1、科学实验游戏化研究及商业应用展望 倪山川 吕凌峰 中国科学技术大学 摘 要： 游戏是人类的本能。从古至今, 科学技术与游戏如影随行, 早期欧洲的科学实验本就带有游戏化的性质。而现在, 人们谈及游戏, 往往只看到了游戏的负面作用, 而忽视了游戏的积极作用。当今社会, 科学已经发展成一种社会建制的时代里, 很多科学工作者进行科学实验的目的不再是出于人类游戏和好奇的本能, 而是为了钱和名声等利益。用钱和名利等利益驱使科技发展的机制不能说它不好, 但它也有着它的局限性。科学的游戏化渐渐成为一个新的科学研究机制, 用游戏的方式引导和发展科学, 科学实验的游戏化就是其中的一个重要方向。关键词： 科学实验;
2、 游戏; stem 教育; ig 诺贝尔奖; 科学机遇; 收稿日期：2017-09-18The Research of Scientific Experiment Game and the Prospect of Commercial ApplicationNI Shan-chuan LV Ling-feng University of Science and Technology of China; Abstract： Human has the instinct of playing games.From ancient times to the present, science and
3、technology has been accompanied by the games.Of the early European scientific experiments has the characteristic of the gamification.But people talk about games, often only see the disadvantages of the game, while ignoring the positive part of the game in the recent time.In modern society, science h
4、as developed into a social institution, the purpose of carrying out scientific experiments of many scientific workers is no longer the instinct of playing games and curiosity, but for money and reputation and other benefits.Money, fame and fortune and other interests which are used to develop of sci
5、ence and technology mechanism can not be defined that it is terrible, but we can not deny that it has its limitations.Gamification of scientific experiment has gradually become a new mechanism of scientific research, with the way of game s science and technology can have a better development, and ga
6、mification of scientific experiments is one of the important direction now.Keyword： scientific experiments; game; stem education; Nobel prize; scientific opportunity; Received： 2017-09-18科学实验, 是近代自然科学的精髓, 在当代, 任何从事自然科学研究的人都可能涉及这一重要的科学研究方法.所谓实验方法, 是人们根据研究的目的, 利用科学仪器、设备, 人为地控制或模拟自然现象, 排除干扰, 突出主要因素, 在有
