摘要：科普游戲將抽象、概括的科學知識融入生動、有趣的玩法操作中，逐漸成為大眾接受科普教育的有效途徑。然而，大部分科普游戲無法準確傳達關鍵的科學原理和規律，科普認知效果甚微。基于此，文章首先分析了科普游戲現存設計的問題及其成因；然后探析了科普知識的內在機理，建構了基于知識劃分理論的科普游戲設計框架；最后基于此框架，開發了一款以“抗生素濫用”為主題的科普游戲——“滅菌挑戰”，以驗證此框架在指導設計實踐中的可行性。

　　關鍵詞：科普游戲；知識劃分理論；游戲機制；科普教育；抗生素

　　科普游戲是以電子游戲為載體進行科學普及的活動形式，這類游戲在提供娛樂體驗的基礎上附載科普認知價值，受到了用戶和市場的青睞[1]。面對快速增長的社會需求和市場潛力，科普游戲的開發熱度不減，然而其快速膨脹勢必會帶來質量隱憂[2]。科學認知和游戲娛樂在有、無目的性上存在的悖論，或將導致科普游戲的教育性和娛樂性失衡：一方面，過分強調科普認知效果，忽略游戲性設計；另一方面，片面追求娛樂性體驗，學習內容設定欠缺。因此，如何將教育性與游戲性有機融合，成為科普游戲的設計關鍵，這也是本研究試圖解決的問題。

　　一科普游戲現存設計問題分析

　　游戲設計與科普教育之間的專業跨度，往往造成游戲設計師對認知發展規律和科普知識的理解不夠，或是教育者缺乏游戲設計和開發經驗——前者導致科普游戲的專業認知度不足；后者導致教育目的淺表化，即學習內容和游戲元素生硬嫁接。

　　1認知專業度不足

　　在長期實踐中，大部分游戲設計師形成了“游戲本位”的設計觀念，認為“好玩”是一款游戲在市場競爭中取得成功的關鍵，所謂的科普知識只是錦上添花型的商業噱頭。因此，某些游戲雖然自我標榜為科普游戲，但核心機制仍是“三消”、“打怪升級”、“養成”等與科普內容毫無關聯的純娛樂玩法。例如，醫學健康領域目前較為關注微生物抗藥性問題的解決[3]，泛歐教育機構E-Bug推出的游戲“BodyBusters”[4]，簡單移植了經典玩游戲“吃豆人”的對抗玩法，通過“豆人和幽靈的對抗”模擬“抗生素與細菌的關系”，片面強調“抗生素可滅菌”這一作用，并未解釋“抗生素濫用導致耐藥性”這一關鍵原理，故造成了受眾的認知偏差。這類游戲以傳達科學現象和概念等描述性知識為主，對科普原理等程序性知識鮮有涉獵，因此往往避重就輕，僅展示基礎的科普概念，而對科學規律和原理等高階知識避而不談，導致科普認知專業度不足。

　　2教育目的淺表化

　　不同于游戲設計師，科普教育者通常持“游戲工具化”觀點，認為游戲是科普工具，游戲體驗應該服從于認知效果。這類游戲存在以下設計問題：①照搬傳統課堂的“教師中心主義”授課模式[5]，如“SecretAgent”、“火災逃生”等游戲以非角色玩家（Non-PlayerCharacter，NPC）為中心，單向灌輸科普內容，玩家被動接收信息；②知識表征處理不當，如“納木”、“不可思議”等游戲以靜態圖文形式呈現，并未將知識融入游戲玩法和操作，學習內容設計過于淺表化。究其原因，此類游戲忽略了“游戲的過程性和交互性操作更利于表征科學原理和過程等程序性知識”[6]這一重要的功能屬性。因此，科普游戲設計不僅需從內容設定上增加科學原理和規律等程序性知識、提升科普認知的專業度，而且要在玩法設定上根據不同類型的知識設定相應的游戲任務，特別是將復雜的科學原理和發展過程內隱到游戲玩法中。

