依托棋牌游戲評價學(xué)生科學(xué)推理能力

研究表明，與電子游戲相比，棋牌游戲在教育意義方面更勝一籌。經(jīng)常玩棋牌游戲的孩子在數(shù)字辨別、計數(shù)、線路排列和數(shù)字大小比較等方面表現(xiàn)更為出色，經(jīng)常玩電子游戲的孩子則未觀察到類似的積極效果。[1]教育性棋牌游戲可以提供一個實(shí)際的應(yīng)用場景，讓學(xué)生將理論知識應(yīng)用到實(shí)際情境中。通過游戲中的任務(wù)和挑戰(zhàn)，學(xué)生能夠?qū)W(xué)到的概念應(yīng)用到解決問題的過程中，從而加深對知識的理解。結(jié)合“食物鏈”相關(guān)內(nèi)容，我們嘗試開發(fā)《捕食公園》棋牌游戲，依托游戲評價學(xué)生的科學(xué)推理能力，并衡量其科學(xué)性和有效性。

一、《捕食公園》棋牌游戲介紹

在《捕食公園》游戲中，玩家將扮演生態(tài)園長的角色，起始時擁有相同的生態(tài)群體，包括兩張玉米卡牌以及各一張老鼠、兔子、蛇、狐貍和鷹卡牌。玩家的主要目標(biāo)是提升生態(tài)圈的財富價值。為了達(dá)到這一目標(biāo)，每輪游戲中，玩家需要挑選一張生物卡牌，并將其送入捕食公園進(jìn)行捕食活動。與此同時，被選出的生物也面臨著被其他生物捕食的風(fēng)險。每輪捕食的結(jié)果，將根據(jù)食物網(wǎng)來判定（如圖1）。最終，累積財富值最高的玩家將贏得游戲的勝利。

每張卡牌的中央位置都印有生物的圖片，為玩家提供直觀的視覺效果。在卡牌的左上角，標(biāo)注有一個數(shù)字，這個數(shù)字代表著該生物所代表的財富值，是玩家在游戲中積累財富的重要依據(jù)。卡牌的最下方詳細(xì)列出了每種生物的捕食結(jié)果，為玩家提供了關(guān)于生物間食物鏈關(guān)系的明確指示。特別說明的是，玉米卡牌的圖片正下方還額外標(biāo)注了玉米卡牌的功能，為玩家提供了關(guān)于玉米這一特殊生物在游戲中的獨(dú)特作用的詳細(xì)說明。

1.基本規(guī)則

本款游戲為三人對戰(zhàn)模式，共設(shè)六輪角逐。游戲伊始，每位玩家均持有一張動物卡牌及兩張玉米卡牌。游戲塵埃落定之時，總財富值最高者將被授予勝利者的榮耀。

每輪游戲中，玩家需精心挑選一張卡牌，并以背面示人的方式打出。隨后，所有玩家同時翻開各自的卡牌，根據(jù)食物網(wǎng)的規(guī)則進(jìn)行捕食對決。若捕食者捕食成功，不僅能將被捕食者的卡牌收入囊中，還能獲得其對應(yīng)牌面的財富值；若捕食者捕食失敗，則意味著饑餓而亡，需將自身的卡牌上交至牌庫中。對于生產(chǎn)者而言，若其未被捕食，則能發(fā)揮其獨(dú)特功能——通過光合作用再增添一粒玉米。這意味著，生產(chǎn)者不僅能保留自身卡牌，還能從牌庫中額外抽取一張生產(chǎn)者牌，以壯大自己。

2.補(bǔ)充規(guī)則

當(dāng)一個被捕食者同時被兩個捕食者盯上時，捕食者之間將展開一場激烈的競爭。在游戲中，這種競爭通過玩家間進(jìn)行的石頭、剪刀、布游戲來體現(xiàn)。勝出的捕食者將成功捕食被捕食者，不僅能將被捕食者的卡牌納入自己的手中，還能額外獲得被捕食者對應(yīng)牌的財富值。失敗的捕食者則能夠保全自身，即保留自己的卡牌。

當(dāng)一個捕食者同時面對兩個被捕食者時，被捕食者之間將展開一場生存之戰(zhàn)。在游戲中，這種競爭同樣通過玩家間進(jìn)行的石頭、剪刀、布游戲來體現(xiàn)。勝出的被捕食者能夠幸存下來或者得到生長的機(jī)會，即保留自己的卡牌，如果是生產(chǎn)者牌，還能發(fā)揮其獨(dú)特的光合作用功能。失敗的被捕食者則將被捕食，需將自己的卡牌交給對應(yīng)的玩家。

