沈科杰等｜游戏化学习方式如何影响知识保留——基于38项实验和准实验研究的元分析

教育 2025-01-13 07:51 北京

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作者简介：沈科杰、苏晗宇，硕士研究生，北京大学教育学院学习科学实验室（北京　100871）；尚俊杰（通讯作者），博士，研究员，博士生导师，北京大学教育学院学习科学实验室（北京　100871）。

基金项目：2023年度国家自然科学基金面上项目“基于视频游戏的空间能力测评关键技术及工具开发研究”（62377001）。

引用:沈科杰,苏晗宇,尚俊杰(2024). 游戏化学习方式如何影响知识保留——基于38项实验和准实验研究的元分析[J].现代远程教育研究,36(6):55-68.

摘要：知识保留被视为衡量长期学习成效的关键指标。游戏化学习作为一种创新的教学方法近年来受到越来越多研究者的关注。游戏化学习方式对促进知识保留具有潜在优势且受到广泛认可，但也存在诸多争议，因此有必要采用元分析方法进行深入探索。通过对2000—2023年的38项实验和准实验研究及其45个效应量的分析发现：（1）游戏化学习方式对学生学习知识保留具有中等程度的正向影响；（2）在6个调节变量中，学段、干预周期及数字游戏类型对知识保留效果具有调节效应；而协作类型、学科和延后测试时间对知识保留效果并不具有调节效应。为了增强游戏化学习对知识保留的促进作用，应建立以知识保留为核心，以学段、知识类型、协作模式、游戏机制、干预方式为要素的应用框架；对于教育游戏而言，在设计上需要综合考虑学习情境、知识类型、教学目标、学生特点、干预时间等相关影响要素，以发挥其促进学习的最大优势。

关键词：游戏化学习；教育游戏；知识保留；学习效果；元分析

一、引言

在教学实践中，无论所教授内容的性质、学生的年龄或其背景如何，学习后发生遗忘是一个普遍存在的现象。正因如此，学生长期且稳定的学习效果被视为重要的教学目标之一。知识保留（Knowledge Retention）正是衡量这种长期学习成效的关键指标，即学生在完成学习后，能够在一定时间内持续回忆并应用所学知识的能力（Custers，2010）。艾宾浩斯的遗忘曲线理论为理解知识保留提供了重要的理论基础，其揭示了记忆在初始学习后的前几天内衰减速度最快，并在大约一周后趋于稳定的现象（Murre et al.，2015）。基于这一理论，学术界普遍将教学结束后一周视为评估学生知识保留效果的关键时间点（Roediger et al.，2011）。

游戏化学习作为一种创新的教学方法，通过将教育内容与游戏机制相结合，引入互动、娱乐和竞争元素，从而为学生创造一个愉悦的学习环境。这种环境不仅能激发学生的学习动机，增强他们的参与度（Yeşilbağ et al.，2020），同时也具有增强学习表现、提升学生自我效能感、培养积极学习态度和价值观的巨大潜力（尚俊杰等，2015；Kanade et al.，2024）。这些特点使得游戏化学习在促进知识保留方面具有潜在的优势（Yang et al.，2023）。

尽管游戏化学习的优势被广泛认可，但其对知识保留的具体影响仍然是一个有待深入探讨的问题。现有的实证研究提供了一些有益的见解，其中，主流观点认为相较于传统教学方法，游戏化学习能够更有效地提高学生的知识保留（Roman et al.，2020；Lutfi et al.，2023）；而少部分研究则得出了不同的结论，认为游戏化学习对知识保留的影响并不显著（Tubelo et al.，2019；Yeo et al.，2020）。这一矛盾的存在表明对游戏化学习的影响进行更全面和系统的研究很有必要。

近年来，有关游戏化学习的元分析主要围绕学习效果（李玉斌等，2019；任岩等，2023）、学业成就（蔡丹菊等，2021）、数学学习（朱莉等，2022；Dondio et al.，2023）、计算思维（Lu et al.，2023；Sun et al.，2023）等展开。而对于游戏化学习方式对学生知识保留的影响，仍然缺乏全面而深入的认识。基于此，本研究综合利用先前探究游戏化学习对知识保留影响研究的结果，分析了游戏化学习对知识保留的总体影响，以及该影响是否因游戏干预设计（游戏形式、协作模式等）、学段或学科知识类型的差异而异，以期在揭示游戏化学习方式对学生知识保留影响机制的同时，为游戏化教学设计提供更适切的策略指导。

