基于即时教学、Unity3D、游戏化和教育空间的翻转课堂学习外文翻译资料

基于即时教学、Unity3D、游戏化和教育空间的翻转课堂学习

原文作者 Elizabeth Toriz 单位 墨西哥蒙特雷大学（Tecnologico de Monterrey）

摘要：本研究展示了即时教学、Unity3D和游戏化环境下的翻转课堂对学习实验媒体空间课堂的影响，为缓解气候变化、促进可持续发展和合理利用能源做出最佳决策。气候变化早已在我们的现实生活中，而且科学家认为它是我们这个时代需要立即解决的最大挑战。在蒙特雷大学，“气候变化和能源使用”这门课程的教学目标是让学生和毕业生能够提出解决这些问题的方案。然而，一些学生认为这门课只流于形式，并未真正重视它。因此，本研究的目的是验证学习能力的显著提高，是由于课程内容包含着一个有待解决的挑战。我们采用了混合研究方法，便于在同一研究中收集、分析和联系定性和定量数据。使用的测量工具是测验、重点小组和评估准则。研究结果显示了这些工具作为学习策略的潜力。与采用传统方法的学生相比，评估的平均成绩有显著提高。

关键词：气候变化；教育创新；工程教育研究；即时教学下的翻转课堂；可持续发展；Unity3D和游戏化。

1介绍

基础设施、实现更可持续发展的创新项目和通过研究寻找替代能源是各机构从其专长出发必须发展的要素，以应对人类当前面临的最大挑战;也就是,气候模式的变化。这需要考虑到当地环境和人们的需求的即时解决方案。

“接下来的几年可能是我们历史上最重要的几年。我们今天的决定是确保给每个人一个安全的、可持续的世界,不论现在还是将来；” “根据化学和物理定律，将全球变暖限制在1.5摄氏度以内是可能的,但为了实现它,前所未有的变化不可或缺”，“这样做会减少对生态系统、人类健康和人类福祉的问题的影响，并且，通过加强一个更加可持续和公平的社会来促进实现联合国的可持续发展目标。”这是政府间气候变化专门委员会(Intergovernmental Panel on Climate Change，简称ipcc) 在2018年报告中的表述。

为了应对这一巨大的挑战，来自不同工程部门的学生必须培养能力，以控制温室气体排放，减缓这一过程，并为已经不可逆的现象提供替代方案。他们必须在公司中扮演重要的角色，作为面向可持续性和开发生成清洁能源的方法的过程的自然管理者。

本文报告了将翻转课堂的交互技术与即时教学(FC/JiTT)、Unity3D和游戏化技术——在学习实验媒体空间 (MSLL)课堂中相结合的结果。教学方法将这些技术结合起来，通过实验和实践来发展学生的能力，使他们能够提出由气候变化和促进可持续发展带来的问题的解决方案。

2发展

传统的教学方法使学生感到枯燥。

然而，在气候变化和能源利用课堂上，学生们学会了为自然环境做出决定，并意识到人为活动对气候变化和地球生态系统的影响，从而对生活质量产生影响。但有些学生并不认同课程内容与他们的职业或环境相关的实际生活情况之间的联系，因此他们认为这是一种材料补充或是一门不适用于他们学科领域的学科;因此，他们没有完全投入其中，也不承认它的真正重要性。结果在他们的态度和对课程的评价上得到了反映。

因此，在这项工作中，我们建议结合不同的教学方法来有目的地创造学习空间，以吸引学生的全部注意力，并将他们与课程内容联系起来。毫无疑问，这一方法是教学过程的创新，因为，所提出的互动工具的组合从未应用于与气候变化和持续性相关问题的研究。此外，它们还结合新的教育课堂，即学习实验媒体空间 (MSLL) 来应用，它允许每个学生团队在他们的桌子的屏幕上看到他们的活动和项目的进展。在这种安排下，他们可以进行讨论，然后在工作中协同决策。

有了这个创新的空间，团队成员和指导者之间的有效反馈贯穿项目始终。

互动式教学是适应时代发展和21世纪青年人特点的创新教育模式。这种教学基于具有挑战性和互动性的学习体验，而最先进的技术创新体育馆可以确保学生的积极参与。

这一建议的发展意味着所有这些工具共同使用，这一点未曾在其他研究中提到过。

2.1 理论框架

根据[1] 高德纳的发展规律周期，游戏化是一项新兴技术，其发展前景为2-5年。在一年的时间里，它从生产部门的新兴技术变成了固定技术。目前,最流行的游戏化定义是指在非游戏环境中使用游戏设计元素。通过详细分析这一简化概念的信息，我们将游戏化理解为在非常规领域中使用游戏设计元素以优化用户体验的过程。

