會“觀察評價”的游戲
——一種基于物聯網的幼兒數學游戲設計與實現

□ 華東師范大學教育學部 李姍姍 郭力平

問題提出與研究設計

幼兒發展水平是衡量學前教育公平與質量的重要指標之一。研究指出，游戲是幼兒的主要學習方式，游戲中對幼兒的有效評價由結果轉向過程，注重幼兒過程性能力的培養，有利于幫助教師更有效地支持幼兒的學習與發展。

然而，當前游戲中對幼兒學習與發展的評價卻存在諸多問題，一方面，強調研究型教師的培養，教師的領域教學知識以及專業能力面臨巨大挑戰；另一方面，傳統游戲依靠教師進行觀察與評價，強調教師對幼兒的真實性評價，需要收集幼兒一日生活與游戲過程中大量的學習過程信息，教師的時間與精力面臨巨大挑戰；第三，學齡前兒童學習能力評價面臨團體紙筆施測不合格，個別化施測標準化難、效率低等問題。隨著評價理念的更新，學齡前兒童學習能力評價指標不宜局限于特定學科知識與技能，諸如學習品質、過程性能力指標亦得到重視。而基于互聯網的游戲評價，如視頻游戲、多媒體游戲則不符合幼兒發展規律，剝奪了幼兒與真實世界互動的權利，對幼兒的身心發展帶來不利影響，其測評技術不適合用于評價幼兒。

數學是一項重要的認知能力，也是重要的智力因素。在早期教育階段，幼兒的數學學習以非正式的數學學習為主，具有啟蒙性和奠基性，對幼兒日后的學業成就和職業選擇有重要影響。

來自幼兒數學學習的困境包括三個方面，一，在中國的文化傳統和家長的教育理念中，數學始終是重要的學習內容，但目前的數學教育中存在重數學技能和結果、輕數學學習過程和真實應用的問題；二，當前幼兒的數學學習形式主要以“填鴨式”操作訓練為主，忽視幼兒在游戲中的學習；三，幼兒在游戲中的數學學習缺少有效反饋，尤其是對于年幼的小班幼兒面臨三重困難，即幼兒在游戲中自身無反饋、教師反饋不及時、同伴反饋少，導致學習成效不高。以上三方面的現實困境導致幼兒對數學學習興趣不足，數學思維能力得不到有效提升。而物聯網、人工智能等信息技術的高速發展，為有效地觀察評價幼兒游戲提供了新途徑。

按數取物是3～4歲幼兒基數概念獲得的測評任務，基數概念的形成則是3～4歲幼兒數學認知目標?！?-6歲兒童學習與發展指南》（以下簡稱《指南》）中的數學認知部分只提出各年齡段兒童所要達到的結果目標，而幼兒的學習路徑沒有體現。從幼兒數學學習軌跡來看，按數取物的能力能反映出幼兒眾多數概念發展的脈絡，如數數、一一對應、符號認知、量的比較等，不同游戲情境下亦能反映幼兒問題解決的學習品質與學習風格等教師不易觀測到的行為數據。因此，本研究將內容定位于3～4歲幼兒按數取物能力的發展，選擇3～4歲幼兒數概念發展中的數數、一一對應、符號認知以及基數概念的發展作為研究內容，通過在數學游戲中設計按數取物任務來獲取幼兒學習的過程信息。并以3～4歲幼兒數概念發展作為突破口，擬嘗試將幼兒與游戲通過技術連接在一起，運用物聯網技術完成一種會“觀察評價”的幼兒數學游戲的設計與實現。

