李娟 高文蓓 凌一洲

摘要： 化學(xué)密室逃脫游戲是以化學(xué)知識為線索，結(jié)合化學(xué)理論知識、實驗操作和超出學(xué)生認知之外的空間布局而設(shè)計的教學(xué)游戲。該游戲把學(xué)科知識與真人密室逃脫游戲加以優(yōu)化組合，以解決化學(xué)問題為目標，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和參與熱情，促進學(xué)生的合作學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)。從明晰化學(xué)密室逃脫游戲的內(nèi)涵出發(fā)，以此為基礎(chǔ)參照，進一步挖掘構(gòu)成該模式的基本要素，并結(jié)合具體案例對該模式的設(shè)計與組織進行分析和闡述，最后總結(jié)該模式的典型特征，為其引入國內(nèi)提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)密室逃脫; 游戲教學(xué); 教學(xué)模式; 問題解決

文章編號： 1005-6629（2020）02-0088-05

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

1? 引言

游戲教學(xué)是把教學(xué)內(nèi)容與生動有趣的游戲結(jié)合起來的教學(xué)模式。國內(nèi)外的游戲教學(xué)風(fēng)潮盛行已久，在過去的十年里出現(xiàn)了多種不同形式的化學(xué)游戲，包括單詞游戲、紙牌游戲、棋盤游戲、電腦游戲等[1]。越來越多的案例表明，與傳統(tǒng)課堂形式相比，游戲教學(xué)允許學(xué)生扮演新的角色并融入生動的情境中，更加具有趣味性，可以促進學(xué)生的主動學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)和有效學(xué)習(xí)[2，3]。然而，目前的教學(xué)游戲大多以個人的形式參與，并不特別強調(diào)團隊的交流與合作。在目前提倡合作學(xué)習(xí)和同伴互助的背景下，國外研究者提出了“化學(xué)密室逃脫”的教學(xué)模式，受到了廣泛好評。下面就對相關(guān)研究進行介紹，以期對當前化學(xué)課堂教學(xué)的改進有所幫助。

2? 化學(xué)密室逃脫游戲簡介

密室逃脫（takagism）是一款線上解謎類游戲，主要情節(jié)是將玩家困在一個密封房間里，需要通過點擊鼠標尋找“密室”內(nèi)的線索和關(guān)鍵物品，并結(jié)合一些技巧去破解其中的秘密以逃出該“密室”。而真人密室逃脫游戲（reallife room escape）是一款多人實境游戲，3～8個游戲者被困在一個被賦予逼真主題場景和故事劇情的“密室”中，需要通過集體協(xié)同的邏輯思維推理過程，尋找“密室”內(nèi)的關(guān)鍵物品、線索或破解機關(guān)道具，層層解謎并揭開真相，在限定的時間內(nèi)完成任務(wù)并成功逃出密室[4]。

化學(xué)密室逃脫游戲以化學(xué)知識為線索，結(jié)合化學(xué)理論知識、化學(xué)實驗操作和超出學(xué)生認知之外的空間布局，以獨特的呈現(xiàn)方式為學(xué)生提供全方位的互動形態(tài)。在游戲過程中，學(xué)生的操作能直接影響過程的順序和內(nèi)容，從而讓學(xué)生突破時間和精神上的束縛，深度融入游戲情境中。該游戲不僅能提高學(xué)生的參與感、充分發(fā)揮主動性和促進深度學(xué)習(xí)，還在一定程度上解決了由于長時間對著冰冷的屏幕和日益增長的虛擬技術(shù)產(chǎn)生的疏離感。

3? 化學(xué)密室逃脫游戲的基本要素

雖然化學(xué)密室逃脫游戲的設(shè)計本質(zhì)是一種游戲，但設(shè)計者需要賦予其化學(xué)教育的功能。因此在設(shè)計游戲時不僅需要遵循游戲設(shè)計的基本原則，還要盡可能滿足實際教學(xué)的需求和可行性。根據(jù)Zimmerman和Ran等人的觀點，將該教育模式所包含的主要要素總結(jié)如下[5，6]。