當(dāng)游戲中出現(xiàn)兩種捕食關(guān)系，如鷹捕食兔子，而兔子又捕食玉米時，高級捕食將優(yōu)先進(jìn)行。也就是說，鷹會優(yōu)先捕食兔子，而玉米則能夠自然生長。這樣的規(guī)則確保了食物鏈中的高級捕食者能夠優(yōu)先獲得食物。

3.游戲進(jìn)程

第1輪——正常捕食。

第2輪——生物入侵：蝗蟲吃玉米。在本游戲中表現(xiàn)為生產(chǎn)者進(jìn)入捕食公園立即死亡，即將卡牌上交到牌庫中。

第3輪——正常捕食。

第4輪——物種滅亡。在本游戲中表現(xiàn)為人類毀滅性殺鼠，鼠進(jìn)入捕食公園立即死亡，即將卡牌上交到牌庫中。

第5輪——正常捕食。

第6輪——生物富集：有害物質(zhì)通過食物鏈積累。在本游戲中表現(xiàn)為食物鏈頂端物種死亡，鷹進(jìn)入捕食公園后立刻死亡，即將卡牌上交到牌庫中。

二、學(xué)生表現(xiàn)的評價方法

1.評價過程

首先，我們?yōu)閷W(xué)生詳細(xì)介紹這款游戲的玩法，并引導(dǎo)他們親自體驗三局。隨后，我們將詳細(xì)解釋出牌記錄（如圖2）的填寫規(guī)范，確保學(xué)生明白如何正確記錄。接著，進(jìn)行正式的測評環(huán)節(jié)，學(xué)生在玩游戲的同時，需要填寫出牌記錄。教師將根據(jù)表1所示的評分系統(tǒng)，對學(xué)生的出牌記錄進(jìn)行公正、客觀的評分。評分結(jié)束后，為了提升學(xué)生的反思能力，我們還可以安排一節(jié)棋牌游戲復(fù)牌課，為他們提供交流心得、分享收獲的機(jī)會。

2.評分系統(tǒng)

根據(jù)《捕食公園》棋牌游戲所考查的學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的內(nèi)容，我們將評分項分為了5個方面的內(nèi)容（見表1），滿分為5分。

得分排名通過查看記錄單上的組內(nèi)排名得出。排名第一的學(xué)生可以計1分，否則計0分。

推理能體現(xiàn)出學(xué)生選擇不同出牌類型的原因。通過查看記錄單上的原因是否表達(dá)出了玩家的假設(shè)推理思維來判斷計分。

算分能體現(xiàn)出學(xué)生是否理解了游戲規(guī)則以及出牌記錄的填寫要求。通過查看結(jié)果、財富值變化與最終的總財富值之間的計算是否正確來判斷計分。算分實(shí)際上體現(xiàn)的是學(xué)生了解規(guī)則的水平。了解規(guī)則是一切游戲進(jìn)行的前提條件，此環(huán)節(jié)也是對信息獲取能力的訓(xùn)練。從學(xué)生得分率中可以看出，有超過一半的學(xué)生對游戲規(guī)則以及出牌記錄的填寫要求理解不到位。這實(shí)際上可以反映出這部分學(xué)生在平常的上課中，很難將教師所講的內(nèi)容理解到位。因此，我們可以通過這種測試讓學(xué)生意識到自己的問題，提高他們的專注度與理解能力。

“對第2輪的理解”能體現(xiàn)出學(xué)生對第2輪特殊設(shè)置理解的正確與否。在第2輪生物入侵中，老鼠或兔子卡牌是劣勢牌，因為玉米進(jìn)入捕食公園后立即死亡，所以老鼠或兔子不能吃玉米，這將導(dǎo)致玩家損失2或3個財富值。在這種情況下，玉米的價值損失較小。然而，狐貍、蛇和鷹都有捕食的可能。因此，在這一輪中，打出老鼠或兔子卡牌的玩家將在這個項目中獲得0分。這一項實(shí)際上反映的是學(xué)生發(fā)現(xiàn)規(guī)則的能力。發(fā)現(xiàn)規(guī)則是一個抽象、提煉的過程，在這一輪里的明規(guī)則是“出玉米立即死亡”，但并非意味著不能出玉米。因此，這一輪隱含的暗規(guī)則之一是“可以出玉米”。同時，這一輪特殊設(shè)置的暗規(guī)則是“老鼠和兔子會餓死”，若學(xué)生沒有正確分析出這個暗規(guī)則，那么在這一評分項中，他們就得不到財富值。因此，教師可以在評價后，進(jìn)一步開展棋牌游戲復(fù)牌課，讓學(xué)生總結(jié)游戲中的暗規(guī)則，以提高他們對規(guī)則的理解水平。