　　二科普游戲設計框架

　　科普游戲涉及認知和游戲兩個模塊的輔成配合[7]，因此需要在解構科普知識內在機理的基礎上建立不同知識類型與游戲元素的映射關系，再分析各元素的設計原則、形成設計框架。

　　1科普知識的內在機理

　　依據安德森知識劃分理論，知識可分為兩類：①描述性知識，是對客觀對象的直接編碼，回答“What（是什么）”的問題，多以命題的形式表現；②程序性知識，是對轉換過程的編碼，回答“How（怎么樣）”的問題，一般通過多個生產式的形式表現[8]。以“耐藥性形成”為例，是指“錯誤使用抗生素導致細菌與抗生素長期接觸，藥物的敏感性將下降甚至消失，從而使藥物對耐藥菌的療效降低或無效”。該知識可被分解為三個生產式：人體被細菌感染，使用抗生素；錯誤使用抗生素，細菌中產生抗生素遺傳物質；細菌中的抗生素遺傳物質，導致細菌對抗生素的敏感性下降、藥物的療效降低。生產式構成程序性知識，其中包含了“細菌”、“抗生素”和“遺傳物質”等描述性知識，可見人的復雜認知源于描述性知識和程序性知識的相互作用[9]——科普學習亦是如此。然而，現有科普游戲擅于展示描述性知識，卻拙于解釋程序性知識，造成學習者“知其然，而不知其所以然”。因此，“如何將程序性知識轉譯成游戲任務和交互操作”成為科普游戲設計的關鍵。

　　2科普游戲設計框架

　　嚴肅游戲研究的底層設計觀的哲學基礎，經歷了從“本體論”到“工具論”再到“兩者融合”的過程，因此其設計研究也經歷了從娛樂性到教育性再到平衡性的過渡：MDA（Mechanics、Dynamics和Aesthetics）便是一個經典的游戲設計框架，可從技術實現和內容審美等方面提升娛樂性[10]。之后，Charsky[11]指出嚴肅游戲的教學設計者有必要了解游戲的構成要素和運行機制，從而實現學習內容與游戲本體的有機融合；此后，為了在游戲設計師與教育者之間建立一套溝通體系，研究者從認知和游戲兩個方面，提出了嚴肅游戲設計六要素，包括認知目標、知識模擬、交互、問題發展、娛樂元素和應用條件[12]。然而，上述研究并未建立認知元素和游戲元素之間的映射關系，因此無從分析如何設計游戲元素以達到相應的認知效果。

　　三科普游戲設計實例分析

　　在我國，抗生素濫用現象普遍、問題嚴重。2013年，全國抗生素使用量約為162,000噸，其中人類用量約占48%[15]。近年來，一項針對上海地區586名兒童的追蹤研究發現，79.6%的兒童尿液中含有至少一種抗生素，而某些抗生素增加了兒童超重風險[16]。公眾對“消炎藥”的熱情依然居高不下，抗生素濫用導致的耐藥性已經成為衛生安全和發展的最大威脅之一。為此，衛計委將“細菌耐藥性產生原理”確立為公眾合理使用抗生素的科普教育關鍵[17]。正如前文“BodyBusters”游戲的案例分析所示，大部分游戲停留在對抗生素概念和作用的表述層面，鮮有科普游戲對“耐藥性產生”這一關鍵原理做出準確解釋。針對這一問題，本研究基于科普游戲設計框架，自主開發了一款以“抗生素濫用”為主題的科普游戲原型“滅菌挑戰”（FightBacteria）。

　　1游戲世界觀

　　故事發生在未來世界，抗生素濫用導致細菌耐藥性增強，抗生素效用日漸衰弱，無法殺滅有害細菌，人類面臨災難與毀滅。在千鈞一發之際，未來科技派遣6名AI醫療助理，引導人類養成合理使用抗生素的習慣，如圖2（a）所示。游戲以模擬經營為主：玩家釋放抗生素消滅細菌、獲取金幣，再使用金幣從商店中購買抗生素消滅細菌；為保持金幣收支穩定，玩家必須合理、適量地使用抗生素。游戲分為6個場景，如圖2（b）所示，分別對應一種由細菌感染導致的病變器官。玩家治愈所有器官，則游戲勝利。游戲科普目標設定為“細菌耐藥性的產生機制”，為解釋這一程序性知識，首先通過游戲彈窗介紹“抗生素”和“細菌”等基礎的描述性知識。