二、文献综述

1.游戏化学习方式具有促进知识保留的潜力

一般而言，游戏化学习在教学实践中以两种形式存在：一种是使用游戏设计元素（如积分、竞争、协作）作为课堂教学的手段；另一种是专门设计和开发以计算机网页或应用程序为载体的严肃游戏（Serious Game）。本研究关注的游戏化学习形式包括上述两类。

游戏化学习对提高学习成效（尤其在促进知识保留方面）的潜力引起了教育研究者的高度关注。知识保留被视为评估学习成效的核心指标，它描述了学生在学习后一定时间跨度内持续回忆并有效应用所学知识的能力。这对教师的教学实践提出了新的要求，即教师需要在教学设计中融入有效的策略和方法，通过多样化的教学内容组织、创新的呈现方式、精心设计的学习任务以及周密的评估策略，增强学习者对知识的长期保持能力。为了全面评估学习者的知识保留情况，研究者通常会在教育干预后的不同时间点，利用不同试题对同一学习内容进行测试，以评估教学方法对学习者知识保留长期稳定性的影响。艾宾浩斯的经典遗忘曲线理论显示，学习者的记忆在数天内的初始衰减最为显著，但大约在一周后趋于稳定（Murre et al.，2015）。基于此，后续研究强调了延迟测试的重要性，指出相较于短期测试，一周左右的延迟测试更能准确反映长期记忆的保持情况（Cepeda et al.，2006）。因此，本研究采纳了在教学结束后一周及以上时间的延后测试成绩作为知识保留的操作性定义。

在实证研究方面，主要观点认为游戏提供的丰富上下文情境，有助于激发学生的主动参与和情感投入，从而对学生所学知识的记忆和保留能力产生影响（Lee，2023；Peterson，2023）。当学生以更主动的方式参与到学习过程中时，其情绪在一定程度上更容易产生波动。从生理层面来说，情绪的波动会导致大脑中杏仁核的去甲肾上腺素增加，这一生理变化有助于加强记忆（Mather et al.，2016）。游戏中能够引起玩家情绪变化的“生产性失败”设计，即学生在游戏化学习中产生失败后重新解决问题的经历所引起的情绪变化，已被发现可以促进学习者的知识保留（杨明宁等，2022；Cruz-Martínez et al.，2022）。然而，游戏对学习者的情绪唤醒并非越高越好。过高的情绪唤醒可能成为学习者外部认知负荷的来源，它在给学习者带来消极情绪状态的同时，还可能分散学习者的注意力，最终影响学习表现（Bradley et al.，1992）。

游戏化学习的高参与度还表现在对学习者感知觉的刺激上。游戏中精心设计的视觉、听觉元素能够丰富学习者的感官体验，促进学习者对过去相关记忆和经验的检索，帮助他们利用已有经验，将游戏体验转化为有意义的内部知识，从而增强知识保留的效果（Ou et al.，2011）。游戏“练习”场景与真实场景在空间位置和运动时间方面的连续性也对学习者的记忆表现有积极影响（Leberman et al.，2016）。例如，在植物学的课程中，基于位置的游戏设计会促使学生到真实环境中观察学习，这种多感官知觉的刺激能显著促进学生的知识保留（Vimolmangkang et al.，2022）。

高参与度在游戏设计上还表现为玩家间的相互竞争。在语言学习中，当游戏模式被设计为需要击败其他小组时，学习者为获得最佳表现而积极参与组内社交互动，摆脱被监控的焦虑感，使得他们可以分配更多的认知资源进行词汇保留（Ahmed et al.，2022）。对于游戏形式而言，棋盘游戏有着将学习内容从短期记忆转移到长期记忆的更高潜力，其中的核心机制在于棋类游戏的互动和竞争要素更能提高学习者的注意力和参与度。一项药学游戏化学习的实验发现，棋盘中不断“吃掉别人”的游戏机制，可以迫使学生反复阅读和查看药物照片及其适应症，从而帮助学生成功记忆药物知识（Coil et al.，2017）。综上所述，游戏化学习展现了其在教育领域提高学生学习知识保留的巨大潜力。