“對第4輪的理解”能體現(xiàn)出學(xué)生對第4輪特殊設(shè)置理解的正確與否。在第4輪物種滅亡中， 老鼠或蛇卡牌是劣勢牌，因為老鼠進(jìn)入捕食公園后立即死亡，所以蛇不能捕食老鼠，這將導(dǎo)致玩家損失4個財富值。但是，除了老鼠和蛇之外的其他卡牌都有加分的可能。因此，在這一輪玩家打出老鼠或蛇卡牌，將在這個評分項目獲得0分。

三、《捕食公園》棋牌游戲?qū)嵤┘俺雠朴涗浄治?/p>

1.被試選擇

本研究的實(shí)驗對象為南京市X小學(xué)六（1）、六（2）兩個班的學(xué)生。學(xué)生在學(xué)習(xí)了蘇教版教材第二單元第6課《有趣的食物鏈》之后，基本掌握了食物鏈的知識，可以進(jìn)行本次的游戲評測。

2.預(yù)實(shí)驗

（1）出牌記錄

我們在六（3）班開展了《捕食公園》棋牌游戲教學(xué)，要求學(xué)生填寫了《捕食公園》出牌記錄，并對他們的出牌記錄進(jìn)行了評分。據(jù)此收集到的數(shù)據(jù)，我們使用了Winsteps對出牌記錄的5個條目進(jìn)行了Rasch分析。從表2可以看出，題目的信度較高，為0.92，分離度也不錯，為3.39。

Rasch模型假設(shè)高水平的學(xué)生比低水平的學(xué)生有更大的概率答對某個問題。各項目擬合情況分析可以評價各個項目是否符合Rasch模型。據(jù)此可以區(qū)分出表現(xiàn)異常的項目。表3顯示了項目信息。

通常，內(nèi)部擬合指數(shù)（Infit MNSQ，簡稱IMNSQ）和外部擬合指數(shù)（Outfit MNSQ，簡稱OMNSQ）都可以用來檢驗Rasch模型的擬合性，IMNSQ和OMNSQ的理想值均為1，代表所測數(shù)據(jù)與Rasch模型預(yù)期完全擬合，ZSTD是兩者的標(biāo)準(zhǔn)化形式，其中，IMNSQ對題目難度和學(xué)生能力水平數(shù)據(jù)比較敏感，OMNSQ對異常數(shù)據(jù)比較敏感。因此，本研究選擇IMNSQ對評測方案進(jìn)行分析。不同研究中，IMNSQ和OMNSQ設(shè)定不一樣，一般地，當(dāng)IMNSQ在0.5～1.5之間時比較適合。

測驗的統(tǒng)計結(jié)果顯示了所有項目均符合Rasch模型標(biāo)準(zhǔn)要求，其中，項目難度值范圍在-1.99～2.06，難度均值為0.00，難度標(biāo)準(zhǔn)差在0.35～0.45之間，該測驗的項目難度跨度較大，說明各個項目難度適中，而且具有一定的區(qū)分度。IMNSQ范圍在0.82～1.14之間，OMNSQ范圍是0.85～1.03之間，內(nèi)部擬合度結(jié)果說明數(shù)據(jù)與Rasch模型擬合很好，所有的內(nèi)部擬合度均在要求的范圍內(nèi)，說明測驗項目本身無明顯問題，而外部擬合度說明了很多項目也在范圍內(nèi)，本次測驗項目得分受到外界環(huán)境因素的影響較小，不會引起隨機(jī)誤差，測量結(jié)果精準(zhǔn)。點(diǎn)測量相關(guān)系數(shù)在0.5左右，實(shí)際值與期望值相差不大，說明各項目與其各自量表之間的相關(guān)度適中，不存在項目內(nèi)容重復(fù)以及與記錄單所測特質(zhì)無關(guān)的情況，基本擬合了Rasch模型的要求。

應(yīng)用項目反應(yīng)理論中的單參數(shù)Rasch模型需要滿足兩個基本假設(shè)：①測量的內(nèi)容是單維的；②項目之間是局部獨(dú)立的。單維性要求測試的試題考查的是某種單一的心理特質(zhì)或結(jié)構(gòu)，即被試學(xué)生能否答對題目只與其某一種能力有關(guān)，忽略其他因素的影響。局部獨(dú)立性則要求學(xué)生在作答某一項目時不受其他項目影響，也就是一個項目的正確與否不能影響其他項目的作答。Rasch模型的單維性是依據(jù)殘差分析的基本原理進(jìn)行計算的，結(jié)果通過標(biāo)準(zhǔn)殘差對比圖表示（如圖3）。