本研究選擇上海市5所幼兒園、山東省3所幼兒園，共20個小班的數學區域游戲進行了各5次的觀察，單次區域游戲的時間為20～30分鐘，并在各園隨機選擇小班幼兒各10名進行非正式訪談，主要了解小班數學區玩具類型、幼兒喜愛的玩具、幼兒操作玩具的過程、幼兒游戲情景、當前玩具的不足、教師對游戲的介入指導（即教師對幼兒游戲的反饋）等；隨機選取5名教師進行了半結構式訪談，主要圍繞教師如何觀察幼兒的數學游戲、觀察中遇到的困難以及如何獲得幼兒的更多數據并提供有效的教育支持策略等問題展開。隨后對錄像、錄音和筆錄進行轉錄與編碼。本研究對資料的分析主要運用情景分析法詳細描述關鍵事件，結合非正式訪談記錄進行系統化整合分析形成研究結論。

數學游戲設計思路

1.數學游戲設計方案形成脈絡

(1）數學游戲設計原型的確定

依據調查結果，選擇幼兒最喜愛的數學玩具之一“小火車”材料作為游戲設計的原型。（圖1）

“小火車”是幼兒園教師投放在區域活動中最常見的游戲材料之一，共有5節車廂，車廂正面貼有帶有符號的卡片，幼兒根據卡片上的符號選擇相同數量的仿真水果放置在相應的車廂內，培養幼兒按數取物的能力。

圖 1 數學游戲“小火車”原型

通過觀察發現該材料有以下問題與不足：卡片內容單一，類似以往的訓練形式，幼兒操作的主動性不強；游戲中來自教師的個別反饋與指導較少，幼兒常常隨意投置幾下就沒了興趣；可玩性不強，幼兒的主體性無法發揮；幼兒時常不按車廂的卡片選擇水果，而是將班級其他卡片（如卡片中只有水果）貼在車廂進行游戲。

(2）數學游戲內容設計——卡片的拆分與重組

根據游戲材料“小火車”原型中存在的問題，根據數據挖掘原理以及幼兒數學學習特點對“小火車”進行改良設計，將“小火車”車廂中的卡片進行單獨設計，并依據幼兒數概念發展的不同水平設計卡片符號內容，（圖2）便于對幼兒的游戲過程行為數據進行多維度挖掘。

重新設計后的游戲卡片中的符號內容有草莓、蘋果、香蕉、楊桃、李子、桔子、桃子共7種水果，每種水果有1～7種數量，如1個草莓、2個草莓……7個草莓，每種數量有5種表現形式，如3個蘋果、3個橫排黑點加1個蘋果圖片、3個三角形排列的黑點加1個蘋果圖片……數字3，共設計卡片245張，單張卡片尺寸為12×8cm。

圖2 卡片設計圖例

每種水果模型20個，共140個。根據幼兒人體工程學原理，設計符合幼兒手部尺寸的水果模型，水果直徑約4.5cm（香蕉直徑約2cm，長約8cm），材質為塑料，空心，便于幼兒抓握，增加游戲的體驗感。

（3）數學游戲外觀造型與內部結構設計

采用幼兒人體工程學原理以及基因設計原理對“小火車”進行設計完善。整體尺寸為：180cm（長）×10cm（寬）×10cm（高），單個車廂尺寸為18cm（長）×10cm（寬）×10cm（高），車廂為6節。（圖3）

圖3 “小火車”外觀造型設計圖

2.數學游戲情境的創設

教育情境越豐富且符合幼兒發展特點，幼兒在游戲中的行為數據就越多維，數據挖掘的結果就越有效。為了在游戲中獲取幼兒更加豐富的學習行為數據，便于深度挖掘幼兒游戲中的數學學習特點以及學習品質，本研究依據數據挖掘原理以及《指南》中3～4歲幼兒數學認知發展目標，以社會建構理論、情景認知理論為理論框架，結合對幼兒數學個別化學習活動的觀察以及游戲材料的反饋進行游戲情境與游戲任務設計，游戲情境設定為單獨游戲、簡單合作游戲、簡單競爭游戲，根據幼兒數概念發展的水平設定多個任務，如5以內的卡片任務、10以內的卡片任務等，教師可根據幼兒的不同發展水平提供不同難度梯度的材料。（圖4）