2.影响游戏化学习与知识保留间联系的相关因素

游戏化学习与知识保留之间的联系可能受到多种因素的影响，包括学科、学段、干预周期、游戏类型、协作类型等。

（1）学科

学科类型可能会调节游戏化学习对知识保留的影响。已有研究发现，游戏化学习在程序性知识的教学中表现出显著的优势。例如，在医学教育中，心肺复苏是一种基于知识的实践操作，计算机游戏的交互特性可以更有效地促进技能知识的保留（黄迪等，2021）。又如，在文物修复课程中，游戏化学习通过模拟交互过程，有助于加深学生对文物修复技能的理解和记忆（Ye et al.，2021）。在科学教育中，基于游戏的多次试验可以帮助学生逐步掌握科学概念和技能，显著提升他们的科学探究能力和实验技巧（Annetta et al.，2009）。

另一方面，不同学科的知识特征也会影响游戏化学习对学生知识保留的效果。认知负荷理论指出，内在认知负荷与特定教学主题相关的内在难度有关。与社会科学等课程相比，数学、工程技术类教学通常更具结构化与顺序性。游戏化学习能够将抽象概念进行形象化与实例化，将困难的概念转化为具体的游戏类比，以帮助学生更好地理解它们（Ross et al.，2014）。同时这些有趣的游戏任务更容易降低学习者的外在认知负荷，从而促进知识保留。

（2）学段

学段可能会调节游戏化学习对知识保留的影响。不同学段的学生处于不同的认知发展阶段，小学生更依赖于具体的形象进行学习，而中学生和大学生则能够处理更复杂的抽象概念。在小学阶段，游戏化学习与儿童的自然玩耍行为相契合，因而相较于纸笔练习，游戏化学习能激发他们更多的学习动力。在游戏化学习环境中，小学生倾向于通过视觉和互动性强的元素来学习，而中学生则倾向于通过挑战和问题解决过程来加深对知识的理解与记忆（Smiderle et al.，2020）。积分、徽章和排行榜等游戏化元素对小学生具有明显的吸引力，能够显著提升他们的学习动机和参与度。相对而言，中学和高等教育阶段的学生则更可能受内在动机的驱动，如自我挑战和成就感等（Looyestyn et al.，2017）。

此外，学习者的元认知能力和对游戏平台的技术接受度和熟练度也可能影响其知识保留效果。元认知能力，即学习者对自己认知过程的认识和调控，对于游戏化学习平台的有效利用至关重要（Winne et al.，2014）。较高的元认知能力能帮助学生更好地利用游戏化学习平台，从而在知识保留方面表现出更显著的效果。通常，大学生群体的元认知水平较高，能够将游戏的外部动机更好地进行激励内化，保证自身学习过程不偏离游戏目标，进而确保学习过程与游戏目标相一致。

（3）干预周期

游戏的干预周期可能会调节游戏化学习对知识保留的影响。从一般意义上看，游戏可以被认为是一种模拟实践。例如，在医学教育中，它提供了一种经济且易于获取的替代方案，用以减少临床人为错误。在这种模拟环境中，随着模拟次数的增加，学习者通常能够以“计量—反应”的形式获得更优的学习成果，缩短达到掌握水平所需的时间并取得更好的知识保留效果（Sutton et al.，2011）。短期的游戏化学习干预，如仅持续数节课时的活动，虽然能够迅速提升学习者的兴趣和动机，但对于长期知识保留的效果可能有限（Kapp，2012；Sailer et al.，2020）。相比之下，延长干预周期至一个学期或更长时间，可以加深学习者对游戏化学习环境的适应，并使其在长期测试中表现更佳（Hamari et al.，2014）。

游戏化学习对知识保留的积极效应部分源自学习体验的新颖性，这种新颖性通过激发学习者的好奇心从而驱动其学习过程，进而促进其对知识和技能的追求。然而，随着干预周期的延长，学习者对游戏的好奇心会逐渐降低。一旦新颖性体验转变为常规体验，游戏化学习对知识保留的正面影响就可能会减弱（Mekler，2016）。因此，不同的干预周期可能会对游戏化学习方式下的知识保留效果产生不同影响，游戏化干预的设计应根据实际学习目标进行调整（Landers，2014；Nacke et al.，2017）。