（1） 系統(tǒng)： 游戲是由若干元素組成的系統(tǒng)，這些元素類似于現(xiàn)實生活中的難題，只要學(xué)生按照正確的順序解決這些難題即可完成游戲。

（2） 玩家： 學(xué)生一般以3～8人（建議4人）小組的形式參與，游戲的完成需要團隊的共同努力。

（3） 情境： 營造一個與學(xué)生日常生活截然不同的虛構(gòu)情境，例如虛擬的破案現(xiàn)場。

（4） 謎題： 謎題必須以解決具有挑戰(zhàn)性的問題為目標，例如在實驗室中尋找隱藏的“炸彈”并逃脫。

（5） 規(guī)則： 在活動開始前，需要以視頻或文字的形式介紹游戲規(guī)則，包括哪些行為允許/不允許出現(xiàn)在游戲中，哪些地方可以使用提示，使用提示之后的后果以及注意事項等。

（6） 結(jié)果： 學(xué)生在完成操作后，可以在較短的時間內(nèi)得到反饋，明確地知道能否進入下一環(huán)節(jié)，或能否最終脫離危險。例如，學(xué)生在測得實驗數(shù)據(jù)后，可以把該數(shù)據(jù)輸入密碼鎖，如果成功開鎖，則說明結(jié)果正確，并進入下一環(huán)節(jié)，如果無法開鎖則說明上一步所得結(jié)果錯誤。

（7） 聯(lián)系課程： 游戲內(nèi)容應(yīng)盡可能與學(xué)生應(yīng)該掌握的化學(xué)知識和技能聯(lián)系起來。例如David Watermeier等人的案例以復(fù)習(xí)期末考試為主題，涉及單位轉(zhuǎn)換、實驗設(shè)備使用、玻璃儀器識別、電子配對、元素周期表、物質(zhì)命名、軌道雜化、平衡方程式等一系列與教材匹配的化學(xué)知識[7]。

4? 化學(xué)密室逃脫游戲的設(shè)計思路

化學(xué)密室逃脫游戲的設(shè)計思路與解決化學(xué)問題的一般思路相吻合。見圖1左部的“問題解決的一般過程”，在解決真實情境中的化學(xué)問題時，需要先對問題進行分析和識別，然后通過實驗（取樣、分析和數(shù)據(jù)處理等）獲得足夠的證據(jù)，最后解釋結(jié)果并得出結(jié)論[8，9]。

在密室逃脫游戲中，學(xué)生進入密室后會獲得一些線索（問題情境），但一開始對于需要解決的問題并不明確，需要對現(xiàn)有的材料進行分析，才能明確地識別問題（發(fā)現(xiàn)問題）。接著學(xué)生需要設(shè)計解決問題的方案（設(shè)計分析的過程），試圖解決問題。在多數(shù)情況下，學(xué)生需要進行必要的實驗操作和邏輯推理方能得到結(jié)果。最后，學(xué)生根據(jù)得出的結(jié)論破解謎題，進入下一個環(huán)節(jié)。

5? 化學(xué)密室逃脫游戲的實施案例

本文以Vergne[10]設(shè)計的化學(xué)密室逃脫游戲為案例，其實施流程見圖1右部。

圖1? 化學(xué)密室逃脫游戲的實施過程

5.1? 測定樣品濃度，打開鎖箱A

學(xué)生進入密室，首先能看到散落在實驗室長凳上的拼圖紙片。學(xué)生短時間內(nèi)可能不會注意到拼圖的必要性，經(jīng)過一番探索，才意識到這個拼圖是他們必須完成的項目，完成該項目后方能繼續(xù)尋找下一條線索。

