科学教育中的严肃游戏的文献综述

引文：Mohib ULLAH，Sareer Ul AMIN，Muhammad Munsif，Utkurbek SAFAEV，Habib KHAN，Salman Khan，Habib ULLAH.科学教育中的严肃游戏：一个系统的文献回顾。虚拟现实智能硬件，2022，4（3）：189-209DOI：10.1016/j.vrih.2022.02.001虚拟现实智能硬件2022年12月4日第3·回顾·科学教育中的严肃游戏：一个系统的文献综述Mohi bULLAH1*，Sar eerUlAMIN2，Muhamm adMUNSIF2，Muhamm adMudassarYAMIN3，Utkur bekSAF AEV1，Habi bKH AN2，Salm anKH AN1，Habi bULLAH41. 计算机科学系，挪威科技大学，2815Gjøvik，挪威2. 巴基斯坦白沙瓦伊斯兰学院大学计算机科学系，邮编250003. 挪威科技大学信息安全与通信系2815Gjøvik，挪威4. 挪威生命科学大学科学与技术学院，1430年，挪威*通讯作者mohib. ntnu.no投稿时间：2021年11月10日修订日期：2022年1月8日接受日期：2022年2月14日摘要通过计算机游戏、模拟和人工智能（AI）进行科学教学是一个日益活跃的研究领域。为此，我们对科学教育中的严肃游戏进行了系统的文献回顾，以揭示研究趋势和模式。我们讨论了虚拟现实（VR）、AI和增强现实（AR）游戏在物理等科学科目教学中的作用。具体而言，我们涵盖了2011年至2021年的研究，调查了国家集中度和最常见的评估方法，并讨论了严肃游戏在科学教育中的积极和消极方面，以及对在教育中使用严肃游戏的态度。严肃游戏;仿真;人工智能;虚拟现实;增强现实;教育游戏1介绍视频游戏目前是世界上最大的产业之一，2020年的收入约为1140亿美元[1]。由于图形质量和网络速度的进步，游戏行业从2000年初开始蓬勃发展，从那时起，收入稳步增长。此外，大型特许经营组织在线游戏活动，参与者人数正在上升。图1显示了1971年至2018年视频游戏行业全球收入的图形描述，不考虑通货膨胀。玩家投入的时间和精力相当多。现代技术对每个行业都有重大影响，包括游戏和教育;关键是要看看科学教育在其阴影下如何改善，以及它与游戏的关系。多年来，关于游戏对教育目的影响的研究不断增加。他们都指向同一个结论：基于游戏的学习策略对人们，特别是儿童有更显著的影响[2]。科学教育向学生和非科学家教授科学，游戏业通过开发2096-5796/©版权所有2022北京中科学报出版有限公司Elsevier B. V.代表KeAi Communization Co. Ltd.提供的出版服务。这是CC BY-NC-ND许可证下的开放获取文章（http：//creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。www.vr-ih.com虚拟现实智能硬件2022年12月4日第3图11971年至2018年视频游戏行业的全球收入，未经通货膨胀调整[40]。严肃的游戏严肃的游戏是使用游戏来满足不仅仅是娱乐的需求[3，4]。严肃游戏也被称为应用游戏，这个游戏的概念被用于国防[5]，医疗保健[6]，应急管理[7，8]，教育[9]，体育[10，11]，探索[12]，城市规划[13]，工程[14]和政治[15]等行业。除此之外，计算机视觉和基于深度学习的技术可以在游戏环境中利用，通过在虚拟环境中跟踪[16-19]来分析运动员的表现[20，21]，检测[22-24]，分析异常行为[25-27]，模拟个人[28，29]和人群行为[30-35]用于公共基础设施设计[36，37]以及各种其他多媒体应用[38-40]。在这篇评论的一部分，我们讨论了教育如何使用严肃的游戏来帮助孩子们在一些现实世界的例子的帮助下改善学习体验，包括像周围和周围的游戏和其他来自科学孩子和科学探索者的游戏。毫无疑问，游戏产业的巨大繁荣是因为游戏概念和技术的令人兴奋的结合。相当比例的视频游戏玩家认为这是一种非常愉快的体验。不仅如此，他们愿意投入大量的时间和精力来玩它们[41，42]。1.1科学教育中的严肃游戏用计算机游戏和模拟来教授科学可以追溯到20世纪70年代和80年代初，在那里，游戏和模拟的能力作为一种新的教学方法[43]。在20世纪90年代初，第一个调查科学和技术方面的通信和信息技术游戏被创建[44]。