（4）游戏类型

游戏类型可能会调节游戏化学习对知识保留的影响。与非数字游戏相比，数字游戏通常包含更详细的设计元素和更多的未知挑战，因而能够提供更适应性的学习路径和更详细的练习反馈（Hamari et al.，2014）。数字游戏提供的详细知识点反馈，对学习者的知识转移和保留具有更显著的正面影响（Liu et al.，2021）。研究人员发现，在数字游戏中，相较于与真人玩家竞争，与非玩家角色（NPC）竞争的学习者会采用更为耐心且个性化的学习方法，他们不过分依赖提示，深入探索并掌握复杂任务（Chen et al.，2020）。

数字游戏涵盖了模拟游戏、动作游戏等多种子类型，不同类型的游戏可能会以独特的游戏机制对知识保留产生影响。例如，模拟游戏通过提供接近现实的情境模拟，从而提升学习者的实际操作和应用技能（Vogel et al.，2006）。冒险游戏通过引人入胜的故事情节和角色代入感，有助于增强学习者的参与动机，进而促进其对知识的掌握和长期记忆（Gee，2003；Adams et al.，2012）。因此，不同游戏类型对游戏化学习方式下知识保留的效果可能有所差异。

（5）协作类型

游戏的协作类型可能会调节游戏化学习对知识保留的影响。游戏化学习的要素包括情感、动机、认知以及社会/文化，共同构成了对学习者知识保留的基础（Plass et al.，2015）。社会/文化元素特别强调玩家间的互动，这种互动不仅能促进资源的学习和共享，而且通过提供情感支持还能显著提升学习的参与度（Sutton et al.，2011）。协作学习通过社会互动和共同目标，有助于增强学习者的内在动机和学习责任感，从而显著提高学生的知识保留率和学习成就（Johnson et al.，2009）。一些协作游戏要求学生在协作过程中通过解释和给同伴讲授来加深对知识的理解和记忆。这种学习方式要求学生在社会互动中积极构建知识，从而促进长期记忆的形成。因此，协作类型对游戏化学习方式下知识保留的效果可能有所差异。

三、研究设计

1.文献检索

本文分析的中文文献选自中国知网、万方数据库，英文文献选自Web of Science、ERIC、PsycINFO、ProQuest数据库。检索词分为“游戏化学习”（相关的英文包括Game-Based Learning、Computer Games、Serious Game、Online Game、Role Play、Virtual Reality、Augmented Reality）和“知识保留”（相关的英文包括Knowledge Retention、Knowledge Preservation、Knowledge Reserve、Long-Term Memory、Delayed Test）两部分，检索方式为对主题、关键词、篇名进行检索，发表时间为2000年1月1日至2023年6月31日，经Google Scholar数据库补充搜索后共得到文献1449篇。之后依据图1所示的文献筛选流程对文献进行筛选，最终共获得符合要求的研究文献样本38篇，其中国内文献5篇，国外文献33篇。

图1　文献筛选流程

2.文献编码

在元分析实施前，研究者结合前文综述以及现有与游戏化学习相关的元分析研究（Tokac et al.，2019；Wang et al.，2022）制定编码方案。其中，文献基本信息的编码包括作者姓名、发表时间、实验组以及对照组延迟测试的成绩平均值、标准差、样本量、t值、p值等。调节变量包括学科、学段、干预周期、游戏类型、数字游戏类型、协作类型、延后测试时间。具体编码情况如表1所示。各调节变量编码结果的评分者间可靠性可以接受。同时，本研究采用修订后的Jadad等人编制的量表对每项研究的质量进行评估（Brouwers et al.，2005），结果发现38篇文章的研究质量均较高。

表1　调节变量编码结果

四、研究结果与分析

1.发表偏倚评估

本元分析共纳入38项合适的研究，涉及3028名被试。首先，采用漏斗图检验本次元分析的发表偏倚情况，结果显示，样本总体分布在主效应的左右两侧并存在向右倾斜的情况。其次，为进一步确定发表偏倚的具体情形，采用失安全系数（Nfs）以及Egger回归进行精确计算（Khoury et al.，2013）。结果显示，失安全系数为3773，即还需要3773篇不显著的文献才能否定本研究的结果，同时Egger回归的截距接近于零显著（p＝0.015），说明纳入分析的研究存在发表偏倚的情况。对此，本研究采用剪补法（Trim and Fill）以修正小部分研究过大的效应值对元分析结果的影响。在主效应左侧填补7篇文献后，45个效应值基本对称分布在漏斗轴的两侧。最终有23个研究的效应值位于漏斗内，10个研究的效应值位于漏斗边缘（见图2），由此修正了发表偏倚的情况。