當學(xué)生合作完成拼圖后，可以發(fā)現(xiàn)其背面是一個蘇打水罐的圖像，并附有打開罐子的方法。學(xué)生根據(jù)該條線索，從夾子上找到該蘇打水罐并打開，發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部有一個隱藏的隔間，里面藏著一個用于紫外-可見光光譜分析的石英吸收池，隔間內(nèi)還裝著一種無色神秘液體（20mg/L的咖啡因水溶液）。學(xué)生還發(fā)現(xiàn)了一張紙（上面印有四個數(shù)字組合的前半部分）以及一個印著帶有字母“A”的鎖箱（以下簡稱“鎖箱A”）。這張紙條促使學(xué)生迅速在實驗室內(nèi)尋找一個標有“A”的鎖箱。這些線索共同引導(dǎo)著學(xué)生使用實驗室內(nèi)的紫外-可見分光光度計測量該溶液的吸光度。

學(xué)生在投影機屏幕的掛線上發(fā)現(xiàn)了鎖箱A。學(xué)生拉下投影儀屏幕，此時他們會得到一張帶有標準曲線和朗伯-比爾定律方程的線索紙。線索給出了未知液體的摩爾吸光系數(shù)，并指出鎖箱A的最后兩位數(shù)是蘇打水罐內(nèi)樣品濃度的前兩位數(shù)。學(xué)生用紫外-可見分光光度計測得樣品最大波長處的吸光度λmax為283nm，利用校準曲線中的方程求出濃度值，得到鎖箱A所需要的最后兩位數(shù)（密碼）。輸入數(shù)值后，學(xué)生成功解開鎖箱A。

5.2? 分析樣品并推理元素，打開鎖箱B

鎖箱A中藏有一把彩色鑰匙和一個小瓶，這是進入下一環(huán)節(jié)的關(guān)鍵線索。該鑰匙以顏色為編碼，表示該鑰匙能打開與之顏色匹配的門鎖。該小瓶中裝有少量未知溶液，且標有“GC”字樣，表明該樣品是需要進行氣相色譜分析的。

學(xué)生不難發(fā)現(xiàn)，側(cè)室的門鎖恰好與上述鑰匙顏色相匹配。打開門后發(fā)現(xiàn)實驗室內(nèi)的計算機正在運行著GC軟件，并且正在運行著一個實驗軟件。學(xué)生很快分析出需要進行氣相色譜分析。將小瓶插入自動取樣的小瓶架中，并在軟件中操作選擇規(guī)定的小瓶位置。貼在GC上的是一張紙條指示著鎖箱B密碼的前兩位數(shù)字。這條線索的前兩位數(shù)字與鎖箱B中所提供的待測物的保留時間（以分鐘為單位）的前兩位數(shù)相匹配。

完成上述測試后，解開鎖箱B的密碼還需要兩個數(shù)字。另一條線索藏于實驗室的長凳上，是一張元素周期表和一些文本提示，學(xué)生需要根據(jù)線索推理出氪元素，其原子序數(shù)36就是鎖箱B密碼的后2位。于是，學(xué)生打開了鎖箱B。

5.3? 尋找樣品并分析成分，逃出密室

打開鎖箱B后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)另一把彩色鑰匙和一個小瓶。根據(jù)顏色不難發(fā)現(xiàn)，該鑰匙與第二側(cè)房間的鎖配對，且上面有一個GCMS標記。而小瓶中含有一個未知的液體樣本（水楊酸甲酯溶液）。

密室內(nèi)的自動進樣器支架上有

90個編號井，放置了約20個樣品瓶。學(xué)生的最終任務(wù)是找到其中指定的樣品瓶，并分析其成分名稱。為了找到要測試的樣品瓶，學(xué)生首先需要對鎖箱B中的未知液體樣品進行分析，尋找線索。

他們打開連接在計算機上的FTIR設(shè)備，當按下電腦上的一個鍵時，顯示器被喚醒，在屏幕中央呈現(xiàn)一條信息：“羰基峰匹配波數(shù)的最后兩位數(shù)是多少？”這是在GCMS上運行的小瓶號的提示信息。學(xué)生用滴管將溶液樣品放置在傅里葉變換光譜儀的衰減內(nèi)全反射裝置（ATR）上，獲得樣品的紅外光譜。水楊酸甲酯的羰基峰位于1673cm-1處。表明需要進行GCMS的正確樣品瓶為73。