　　2游戲彈窗

　　基于科普游戲設計框架，描述性知識由彈窗承載，前置于教學關中。“滅菌挑戰”通過“引導角色”和“背包系統”，分別向玩家傳遞抗生素概念和功能屬性：①“引導角色”設定為AI醫生，以小機器人形象置于界面角落，介紹“抗生素是對抗細菌的好幫手”；提出醫療建議，即游戲規則——“根據細菌的顏色，選擇同色系的抗生素進行治療”；提示玩家點擊“藥品裝備包”，并選擇正確的抗生素；如果藥劑用完，則引導玩家進入藥店購買。②“背包系統”由藥店、藥箱和藥品裝備欄共同構成，能夠查看、增刪道具；藥店中顯示各種抗生素藥物，點擊后彈窗顯示藥品名稱、適應癥、注意事項等屬性；玩家根據患者癥狀購買藥品后，藥品被自動加入藥箱中；備戰時將藥箱中的藥品加入裝備欄，以作為后續滅菌作戰的“彈藥”。由上可知，“引導角色”與“背包系統”介紹了抗生素、細菌等描述性知識。接下來，本研究將通過“游戲機制”解釋本游戲的核心知識“耐藥性的形成原理”。

　　3游戲機制

　　游戲機制由核心機制和漸進機制構成：核心機制包含多個關鍵操作，由“耐藥性形成原理”的多個生產式轉譯而來；而漸進機制規定關卡難度進階，通過多次不同難度的“滅菌戰”來鞏固對“耐藥性形成”的理解。

　　（1）核心機制上文已將“耐藥性形成原理”分解為三個生產式，現將其轉譯成三個關鍵操作，具體如下：操作一：“抗生素和細菌對抗”。采用快速反應事件（QuickTimeEvent，QTE）玩法進行模擬。玩家根據感染細菌的類型和數量，派遣相應劑量的抗生素進行作戰；作戰時，系統實時出現不同顏色的細菌，玩家需及時跟換裝備包中的抗生素。由此，通過實時對戰玩法，完成對第一個生產式“細菌感染后，使用抗生素治療”的轉譯。操作二：“抗生素使用不當，一部分攜帶抗生素遺傳物質的細菌留存，對抗生素敏感度下降，細菌戰斗力提升”。此操作通過點數、徽章、排行榜（Points,Badge,Leaderboard，PBL）反饋系統實現。抗生素使用不當，分為三種情況：①選擇錯誤，即抗生素對病毒引發的炎癥并無療效，但現實生活中一些患者卻認為“有炎癥，就用點抗生素”。如圖3（a）所示，肺部感染的是粉紅流感病毒，AI醫療助手建議使用“粉色抗病毒衣片”，而玩家卻使用了“粉色抗生素膠囊”。如圖3（b）所示，PBL反饋“游戲失敗”徽章、幣點0、班級排行21/25，彈窗和畫外音強調“藥品選擇錯誤，請對癥下藥！”以此提醒玩家：并非所有炎癥都可使用抗生素治療。②用量不足，即大多數抗生素療程為一周左右，但很多患者使用兩三天后“癥狀消退”，便擅自停藥。如圖3（c）所示，AI醫療助手建議“使用6枚抗生素”，而玩家卻只派出了2枚抗生素應戰——雖然也使癥狀有所減輕、細菌量下降，但是已接觸抗生素的細菌，攜帶了耐藥性遺傳物質，留存在體內。如圖3（d）所示，PBL反饋“再接再厲”徽章、幣點50、排行17/25，機器人表情痛苦，畫外音解釋“抗生素劑量不足，看似癥狀消退，實際上并未徹底清除細菌，極易引發二次感染”，以此提示抗生素用量不足的危害。③過量使用，即不少人認為“感冒就用抗生素”、“注射抗生素比口服效果好”，導致超量使用抗生素。如圖3（c）中AI醫療助手建議玩家使用6枚抗生素，如果玩家使用了15枚，此時癥狀完全消除、細菌量降至痊愈值，但多余的抗生素留在體內與細菌接觸，會產生耐藥性。此時如圖3（e）所示，PBL反饋“再接再厲”徽章、幣點70、排行12/25，彈窗提示“抗生素過量，導致菌群失衡，引起諸多不良反應”，以此警示“下猛藥、掛吊瓶”等錯誤認知。只有當玩家遵照AI醫療助手的“醫囑”，選擇正確的抗生素，并按照額定量使用，才能獲得最佳PBL反饋，即“完美通關”徽章。