图2显示了游戏、电子游戏、严肃游戏和严肃教育游戏之间的关系。在新千年开始时，商业视频游戏在科学教育中的价值已经上升，就像化学，物理和生物等科学主题的严肃游戏的开发一样。此外，在游戏环境中正确展示给定主题的抽象概念和批判性原则，增加了学生的动机[46]，增强知识获取[47]，促进批判性思维，解决问题等特定能力，并鼓励合作努力[48]。例如，最近的一项试点研究190图2游戏、电子游戏、严肃游戏和严肃教育游戏之间的关系[38]。Mohib ULLAH等：科学教育中的严肃游戏：系统性文献综述2021年，Graeske et al.[49]表明，实施基于VR的教学工具通过增加共同创造，共同设计和定制学习的可能性来提高学生的动机。此外，它还提高了高中学生解决问题的能力。关于在教育中使用严肃游戏的最新评论论文的综合列表和简要描述见表1。同样，丹麦奥尔堡大学ILD实验室于2014年进行的一项研究将其研究项目中的科学游戏分为以下五个不同类别[50]。• 训练游戏• 询问游戏• 专业模拟/认知游戏• 游戏系统• 研究合作游戏表2显示了上述每个类别中的严肃游戏的示例1.2物理学中基于模拟的增强现实游戏2016年，基于GPS的增强现实（AR）游戏“Pokémon Go”吸引了全世界从年轻到年老的关注。在短短两周内，它获得了一个粉丝俱乐部和超过2000万的活跃用户[51]。它分别成为Twitter和Facebook上每日活跃用户和每日花费时间的最佳游戏赢家。人们开始到外面去社交，寻找虚拟怪物，获得积分。AR学习游戏最常见的效果是提高学习成绩，并在快乐，兴奋和幸福方面提供更愉快的学习体验[52]。例如，在2021年，Christian等人探索了微软HoloLens，用于向生理学和解剖学学生教授人体器官系统和结构的三维结构[53]。还使用手持台进行了类似的研究。据报道，HoloLens会导致头晕。不过除此之外，并没有出现恶心、头晕、乏力等副作用。结论是，基于增强现实的技术可以用于健康科学和医学，但不会产生任何严重的副作用。增强现实可以显示图像，信息，按钮作为对现实的补充，有助于分析，交互或理解人们在眼镜或智能手机屏幕上看到的内容。交互性和与现实世界的平滑集成使增强现实成为当今世界最有前途的技术之一。我们回顾了两个实验，例如AR严肃游戏[54]和物理模拟严肃游戏[55]中可用性对动机的影响。分析和结果是基于对小学，初中和高中教师和学生的评价。1.3研究问题在这项研究中，我们彻底检查了以前的研究和严重的游戏开发的科学教育的进步，从2011年到2021年。为此，探讨了以下四个主要研究问题：(1) 哪些期刊和会议更关注这一领域？(2) 文章的年度分布是什么(3) 什么是国家智能分布？(4) 如何评价严肃游戏对科学教育的干预？e.例如，在一个实施例中，向学生/教师进行问卷调查、访问、现场观察和录音等。本文件的结构如下。第二部分介绍了科学教育中严肃游戏的产生背景和发展历程。增强现实在严肃游戏中的作用将在第二节中191虚拟现实智能硬件2022年12月4日第3表1最近关于严肃游戏的作者标题描述年Noroozi对et al. [56]影响的辩论赛式学习技能本文综述了基于辩论游戏的学习的教学支持和学习成果。它强调，建模，反思和反馈是最报告的教学支持的辩论游戏为基础的学习。反馈、挑战和协作是基于辩论游戏的学习中报道最多的游戏元素。它的结论是，高水平的论证技能和参与是最积极的学习成果的论证报告。心理学游戏学习。2020León等人[五十七]之间水平起来游戏结束：教育这篇评论文章检查了过去五年中教育游戏化对学生动机和学习成绩影响的现有证据，并分析了其随时间，教育水平，变量和最常用的游戏元素的分布，并了解其在课堂上实施的优势。它的结论是，教育游戏化对学生的学术表现，承诺和动机有潜在的影响。2021Cheng等人[58个]增强的示能表示科学学习中的现实：对未来研究的建议这篇综述论文确定了在科学教育中利用AR技术的两种主要方法，即基于图像的AR和基于位置的AR。这些方法是在科学学习的启示背景下进行的审查。2013Hafsa等人[59个]AR的可学习性因素使用性能：通过调查进行这篇综述论文确定了影响教育中AR使用可学习性的七个因素。调查方法用于验证所识别的因素（动机，更好的实验室体验，增强的专注力，满意度，使无形概念可视化，更好的学习和表现以及信心），平均而言，结果显示在拟议的可学习性增强模型（LEM）内的接受率为94%。