基于游戏开发的学习指南：文献综述外文翻译资料

基于游戏开发的学习指南：文献综述

摘要：研究查阅了使用游戏开发框架(GDF)的基于游戏开发的学习(GDBL)方法主题的科学文献，总结在课程中使用GDBL的指南，识别GDF的相关特征，以及将影响因素与GDBL方法的教育效果的经验证据相结合。在浏览了有关该主题的现有文献后，选取了34篇相关文章进行最终研究。我们从三个角度分析了这些文章：（1）教学背景和教学过程，（2）GDF的选择，以及（3）GDBL方法的评估。相关文章的研究结果表明，GDF作为计算机科学、软件工程、艺术设计以及其他领域的教学辅助工具具有许多明显的优势，通过把游戏开发框架与体验游戏的动机相结合可以切实地提高学生的知识、技能和态度，这也与传统课堂教学形成鲜明对比。此外，根据文献回顾的结果，我们编写了在教育中更好地应用GDBL方法的指南，可以为基于游戏的学习领域的教育工作者、从业人员和研究人员提供有价值的参考。

关键词：游戏开发框架，基于游戏开发的学习，教育领域

1. 简介

电脑游戏和电子游戏在儿童和青少年的生活中非常流行，并在青少年文化中发挥着突出的作用[1]。现在可以在配备笔记本电脑、智能手机、游戏机（移动和固定）、机顶盒、盒子和其他数字设备的技术丰富的环境中随处玩游戏。从这一现象来看，人们认为年轻人对游戏表现出的内在动机可以与教育内容和目标相结合，形成著名教育游戏专家普林斯基所说的“基于数字游戏的学习”[2]。

除了游戏在青少年学生生活中的大量出现外，游戏开发技术也已经更加成熟[3]。基于现有的各种游戏开发软件，游戏开发过程的整个职责可以划分为游戏程序员、3D模型创建者、游戏设计师、音乐家、动画师和剧情编剧等多个领域和角色。在这种情况下，一些网页资源和游戏引擎可以简化游戏开发过程。比如微软的XNA游戏开发包提供了游戏循环功能来绘制和更新游戏内容，还提供了方便的游戏开发组件来加载不同格式的图形、音频和视频。这使学生可以修改现有游戏或开发自己的新游戏，无论是否编程。他们可以利用这些游戏创作工具设计和实现自己的游戏概念，学习开发技巧和相关知识，积累相关实践经验。

在这种情况下，游戏不仅可以用于学习，而且游戏开发工具也可以通过激励性作业用于研究计算机科学、软件工程(SE)或游戏编程中的相关主题。一般来说，游戏可以通过三种方式融入教育[4, 5]。首先，可以使用游戏来代替传统的练习，激励学生在练习中付出额外的努力，并让教师和/或助教有机会监督学生的表现。

实时处理练习，例如[6, 7]。其次，可以在课堂上进行游戏，以提高学生的参与度和积极性，例如[8, 9]。第三，要求学生使用游戏开发框架(GDF)修改或开发游戏作为课程的一部分，以学习计算机科学和SE中的技能，例如[10]。我们将这第三个标记为基于游戏开发的学习(GDBL)。而GDF 表示可用于开发或修改游戏的工具包，例如游戏引擎、游戏编辑器或游戏（模拟）平台，甚至任何集成开发环境（IDE），如Visual C 、Eclipse、J2ME、和Android SDK，因为它们都可以用来构建游戏。本文重点介绍在教育中使用GDBL的方法，在学生练习中使用GDF来学习技能，扩展GDF作为教学辅助工具的使用。通过游戏开发进行教学的动机是利用学生对游戏的热情。这种GDBL方法并不罕见。在类似游戏的环境中通过编程进行学习的最早的类似应用是在1970年代初期。徽标[11]，即海龟图形，是用于向初学者介绍计算概念的最古老的库之一。这个概念是基于一只“乌龟”，它可以用笔在2D屏幕上移动，笔可以放置在屏幕上或屏幕外，因此可能会留下乌龟运动的痕迹。对海龟进行编程以绘制不同的模式可用于介绍通用计算技能，例如过程操作、迭代和递归。此外，在 1987年，麦克提出了编写用于学习的井字游戏的用法 [12]。经过数年时间的发展，我们相信GDBL方法已经通过技术的发展得到了改进。因此，我们通过文献调查GDF如何在教育领域中使用，并调查传统讲座如何变得更加动态、协作，通过利用当前先进的技术吸引学生。但是，这一说法还需要相关理论、应用经验、评价结果和实证证据的进一步支持。然而，据作者所知，到目前为止，还没有任何关于GDBL方法应用的全面文献综述。