最后，學(xué)生用GCMS儀對73瓶進行分析。利用質(zhì)譜軟件庫（NIST 98庫），學(xué)生很快找到了同一化學(xué)物質(zhì)： 水楊酸甲酯。一旦學(xué)生正確地提交物質(zhì)的名稱，他們就完成了游戲，并被允許“逃離”房間。

5.4? 游戲結(jié)束后的回顧與指導(dǎo)

游戲的結(jié)束并不意味著學(xué)習(xí)的完成，教師還要安排學(xué)生進行匯報，重點介紹儀器使用的方法，幫助學(xué)生加深印象，或者及時糾正學(xué)生的某些不恰當、不規(guī)范的操作，同時總結(jié)水楊酸甲酯的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。在游戲中，教師應(yīng)注意提醒學(xué)生不要無依據(jù)地猜測可能的密碼，應(yīng)鼓勵他們?nèi)ソ鉀Q所呈現(xiàn)的謎題。同時要提醒學(xué)生不要在實驗室外告訴其他小組如何解決逃逸游戲的謎題。

以上案例主要為單一的化學(xué)學(xué)科內(nèi)容，情境設(shè)置也比較簡單，主要為直接解決問題的過程，學(xué)生按照指示并不難發(fā)現(xiàn)線索并解決謎題。但在現(xiàn)實生活中，我們遇到的往往是更為復(fù)雜的情境，涉及的知識綜合性較強，問題也要復(fù)雜得多。所以教師需根據(jù)學(xué)生所處的不同學(xué)習(xí)階段和自身的能力為學(xué)生設(shè)計不同難度和復(fù)雜程度的“逃脫”謎題和線索。

6? 化學(xué)密室逃脫游戲的典型特征

密室逃脫游戲的內(nèi)容可以根據(jù)不同的學(xué)科、學(xué)習(xí)階段和知識背景進行設(shè)計，并不局限于在化學(xué)學(xué)科中使用，更深一層次的意義在于采用了游戲教學(xué)的教學(xué)理念和教學(xué)模式，向?qū)W習(xí)者傳遞特定的價值觀，以更具趣味性的方式進行學(xué)習(xí)。以下是這種教學(xué)模式的典型特征。

6.1? 整合趣味實驗，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

化學(xué)密室逃脫游戲的一個突出特點是理論教學(xué)與化學(xué)實驗相結(jié)合，采用多種方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的研究意識和科學(xué)素養(yǎng)。在游戲過程中，可以以文字、圖片、符號、實物、視頻、音頻等多種形式呈現(xiàn)知識，學(xué)生以此為基點回憶相應(yīng)的知識并進行后續(xù)的實驗操作。這樣，書本上的知識就變得鮮活生動，學(xué)生自然印象深刻。經(jīng)過精心篩選和設(shè)計的系列實驗不僅緊扣課堂教學(xué)內(nèi)容，而且具有相當?shù)膯l(fā)性和趣味性，能有效地激發(fā)學(xué)生對未知事物的好奇心和學(xué)習(xí)興趣。

例如，酸堿反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)學(xué)習(xí)的重要概念，學(xué)生需要掌握酸和堿的組成、酸和堿的性質(zhì)、中和反應(yīng)、pH等重要知識點。因此，Peleg[11]設(shè)計的游戲中就包括了“水的制備”環(huán)節(jié)——提供四種裝有無色透明液體（可能是1mol/L NaOH溶液、1mol/L HCl溶液、1mol/L H2SO4溶液和H2O，但沒有標簽）以及酚酞溶液、pH試紙和一些常見實驗儀器。通關(guān)的要求之一是制備40mL水。此時學(xué)生需要首先識別酸、堿和水，再識別鹽酸和硫酸，最后利用酸堿反應(yīng)制備水。以往關(guān)于這部分知識多采用傳授式教學(xué)，只要求學(xué)生記下相應(yīng)的性質(zhì)，然后做練習(xí)題。但在這個過程中，學(xué)生首先調(diào)動大腦中的知識，然后通過趣味實驗學(xué)習(xí)或復(fù)習(xí)理論知識，學(xué)習(xí)興趣大增，有效地提升了教學(xué)效果。