2021KamioskaVirtual Reality and Its Ap-et al. [60]褶皱在 学历：调查这份调查报告展示了VR的新机遇，并将最近在教育领域中使用的最有趣的虚拟现实应用汇总在一起，这些应用涉及多个教育领域，如普通教育、工程教育和健康教育。此外，它还提出了不同的场景来测试和验证教育中的VR方法2019羔羊和虚拟现实：伊丽莎白的工具[61]科学教育将理论付诸实践tice本研究调查，比较和表征交互式VR为基础的职前科学教师临床教学环境与现实生活中的教学环境。该研究得出结论，VR条件与现实生活的主要影响在回顾性参与调查、心理测量和复合神经成像方面没有统计学显著性。因此，VR的使用，在环境的现实主义方面，对于业余科学教师来说，可以让他们从模拟的现实生活中学习，将VR技能转移到课堂上使用。2020Agbo等人[六十二]虚拟现实计算机科学教育中的重要性：基于文献计量学和内容分析方法的系统回顾这篇调查论文通过对与虚拟现实（VR）在计算机科学（CS）教育中的使用相关的文章进行文献计量和内容分析，调查了过去10年中虚拟现实（VR）在CS教育中的作用。它强调了CS教育的VR研究自2011年以来逐渐增加。它的结论是，即使学者们正在利用VR来推进CS教育，各国和各机构的利益相关者还需要做出更多的努力。2021Tilhou等人[63个]3D虚拟现实在K-12学历：一专题系统性综述这 篇 综 述 论 文 研 究 了 2010 年 至 2019年 K-12教 育 中 的 三 维 （ 3D ） 虚 拟 现 实（VR）。该研究强调，3D VR通常应用于在初中和高中的科学教室，并促进基于探究的学习（IBL），这是建构主义的一个分支的教学方法。3D VR技术可以增强学习体验，从而提高所有年龄段学生的成就和动力。2020卡洛贾纳基斯游戏化在Science et al.[64] I don'tknow.一个系统文献复习这篇综述文章介绍了关于在科学教育中使用游戏化的最新文献的实证研究结果。它强调了科学教育中游戏化的最新趋势，同时揭示了文献差距，挑战，障碍，并扩展了未来研究方向的可能性。本文分析了其他研究中相互矛盾的发现，并为未来的研究人员提供了关于内容领域、教育水平、理论模型、结果、方法、游戏元素和评估工具的框架和见解。2021192Mohib ULLAH等：科学教育中的严肃游戏：系统性文献综述表2奥尔堡大学ILD实验室研究项目中的科学分类。我们的研究并不涵盖括号中列出的游戏[44]。科学游戏类别训练游戏询问游戏专业模拟/认知游戏游戏系统研究合作游戏游戏学习目标和活动旨在通过重复个人练习来训练技能。例如，在一个实施例中，训练基本的数学技能或化合物专注于科学探究;可以涉及数据收集过程，验证假设和产生理论或建立科学论点玩家的角色扮演科学或技术专业，并进行authen ‐ tic实践，例如，作为法医侦探或城市规划师专注于科学现象的经验和操作;集中于，例如，原子模型或电磁力参与真正高水平的科学研究和技术开发，e.例如，在一个实施例中，在科学发现游戏，旨在帮助现实生活中的科学家解决真正的科学挑战游戏研究实例MateMaTris，（我们研究之外的其他游戏示例：DragonBox）凶杀案（追求亚特兰蒂斯）《凶杀案》（Homicide）（UrbanPlaner）量子移动（增压，牛顿世界）基于游戏改变不安全的城市空间三.第四部分详细介绍了相关研究的入选和排除标准、研究方法及其系统图。结果的完整描述见第五节。第六部分是本文的结论、当前的发展趋势、最后的评论和未来的工作。2背景本文回顾了严肃的游戏即兴科学教育所做的工作。从历史上看，严肃游戏的定义仅限于“为学习和教育而设计的游戏”，但自那时以来，该定义已经发展并实现了更广泛的视角。在当代世界，科学教育和严肃的游戏占据了巨大的空间。这包括一些基础学科，如社会学，心理学，人类学，生物学，政治学，经济学和公共政策。严肃游戏涉及的其他领域包括工程、建筑、数学和信息科学。然而，这篇论文限制了对科学教育的讨论，以及多年来科学教育是如何通过认真的游戏得到改善的。在创建现代和创造性的学习资源的兴趣水平在过去几年稳步增长。以教学为目的的视频游戏逐渐受到教育工作者和学者的关注，视频游戏对学习的积极影响越来越令人鼓舞[38，48，50，51]。值得注意的是，对于科学教育，自2002年发起严肃游戏运动以来，使用视频游戏提高科学学习已经逐渐变得普遍[52，54 -65]。