该研究的目的是回顾最近发表的关于在教育中使用GDF的文献。

a)总结如何在课程中使用GDBL的指南。

b)识别与GDBL相关的GDF的特征。

c)结合GDBL方法的教育效果的经验证据来综合影响因素。

该研究的独特之处在于它概述了最近发表的关于在教育中使用GDF的文献,同时考虑到game引擎和相关工具包，用于创建/修改游戏或类似游戏的系统（例如模拟器）。该研究可以为不同教育水平或领域的教师提供有价值的指导，以及基于游戏的教育领域的教育工作者、从业者和研究人员。

本文的结构如下：第2节描述对文章进行系统评价的方法，第3节介绍文献回顾的结果，第4节根据现有文献总结出GDBL指南，最后第5节总结论文。

1. 相关概念

根据既定的系统评价方法[13, 14]，评价分不同阶段进行：审查方案的制定、纳入和排除标准的确定、相关研究的搜索、批判性评价、数据提取和综合。

2.1 协议开发

我们遵循坎贝尔合作组织、科克伦干预系统评价手册[13]、约克大学中心的指南、程序和政策，制定了系统评价方案审查和传播对那些进行或委托审查的人的指导[14]，也可以参考对严肃游戏研究的审查 [15, 16]。该协议规定了研究目的、搜索策略、纳入、排除标准、数据提取和合成方法。

2.2 数据源和搜索策略

为了研究的目的，2010 年 12 月在以下国际在线书目数据库中进行了文献检索：(a) ACM 门户，(b) IEEE Xplore，(c) Springer，(d)科学直接。使用的搜索字符串是 (“Game”) AND (“Learning” OR “Teaching”) AND (“Lecture” OR “Curriculum” OR “Lesson” OR “Course” OR “Exercise”)。 并且“教育”没有包含在关键字列表中，因为我们认为教育是一个非常笼统的词语，无助于缩小搜索范围。搜索仅限于2000年及以后在期刊和会议论文集（有些是书籍章节）中发表的英文文章的标题和摘要。后一种限制是由于ICT（信息和通信技术）总体上的快速变化，尤其是计算机游戏开发技术的快速变化。

2.3 具有包含和排除标准的数据提取

图1显示了数据提取的完整过程。第一步是确定相关研究。在上述数据库的搜索过程中，找到了一些关于GDBL的期刊和会议论文。对这些文章进行了检查，搜索结果为1155篇文章。在第2步中，从每篇文章的摘要中，我们区分了通过玩游戏或游戏开发来学习。并且大部分被排除在外的文章是直接在课堂上使用游戏来激发学生的兴趣和出勤率，并使用游戏而不是传统的练习来学习或复习课程内容。例如，这些文章通常涉及使用虚拟在线多人游戏环境来提供协作学习风格，例如[17, 18]，这些文章提到了课堂上用于激励出勤和复习课程知识的游戏，例如[8]。

图 1：研究选择过程的步骤

此外，与用作商业术语的经济学术语“博弈论”和“商业博弈”相关的文章也被排除在此类别之外。我们排除了描述新颖游戏概念的文章，这些游戏概念不是计算机或视频游戏，而是物理游戏活动，没有任何额外的技术支持。例如，[19]中的文章在SE教育中使用了自制的桌面纸牌游戏。基于以上的这三个标准，经过这一步骤共排除了1010篇文章。