6.2? 整合生動情境，指向問題解決

化學(xué)密室逃脫游戲的另一重要特點就是通過設(shè)置情境、發(fā)現(xiàn)/提出問題、分析問題、解決問題，最終讓學(xué)生掌握知識，即以問題為基礎(chǔ)進行學(xué)習(xí)。多樣的問題、豐富的情境，讓每一位學(xué)生都有機會參與到游戲過程，積極思考、獨立分析，有效地培養(yǎng)了學(xué)生自主學(xué)習(xí)知識和解決問題的能力。與該教學(xué)模式相比較，國內(nèi)教師往往更善于詳細而系統(tǒng)地講授基礎(chǔ)理論知識，學(xué)生也習(xí)慣于死記硬背地學(xué)習(xí)，這種學(xué)習(xí)方式最大的弊端是讓學(xué)生感覺所學(xué)知識沒有用，學(xué)習(xí)沒有成就感。而化學(xué)密室逃脫游戲?qū)栴}置于一個個生動的情境中，以化學(xué)史[12]或社會實例（破案現(xiàn)場等）[13]為情境，學(xué)生主動調(diào)用已學(xué)的學(xué)科知識來解決問題。學(xué)生在游戲結(jié)束后也表示通過這樣的學(xué)習(xí)方式，他們能更清楚地了解該歷史的發(fā)展，更深層次地體驗化學(xué)家的艱辛探索過程。

因此，國內(nèi)教師可以吸收這種教學(xué)模式的優(yōu)點，在化學(xué)教學(xué)過程中，穿插類似的游戲，將本來由教師主講的一些內(nèi)容和案例轉(zhuǎn)變成謎題的形式進行教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生主動參與，進行互動學(xué)習(xí)、探索學(xué)習(xí)。這種教學(xué)方法能有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，更深入地理解知識，消化所學(xué)內(nèi)容，將枯燥的學(xué)科知識轉(zhuǎn)換成靈活的解決問題的能力，從而達到事半功倍的效果。

6.3? 整合學(xué)科內(nèi)外，拓寬思維空間

逃脫游戲中涉及的內(nèi)容非常豐富，樣品采樣、證據(jù)收集和答題形式不拘一格，跨越了學(xué)科限制。這樣的設(shè)計有助于培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科、多角度地思考和解決問題的能力。例如，F(xiàn)erreiroGonzlez[14]設(shè)計的關(guān)于分析化學(xué)的逃脫游戲“CSI 1.0”，就要求學(xué)生通過扮演實習(xí)法醫(yī)化學(xué)家的角色來協(xié)助破案。參與者在不同的階段所運用的知識是不同的： 學(xué)生首先需要具備相應(yīng)的分析化學(xué)的知識和技能，才能在“法醫(yī)實驗室”中通過實驗分析、數(shù)據(jù)處理和結(jié)果解釋來最終識別出“毒物”;其次還需要有較強的邏輯推理和觀察能力，才能在“科學(xué)警察局”階段尋找線索;最后還需要基本的行為學(xué)、心理學(xué)和社會學(xué)知識輔助活動的進行。

目前的中學(xué)化學(xué)課程教學(xué)中大都為純學(xué)科知識，測試的試題雖然有情境設(shè)置，但是考察內(nèi)容與情境聯(lián)系并不緊密，甚至相互脫離。盡管教師認為化學(xué)與生活密切相關(guān)，在化學(xué)的學(xué)習(xí)過程中盡量多地與社會相聯(lián)系，在試題設(shè)計過程中安排相應(yīng)的情境，但限于教材和試卷的篇幅、教師的水平等因素，課堂教學(xué)和測試中很難做到化學(xué)與實際情境相結(jié)合。化學(xué)密室逃脫游戲很好地彌補了這一缺憾，其多樣的設(shè)計元素、豐富的背景知識、整合的跨學(xué)科知識，對于開闊學(xué)生視野、拓展思維空間，培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)都十分有益。