专家们还认为，严肃的游戏可以成为科学教学的一个重要和多功能的资源，因为它们具有将严肃主题与娱乐相结合的独特能力[66]。2.1科学教育2014年进行的研究报告回顾了2002年至2013年关于严肃游戏的实证研究。研究人员确定了他们用来找到他们研究的工作来进行研究的关键词。他们使用SSCI和SCI数据库查找发表在期刊上的相关工作。他们继续迭代地浏览这些文章并参与讨论。这些教育研究人员集中在三个方面：游戏中的教学方法，使用的研究方法和游戏本身。有一个详细的解释，每个维度是如何使用和应用在游戏中，例如解释什么是游戏的教学关注，研究关注，以及游戏如何工作。游戏维度的结果显示了最受欢迎的游戏期刊193虚拟现实智能硬件2022年12月4日第3其次是评论最多的游戏类别，在这种情况下是冒险和角色扮演游戏。结果进一步分类的游戏是否是单人或多人。在53款游戏中，有45款是科学教育游戏，其余8款是非科学游戏。除此之外，游戏维度还总结了7个类别的结果。此外，在论文中，教学维度的结果显示，它是根据大多数教科学领域的游戏分类。其他类别的结果是理论基础，教学策略和教学作用。学习环境是在所述年份中发挥的最重要的教学作用。最后，根据游戏的最大目标受众（在这种情况下是学龄前学生）对上述期刊的研究维度的结果进行了分类。研究方法和研究重点是另外两个类别，其中图表分别由定量研究和认知结果主导。我们得出的结论是，随着研究的增加，游戏的数量也在增加，“严肃游戏”一词也在不断发展[67，68]。2.2随着时间的推移，科学教育中的严肃游戏得到加强ENVRIplus在2016年5月发表的一篇文章谈到了严肃的游戏是如何改进的，用户友好的方式来吸引学生接受教育和学习。ENVRIplus是一个研究中心，致力于多个领域，其中一个领域包括严肃的游戏。他们谈到了他们正在开发的游戏将如何特别关注科学教育。他们正在培训学生科学家为该项目研究不同的基础设施。这也是一个学生之间的比赛，看谁对项目的贡献最大，所以这个项目是在练习一种严肃游戏的方式，对严肃游戏进行研究。游戏现在可以在ENVRIplus网站上玩[69]。2.3儿童科学教育中严肃游戏的使用者在严肃游戏领域，有些游戏可供儿童学习对自然的基本直觉。一个帮助孩子们了解植物的游戏是“如何种植植物”[70]，如图3所示。在这个游戏中，孩子们学习植物生长需要多少阳光和水。他们必须平衡它，以便提供适量的水和阳光。在这个游戏中，他们试图在不同的条件下种植完美的植物。另一个帮助孩子学习科学教育的游戏是熔点[71]，如图4所示。在这个游戏中，孩子们学习不同物体的熔点和沸点。它们可以在不同温度下加热和冷却物品。他们学习什么时候像巧克力，铝，蜡烛蜡，黄油和冰糖融化。所有这些东西都在帮助他们学习更多的科学知识。图3和图4显示了游戏具有简单的用户界面，目的是帮助儿童享受游戏而不是使游戏复杂化，并且通过玩游戏，他们也增加了他们的知识。194图3如何种植植物游戏[56].图4[57]第五十七话：Mohib ULLAH等：科学教育中的严肃游戏：系统性文献综述有适度的证据表明，模拟增加了学生对科学和科学学习的热情，但对支持其他科学学习目标的保证较少。游戏是否足以支持科学学习的证据正在发展中;然而，到目前为止，这是不确定的。在此之前，考试基地受到限制[68，72]。Holly等人进行了一项为期六年的用户研究，以发现VR平台在科学教育中的挑战和期望[73]。作为一个测试示例，他们使用了一个栗色平台，这是一个用于教授物理等科学科目的VR平台。该研究为开发未来基于VR和AR的科学教育平台提供了黄金标准。随着严肃游戏的影响力越来越大，在其他科学领域也出现了通过游戏来采用和改进教学教育的趋势。Ovecky等人的一篇研究论文[74]讨论了严肃游戏如何改善了科学教育，现在他们期待着对数学教育产生类似的影响。他们开发了一个电脑游戏[75]来帮助提高玩家的逻辑思维能力，并宣布他们现在已经准备好在小学测试这个游戏。像[75]一样，有很多游戏可以帮助孩子学习数学。例如，如图5所示，CanoePuppy允许儿童解决简单的数学问题。当一个问题被解决后，他们的团队就开始划桨，赢得水中的比赛，如图5所示。这些发展[76，77]和活动永远改变了生命的性质和组织，包括人类，非人类，以及我们教育我们的孩子和孩子的方式。此外，人们认为，使用这些游戏将加强学生的灵感[40，46]，鼓励知识获取[47，69]，提高任务参与[78]，并通过正确地设想游戏环境中特定主题的抽象思想和基本规则来培养解决问题和合作等特定技能[71，79]。