图2　发表偏倚检验漏斗图

2.游戏化学习对学生知识保留的总体影响

对修正后的45个独立效应进行元分析后得出的总体Hedge’s g值为0.45（见图3）。根据Cohen（1988）提出的效应值（Effect Size，ES）标准，当ES在0.2附近时，为小效应；当ES在0.5附近时，为中等效应；当ES＞0.8时，为大效应。因此，游戏化学习对学生知识保留具有接近中等程度的促进作用，说明游戏化学习有助于学生学习后知识的长时间保留。另外，异质性检验的Cochrane’s Q值为427.28且达到显著水平（p＜0.001，I2＝93.1%），表明存在跨研究的异质效应，需要进一步采用随机效应模型进行分析。

图3　随机效应模型森林图

3.不同调节变量对学生知识保留的影响

（1）学科类型对游戏化学习中知识保留的影响

从表2可知，医学和社会科学对游戏化学习中的知识保留均有中等程度的积极影响（其ES值分别为0.43和0.68），在语言学科中，这一影响程度更大（ES＝1.30）。除工程技术外，其他学科对游戏化学习知识保留的影响也较大，但受限于较少的样本数量，统计结果可能与真实结果存在误差。组间效应值Qbet为11.68（p＝0.069），说明学科类型对游戏化学习中知识保留的影响不存在显著差异，但它非常接近统计学上的显著水平，因此未来还需要更多的研究来确认语言学、医学等学科在游戏化学习中的知识保留效应是否具有实际的重要性。

（2）学段对游戏化学习中知识保留的影响

从表2可知，大学及以上学段的学生在游戏化学习知识保留方面具有中等程度的积极影响（ES＝0.56），在小学学段具有较大程度的积极影响（ES＝0.90）。总体上看，虽然学龄前和中学学段对游戏化学习中的知识保留具有的积极影响更大，但由于纳入分析的研究多以大学生作为研究对象，故其统计结果可能与真实结果存在误差。组间效应值Qbet＝8.10（p＝0.044），说明学段类型对游戏化学习中知识保留的影响存在显著差异。

表2　不同调节变量的调节效应检验

（3）协作类型对游戏化学习中知识保留的影响

从表2可知，个人游戏的效应值（ES＝0.91）大于协作游戏（ES＝0.69），表明个人游戏对知识保留的影响效果更加积极。组间效应值Qbet为0.20（p＝0.652），说明不同协作类型的游戏对学生知识保留的影响不存在显著差异。

（4）干预时间对游戏化学习中知识保留的影响

从表2可知，干预时间在45分钟内（ES＝0.44）及45分钟至4小时内（ES＝0.34）的研究具有中等偏低程度的效应值，而干预时间超过4小时且小于1周（ES＝2.50）的研究具有最大的效应值，说明超过4小时的游戏干预对知识保留具有较大程度的积极影响。组间效应值Qbet为16.00（p＜0.001），说明不同干预时间的游戏化学习对学生知识保留的影响存在显著差异。

（5）数字/非数字游戏类型对游戏化学习中知识保留的影响

从表2可知，数字游戏（ES＝0.70）和非数字游戏（ES＝1.13）均具有偏大程度的效应值，说明二者对学生知识保留均具有中等偏大程度的积极影响。组间效应值Qbet为0.61（p＝0.434），说明两种类型的游戏对学生知识保留的影响不存在显著差异。

（6）数字游戏类型对游戏化学习中知识保留的影响

根据游戏玩法机制的差异，数字游戏可以被细分为动作游戏、冒险游戏、格斗游戏和益智游戏等类别。本研究纳入分析的研究集中在模拟游戏、答题游戏和益智游戏三类。从表2可知，答题游戏（ES＝0.72）和模拟游戏（ES＝0.73）均具有偏大程度的效应值，说明二者对学生知识保留均具有中等偏大程度的积极影响。相比之下，益智游戏（ES＝0.47）具有中等偏低程度的影响。组间效应值Qbet为12.33（p＝0.030），说明不同类型的数字游戏对学生知识保留的影响存在显著差异。

