摘要：激励机制是保证教育游戏用户短时间内反复操作，在愉悦体验的同时潜移默化地接受知识与提高能力的关键。但如何设计充满激励机制的互动情境，巧妙地融合教育性和游戏性，是当前许多教育游戏产品在设计时所面临的问题。在分析教育游戏激励需求和激励机制设计原则的基础上，以航海学中“时间换算”知识点为例，设计开发一款小型游戏《太空大战》。游戏涵盖了知识点的相关要素，一定程度上达到了激励练习的效果，整个设计过程也加深了对激励机制的理解、研究与运用，对后续开发、扩展具有借鉴意义。
关键词：教育游戏；时间换算；激励机制
DOIDOI：10.11907/rjdk.1431100
中图分类号：G434
基金项目基金项目：
作者简介作者简介：王小海（1983-），男，山东安丘人，博士，海军潜艇学院航海观通系讲师，研究方向为航海仿真；章阳（1981-），男，湖北黄石人，硕士，海军潜艇学院科研部工程师，研究方向为软件设计；唐正平（1968-），男，安徽枞阳人，海军潜艇学院航海观通系副教授，研究方向为潜艇航海。
0 引言
本文在分析激励机制的基础上，以航海学中“时间换算”知识点为例，设计开发了一款小型教育游戏《太空大战》，在涵盖知识点的同时达到激励效果，对后续开发、扩展具有借鉴意义。
1 激励机制设计原则与组成
激励，即“激发鼓励”，指通过一套理性化制度来激发客体的内在动力以积极行动，从而实现激励主体所期望的目标[3]。借鉴需求层次理论[4]归纳教育游戏激励所针对的需求，然后分析激励机制的设计原则。
1.1 激励需求分析
学生是待激励的客体，其需求包括学生身份、其它社会身份以及一个正常“人”的需求。
（1）求知。教育游戏的初衷即将学习还原为一种“主动求知游戏”，因此在设计时切忌将学习内容直接抛给学生，而是要利用吸引力让其自己奋斗闯关，甚至自己寻找学习内容。
（2）归属感。正常人均有建立友好亲密人际关系的愿望，希望被环境、团体认同、接纳而非排斥。
（3）感官娱乐。计算机游戏结合声光色给予玩家前所未有的感官娱乐体验，教育游戏虽由于开发力度等限制未必能达到如此高度，但仍先天具备多媒体表现能力，可以起到传统教学无法达到的效果。
（4）奖赏。设计好的奖励系统可以激励玩家在游戏中多尝试新玩法、多挑战更高难度。
（5）自我实现。人们普遍希望迎接挑战并在群体中脱颖而出。游戏中的排名、奖惩系统即可迎合该需求。
激励机制设计原则如下：
（1）保证娱乐性。娱乐性是教育游戏的“生命线”，是设置激励机制的基础。
（2）提供丰满的背景。好的教育游戏要根据学习目标来设计整体背景，力求通过角色、主题、情节中的一个或多个要素引起用户共鸣。清晰地确定学习目标能为下一步选择游戏类型及设计细节打下基础。根据学习目标选择合适的游戏类型后，设计人员从中提取重要概念、原理和规则作为游戏任务骨架，并构建与之匹配的世界图景、概念、逻辑规则等，从而确定游戏任务的角色、事件等要素。
（3）设置合适的难度梯度。根据沉浸理论，任务要与用户的认知水平相适应，否则用户会因游戏挑战水平过高或过低而感到焦虑或厌倦。
（4）增强个性化、随机性。耐玩的游戏通常可以选择任务或以不同方式执行任务，从而提供展示个性的机会。恰当的随机性为游戏过程与结果增添了潜在的未知因素，使软件更富趣味性和魅力。
（5）合理设计奖励系统。除排名、虚拟物品、称号等常见奖励形式外，教育游戏还可以结合实际教学进程设置现实奖励，作为现实中排名、奖励的基准。设计奖励系统时应遵循一致、循序渐进、及时等原则。
（6）提供交互功能。在基本机制相对成熟和平衡后，可提供交流功能和共同参与功能。
2 “时间换算”教育游戏设计与开发
“时间换算”指地方时、世界时、时区时3种时间的换算，为航海学的基础知识，具体可参阅相关教材[5]。“时间换算”需要在理论讲授基础上加以强化练习，因此设计开发了小型辅助训练游戏――《太空大战》以促进学生自发练习。
2.1 学习目标
