的形式呈现出来。

之后各个小组汇报自己组的原型，介绍设计的目标和相关的数学内容，描述游戏设计的具体内容（包括故事情节，角色，背景等等），询问一些自己组的疑惑。其他组的成员和教师一起作为评委提问问题，提出意见和观点。

原型设计完后，就开始在电脑上制作模型和用scratch编程。学生开始绘制游戏场景，制作角色，网上搜集相关的资料。迷你的小游戏设计结束后，各小组会在Scratch网站上分享他们的作品，其他组的同学进行评论。在每周周末，教师会要求各个小组进行设计的事后情况说明，来总结反思本周的进展和总结反思本周遇到及解决的问题。

3.2.1游戏开发工具—Scratch

参与者事先接受了三次Scratch使用培训，每次一个小时。Scratch社区网站也推荐给学生，鼓励学生课下自己摸索社区里面的Scratch游戏，以便学生对Scratch的突出功能有个更深的了解。

3.2.2脚手架

五个教育学专业的研究生帮助学生进行游戏的设计和与学生进行讨论交流。他们回答学生的数学内容，指出游戏设计存在的问题，指导他们如何用scratch进行游戏设计，并且给学生鼓励，提高他们的自信。

3.3数据收集和分析

数据收集：场景内的言语和行为观察，访谈，游戏制作数学态度前后测问卷，同学之间的检查评论也算是数据收集的一部分

3.3.1活动和对话观察与分析

视频录像，每三分钟编码一次，系统的编码方法(Marshall & Rossman, 2006)

编码表如下所示：

3.3.2访谈

参与者在课下会被随机挑选在小组中进行访谈，并保证所有人被访谈一次。采用半结构化的访谈形式，主要询问参与者对数学游戏制作和相关学习经验的看法，访谈问题举例如下，但不限于以下几个：

“What was your game about?” “What did you do?” “What would you add or change about this game?” “What do you want your players to learn from this game? Do you think this game will teach? Why or why not?” “Do you think knowing math is important for game creation? Why or why not?” “How do you feel about your game creation experience? What impressed you most? What frustrated you most?” “What have you learned by creating this game? Could you elaborate or give any examples?”

定性的主题分析方法，分析访谈中反复出现的内容（主题），并与课上的观察和对话进行对比和整合。

3.3.3作品分析

分析纸上设计的原型和以Scratch为基础创造的游戏，分析主要集中在游戏展现了哪些数学内容，数学内容以何种方式整合到游戏中，以及计算和数学思维在游戏中是如何反映出来的。

游戏的分析用的是一个开源的Scratch编码分析软件Scrape，分析游戏中用到的模块、函数及变量的类型、数量和出现的频率，并且不止分析一个游戏还可以分析多个游戏。分析的这些数据作为评价计算机思维复杂性的依据。数学思维（比如与数学相关的变量及函数）通过最终的游戏作品来体现出来。

最后将作品的分析与观察及访谈数据综合汇总起来形成一个更加完善的分析结果。

3.3.4问卷调查

所有的参与者在游戏制作之前和之后都要完成数学态度问卷(ATMI, Tapia & Marsh, 2004)，40个题目，五维李克特量表。这个量表之前就有人用过，测量被试者对数学的态度的改变

四个要素：self-confidence, value, enjoyment, and motivation.

检验同质性信度方法为库德一理查逊公式（Kuder Richardson formula20,K-R20）0.87

4.1数学态度

数学态度量表ATMI前后测，T检验前后有显著差异，t (62)= - 2.56, p =.01.参与者做完这个游戏设计后对于数学学习的态度更加积极，四个维度都有显著差异。

访谈的时候，91%的学生说他们非常享受制作电脑游戏。

定性的数据主要哦包括两个部分：

(a) Lack of a connected representation of math, and

(b) a tendency to engage and persevere in effortful analytical reasoning.