7、利的条件下去研究自热规律的一种基本的科学研究方法。科学实验的主要有 5 个方面的作用:简化和纯化研究对象;定向强化实验对象;运用实验方法比较经济、可靠;具有加速或延缓研究对象变化过程的作用;作为生产中介环节的作用。游戏是一种广泛存在的社会生活现象, 在大街小巷到处可见玩耍的儿童。有了人类就有了游戏, 游戏随着人类社会的持续进步而不断发展, 人们从不同的角度关注着儿童游戏的行为, 许多心理学家和教育学家都提出了自己的游戏理论。而游戏的主要特征有自愿性行为还有包含快乐体验等特征。所谓科学实验的游戏化就是用游戏的方式进行科学实验, 包括用游戏的思维进行科学实验和用游戏的形式进行科学实验, 这样既可以
8、综合两者的优势, 也可以促进科学更好地传播和发展。1 科学实验游戏化的作用科学实验的游戏化作为科学实验的一种形式, 已经由来已久, 远古时期人类早期的发明, 很多都是源于游戏化的科学实验, 钻木取火, 文字的创造其实都有游戏化的影子。而近代的科学先驱者也并不是专业的科学家, 各国也没有专业的科学机构。但出于游戏化的目的, 早期的科学实验, 如拉瓦锡的氧气实验, 马德保半球实验等实验带有游戏化的成分, 因为游戏化实验带来的乐趣, 很多科技的先驱孜孜不倦在科技发展的道路上奔跑。而当今社会, 科学已经发展成一种社会建制的时代里, 很多科学工作者进行科学实验的目的不再是出于人类游戏和好奇的本能, 而是
9、为了钱和名声等利益。用钱和名利等利益驱使科技发展的机制不能说它不好, 但它也有着它的局限性。于是近年来科学研究游戏化的影响力开始不断扩大, 在国外已经形成一套科学实验游戏化的体系, 也利用着人类游戏本能让科学发展可以激发更多的活力和创造力。例如美国提出的stem 教育体系, ig 诺贝尔奖的颁发, 各种类型科普玩具的普及和流行, 这些都是当前社会科学实验游戏化的实际应用。那么, 为什么各国开始发展游戏化的科学实验呢?科学实验的游戏化又有哪些优势呢?有以下 5 点原因:(1) 游戏化的科学实验利于科技传播。现代的科学实验往往复杂而枯燥, 学习者往往会深感头疼而无趣, 原本对于自然规律好奇心和求知
10、欲已经在无趣又枯燥的过程中被消灭殆尽了。而游戏化的科学实验则恰恰相反, 可以促进更多人的兴趣, 并参与其中, 而这种形式也更加有利于科学的传播。(2) 游戏化的科学实验可以激发人的兴趣, 提高科研效率。兴趣是最好的老师, 为了兴趣科研和为了利益科研是截然不同的目的, 真正有价值的科学实验往往来源于科研工作者的兴趣或者兴趣与利益兼而有之, 单纯的利益趋势只会逼迫着科技工作者开始写着自己都不喜欢的论文, 编造着自己都厌恶的实验数据。(3) 游戏化的科学实验更容易塑造正确的科技观。科学或许伟大, 但从来都不神圣。中世纪被神圣化的科学已经成为神学的婢女, 当今社会被神圣化的科学变成另一种形式神学。科技
11、是我们的工具, 而不是我们顶礼膜拜的对象。游戏化的科学实验, 让人们在游戏化的过程中更好地理解和掌握科学, 而不是在愚昧中崇拜科学。(4) 游戏和科学实验相容性好。因为游戏和科学实验有着非常相似的共性, 两者都有着相似的前置条件 (游戏规则和实验步骤) , 两者也有着相同的结果 (游戏结果和实验结果) , 因此两者结合起来非常容易也很自然。(5) 游戏的过程中存在很多偶然性事情, 创造了更多科学机遇。因为游戏的过程也是人类思维发散的过程, 游戏时人类注意力更加集中, 思维也会变得更加活跃, 思维在碰撞中产生火花, 而游戏过程中更容易发生“偶然”事件。因为游戏化的实验往往比中规中矩的实验要随意一
12、些, 会有一些临时的想法产生, 并且加入其中, 最后可能导致预料之外的结果出现, 这也就增大了科学机遇出现的概率。2 科学实验游戏化的实际应用科学实验游戏化在近些年来越来越流行, 国外已经形成了相对完整和成熟的体系, 但国内还处在起步和发展阶段。2.1 各类型科普玩具提到科普类型玩具, 国内市面上还比较少见。相比而言, 欧美的科普玩具种类更加繁多, 不仅有各种科普实验题材的玩具, 也有科普类的桌游。其中最著名的品牌当属乐高, 乐高玩具强大的兼容性让它可以发挥各种用途, 其中科学实验的教程也是乐高盈利方向之一。图 1 tronex 品牌的科普玩具 下载原图图 1 是一款 tronex 品牌的科普