时间换算的学习目标属于逻辑类，即理解、掌握经度、时区换算和3种时间之间的换算公式，属于相对封闭的计算问题，便于结果评判。一般而言，问题越开放，与问题空间同构的游戏任务越难设计，但这并不意味封闭问题的游戏任务设计就一定简单，同样需要对游戏类型、基本规则等进行仔细斟酌。
2.2 游戏类型
由于知识点规模较小，将游戏定位为小型益智类游戏。常见小型游戏类型如下：
（1）问答类型。主要针对记忆类学习目标，比如面向某一有大量词汇的领域，或涵盖多领域相近难度的问题。问答类游戏主要是对用户知识面的挑战，以记忆性问题为主。
（2）消除类型。如《俄罗斯方块》、《宝石迷阵》等，基本形式是游戏定义直观消除规则和操作方式，用户体验规则并尝试掌握高分诀窍，在游戏的同时锻炼一定的逻辑思维能力。 （3）物理类。如疯狂的小鸟、摆动绳索、平衡游戏等，基本形式是模拟现实物理特征，如惯性、重力，用户结合日常及游戏经验逐渐达到高分或通关。一般无需对物理逻辑进行定量计算。
（4）解密类、数字类。如数独、密室逃脱、填字游戏等。这类游戏逻辑性强，包含明显的问题空间、初始条件和推进规则，用户的乐趣在于根据条件反复尝试、回溯、推理，直至彻底解决问题。
（5）棋牌类。如军棋、象棋、纸牌类等。游戏双方或多方根据规则进行游戏直至获胜方确定。棋牌类游戏天然具有对抗性、逻辑性，若规则设计合理（避免繁琐与简单），则具备一定的趣味性。
由于时间换算知识点的特点是计算公式较简单，核心是时间与距离（经度差）两者间的转换。经过对以上各种游戏类型的比较分析，游戏将采用棋牌类中战棋游戏的形式，通过设计规则来蕴含计算逻辑，而且计算逻辑应当是构成规则的主要元素。
2.3 棋盘模型
基于现实时区设计棋盘的优点是直接结合了基本概念与换算逻辑，但缺点在于：①涉及实际地理信息后往往要再考虑纬度，而经纬度组合又最好涉及具体地名。但现实时区并非严格按照经度计算进行划分，某些时区也没有著名城市；②以现实时区为背景仍存在如何体现时间换算的问题，难免采用计算城市经度的形式，又重蹈问答类型的覆辙。因此，经过分析认为难以设计兼具直观和简洁的背景。
对知识点的直观展示并不意味直接罗列，因此考虑包含换算逻辑的“隐性”设计――模型将突出“经度”与“时间”的转换关系，而不涉及“纬度”、“城市”等地理概念。即将“直观性”演绎为直观展示“划分”、“时差计算”等概念本身。
基于以上考虑，棋盘将体现单一纬度上的360°经度，每一方格为1×1经纬度方格。同时由于各时区的结构基本相同，再将不同时区方格并列排放。这样即利于棋盘紧凑，也便于体现规律――时间差表现为两经度所在方格的距离。
2.4 背景设计
棋盘模型划定了一块每个位置有唯一编码的区域，在此区域内将游戏背景设定为以棋盘为战场的两支太空舰队的战斗：敌我两支太空舰队在卷曲时空中发生遭遇战，该时空卷曲前为环形带，卷曲后呈平面，其特殊之处在于当中的物体可以横跨不同的行域。双方舰队各据区域的一半作为阵地。区域内不同位置可用两种坐标标识：①线性坐标，从W180至0至E180；②DHMS（日、时、分、秒）四元组。不同位置的四元组标识换算规则遵循地方时换算规则，而且所有位置的四元组是统一变动的，类似时间在流动。
2.5 对抗规则
每方舰队由若干艘大小不一（占不同格数）的飞船组成，作战前各方舰队首先在各自区域内布阵，战斗开始后阵型不能改变，但可以互相攻击。敌方区域初始均被战争迷雾遮盖，因此发动攻击前需要猜测敌人可能的位置，攻击过的地点迷雾将去除。双方战斗目标是将对方所有飞船击毁。
双方攻击武器均为精确制导，参数为待打击地点的四元组。由于四元组是变动的，武器发射前先要根据已有四元组信息进行计算。
攻击按制导方式分为：①定点制导。制导参数为打击地点的四元组；②差值制导。制导参数为打击地点与发射地点的四元组差值。按打击范围分为：①点打击。只打击所制导位置区域；②行打击。打击整行区域，但需要制导至待打击行的中央线。即，打击类型分为定点点打击、定点行打击、差值点打击、差值行打击四种。