研究人员在研究[46，80，81]中使用一些流行的视频游戏作为模型来解释非学习娱乐型游戏在适当的情况下可以有效地进行学习活动3增强现实在严肃游戏AR是一种新的IT功能，可以在现实世界中呈现虚拟对象或数字信息。AR也可以被认为是现实世界和虚拟数字世界之间的桥梁[82]。现实-虚拟连续统[83]准确地描述了现实世界和虚拟世界之间的关系（图6）。在这方面，我们讨论了两个模拟游戏的好处，如“力与运动”和“水的状态变化”，以分析如何成功的模拟游戏是什么，以及它们是否值得在AR中实现。一个名为“AR-SEE”的特定AR游戏[46]是AR游戏在物理学中实际应用的一个例子。力和运动是一个PC游戏，教学生学习一些自然规律，如重力，摩擦力，磁力。图7显示了这些概念是如何在游戏环境中实现的[69]。 比赛在Unity中开发，其中键入脚本描述对象和位置。同样，一个名为“水的状态变化”（图8）的基于AR的游戏是一个手机游戏，学生可以控制水流以节省图5[72]第七十二话.尽可能多的水，直到最后的地方是图6现实-虚拟连续体[83]。195虚拟现实智能硬件2022年12月4日第3图7“Forc e and M otion. “（a）游戏规则。 （b）S标签和选择。（c）第一阶段的问题。 （d）学习摩擦力和重力的第二阶段。（e）第三阶段是了解磁力[54]。图8“StateChangeofWater. “（a）Water. （b）冰。[46个]达到了此外，名为“增强现实太阳能教育（AR-SEE）”的游戏教授太阳能教育。AR-SEE桌面版的图形描述见图9。游戏的移动版本也可以使用，API如图10所示。Vicente等人。[54]和Milgram[83]证明了AR版本的学习效果和动机高于桌面版本的游戏。196Mohib ULLAH等：科学教育中的严肃游戏：系统性文献综述图9 “SOLA R ENERG Y EDU CATIO N GAMEO N DESK TO PAP P W IT HOUT AR. ”Figure10 “Au g m en ted d R ealit y S olar 工程和教育（AR-SEE）比赛在一个页面上进行。”[54]人们也普遍认为，在科学，特别是物理教育中，基于模拟的AR游戏可以提高学习者的动机和学习效果，因为物理是自然科学。我们需要想象自然界中的许多过程来理解自然界是如何运作的。人们还认为AR是物理学中基于模拟的游戏的一个很好的增强[82-85]。4方法本研究对科学教育中关于严肃游戏的研究进行了系统的文献综述。看看这些年来严肃游戏的使用是否有所增加，以及科学教育的学习体验是否有所改善。为此，首先，我们列出了研究问题，搜索关键字以及我们研究的纳入和排除标准。本研究选择的综述论文时间为2011年至2021年。本综述仅考虑已发表的研究论文和文章。（Springer数据库检索时间为2016年至2021年）。这些内容是使用IEEE explore、Springer和Scopus库查找的。使用以下关键词搜索科学教育内容;标题或摘要中的（“科学教育”或“教育科学”）和（“严肃游戏”或“游戏化”）。我们在论文的索引词中搜索了确切的关键词，但我们收到了许多不相关的文章。所以，我们决定把它缩小到标题和摘要。4.1入选和排除标准对标题、摘要和结论进行了审查。从摘要中可以证实，这些论文使用严肃的游戏或科学教育作为主要讨论内容。根据以下标准排除文献：• 与严肃游戏相关的研究，但不关注科学教育。• 与科学教育有关的研究，但没有使用严肃的游戏。• 研究不提供英语。• 研究报告没有全文。• 仅预览内容。• 文献综述研究。4.2业绩概览关于图书馆的结果如下。我们共查阅了92篇论文，发现40篇-197虚拟现实智能硬件2022年12月4日第3两个相关。我们从定义研究问题开始，然后限制我们的研究策略。在这个阶段，我们选择数据库并定义搜索字符串。在使用我们的搜索字符串从三个数据库中获得结果后，我们对论文进行了初步分析。在下一步中，我们应用纳入-排除标准查找相关文献，如表3所示。在获得相关文章后，我们对其进行了分析，并根据结果创建了一个Excel表格。表3完整的研究方法从开始到结束数据库初始搜索结果有关条款年IEEE探索26142011-2021Scopus26112011-2020Springer40172016-2021总9242-4.3相关研究我们确定了论文中通常使用的研究方法及其结果是如何发现的。有多少研究是定量的、定性的，并基于系统的文献综述？