第二种方法是借助对活动的激励和承诺来实现社会转型的集体愿景 [3];由此，它的影响超越了教育[4-6]、卫生[7]、环境[8]等部门。

其中，对游戏化的实证研究分析表明，教育是实践中[9]最常见的情境，这不仅是因为教育方面游戏化平台的数量，还因为它的有效性和普及性。

通过模拟学生生活中真实而有意义的情境，游戏逐渐被巩固为体验学习的有力工具。游戏鼓励互动，激励学习、合作和解决问题，并能减少学生对犯错的恐惧。因为游戏促进个性化和情境化的学习，所以，游戏策略的使用可以扩展到任何培训和教育领域[10]。

游戏化是一种技术，一种方法，同时也是一种策略。

教育中的游戏化在学术文献中有多个术语:游戏化教育[12]、基于游戏化的学习[]或游戏化，这个原词[14]。虽然在教育领域中，没有唯一的概念来定义游戏化,但它的所有应用往往给学生一个身临其境的体验, 能把传统教育方法下的学习原则变为基于动机和社会认同的新参数，并应用游戏机制，最终使教学过程能更有吸引力、更有效。

为了确定学生特殊需求的变化，游戏化的过程需要动机设计[15,16]和教学设计[17,18]的模型。结果表明，在不依赖于外在动机的情况下，评价刺激和促进活动是有益的。

文献表明，“严肃游戏”和“游戏化”这两个术语之间的用法并不明确，因此，[19]区分它们是必要的。根据这些作者的观点，“游戏化”指的是游戏在原则上并不是为了在人们学习的同时激励和娱乐他们。然而，“严肃游戏”趋向于用模拟教学来培养能力和技能，而不太关注动机[19]。

科学界鲜少尝试根据游戏的教育特性来构建和分析游戏的不同组成部分。在教育领域进行的一项最先进的游戏化研究调查了游戏的元素、应用程序的类型、教育水平、学术主题、实施和评估的结果，并将这些发表在具国际影响力的资源库和索引，诸如ACM的数字图书馆,IEEE Xplore资料库, ScienceDirect期刊数据库, ISI-WOS数据库, SCOPUS文摘与引文数据库, Springer Link全文数据库, ERIC和Google Scholar谷歌学术搜索。报告显示，从2010年到2014年，有关游戏化在教育中的应用的出版物总数超过500份。90%的出版物描述了在教育环境中可能使用的游戏机制和动态，但是关于在学习环境中融入游戏元素的有效性的实证研究仍然很少。游戏化要想成功，游戏必须具有能够激发学生兴趣的吸引力，必须提供能让学生参与其中的奖励，并且必须具有足够的灵活性，使之能够在课堂上被单独或集体使用。同时，[22]游戏化的游戏机制须基于规则和挑战，从而得到参与者的认同。在学术层面，信息社会中出现的新的学习生态为教育和学习[23]提供了新的机会、场景和挑战，打破了障碍、物理和组织的限制，并将正式和非正式的情境结合起来[24,25]。

在这种情况下，以能力为教育过程轴心的现行学校课程意味着方法上的改变，从而影响到教师和学生的相互作用。特别是，游戏化的影响被分析成一种激励人的和有趣的教育工具，来促进能力的获得。

颠倒课堂，或称翻转课堂(FC)，是指利用真实的课堂时间，加强由教师全程引导的学习过程[26,27]，其中，任务是主角，而非权威性的话语[28]。

这意味着学生有一项工作不需要参与——课外工作，因而，这能提高学生的自主学习能力，对拓宽个人学习也起着至关重要的作用[29,30]。这种学习方式也整合个人与他人的工作 [28,31]，因为每个参与者都必须为集体利益做出自己的贡献。翻转课堂可以被视为一种协作模式，它追求的目标包括向他人学习、承担个人和集体学习的责任、培养特定的能力和人际交往能力。而这种方法需要更新教师与学生[32]之间的角色。

翻转课堂模式可以综合为课前和课间模式。课前，老师必须精心准备一份精选的数字材料和物理材料，并指导学生开展活动(课前准备)。在这种情况下，学生的准备工作被收集在一个电子档案中，其中汇集了他们的学习经验。这样老师就有了学生作业的证据，而学生自己，通过反思和概念化，能够意识到他们的进步。在课堂上，教师通过小班授课、附加讲解和练习所学知识的实践等方式加强学生的学习。根据活动将工作分成部分、小组或工作小组。