（7）延后测试时间对游戏化学习中知识保留的影响

从表2可知，延后测试时间在2周内（ES＝0.67）及1至2个月（ES＝0.48）的研究具有中等偏低程度的效应值，而延后测试时间大于2周且小于1个月（ES＝1.52）以及2个月以上（ES＝1.68）的研究具有更大的效应值，说明游戏化学习中大于2周且小于1个月、2个月以上的延迟测试所反映的知识保留效果具有较大的积极影响。组间效应值Qbet为3.65（p＝0.302），说明不同延后测试时间的游戏化学习对学生知识保留的影响不存在显著差异。

五、结论和讨论

1.游戏化学习对学生知识保留具有中等程度的积极影响

元分析结果显示，游戏化学习对学生知识保留影响的合并效应值为0.45，表明游戏化学习对学生知识保留效果具有中等程度的积极影响。究其原因在于，游戏化能为学习者创设积极的“心流”体验（王永固等，2014），通过目标设定、奖励系统和竞争机制等元素能增强学生的自我效能感（Narciss，2008），激发他们面对挑战和解决问题的动力和兴趣。

更为重要的是，工作记忆的容量和持续时间上的限制会对学习者习得高阶知识产生制约（Tricot et al.，2014）。这意味着学习者在处理复杂知识时，可能会受到工作记忆容量的限制，而游戏化学习通常能为学习者提供即时的反馈和奖励，帮助其了解自身学习表现与进展，减轻其工作记忆负担。同时，游戏化的情节和关卡设计可以将抽象概念转化为有趣、可视化的情境，通过多感官通道增强学习者对概念的记忆和理解（Dawley et al.，2014）。此外，游戏中多种活动和冒险性情节设计通常专注于一个学习目标（Timmer et al.，2020），有助于学习者保留记忆中的元素。从生理层面看，游戏化学习能够引起与工作记忆密切相关的双侧背侧前额叶皮层的行为和功能变化（Çakır et al.，2016），有助于激发学习者的学习动机。游戏化学习还是学习者协作交流的重要方式之一。当学习者能够借用其他学习者的智慧或问题解决策略时，也有助于加深他们对知识的理解，并通过与他人的互动来巩固知识（Chen et al.，2015）。

2.学段对学生知识保留具有调节效应

前文分析结果显示，学段对学生知识保留效果具有调节效应，表现为游戏化学习对大学及以上学段学生的知识保留具有中等程度的积极影响，对小学学段学生的知识保留具有较大程度的积极影响。游戏化学习在高等教育阶段表现出稳定的中等水平的知识保留效应。此外，不同年龄段学生的思维发展水平不同，也可能影响他们从游戏化学习中受益的程度。年幼的学生通常以形象思维为主，更容易被游戏吸引，而游戏通过模拟创设的学习情境，能够调动他们的逻辑思维、空间感知和眼手协调能力，刺激大脑的多个区域，进而促进他们对知识内容的深入理解。相对而言，大学生对游戏的新奇感较低，且他们的抽象思维能力更强，这可能会影响他们从游戏中获得知识的效率（朱莉等，2022）。

3.干预时间对学生知识保留具有调节效应

前文分析表明，游戏的不同干预时间对学生的知识保留效果具有调节效应，表现为干预时间超过4小时且小于1周的研究比干预时间为45分钟内及45分钟至4小时内具有更大的效应值。一方面，较长的学习时间本身就为学习者提供了更多机会来深入学习和巩固所要掌握的知识。延长学习时间有助于学习者在学习过程中进行更强的情感投入，延缓遗忘过程。另一方面，游戏中设计的各种任务和挑战，大多涉及相互联系的知识领域和概念，较长的学习时间可以让学习者将新知识与已有知识进行更多的关联，形成更丰富的知识网络，进而提高知识的稳定性和可持续性。

此外，游戏通过引人入胜的情境能为学习者提供学习评价标准、恰当的上下文信息，从而调动学习者的自我调节学习策略（Wan et al.，2021）。在较长的学习周期中，游戏化学习还能借助计算机算法关注到学习者的情绪状态、注意力焦点和背景，并从心理层面督促其进行更深入的认知处理，进而达到更高的思维深度。

4.数字游戏类型对学生知识保留具有调节效应

元分析结果表明，数字游戏和非数字游戏均具有较大的效应值。即无论游戏是否数字化，其对学生知识保留均具有一定促进作用。相比于数字游戏，非数字游戏能更为直接地调动学习者的多感官体验，加强他们对学习内容的感知和理解。