参与研究的人数是多少，任务是如何分类的？这些方法从五个不同的方面加以界定。这些维度是游戏，游戏化元素，沉浸式设置，教学，研究。在游戏维度中，研究了游戏的角色和类别。不同类型的游戏有角色扮演游戏、益智游戏、策略游戏、模拟游戏、动作游戏和格斗游戏。这些游戏也根据他们的设计进行了分类，看看有多少多人或单人游戏。他们还被要求了解每场比赛的预期技能或学习结果。然后，游戏化元素被强调，直接与参与者对严肃游戏的动机和兴趣有关。这些元素分为挑战，奖励和奖品。进一步的奖金包括成就和排名，而奖品包括积分，徽章和等级。第三，游戏设置的沉浸感，带来了生活在游戏中，并保持用户与游戏的附件进行了审查，其中包括各种级别的沉浸式环境，如简单的基于屏幕的视频游戏，VR，AR和混合现实（MR）为参与者的设置。此外，我们发现，最近的大多数作品都使用了VR，AR和MR为基础的设置为严重的游戏。第四是教学维度，主要考察教学关注点。这个维度的结果根据游戏中教授的科目进行分类。然后，游戏化元素被强调，直接与参与者对严肃游戏的动机和兴趣有关。 这些元素分为挑战，奖励和奖品。进一步的奖金包括成就和排名，而奖品包括积分，徽章和等级。然后是教学维度，重点是检查教学关注点。这个维度的结果根据游戏中教授的科目进行分类。在这种情况下，选择的主题是物理，化学，生物和地球科学。其他类别是根据游戏的理论基础;所涉及的类是建构主义，认知理论，维果茨基的理论，情境学习理论，活动理论和行动主义。这个维度也有游戏分类根据所使用的教学策略。合作学习、探究学习、问题解决、设计学习、预测-观察-解释（POE）和自我解释是该策略使用的类别。最后，说明了研究维度的方法以及如何根据该维度对结果进行分类。首先，参与者根据他们的学术水平进行分类：198Mohib ULLAH等：科学教育中的严肃游戏：系统性文献综述学校、小学、初中、高中和大学或学院。其次，根据研究方法的不同，对研究对象进行了分类。定量研究，其中只使用定量研究方法，定性研究，其中只使用定性研究方法，和混合研究，其中定量和定性研究方法都使用。5结果本节将讨论从文献映射中提取的结果。我们将回答引言中所写的每一个研究问题，如重要贡献期刊，文章的年度分布，国家分布和主要评价方法。此外，我们将简要讨论相关研究的结果以及与AR或基于模拟的游戏在理科教学中的相关研究。此外，我们还将讨论严肃游戏在科学教育中的积极和消极方面。最后，我们将简要介绍公众或学习者对在教育中使用严肃游戏的态度。5.1发表的研究报告和主要投稿期刊在图12中，给出了2011年至2021年发表的关于在科 学教 育中 使用 严肃 游戏的 研究 数量 。Springer 发表的研究数量最多，为17 项。而IEEE和Scopus分别有14个和11个。5.2 文章的年份分布图13显示了涉及年份的研究数量。根据调查结果，2016年是关于在科学教育中使用严肃游戏的研究最活跃的一年，共有21个。在2012年、2013年和2018年，每年进行四项研究。图11系统映射的完全方法。图12与期刊有关的出版物数量斯普林格拥有最多的17个出版物。图13按年份分列的研究数量2016年出版21篇199虚拟现实智能硬件2022年12月4日第35.3国别分布研究的国家分布结果见图14。在全世界总共23个国家开展了研究和调查工作。在美国进行的研究数量最多，有10项。而第二大数量的研究在荷兰进行。也可以看出，大部分研究是在美国和许多欧洲国家等发达国家进行的，在发展中国家进行的研究很少。根据调查结果，在巴基斯坦、印度和孟加拉国等东南部国家，甚至没有一项关于科学教育中严肃游戏的研究。图14按国家分列的分布情况。这项研究在全世界23个国家进行，美国排名第十。大多数国家只进行了一项研究。5.4评价方法图15显示了使用不同评估方法（如观察、问卷调查和访谈）的研究数量。可以看出，这些研究中的主要评价方法是22项研究中使用的观察法。11项研究使用访谈作为评价方法。最后但并非最不重要的是，9项研究使用了问卷作为评估方法。图15评价方法：问卷调查、访谈、观察。5.5相关研究结果总结根据每个维度和每个类别记录发现的结果。结果发现，冒险和模拟游戏在以严肃游戏的形式促进科学学习方面发挥了重要作用，而战斗和动作游戏需要做得更好。此外，还发现近65%的游戏是单人游戏，而其他游戏则是多人游戏。在教学维度上，研究发现物理和生物是通过严肃游戏教授最多的科目，而化学没有一个游戏。