4.1.1 Lack of a connected representation of math（缺乏数学内容之间的连接）

整数的乘除法作为主要的一个数学主题，在纸上原型中有50%的学生提及，在最后的作品中有70%的人制作。在访谈的时候学生普遍认为他们学的最好、能制作的最好的就是整数的计算，并且认为生活中是最有用的。其他的内容比如二维直接坐标系，周长，面积，在纸上原型中有提及但是却没有整合到游戏中来。低于20%的学生涉及到分数，比，百分数这些主题，尽管这些主题他们平常在课上看到的作品里是最多的。

数学内容大部分是通过解决数学方程问题的方式很生硬的表现出来，没有设计情境。10个游戏中有5个是用生硬的符号和表达式来体现数学内容，在游戏界面很明显的显示出来。或者是在一个游戏场景中作为一个分割的部分显示出来。

Calculation blaster(计算爆破工)

回答的越快，答的问题越多，也就越安全。

另一个游戏是被抓住了的游戏，通过控制方向键走迷宫，如果被抓住了就要回答数学问题。这样的游戏中，数学扮演者一个负面的角色，在你杀人或被杀之前你需要做一个方程。

两个游戏有真实世界的任务场景，只有一个是情境化的真实现象，车的行驶距离。自己设定时间和速度。

Car distance

还有两组没有涉及数学内容，有一组公开承认就是为了玩玩这个软件，做一个作品。

在后期访谈时，与游戏刚开始制作的时候访谈相比，学生觉得数学学习与生活经验有更加密切的关系。

“Math is everywhere, like math is in everything you do.”

“I learned that even though math is everywhere you still have to learn it and when you learn it you will see it more in life that it will be in everything you do. Like cooking, technology, practically everything.”

“I need to like math, because you need math in your life. Like we made a cake formy brother’s birthday yesterday, we need measurement and (to) mix stuff, like that we need math.”

4.1.2Tendency to engage and persevere in effortful thinking倾向于辛苦的推理思考，并且一直坚持

在游戏设计过程中，参与者经常参与到辛苦的分析推理和定量推理中，在表一可以看出占41%。游戏开发是一个迭代的过程，也被参与者认为是艰难但是很有乐趣的过程。

同时，参与者能坚持下来也有部分原因是他们自己设计的游戏，他们拥有游戏的所有权。有26%的时间用在游戏测试上，他们自己玩自己的游戏，非常有趣。

4.3通过游戏制作在情境中应用数学思维

4.3.1从游戏脚本中学习数学

52%的人认为在制作游戏的过程中学习数学知识，而不是设计和计算能力

4.3.2抽象和定量的推理

当参与者尝试制作模型、动画和活动的时候，他们开始抽象定量的推理问题。在表1development events,大约25%投入到分析推理中。另有16%投入到数学概念应用和定量推理中，这时便是参与者学习用数学符号和表达式建构真实世界问题的时候。例如测车的距离的案例。set ‘Distance’ to ((Faster) * ((Time) * (Speed))).” （“Faster” was a variable representing the real-world ‘power-up’ mechanism (e.g., pushing wind or stepping on gas).

这种游戏设计活动使学生们积极地学习数学内容并积极地参与到数学思考中。数字故事和游戏场景制作的优势和游戏编程的要求减少了学生与数学内容的交互和联系。

这种描述性的混合研究方法主要用来描述在基于设计的游戏学习中设计、计算和相关内容的学习的现象。这个研究表明基于设计的学习能够使学生参与到有意义的学科内容学习和产品设计的整合中，并且探索基于设计的学习的特点及探索基于设计学习的历程是非常重要的。然而发现一般是定性的描述性的，也不能推广到更广泛的人群中。 并且，关于学习的数据多是过程性的评价而没有前后的知识水平测试。未来的研究将会是设计—实验为基础的干预研究，探究设计思维，基于设计的计算以及内容学习的关系。同时研究着也会探究基于设计的学习中哪些措施可以帮助提高学习者在设计和制作过程中的学习体验以及更好地实践学科内容的知识。

学习一下如何应用描述性的混合性的研究方法做研究

文中举了很多案例（访谈，观察记录，学生作品的例子）来说明问题，清晰明白

Scratch编码分析软件Scrape，了解一下，可以用于自己论文

知道了何为基于设计的研究和基于设计的学习的区别

可否找学校做一下基于设计的学习研究，采用本文的一些方法和思路