[论文解读] Playing Modeling Games in the Science Classroom: The Case for Disciplinary Integration

Pratim Sengupta, Doug Clark|arXiv (Cornell University)|Jul 18, 2016

Educational Games and GamificationPsychology参考文献 15被引用 19

一句话总结

本文提出通过在科学课堂中引入‘建模游戏’来整合学科实践，利用物质性工具和符号表征（如图表、基于代理的程序）的迭代设计，实现跨学科的科学建模。研究证明，该方法通过促进学生对科学建模的深度参与，显著提升了学生的学习效果和教师的自主性。

ABSTRACT

We extend the theory of disciplinary integration of games for science education beyond the virtual world of games, and identify two key themes of a practice-based theoretical commitment to science learning: (1) materiality in the classroom and (2) iterative design of multiple, complementary symbolic inscriptions (e.g., graphs and agent-based programs). We also identify the affordances of our proposed approach for facilitating student learning and teacher agency.

研究动机与目标

• 填补科学教育中超越虚拟游戏环境的学科实践整合研究空白。
• 探究物质性与符号表征如何支持学生参与科学建模实践。
• 考察多种符号表征（如图表、基于代理的程序）的迭代设计如何支持学科整合。
• 识别建模游戏在科学课堂中对学生学习与教师自主性的关键优势。
• 将学科整合的理论框架拓展至包含物理课堂环境中具身化、实践性学习的范畴。

提出的方法

• 设计并实施融合实体材料与数字工具的课堂建模游戏。
• 采用迭代设计周期，开发并优化图表、示意图和基于代理的模拟等符号表征。
• 通过多种表征形式，促进学生围绕模型构建、测试与修订展开协作。
• 嵌入物质性工具（如实体模型、传感器）以将抽象科学概念具象化，增强体验感。
• 通过形成性评估与教师引导，支持建模活动中学科意义的建构。
• 分析课堂互动与学生作品，追踪符号表征与时间维度上学科实践的发展轨迹。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计建模游戏，使其在非虚拟环境中支持科学课堂中的学科整合？
• RQ2 物质性在支持学生参与科学建模实践方面发挥何种作用？
• RQ3 多种互补的符号表征（如图表、基于代理的程序）如何促进科学理解的发展？
• RQ4 这些建模游戏在哪些方面提升了科学教学中的学生学习效果与教师自主性？
• RQ5 在课堂环境中持续开展迭代性、实践性建模的关键设计原则是什么？

主要发现

• 将实体材料与数字表征（如基于代理的程序）相结合，显著深化了学生对科学建模的参与度。
• 符号表征的迭代优化使学生能够随时间推移发展出更稳健、更连贯的科学模型。
• 以建模游戏为核心的课堂活动通过协作性、实践性学习，支持了学科知识的共同建构。
• 教师报告在组织学生建模讨论方面拥有更高的自主性，尤其在引导学科实践方面。
• 该方法证明，通过精心设计物质性与表征性资源，非虚拟、基于课堂的学科整合是可实现的。
• 学生在协调多种表征（如图表与模拟）方面表现出更强的能力，表明其建模中的概念连贯性得到提升。