在教学策略方面，更多的游戏是关于教授解决问题的技巧和协作学习的，而很少有游戏是教自我解释的。在研究维度上，研究结果与学术水平有关发现200Mohib ULLAH等：科学教育中的严肃游戏：系统性文献综述大部分的游戏都是为小学生和初中生准备的。然后是高中和大学的大多数游戏制作，最后是学前教育。进一步分类是根据研究方法。研究方法以定量研究为主，其次是混合研究，最后是定性研究，研究数量最少。研究还发现，科学教育是严肃游戏最常用的主题;研究表明，几乎没有任何数学游戏用于学习。科学教育游戏进行了审查，以确定用于游戏开发的方法和途径，以及如何即兴创造一个数学游戏。如果有这样的研究进行，我们可以说，科学教育已经走了很长的路，在合作与严重的游戏，它现在正在激励其他领域的研究人员学习和提高它.追溯到2002年，当几乎没有任何研究做了科学教育在严重的游戏到2018年，当它激励其他领域参与到严肃的游戏中来作为一种先进的学习形式时，我们可以说它在这二十年里已经走了很长的路。多年来科学教育及其教学方法的演变使科学学习有了许多改进。人们发现掌握科学知识很容易，并且通过学习实际使用它，他们发现很容易在将这些方法应用于现实生活中时受益。现在科学教育更有用了，它现在在人们的生活中更有效。5.6基于模拟的严肃物理游戏的结果使用Jung等人提出的方法评价“力和运动”和“水的状态变化[80].表4列出了教师的评价要素和学校教师给出的相应分数。参与的教师人数相应地是7名教师在“矮人的裂缝“，6名在“猫头鹰国王的金矿”，8名在“橙色山脉”，4名在“水的状态变化。首先，在教学策略方面，《矮人的裂谷》、《猫头鹰王的金矿》和《橙色山脉》的得分高于《水的状态变化》。“所有游戏的剧情都被老师评价为好，但他们提到了糟糕的音乐，低积分系统，挑战性的水平。筛选组织评价低于2.5。最有可能的是，这是由于图形质量差。但这需要被理解为原型最常见的弱点。经济学-道德元素得到了很高的分数。主要是因为它是免费的，很容易下载。但同时，从一项调查中，小学教师提到，动画更适合他们，需要做的工作。一般来说，根据[47]，教师评价游戏的教学内容和奖励系统较低，并且需要改进动画，因为它是针对小学生的，但技术得到了积极的评价。这些统计数据的汇总见图16。评价要素教学内容屏幕组织技术经济道德表4评价要素[47]意义目的的有效性、内容的有效性、内容的实用性、内容的可靠性、内容的系统性、数量动机，学习者控制，反馈，考虑学习者的水平，系统帮助学习。设计的贴切性、设计的新鲜性、设计管理的系统性、安全性版权保护、人权保护、个人信息保护、经济学AR-SEE游戏及其桌面版本由36名计算机科学专业的研究生和本科生进行了测试，年龄从20岁到30岁不等。测试分为三类：可用性，201虚拟现实智能硬件2022年12月4日第3学习效果和动机。采用Kruskal-Wallis检验、Wilcoxon符号秩检验、Spearman秩相关检验。研究结果说服了研究人员，尽管可用性下降，但AR严肃游戏可以增强学习动机5.7在科学教育在严肃的游戏辅助教育中有很多结论，大多是支持性的，再加上少数不好的结果。认真的游戏化学习将使学习者更容易全面地理解科学，因为科学效率的提高和科学信息的持续维护。游戏沉浸感也被认为是图16评估结果使用“格式和格式”和“数据更改”。“科学素养的成功[86，87]。此外，在严肃的游戏和非游戏辅助学习方法中，不期望的因素（例如，例如，在一个实施例中，影响其他玩家游戏环境的不满或干扰）已经在教师和学习者之间报道[88]。严肃的游戏在提高认知能力和力量方面是有效的，在广义的学习中也是有效的。据观察，它们可以帮助学习者发展认知能力，增加学习的积极效果[89，90]。严肃的游戏也有助于教学法为各种学习者提供开放式学习，他们可以超越传统学习的界限[84.91]。基于游戏的学习也被证明是有效的社会文化学习的认知和振奋的效果。鉴于绝大多数研究都积极评估了严肃游戏对学习，人际互动和社会沟通的影响，因此负面结果不容忽视[92]。5.8在科学教育中使用严肃游戏的负面影响一些研究也发现了一些负面的结果，特别是在心理负荷与学习效果的相关性方面。根据研究，严肃游戏的性质会对脑力负荷和学习效果之间的关系产生负面影响[93]。在高难度游戏使智力工作量繁重的情况下，游戏结果似乎受到不利影响，反之亦然。这也就不足为奇了，在严肃的游戏“创客”（Impact Games 2007）中，学习者之间的深度学习没有重大差距[2]。