将武器发射地和武器打击地作为需要时间换算的两地，则打击类型对应不同的时间换算类型：①定点制导。已知发射地和打击地位置和发射地时间，求打击地时间；②差值制导。已知发射地和打击地位置，求两地的时间差。增量、减量分别代表自西向东、自东向西计算；③点打击。地方时之间的换算；④行打击。地方时与区时之间的换算。
为增加战斗紧张性，采用即时回合制，即各作战单位有独自的回合计算。为简化操作，每方舰队只有3个时间槽――定点点打击、差值点打击、行打击。3个时间槽按对应换算从难到易的顺序，其长度依次增加。当冷却时间到达时，随机选择己方一艘飞船发射武器，用户根据制导方式设定四元组参数，设置完毕后“发射”即可实时产生效果――或击中或击空，并有不同的攻击效能。
2.6 软件开发
根据以上设计，利用VS2010开发原型，包括体力值显示、攻击倒计时、攻击设置、战场四部分。其中攻击设置区域中显示了不同攻击方式所需信息。如定点点打击中，可以查看光标位置的线性坐标，发射点的四元组坐标，以及设置打击点的四元组参数、发射按钮等。
游戏开始后，所有攻击方式开始倒计时。当某种方式倒计至零后，攻击设置界面中的相应方式分页可以使用，参数设定完毕后即可攻击。如果击中目标，对方体力值会根据打击效果降低相应值。游戏持续循环，直至一方胜利。
游戏取胜的关键一方面在于推理敌舰位置，另一方面也在于准确打击所推理的位置，后者需要学生能够正确计算四元组坐标。通常一次对抗需要多次计算，在找到规律并熟练掌握后可以做到几秒内得出结果。由于该游戏进行的是一种隐性学习，因此在使用后要增加一个对攻击类型与时间换算种类的对应关系的总结过程，该过程可以在教师的适时引导下完成，也可以在游戏后续版本中增加相应单元。 2.7 进一步激励机制
对于“时间换算”这一小型知识点，激励机制仅采用前述最基本的战棋规则已足够，否则会显得包装过度。但只要精心设计游戏任务，一个背景中可以容纳许多知识点。而且当背景具备足够的娱乐性时，难以游戏化的各种记忆类知识点也可以适当加入，最终达到覆盖一门课程中的大多数甚至所有知识点的程度。这样的游戏便成为该课程的配套教育游戏，甚至是学习、考核一体化软件，这也是本次设计、开发经验的前景意义所在。
在原型背景下，很容易进一步设计激励机制：①娱乐性。细化规则，在舰队飞船数量、攻击力、血量、回合时间等方面达到更好的平衡。另外，绚丽的视觉效果也能够增加娱乐性；②完善背景。可以赋予两支舰队一定的政治派别，战争前可以利用小段情节交代背景，同时作为用户熟悉攻击方式的练习；③难度梯度。包括对手数量、攻击力、攻击范围、是否可移动、地形因素、飞船种类、体力恢复、驾驶员特殊能力等方面；④增加个性化、随机性。可以设置不同飞船的能力，如快速装弹、有概率闪避等，在各区域随机产生道具；⑤交互功能。增加玩家之间对抗或合作的功能；⑥奖赏。击中后时间槽变短，击空后时间槽恢复原长度，以及更多可选择的飞船类型、能力等。
3 结语
随着教育游戏的日益普及和发展，涉及学科局限化、问答形式普遍化等一些问题逐渐凸显。这也是目前许多教育游戏面临的困境――由于专业设计人才、投资支持等欠缺，因此难以合理、巧妙地融合教育性和游戏性，缺乏吸引力。
在设计“时间换算”教育游戏时同样遇到了上述难题，在反复推敲、讨论后，确定以战棋的形式摆脱问答式的窠臼。最终既达到了激励练习的效果，又涵盖了“时间换算”这一知识点的所有必要因素，同时将时间换算转换为形象的格子距离。通过这一教育游戏的开发过程，也加深了对激励机制的理解、研究与运用，对后续开发、扩展具备借鉴意义。
参考文献：
[3]李祖超.激励教育刍议[J].中国教育学刊，2003（5）：610.
[4]安福杰.基于需要层次理论的教育游戏激励机制研究[J].中国电化教育，2013（3）：96100.
[5]赵仁余.航海学[M].北京：人民交通出版社，2009.