圖3展示了測驗的維度，橫軸代表項目難度，縱軸代表與其他成分相關(guān)的系數(shù)。當(dāng)相關(guān)系數(shù)在-0.4～0.4之間時，認(rèn)為項目處于一個維度，在圖中用紅色虛線框表示了范圍。超出該范圍的項目表示該項目可能測查了其他成分，即可能存在多個額外維度影響學(xué)生的回答，但是并不是所有維度都會對其產(chǎn)生顯著的影響。相關(guān)系數(shù)超過0.7被認(rèn)為是高度依賴于局部的。所有項目相關(guān)系數(shù)都在0.7以下，因此，項目的反應(yīng)都符合Rasch模型的局部獨(dú)立性假設(shè)，顯示從該記錄單中獲得的數(shù)據(jù)適合用Rasch模型評價學(xué)生的棋牌游戲能力。

（2）小學(xué)生科學(xué)推理能力調(diào)查

測評問卷采用的是宋雪純在合作問題解決教學(xué)對小學(xué)生科學(xué)推理能力影響的實(shí)踐研究中使用的科學(xué)推理能力調(diào)查，[2]該調(diào)查試題主要選自TIMSS與澳大利亞國家科學(xué)教育質(zhì)量監(jiān)測（NAP-SL），且通過檢驗后具有較高的信效度。

六（3）班學(xué)生填寫該調(diào)查問卷后，根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)，我們使用SPSS對問卷所有題項進(jìn)行信效度檢驗，得出的信度系數(shù)（Cronbach’s Alpha）為0.791（大于0.7），說明本問卷具有良好的信度。

使用SPSS對小學(xué)生科學(xué)推理能力調(diào)查結(jié)構(gòu)效度進(jìn)行分析，本問卷取樣適切性量數(shù)（KMO）值為0.656（大于0.5），顯著性（P）值為0.000（小于0.05），說明此小學(xué)生科學(xué)推理能力調(diào)查結(jié)構(gòu)效度較好。

3.正式實(shí)驗

在預(yù)實(shí)驗驗證《捕食公園》出牌記錄和小學(xué)生科學(xué)推理能力調(diào)查具有一定效度之后，我們在實(shí)驗班級里開展了正式實(shí)驗，收集了43名學(xué)生的《捕食公園》出牌記錄和科學(xué)推理能力調(diào)查，并以此作為依據(jù)分析《捕食公園》出牌記錄和小學(xué)生科學(xué)推理能力調(diào)查之間的相關(guān)性，以驗證《捕食公園》出牌記錄在評價小學(xué)生科學(xué)推理能力方面具有一定的科學(xué)性。

本研究根據(jù)在實(shí)驗過程中收集到的數(shù)據(jù)，使用SPSS對《捕食公園》出牌記錄和小學(xué)生科學(xué)推理能力調(diào)查之間進(jìn)行了相關(guān)性分析（見表4），可知《捕食公園》出牌記錄和小學(xué)生科學(xué)推理能力調(diào)查之間存在正相關(guān)關(guān)系（r=0.352，plt;0.05）。

四、結(jié)論與思考

通過Rasch分析《捕食公園》出牌記錄的信度較好，且驗證學(xué)生出牌記錄和科學(xué)推理能力調(diào)查之間具有正相關(guān)性，我們可以得出結(jié)論：《捕食公園》出牌記錄能夠合理有效地作為一種過程性評價方式評價學(xué)生的科學(xué)推理能力。因此，本文為小學(xué)科學(xué)教師提供了一個棋牌游戲評價案例。

出牌記錄是將學(xué)生的游戲思維顯性化的一種方式，通過這種顯性化的方式，教師可以探查學(xué)生的科學(xué)推理能力。游戲評價給教師與游戲開發(fā)師提供了可能的合作機(jī)會，若對游戲評價精確度的要求不高，或只希望通過棋牌游戲來提高學(xué)生的科學(xué)推理能力，教師也可以與學(xué)生一起創(chuàng)造或改編棋牌游戲。

雖然棋牌游戲本身不是科學(xué)活動，但它有助于學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展。然而，要真正發(fā)展科學(xué)思維，更直接的方式可能是通過參與實(shí)際的科學(xué)實(shí)驗、探究問題、閱讀科學(xué)文獻(xiàn)等活動。本文只是推薦游戲教學(xué)的偶爾使用或作為選修課學(xué)習(xí)，以及闡明其在科學(xué)推理能力評價上的意義。

（作者：柏毅，東南大學(xué)兒童發(fā)展與學(xué)習(xí)科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室教授；袁瑜，東南大學(xué)兒童發(fā)展與教育研究所、兒童發(fā)展與學(xué)習(xí)科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗室碩士生。）

參考文獻(xiàn)

[1]Li X. The impact of board games and video games on children's cognitive development[J]. Journal of Educational Psychology， 2015， 107（3）.

[2]宋雪純.合作問題解決教學(xué)對小學(xué)生科學(xué)推理能力影響的實(shí)踐研究[D].杭州：浙江師范大學(xué)，2021.