圖4 游戲情景設計

數學游戲功能的技術實現

1.數學游戲中的信息識別與反饋機制設計與實現

國內外的研究都表明游戲是幼兒學習數學的有效形式。對于早期兒童而言，最能發揮其主體性(或者孕育其主體性發展)的活動莫過于游戲（尤其是象征性游戲）和探索行為。游戲中兒童獲得反饋是十分重要的方面，反饋能促進幼兒對游戲的探究行為、幫助幼兒獲得規則概念并能有效促進幼兒的社會性發展。然而現實條件下，教師的時間、精力以及數學領域知識（PCK）都遇到挑戰，因此對幼兒的反饋難以得到保障。此外，小班幼兒處于平行游戲期，同伴間的反饋相對較少，造成了兒童在游戲中的數學學習可能遭遇瓶頸。

鑒于此，本研究為了使幼兒在游戲中的學習更有效，運用物聯網技術（物物相連）在游戲中設置三種反饋機制：一是有反饋無效果：當選擇的卡片中的數量與投放在車廂的水果材料數量一致時，按動開關，信號燈呈現綠色，火車不開動；不一致時，信號燈呈現紅色，火車不開動。二是有反饋有效果：當選擇的卡片中的數量與投放在車廂的水果材料數量一致時，按動開關，信號燈呈現綠色，火車開動；不一致時，信號燈呈現紅色，火車不開動。三是無反饋：不帶有任何技術功能。

反饋機制的實現路徑為：首先通過隱藏于卡片與水果材料中的RFID電子標簽，實時追蹤幼兒的行為；其次通過RFID標簽識別到的卡片與水果材料信息對幼兒按數取物的結果進行判斷，增加游戲可玩性，支持幼兒的學習。

2.數學游戲中觀察評價的數據挖掘

(1）后端服務器自動獲取的數據。通過讀卡器讀取幼兒、卡片與水果材料信息，后臺服務器實時記錄幼兒游戲過程中的行為數據，并儲存在APP專家系統中。(圖5）

圖5 幼兒行為數據挖掘路徑

如記錄幼兒游戲時的操作數據，包括卡片的選擇、抓放物體數量、種類與卡片的一致性、幼兒嘗試錯誤的次數、策略調整的時長等，以此了解幼兒數學發展軌跡及特點。

(2）手工輸入的數據。主要是幼兒基本信息的錄入，包括姓名、年齡、性別、數概念發展水平等數據。

結語與展望

基于物聯網的游戲的屬性有兩個：一是符合幼兒身心發展特點；二是基于大數據的“測評工具”。本研究將RFID近場識別技術隱藏于幼兒游戲材料中，確保幼兒與真實世界的接觸與連接，實現幼兒與游戲材料的互動并為其提供即時反饋以支持其在游戲中的學習；此外，實現游戲的測評功能，實時抓取幼兒游戲中的過程數據，幫助教師多維度了解幼兒的學習過程和路徑，如日常教學中教師“難以看到的”“看不過來的”以及“無法觀測到的”幼兒游戲精準時長、幼兒從一個任務轉向另一個任務的反應時間、兒童對卡片多維度的選擇（可同時觀測到量、水果類型以及對卡片符號的認知）、幼兒調整策略的情況等信息，提升教師評價幼兒學習過程的有效性。

信息技術的發展及應用極大地改變了人們的生活，也對幼兒的生活環境產生了深遠影響。幼兒的學習主要是“大知識”的學習而非“小知識”的學習，是“戰略性”的學習而非“戰術性”的學習。視頻媒介與技術的發展雖是不可阻擋的時代潮流，但是視頻媒介不應當成為幼兒主要的學習途徑。從文化傳承與發展的角度，我們更應該尊重并維護幼兒與真實世界的互動，技術越發達，我們越需要維系幼兒與自然之間的親密關系?！?/p>

注：此文為教育部人文社會科學研究一般項目規劃基金項目“物聯網技術背景下兒童在游戲中學習的評價研究”（批準號：17YJAZH026）的研究成果。