13、玩具, 面向中小学生的电学玩具, 学生可以通过游戏化的实验来掌握电学知识。2.2 STEM 教育当前越来越多的教育工作者越来越关注 STEM 教育, STEM 是科学、技术、工程、数学 4 门学科英文名称的简称。进入 20 世纪以来, 由于一些发达国家在政策和实践上的重视, 使得 STEM 教育的研究和应用迅速升温。我们国家很多地区、学校甚至企业都在积极探索和开展 STEM 教育, 一些学术活动和观摩活动得到了很多研究者和一线教师的青睐。然而 STEM 教育的提出是由于美国政府想解决美国创新人才培养的问题, 认为这4 门学科相对较弱。而 STEM 教育的模式的核心不在于它的分类, 因为每个国家
14、国情不同, 中国也可以分类成科技、工程、创新 3 个方面的教育。STEM 教育体系的精髓在于它是一个全面的体系, 这种体系教授知识环节较短, 理解和运用的环节较多, 包括各种科学课程游戏还有社区工作中的实践反馈等。而游戏化的科学实验也是 STEM 教育的重要一环, 这些游戏化学习将枯燥的知识转换成了生动有趣形式, 原本被动地填鸭式教学转化成了学生自主学习的形式, 在完成科学实验游戏的同时获得了知识。图 2 zyrobotics 牌的一款 STEM 教育课程 下载原图图 2 是 zyrobotics 牌的一款 STEM 教育课程, 这套课程的内容主要由游戏化课程组成, 儿童在完成科学实验游戏的同
15、时获得了知识。2.3 Ig 诺贝尔Ig 诺贝而是 Igoble Nobel 的缩写, 也可称为“不那么高尚的诺贝尓奖”或者“不名誉的诺贝尔奖”。活动由美国科学幽默杂志双月刊不可思议的研究实录主办, 评委中有些是真正的诺贝尔奖得主。其目的是选出那些“乍看之下令人发笑, 之后发人深省”的研究。如果 STEM 课程和科普玩具是将游戏的形式运用到科学实验, 而 ig 诺贝尔奖颁发的对象很多则是将游戏的思维运用到了科学实验。比如:2007 年的 ig 诺贝尔和平奖授予了美国俄亥俄州德顿市空军怀特实验室, 他们构想出了“同性恋炸弹”, 使军队士兵因为相互爱慕而无法作战。2000 年物理学家安德烈盖姆因“磁
16、悬浮青蛙”通过磁性克服重力, 让一只青蛙悬浮在半空中, 从而获得了当年了 ig 诺贝尔物理学奖。而 2008 年, 中国广东昆虫研究所的张礼标等6 人以及英国的加雷思琼斯也因为科学地研究了果蝠的口交活动, 从而获得ig 诺贝尔生物学奖。诸如此类的科学实验听起来十分有趣, 甚至可以当作笑话和综艺节目来欣赏。当然游戏思维化的科学实验看似搞笑, 实际上比那些看起来一本正经, 实际上确只是不知所云或者为了骗取科研经费而制作的科学实验要强了多。而且, 这些科学实验和游戏的区别似乎并没有那么明显, 但实际上同样研究出了很多有用的结论。最后, 这些游戏式的科学实验还有另一种意料之外的作用, 为了科学的传播做
17、出了贡献。相比较那些复杂而深奥的诺贝尔奖, 大众对于 ig 诺贝尔的内容会更加喜闻乐见。而“乍看之下令人发笑, 之后发人深省”的宗旨, 也会将科学的精神发扬光大。3 科学实验游戏化的商业前景展望科学实验游戏化的商业前景也十分广阔, 科学实验科普玩具, 科学实验中游戏思维运用, STEM 教育体系引进国内和在创新等方面都是极具国家战略意义和市场前景。虽然国外科学实验游戏化起步较早, 但国内这几年发展迅猛。无论是教育方面朝着这一方向进行的小学新课标改革, 还是近几年涌现的科普玩具公司, 都展现出了这一方面巨大的市场前景。而科学实验游戏化的商业前景主要体现在以下几个方面:3.1 市场需求量大中国现在
18、有 2 亿多在线游戏的玩家, 尽管典型的游戏玩家每天只玩一两个小时游戏, 然而其中有 600 万人每周至少玩 22 个小时的游戏, 并且这个数字在不断增长。这说明在中国游戏的认可度和影响力已经越来越大, 目前市场绝大多数的游戏都是以娱乐为目的, 无论是基于国民教育的需要, 玩家自身的受教育的需求, 还是游戏的市场的饱和急需转型, 都导致了游戏化的必然趋势。而这一点不仅在成人教育上具备长期市场, 少儿科学实验游戏化教育领域更是商业利益的突破口和爆发点。目前的游戏玩家年龄普遍年轻, 这些 80 后、90后往往对游戏化的教学方式更加认同, 也更愿意为子女的游戏化教学产品买单。笔者设计游戏化教育产品同
19、时也参与过多次科学实验游戏化产品的推广, 感受到了市场的需求度, 甚至见到过家长排队为了让孩子感受科普游戏而打架的情形。以中国最近几年发展迅猛的“鲨鱼公园”科普玩具公司为例:鲨鱼公园成立于2014 年 5 月, 而从成立到 2014 年的 10 月, 仅仅 5 个月的时间鲨鱼公园获得由好未来和凯旋创投共投的数千万元 A 轮融资, 而鲨鱼公园的受众群体也在飞速的增长。综上所述, 科学实验游戏化拥有非常好的市场基础。3.2 中国科学教育发展的必然趋势以下是科技部 2013-2015 年的科普经费的统计数据。科普活动成为科技惠及公众的重要平台。2013 年全国共举办科普 (技) 讲座91.21 万次