在第3步中，检查文章的全部内容。纳入标准进一步限于范围：文章中的一个案例研究或几个案例研究来描述GDBL。特别是需要(a)对讲座设计过程进行相对详细的描述。这些文章没有详细描述他们的教学设计或练习过程，因此无法验证他们如何将GDF整合到讲座或练习中的过程。根据这个限制条件，海报、教程演示和一些没有详细描述教学过程的短论文被排除在外，因为它们不能为我们的研究目的提供有价值的数据，也无法验证该方法的有效性，例如，[20–25]。这也是确保纳入用于创建游戏元素或类似游戏的系统的模拟器，例如[34, 35]。最后，经过这一步骤总共剩下105篇文章。

在第 4 步中，我们仔细阅读了剩余的文章，并从他们的概念呈现上比较了他们的主题、方法、教学过程和评估质量。比较后，纳入以下研究标准：

1. 使用GDBL方法从作业或分数中收集数据的文章；
2. 有定量数据问卷和定性数据访谈或反馈的文章；
3. 详细讨论收集的数据和结论。

此外，多样化和创新的文章也没有被忽视，以展示将GDF整合到教育中的各种方式。有关使用硬件工具创建游戏或类似游戏的系统的文章，如真正的机器人手[34]、Wii 遥控器[36]、Microsoft Surface [37]和投影仪相机系统[38]不包括支持教学或学习环境。在最后共有34篇文章被纳入综述。我们相信通过调研这些文章足以获得完整的指南来解释如何将GDBL方法整合到课程中。

3. 综合结果

必须设计一种对 34 篇文章进行分类的标准。[39]在他们对一般教学游戏文献的回顾中提出的分类方案被采用以满足本研究的需要。该方案也在[40]中使用，定义了以下五个类别[39]：

1. 研究（游戏研究中旨在解释、预测或控制特定现象或变量的系统方法）。
2. 理论（解释游戏的基本概念或方面或衍生结果的文章）。
3. 评论（关于游戏的一般或特定方面的文章的综合）。
4. 讨论（陈述或描述经验或观点的文章，没有经验或系统地展示了证据）。
5. 开发（讨论游戏或涉及游戏的项目的设计或开发的文章）。

具体而言，对于文章的分类，本研究采用了以下标准。包含与GDBL相关的实证研究的文章被分配到“研究”类别。包含理论分析的文章审查中的高质量文献。 (b) 在课程中使用开发工具包但并非旨在开发游戏的文章也被排除在外，例如 [26]。(c) 强调除 GDBL 之外的其他方面的文章被排除在外，因为很难验证游戏开发是如何融入课堂的，例如，在交互式电子实验室中学习 [27]。类似地，介绍了教育游戏框架的开发但未提及如何将其集成到特定课程中的文章也被排除在外，例如 [28-31]。 (d) 侧重于更改软件或硬件的控制器，但没有计算机游戏开发元素的文章也被排除在外，例如[32, 33]。他们中的大多数专注于创建机器人控制器来学习算法或更改机器人的某些组件以学习人工智能 (AI)。相比之下，我们包括从修改零件中学习GDBL的概念、方面或结果被归入“理论”类别。根据明确的方法对有关GDBL的文章进行综合的文章被放置在“评论”类别中。报告关于教学中使用的GDF的意见和经验的文章，没有经验或系统提供的证据，被分配到“讨论”类别。最后，主要报告在GDBL方法中使用的GDF的设计或开发的文章被分配到“开发”类别。这些文章根据其主要关注点分为这五个类别。在第4步之后找到的34篇文章中，20篇归入“研究”类别，1篇归入“理论”类别，7篇归入“讨论”类别，6篇归入“发展”类别，而没有文章符合“评论”类别，突出了本研究的有用性和独创性。与其他关于教学游戏的文献综述结果一样 [40, 41]，在这项研究中，“理论”类别的文章少于“研究”、“讨论”和“发展”类别的文章。这可以通过以下事实来解释：包括 GDBL 在内的教学游戏是一个相对较新的教育技术领域。

外文原文资料信息

1. 外文原文作者：Bian Wu and Alf Inge

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