　　（2）漸進機制“滅菌挑戰”的關卡難度進階與細菌感染程度有關。包含不同數量級的有害細菌量和多重耐藥菌感染。玩家不當使用抗生素，將持續提升后續關卡中的細菌耐藥性，導致治療難度上升，直至出現“超級細菌”，也就是本游戲的終極關卡。超級細菌中包含混合色調的絮狀物，玩家需要同時投放多種抗生素或者使用“超級抗生素”。然而，物極必反，“超級抗生素”的戰斗力雖強，但毒性也高，操作稍有不當，就易造成“傷敵一千、自損八百”的后果，導致患者體內多處器官受損，游戲失敗。以此警醒玩家：抗生素濫用、亂用，將產生耐藥性，導致超級細菌橫行、藥石罔效的惡果。“滅菌挑戰”游戲通過“對抗”玩法模擬細菌和抗生素的爭奪戰，玩家在教學關中掌握了抗生素相關的基本概念，并在互動實戰中理解了“耐藥性產生”這一關鍵原理，從而實現“合理使用抗生素”的科普目標。針對描述性、程序性和情境性三類科普知識，本研究分別總結了其游戲化設計的原則：①科普概念，屬于描述性知識，可以通過策劃NPC對話或背包系統，承載對象屬性和特征；②科普原理，屬于程序性知識，可以將其轉譯成游戲玩法機制，從而引導玩家在操作性學習的過程中構建自我認知；③應用場景，屬于情境性知識，通過游戲世界觀和場景真實模擬知識產生和運用的客觀環境，促進游戲化學習的知識遷移。

　　四結語

　　在科普教育和數字游戲的碰撞與融合處，科普游戲應運而生。科普游戲作為知識生產和傳播的新興媒介，在自然科學的抽象思維和少年兒童的形象思維之間架起了一座橋梁，連接科學的理性精神和孩子們的內在思考。本研究從問題出發，提出現有科普游戲對科學原理、規律等程序性知識的表征缺陷；同時，結合知識劃分理論，提出對三類科普知識的特定設計方法。在此基礎上，本研究構建了科普游戲設計框架，并以“抗生素濫用”為主題設計了一款游戲實例，以驗證此框架在指導設計實踐中的可行性，并為科普領域的游戲化設計提供學術指引，進而幫助玩家在游戲過程中潛移默化地習得不同元素所承載的各類科普知識。

　　參考文獻

　　[1]周榮庭,方可人.關于科普游戲的思考——探尋科學普及與電子游戲的融合[J].科普研究,2013,(6):60-66.

　　[2]科協科普部,科普研究所,百度指數.網民科普需求搜索行為報告(2019第三季度)[OL].

　　[3]世界衛生組織.抗微生物藥物耐藥性全球行動計劃[OL].

　　[4]McNultyCAM,LeckyDM,FarrellD,etal.Overviewofe-Bug:Anantibioticandhygieneeducationalresourceforschools[J].JournalofAntimicrobialChemotherapy,2011,(6):3-12.

　　[5]張麗霞,詹青龍.職技高師數字媒體課程群創新教學模式實證分析[J].職業技術教育,2014,(23):48-51.

　　蔣希娜1李玥1何威1陳世紅2