“模拟与游戏”教学法虽然在教学中存在的时间相对较短，但在实践中对翻转课堂是一种补充和充实。各种各样的研究已经证实，像翻转课堂这样的模拟，除了特定的能力[33 - 35]之外，还有助于获得人际能力和横向能力[33,34,36-39]。作者指出了模拟在诸如小组工作、战略规划、谈判和决策制定这些方面的跨文化潜力[40-44]。

翻转课堂是指通过电子工具将需要学习的知识传递给学生，以避免占用大量的课堂时间进行讲解。节省的时间用于课堂活动，学生成为积极的主角。翻转课堂减少了直接的教学时间，使学生能够讨论实际的例子或假设，并在教师的细心指导下进行更高层次的活动，如从以前提供和分发给学生的信息中分析、评估、创造知识。翻转课堂是教育变革道路上的第一步，它允许学生在学习上取得进步，它更关注学生的角色、学生的自主性及其自我调节[46]。

学习结果分析是指在教与学的过程中，利用信息通信技术[47]对数据进行收集、整理和分析的过程。

本文介绍了通过课前准备活动获取学生学习信息的方法。本文还讨论了分析学生反应的教学过程，这将使教师决定在课堂上优先开展什么活动，以让学生理解重要概念。其基于这样一种观点，即当老师真正了解学生最初的理解水平时，他们会学得更多更好。因此，学生可以用具体的例子来挑战他们错误的初概念，并在他们已经理解地很好的情况下[48]再去建立他们的理解。要创建这个模型，需借助“即时教学”(JiTT)来使用混合学习方法，在这种方法中，教师和学生之间的双向交流创造了一个能让教师了解他/她的学生的困难和兴趣理想的学习环境。

实时教学的翻转课堂(FC/JiTT)[49]是一种将实时教学与翻转课堂、游戏化元素相结合的方法。

在这种方法中，实验前测试问卷与自由回答问题一起使用，让学生在与说教性材料互动后，反思并告知教师他们的反应。对学生的回答进行分析，得出结论，让教师在开课前就知道学生在[49]教学材料中发现了哪些比较难理解的地方。因此，实时教学的翻转课堂，第一步先允许检测课程材料中涉及的学生中最普遍的理解问题。这些信息提供了如何准备新材料的引导，进一步的指导，并给出活动和例子，帮助学生更好地理解这些概念。

实时教学的翻转课堂鼓励学生对他们最初的学习负责，并采取一种旨在深入理解主题的方法[49-52]。通过对学生回答的分析，可以回答一些与学生非常相关的问题，比如他们最感兴趣的是什么，以及在与所提供的教学材料互动后，他们无法理解的是什么。

2.2 问题的方法

目前, 我们已经生活在全球变暖1°C、更极端的气象条件、海平面上升和北极海洋冰的减少等变化的后果中, 政府间气候变化专家小组(IPCC)在其2018年特别报告中如是报道。这份重要的报告引用了6000多篇参考文献，以及世界各地数千名政府和专家审查员的无私贡献，其证明了IPCC的广度和相关性。

主要证据是1910年到1940年(0.35°C)和1970年到现在(ACIA，剑桥大学2018年)陆地大气平均温度的升高，以及更强烈的暴雨和长时间的干旱等气象现象的频率和强度。

另一个证据是一些动植物物种在陆地上的行为和分布的变化:蝴蝶、蜻蜓、飞蛾、甲虫和其他昆虫现在生活在高纬度和高海拔地区，而那里以前太冷，它们根本无法生存。

科学家已经观察到至少420个物理过程和群落或生物物种所引起的变化(《联合国气候变化框架公约》，《当前气候变化试验》，2015年)，因此，显而易见的，他们认为气候模式的变化是当前需要立即解决的最大挑战。

为让学生能够提出解决这个问题的方案，蒙特雷大学开设了“气候变化和能源使用”课程。然而，一些学生没有认识到课程内容的相关性，也没有认识到他们在专业领域的问题解决和决策过程中所扮演的角色。这表现在学生对课程内容和课程活动不感兴趣、缺乏动力或鲜少关注。很多时候，它表现为一种无用感或缺乏目的性。他们认为这门课是“填充物”，没有实际的应用，只是理论性质，因而导致他们的学习成绩不高。

为了达成期望，我们重新设计这门课程的学习计划，通过提出挑战和使用创新的交互式工具，如即时教学 (JiTT/FC)、Unity3D和游戏化下的翻转课堂，学习实验媒体空间教室，来激发所有学生的兴趣。本课程使用这些混合方法的目的是提高学生的生产力，培养学生和毕业生的能力，使之能提出解决气候变化问题的方案，促进可持续发展。