数字游戏的不同类型对学生的知识保留具有调节效应。其中模拟游戏、益智游戏和答题游戏显示出较为显著的影响。前述分析结果显示，答题游戏和模拟游戏均具有较大的效应值。可能的原因在于，答题游戏通过其快速问答和知识测试机制，能为学生提供评估和巩固知识的平台。这种游戏形式与延迟测试中的测试形式相似，即能通过反复练习和即时反馈帮助学生巩固知识（Plass et al.，2015）。模拟游戏则通过模拟现实世界的情境和任务，从而为学生提供一个安全的虚拟实验和操作环境。这种游戏设计强调实践操作和情景再现，能使学生在仿真环境中反复练习（Vogel et al.，2006）。Wouters等人（2013）的元分析亦指出，模拟游戏在增强学习者学习自信心和实践能力的基础上也能提高其学习的知识保留率。

相较于前两种数字游戏，益智游戏的效应量偏小。益智游戏专注于解决问题和逻辑推理，通过逐步增加难度来提升玩家的认知能力和问题解决技能。这类游戏通过持续的挑战和即时反馈，促进学生在不断尝试中学习，从而提高其认知技能（Connolly et al.，2012）。然而，随着益智类游戏难度的不断提升，其可能会给学习者带来较多的高认知负荷，从而限制学习者长期知识保留的效果（Ke，2008）。

5.学科类型对学生知识保留不具有调节效应

由于不同学科的知识特征和结构不同，故其对学生知识保留的效果也不相同。游戏化学习对语言学有较大程度的积极影响。对于低龄学习者而言，语言习得是与生俱来的自发能力，游戏化学习可为低龄学习者提供一个自主学习新语言要素的场景（Tang，2023）。另外，语言学习不仅需要掌握基本的语法规则，还涉及学习者与环境之间的互动，游戏化学习同样能为语言学习创设情境，以此不断提高学习者的参与度（Peterson，2023），进而强化其对知识的记忆和理解（Zheng et al.，2017）。

游戏化学习对医学具有中等程度的积极影响。医学教育通常包含较多基础性的程序性知识，需要学生掌握实践技能，而游戏能为学习者提供更高的互动水平，尤其是一些增强现实游戏能够为体验式学习和社会建构式学习提供更好的体验机会。鉴于已有研究数量较多，游戏化学习对医学技能的习得和记忆的促进效果较为稳定。而关于社会科学、工程技术和职业培训等学科纳入研究的合格文献数量非常有限，故未来还需要纳入更多的研究为游戏的有效性提供证据。

6.协作类型对学生知识保留不具有调节效应

尽管协作学习能促进学习者之间的相互支持，共同追求学习目标，但设计有效的协作游戏却是一个复杂的系统工程。协作类型游戏的设计需要细致考虑各方因素，因为它受到多种因素的交互影响。不同学习风格的学习者在游戏化学习中的表现存在差异，他们会在学习过程中采取不同的学习策略和应对方式（Kaneko et al.，2019）。即使学生在协作游戏中有讨论和互动的机会，但如果缺乏适当的协作指导，也可能妨碍他们对知识的获取，进而影响知识的长期保留（Wang，2020）。因此，为了最大化协作游戏的潜在优势，教学及游戏设计师需要精心设计协作流程，提供必要的指导，以确保所有学习者都能有效地参与并从中受益。

7.延后测试时间对学生知识保留不具有调节效应

从效应量上看，不同的延后测试时间对学生的知识保留效果并没有较大差异。除大于2周且小于1个月的延后测试时间外，游戏化学习中其他延后测试时间对知识保留的效应值均大于总体知识保留的效应值。具体来看，游戏化学习对于大于2周且小于1个月、2个月以上的延后测试所反映的知识保留效果具有较大的积极影响，但宽泛的置信区间表明所纳入的研究异质性较大，加之个别研究具有过高的效应值，也说明了不同延后测试时间对学生知识保留的效果受实验设计、研究学科或主题、参与者的人口统计特征等因素的综合影响。

六、研究启示与不足

本研究运用元分析技术，对2000—2023年发表的38项关于游戏化学习对学生知识保留影响的实验与准实验研究进行了分析，发现游戏化学习对学生知识保留具有中等程度的积极影响，同时揭示了不同调节变量对学生知识保留的作用机制。但是毋庸讳言的是，游戏化学习成功的关键在于优秀的游戏元素与机制设计。为了加强游戏化学习对知识保留的促进作用，本研究提出如下游戏化学习实践的相关建议以及游戏化学习促进知识保留的应用框架。