6.4? 整合歷史文化，發(fā)展人文素養(yǎng)

科學(xué)史具有陶冶情操、培養(yǎng)價值觀的功能，但由于它們內(nèi)容龐雜，容易讓學(xué)生覺得味同嚼蠟，不愿意學(xué)習(xí)。而密室逃脫游戲則可以很好地將科學(xué)史與游戲結(jié)合，實現(xiàn)文化與樂趣并存。以科學(xué)史為題材，讓學(xué)生在參與游戲的過程中，更深切感受精妙絕倫的科學(xué)世界，更好地了解科學(xué)發(fā)展的進程，充分領(lǐng)略科學(xué)家的偉大創(chuàng)造成果。

游戲與理論知識的結(jié)合革命性地轉(zhuǎn)變了傳統(tǒng)的教育模式，有望真正實現(xiàn)寓教于樂，讓學(xué)生身臨其境、浸入式地學(xué)習(xí)科學(xué)文化知識。Dietrich[15]設(shè)計的游戲中以勒布朗工藝為例，首先追溯到法國科學(xué)院舉辦的生產(chǎn)碳酸鈉的大賽，法國科學(xué)院希望

推動以廉價的氯化鈉為原料生產(chǎn)急需的碳酸鈉;然后讓學(xué)生通過一步步地解開謎題，解鎖勒布朗工藝;最后再對勒布朗工藝流程進行系統(tǒng)的介紹。游戲結(jié)束后還提示學(xué)生該工藝的污染性是產(chǎn)生第一部《環(huán)境保護法》的原因之一，引發(fā)學(xué)生進一步查閱文獻，

了解科學(xué)家后來對該工藝的改進。整個過程無需說教和灌輸，通過追溯科學(xué)的發(fā)展過程，學(xué)生就能切身體會到貫穿于科學(xué)知識中的科學(xué)思想，感受到滲透于科學(xué)活動中的科學(xué)美感，領(lǐng)悟到科學(xué)研究中的科學(xué)精神，以及科學(xué)家所遵循的科學(xué)倫理和科學(xué)活動對人類帶來的影響。密室逃脫游戲有效地整合了科學(xué)史與游戲各自的優(yōu)勢，增強學(xué)生的代入感，有利于學(xué)生真正了解科學(xué)，充分地發(fā)揮科學(xué)史的文化功能和精神價值，提升學(xué)生的人文素養(yǎng)。

7? 結(jié)束語

國外成功的教學(xué)實踐表明，化學(xué)密室逃脫游戲是學(xué)生綜合運用化學(xué)知識的有效方式，得到了廣大師生的好評。所以，本文提倡將化學(xué)密室逃脫游戲引入國內(nèi)，走進中學(xué)化學(xué)甚至各個學(xué)科的課堂，幫助學(xué)生開闊視野，培養(yǎng)科學(xué)興趣。

由于不同的國情、文化背景以及教育理念，我國與外國的教學(xué)模式有很大的差異，對于很多新興事物的接受程度也不一致。國內(nèi)許多教師和家長都認為游戲無法促進學(xué)生的學(xué)習(xí)，但國外卻能將其改進為幫助學(xué)生主動學(xué)習(xí)的工具，所以國外更加開放的教育理念與許多先進的教學(xué)模式均值得學(xué)習(xí)和借鑒。我們應(yīng)當轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)觀念，充分發(fā)揮游戲教學(xué)的優(yōu)勢，積累各種優(yōu)秀的教學(xué)資源，促進游戲教學(xué)的科學(xué)化、學(xué)科化，形成與先進教學(xué)理念和教學(xué)方法接軌的、符合中國國情的游戲教學(xué)模式，真正發(fā)揮游戲教學(xué)在培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才中的作用。

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