本项目在制定问题的基础上，确立开展了实验研究，目的是通过实验研究，提出变化、评价变化和建议变化。

2.3 方法

本研究采用混合方法[53]，在同一研究中收集、分析和链接定性数据和定量数据。

采用实时教学模式(JiTT/ FC)实施翻转课堂。课程内容包括视频、

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基于即时教学、Unity3D、游戏化和教育空间的翻转课堂学习

原文作者 Elizabeth Toriz 单位 墨西哥蒙特雷大学（Tecnologico de Monterrey）

专业：教育技术 学生姓名：梁芝敏

指导老师姓名：关伟

摘要：The present study shows the impact of using flipped classroom with just-in-time teaching, Unity3D and gamification in media: scape LearnLab classrooms to make the best decisions for the mitigation of climate change, the promotion of sustainable development and rational use of energy. Climate change is perceived as a reality that we are already living, and it is considered by scientists as the greatest challenge of our times in need of immediate solutions. In Tecnologico de Monterrey, the subject, “Climate Change and Energy Use,” is taught with the objective that its students and graduates are capable of proposing solutions to these problems. Nevertheless, some students view the course as a formality and do not attach real importance to it. Therefore, the objective of this research is to verify that learning increased significantly due to the course contents including a challenge to be resolved. A mixed-research methodology was applied, which allowed the collection, analysis and linkage of qualitative and quantitative data in the same study. The measuring instruments used were quizzes, focus groups and rubrics. The results obtained demonstrated the potential of the tools applied as learning strategies. The average grades in the evaluations improved notably compared with those who took the course with the traditional methodology.

关键词：Climate change · Educational innovation · Educational research in engineering · Flipped classroom with just-in-time teaching · Sustainable development · Unity3D and gamification

外文文献出处：Toriz, E. Learning based on flipped classroom with just-in-time teaching, Unity3D, gamification and educational spaces. Int J Interact Des Manuf 13, 1159–1173 (2019) doi:10.1007/s12008-019-00560-z

来源数据库： Springer Journal

附外文文献原文

1 Introduction

Infrastructure, innovative projects to achieve more sustainable development and the search for alternative energy sources through research are elements that institutions, from their specialties, must develop to confront globally the greatest current challenge facing humanity; namely, the changes in climate patterns. This requires immediate solutions that consider local contexts and the needs of people.

“The next years are probably the most important of our history. The decisions that we make today are decisive to guarantee a safe and sustainable world for everyone, as important now as in the future;” “Limiting global warming to 1.5 degrees C is possible under the laws of chemistry and physics, but to do it, unprecedented changes will be necessary;” “To do so would reduce problematical imp acts

on ecosystems, human health and well-being, and it would facilitate the achievement of the United Nationsrsquo; Sustainable Development goals by strengthening a more sustainable and equitable society.” These are expressions by the members of the Intergovernmental Panel on Climate Change in its 2018 report.

To face this great challenge, students from the different branches of engineering must develop competencies to curb greenhouse gas emissions, slow down the process and generate alternatives to phenomena that are already irreversible. They must fulfill important roles in companies as natural managers of processes oriented toward sustainability and to the development of methodologies that generate clean energies.

This paper reports the results obtained by combining the interactive technologies of Flipped Classroom with Just in Time Teaching (FC/JiTT), Unity3D and gamification in the media:scape LearnLab (MSLL) classrooms. The teaching methodology brought together these technologies to develop student competencies through experimentation and practice, allowing them to propose solutions to the problems presented by climate change and to promote sustainable development.

2ensp;Development

The traditional methods of teaching tend to be boring to the students.

However, in the Climate Change and Energy Use class, the students learn to make decisions for the environment, and they become aware of the impact of anthropogenic activities on climate change and the ecosystems of earth and, therefore, on the quality of life. But some students do not identify the connection of the course contents with real life situations related to their profession or the environment, so they consider it as filler material or a subject not applicable to them in their disciplinary field; therefore, they do not fully commit themselves to it nor grant it real importance. This is reflected in their attitudes and, consequently, in their evaluations of the course.

Therefore, in this work, we propose the combination of different teaching methodologies to create spaces of learning with the purpose of capturing the total attention of the students and connecting them to the contents of the course. This approach is undoubtedly innovative in the teach- ing/learning process, as the combination of the interactive tools proposed have not previously been applied in research related to climate change and sustainability issues. In addition, these are applied in combination with the new educational media:scape LearnLab classrooms (MSLL), which allows each student team to see the progress of their activities and projects on a screen on their table. In this arrangement, it is possible for them to debate and then make collaborative decisions in their work.

With this new innovative space, feedback among team members and instructor is efficient and accompanies them throughout the length of the project.

The interactive approach to teaching refers to an innovative educational model adapted to modern times and the ch

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