这种形式的严肃游戏可能加剧了认知工作量，从而降低了学习成绩，因为心理工作量，如心率的增加，在一定的难度水平上大大暗示了学习成果[89]。5.9 一般对在教育中使用严肃游戏的态度使用复杂的计算机技术开发对严肃游戏设计的看法已被认为是使用和采用信息技术的关键因素[94]。了解学习者对严肃游戏辅助学习的态度，对于学者制定有效的教学大纲以满足学习者的各种需求，以及对于实践者创建声音，逼真的游戏以202Mohib ULLAH等：科学教育中的严肃游戏：系统性文献综述促进学习绩效。不同的态度反映了学习者和专业人士的特定需求，严肃游戏的开发者和教师可以根据他们的理论和现实结构[95]。认真的游戏可以使学习者在游戏情境中保持积极的学习态度，并具有良好的自我调节能力。乐观的态度比悲观的态度能让学习者获得更多的成功。因此，可以公平地假设，认真的游戏比传统的学校教育更能带来建设性的行为。安装在iPhone、iPod或其他手持设备上的严肃游戏可用于移动游戏。与传统的课堂学习不同，虚拟学习并不局限于固定的教室。学习者继续被他们的多才多艺和轻松吸引。学生通常对这种诱人的学习策略持积极态度，这很快激发了他们的好奇心和灵感[96]。为了促进对严肃游戏辅助学习的积极态度，应该密切关注严肃游戏是如何创建的[97]。6结论这篇论文的结论是，对严肃游戏的研究正在进行，并且稳步增长。然而，与此同时，这个广阔的领域有着巨大的发展和改进空间。尽管如此，它仍处于非常早期的阶段，与每年的技术进步相比，进展需要加快。特别是在发展中国家，需要更多地关注在科学教育机构中创建和使用严肃的游戏。在未来的几年里，这种趋势表明，严肃的游戏将用于科学和非科学科目，并改善学生的学习体验。在未来几年，如此大规模地部署严肃游戏并实现高效率水平将是一个挑战和关键。此外，教师对“力与运动”和“水的状态变化”的评价结果被认为是积极的，因为技术提高了小学生的学习动机和学习效果。同时，它也有一定的局限性。大多数老师都同意在科学科目中使用模拟的严肃游戏的优点。模拟是科学主题中任何AR游戏的核心。在使用AR-SEE及其桌面版本的第二次测试中，在可用性测试，学习效果和动机的结果之后，AR游戏显示出较少的可用性，但大学生对学习被动太阳能的兴趣非常高，证明了AR的好处。在表5中，很明显，技术对用户学习物理的动机产生了积极的变化。在对论文和评估号的审核中，我们对基于模拟的AR游戏在理科科目中的优势更加有信心。Table5 “Forc e and d Motion”和“Statechanggeofwater“的评价结果[47]2* 游戏平均得分教学教学屏幕技术经济学学习内容学习策略组织道德2* 平均矮人的裂缝2.313.002.333.002.652.89首页>外文书>文学>西洋文学> The Gold Mine ofthe Owl King1.622.602.333.502.262.44运动奥兰治山脉1.622.402.003.002.152.44地球和月球2.781.852.602.333.252.41水的状态变化2.562.152.403.003.002.47平均2.182.402.332.972.667 趋势和今后的工作2019年，北京语言大学进行了一项系统的文献综述，以了解与教育（而不是科学教育）中使用严肃游戏相关的出版物的趋势。如图17所示，2009年开始出现关于严肃游戏辅助教育的出版物。随着时间的推移，出版物的数量稳步上升，直到2017年达到顶峰2018年还预测，203虚拟现实智能硬件2022年12月4日第3自2018年9月获得数据以来，发表了许多文章。更多的文章可能正在等待发表和索引在“Web ofScience”。“应探讨出版物数量增加的原因，其中应首先讨论严肃游戏辅助教育的影响因素[98]。即使所有的评估都是定性的，我们仍然无法回答许多问题，比如如果存在人类偏见会怎么样？如果基于模拟的AR游戏对于其他物理领域（如光学或颜色）来说不够好呢？如果调查员对增强现实感兴趣，因为他们以前从未尝试过？如果用户的动机不稳定怎么办？意思是图17 2009年至2018年相关出版物的直方图。如果他们继续玩，他们不会参与游戏。评估可能需要在更长的时间范围内进行。有一个问题是“结果的普遍性如何？“.要回答这个问题，需要回答更详细的问题，如果现有的产品将个性化的人，也许其他评估方法和不同的观众是必需的。竞合利益我们声明我们没有利益冲突。引用1Gough C，电子游戏行业。电子邮件www.statista.com/topics/868/video