图４　游戏化学习促进知识保留的应用框架

如图4所示，该框架涵盖了游戏化学习中涉及的关键要素及其相互作用。“知识保留”居于核心位置，而影响其效果的因素——“学段和知识类型”以及“游戏机制、干预方式和协作模式”则分布在两侧。在设计和应用教育游戏时，必须综合考虑学习背景、知识特性、教学目的和学生特质，并设置适宜的干预周期，以发挥教育游戏的最大优势。这些要素需相互平衡和协调，才能有效促进学习者的知识保留。

首先，游戏设计必须强调互动性和情感因素，如角色扮演和情节驱动，以提高学生的参与度和情感投入。例如，在小学语言学习中，可以设计一个答题游戏，让学生进行角色扮演，通过情节推动学习内容。这一方式不仅能激发学生的学习兴趣，还能通过生动的情境增强记忆效果。同时，游戏应积极调用学习者的多感官动作表征，并提供即时、详细的反馈和奖励来增强学习体验和记忆。例如，可采用积分排名和即时反馈机制，便于学生实时了解自己的学习进展，并在竞争中促进知识保留。

其次，游戏化学习应与知识的实际应用情境紧密相关，以便学习者在未来能够检索、应用他们的记忆和经验。这些情境可以帮助学生将新信息与已有知识框架相连接，以增强其内部知识结构。游戏中还应适度融入“生产性失败”的设计，允许学生在失败中找到进步的机会，并在此过程中改进和保留知识。“生产性失败”的设计原则包括适度挑战、细致指导、反思与改进三个方面，即设计具有适当难度的任务，在学生遇到困难时提供及时的指导，帮助他们找到解决方案，鼓励他们反思失败的原因，通过改进策略达到更好的学习效果。

最后，游戏化学习在知识保留上的成功也受到学生年龄和认知发展水平的影响。游戏机制的设计应与学生的技术接受与熟练度、学生认知发展阶段相匹配，并且游戏设计应根据不同学科的差异，选择合适的游戏平台和操作方式，设计针对性强的游戏内容和玩法，以维持教育游戏的可持续性和迭代性。为了确保游戏设计与教学目标紧密结合，应避免时间过短的游戏干预，教学人员应设计一系列分阶段的干预措施，确保每个阶段都有充足的时间深化学习和巩固知识，最终实现知识的长期保留。干预的具体策略包括分阶段设计、持续时间控制、知识巩固三方面，即将游戏化学习内容分为若干阶段，每个阶段设置不同的学习目标和游戏任务；同时保证每个学习阶段有足够的时间，避免过度集中或分散；在每个阶段结束后，通过测试和复习活动巩固所学知识。

本研究仍存在一些不足。本研究虽然通过划分延后测试时间，对1周以上的不同时间长度下的知识保留效果作了初步研究，但受限于研究样本数量，对游戏化学习中1周以上的不同时间长度下知识保留的效果仍无法完全定论。学习是一个层层深入、螺旋递进的过程，每一阶段的学习都需要先验知识作为基础，而且游戏化学习对知识保留产生的积极影响从长远来看也可能是短期的（Morrell et al.，2020）。另一方面，本研究仅将干预1周及以上时间的延后测验成绩视作知识保留的效果，未来研究也可以将教学结束后的立即测试和延后测试两次测验成绩的衰减量视作知识保留的一种表现形式，即将知识保留视作记忆的衰减过程来看待，从而建模并挖掘游戏化学习对学生知识保留衰减过程的影响。

本研究的另一个局限在于纳入分析的多数研究并没有开展长期使用游戏化学习的实验。这些研究多采用单次一轮的游戏干预，不利于深入分析游戏干预方式对知识保留效果的影响。事实上，提高知识保留需要反复不断的干预练习，已有研究发现，如果在整个教学模块中都使用相同的游戏或游戏元素，可能会影响学生持续学习的兴趣和动力，而不利于知识保留的效果（Garnett et al.，2018）。因此，游戏的干预频次、与传统课堂的结合方式，对知识保留效果而言都具有举足轻重的影响，这同样是未来游戏干预研究的优化方向之一。除此之外，我们也期待未来有更多针对低龄学习者、更多学科的游戏化学习研究，以进一步深入探索游戏化学习对学生知识保留的影响。

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收稿日期　2024-04-19　　责任编辑　刘选

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