20、, 听众达 1.65 亿人次, 比 2012 年减少 3.69%;举办科普 (技) 专题展览 16.13 万次, 参观人数 2.26 亿人次, 比 2012 年减少 2.72%;共举办科普 (技) 竞赛 6.18 万次, 参加人数 6 396.05 万人次。举办实用技术培训 87.60 万次, 培训人数达到 1.13 亿。2013 年度全国科技活动周共投入经费 4.88 亿元, 比 2012 年减少 6.22%。共举办科普专题活动 12.51 万次, 吸引了 1.06 亿人次参与。2013 年共建有青少年科技兴趣小组 28.04 万个, 参加人数超过 2 031 万人次。举办青少年科技夏 (冬
21、) 令营活动 1.50 万次, 参加人数 344.57 万人次。举办科普国际交流活动 2 540 次, 参加人数 45.56 万人次, 比 2012 年有所减少。科技部发布的 2014 年度全国科普统计数据显示, 2014 年我国科普经费投入明显增长, 全国人均科普专项经费 4.68 元, 比 2013 年增加 1.27 元, 有望“十二五”末超过全国人均年科普专项经费 5 元的规划目标。数据显示, 2014 年我国科普事业保持平稳发展。全国科普人员数量稳定增长, 2014 年全国共有科普人员 201.23 万人, 比上年增加 1.72%;全国每万人口拥有科普人员 14.71 人。科普经费来源
22、仍以政府为主, 2014 年全社会科普经费筹集额 150.03 亿元, 比 2013 年增长 13.49%;科普经费中的社会捐赠大幅增长, 超过 1.6 亿元, 比上年增长 66.05%。科普场馆建设继续加强, 截至 2014 年底, 全国共有科技馆 409 个, 科学技术博物馆 724 个, 分别比上年增加 29 个和 46个。数据还表明, 科普传播媒介日趋多样, 科普活动成为提高公众科技意识的重要途径。科技部发布的 2015 年度全国科普统计数据显示, 科普经费投入略有下降, 科普专项经费共计 63.59 亿元, 全国人均科普专项经费为 4.63 元, 比 2014 年减少0.05 元;而
23、科普活动经费较 2014 年增长 14.48%, 达到 84.83 亿元。通过这些数据可以得出以下两点结论:(1) 我国科普教育在处于发展上升阶段, 民间筹款在显著增加, 说明市场的认可度提升。(2) 科普活动的经费在逐年增加, 而且已经成为提高公众科技意识的重要途径。而科学实验的游戏化属于科普活动领域, 如科技活动周、科技体验活动等。这部分经费的显著增加说明国家政策对这一领域的支持。3.3“二胎政策”造成的人口增长点在 2017 年两会期间, 中国官方召开新闻发布会, 明确宣称:截至去年 12 月底, 政策刚好实施一年, 全国住院分娩的婴儿活产数是 1 846 万。实际生育的小孩数量大于这个
24、数字, 因为住院分娩率达到了 99%。这个数字是 2000 年以来我国出生规模最大的一年, 比“十二五”期间年均出生人口数增加了 140 万。因此“二胎政策”导致的新生儿增多, 而这批儿童几年之后就要面临受教育的问题, 将会导致幼教领域一波市场刚性需求。目前科普实验游戏化的商业运作的面向对象还是低龄儿童, 而这些刚性需求将会促进“科普实验游戏化的商业应用”的发展。总而言之, 无论从商业价值还是从国家教育发展的角度, 科学实验的游戏化的发展无疑有着一个非常光明的前景。参考文献1栾玉广.自然辩证法原理 (第 3 版) M.合肥:中国科学技术大学出版社, 2007. 2 徐禄.网络游戏受体正效应的哲学思考J.科技与创新, 2014 (2) :91-93. 3 赵兴龙, 许林.STEM 教育的五大争议及回应J.中国电化教育, 2016 (10) :62-65. 4 薛永红, 王洪见.科学与幽默搞笑诺贝尔奖及启示J.现代物理知识, 2013 (4) :48-51. 5 贾鹤鹏.搞笑促进传播记 2011 年 lg Nobel 颁奖仪式J.科学新闻, 2011 (11) :86-87. 6 SANDERS M.STEM, STEM Education, STEMmania.J.Technology Teacher, 2008, 68 (4) :20-26.
