电子游戏教学资源库的设计与实现.docx

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电子游戏教学资源库的设计与实现

索取号：

TP311/7.520密级：

公开

硕士学位论文

电子游戏教学资源库的设计与实现

研究生

:

张辉

指导教师

:

王蔚教授

培养单位

:

教育科学学院

一级学科

:

教育学

二级学科

:

教育技术学

完成时间

:

2009年3月10日

答辩时间

:

学位论文独创性声明

本人郑重声明：

1、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。

2、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果。

3、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。

4、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构已经发表或撰写过的研究成果。

5、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了谢意。

作者签名：

日期：

学位论文使用授权声明

本人完全了解南京师范大学有关保留、使用学位论文的规定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。

保密的学位论文在解密后适用本规定。

作者签名：

日期：

摘要

“寓教于乐”的教育思想，已经存在了千百年，在互联网大行其道的今天，电子游戏对青少年产生的影响越来越大。

因此，将一板一眼的教育活动与生动有趣的电子游戏有机的结合起来，实现“游戏者即学习者，学习者即游戏者”的目标，成了教育界新的研究热点。

电子游戏，经历了被教师、家长从“堵”到“疏”的转变，已越来越被教育者应用于教育，电子游戏作为一种教学资源的口号也随之而出。

互联网是一个信息量巨大的资源库，富含大量的电子游戏资源。

越来越多的教育者期望从这个庞大的资源库中搜集到自己所需要的电子游戏资源，然而，面对如此浩瀚的资源海洋，从中寻找游戏资源变成了一件颇为复杂的事情，在这种情况下，我们以主题式爬虫技术、信息抽取技术为基础，提出了构建电子游戏教学资源库的设想，并付诸实现，旨在使此类资源能够充分被共享。

本文通过对电子游戏类网站特征的分析，结合CELTS标准，定义了描述一个电子游戏具体信息的“元数据”，并构建了教育资源的核心部分——电子游戏资源自动搜集系统，用来抓取互联网上的电子游戏式页面，同时按“元数据”的格式抽取出主题信息，结构化存放在数据库中组建资源库。

并提供一个用户交互的前台界面，同时设计兼容量表测试与多元智能标注系统的接口模块，为用户提供查询、推送服务。

其中具体研究了基于Web的电子游戏描述信息的自动搜集系统所涉及到的关键技术和系统的相关实现。

包括用到的主题爬虫技术与基于Web的信息抽取技术。

本课题的研究与开发，为构建电子游戏教学资源库提供了一个新思路，并实现了一个系统原型，有利于将电子游戏这种新资源应用于教学活动。

关键词：

电子游戏资源，主题爬虫，信息抽取，元数据

Abstract

Thethoughtoflearningthroughplayinghasexistedforthousandsofyears.ElectronicgamesareplayingmoreandmoreimportantroleinEducationthroughthepopularityoftheInternet.Inthenewsituation,thecombinationofthee-gamesandtheeducationwillbethefocalpointoftheresearch.Teachersandparentsneverregardthee-gamesasaterriblething.Andthesloganofelectronicgamesasateachingresourcecomesout.

TheInternetisatremendousamountofinformationresourcedatabase,whichisrichine-gamesresource.Moreandmoreeducatorswanttofindtheseresourcesfromthe“big”database;however,itisdefinitelydifficult.Inthiscase,weproposedtobuildae-gamesteachingresourcedatabaseusingthefocuscrawlerandtheWEBinformationextractiontechnology.Itwillstrivetoorganizeeducationalgamesallovertheinternetandprovideanewwayofmakingsuchresourcescanbefullyshared.

Onthebasisofsomeresearchworkonthee-gamesites,combinedwiththestandardCELTS,weintroduceanintelligentsystemforcollectinge-gameresourcesanddefineaconceptofe-game-metadata.Thesystemfindse-gamewebpagesanddefineswhetheritisthepagesweneedthroughtheInternet.Accordingtothe“metadata”format,thissystemalsoextractstheinformationthatthe“metadata”needsandstorestheminourdatabase.WealsobuildaWEBinterfaceforusersandprovideservicesforthem.

Inthispaper,bothofthekeytechnologiesandthefunctionmodulesaredescribedindetail.

Theresearchanddevelopmentofthisprojecthassuppliedauseablesolutiontobuildthee-gameteachingresourcedatabase.

Keywords:

Electronic-game,resource,Focuscrawler,InformationextractionMetadata

第一章前言

1.1论文研究背景及研究意义

互联网是一个信息量巨大的资源库，根据互联网调查公司Netcraft07年11月份调查显示，目前全球拥有正式网点总数（申请了域名并且有内容的网点）达到149，784，002个，其中相当一部分网站被频繁访问，并且一直保持更新[1]。

这个庞大的资源库所包含的资源无论从种类上还是数量上正在以几何级增长。

电子游戏，经历了被教师、家长从“堵”到“疏”的转变，已越来越被教育者应用于教育，将电子游戏作为一种教学资源的口号也随之而出。

近年来，国内外出现了许多电子游戏作为教学资源使用的例子，美国国防部推出了一款名为《美国陆军》的游戏，它强调“以团队精神、价值和责任感来完成目标”，用以美军的日常单兵训练；《文明》游戏曾经作为美国中学的教学内容之一；《模拟飞行》，多少飞行员的梦想从这里开始。

与此同时，国内的游戏教学市场也蓬勃发展起来，各种类型的游戏教学主题网站如雨后春笋般出现在互联网上，像将学科学习、百科知识、智力开发、休闲娱乐等与网络游戏相结合的我国第一款大型网络教育游戏平台－－K12play快乐教育世界（Games”，国内翻译成教育游戏、教学游戏或学习型游戏。

《教育游戏产业研究报告》把教育游戏定义为：

能够培养游戏使用者的知识、技能、智力、情感、态度、价值观，并具有一定教育意义的计算机游戏类软件[2]。

目前，网络上的电子游戏资源种类齐全、数量繁多，并且由于互联网即时更新的特性每天都在不断扩充。

随着互联网的飞速发展，越来越多的教育者期望从这个庞大的资源库中搜集到自己所需要的电子游戏资源，然而，面对如此浩瀚的资源海洋，从中寻找游戏资源变成了一件颇为复杂的事情，在这种情况下，我们以主题式爬虫技术、信息抽取技术为基础，提出了构建电子游戏教学资源库的设想，并付诸实现，旨在使此类资源能够充分被共享。

1.1.1相关概念界定

本章节将对电子游戏、电子游戏教学资源库及电子游戏资源作一个概念界定。

自1971年第一台街机游戏机诞生于麻省理工学院以来，在30年的时间内，以电子游戏为代表的数字娱乐业已经从当初的一种边缘性的娱乐方式日益成为目前全球（特别是发达国家）娱乐的一种主流方式。

电子游戏概念的出现就是在这个时候。

2008年中国网页游戏产业发展报告中对电子游戏的定义为：

电子游戏是以电子媒介为载体的游戏程式[3]。

目前，电子游戏根据运行的硬件平台，大致分为以下四类：

电视游戏、电脑（PC）游戏、手机游戏和街机游戏（见图1-1）。

四类游戏之间，以PC游戏发展得最为完善丰富。

随着个人电脑的不断更新换代，PC游戏也分出了网络游戏和单机游戏两类。

图1-1电子游戏分类

在这里，本文研究的电子游戏主要是指随着电子科技发展而孕育产生的各种电子、电脑游戏与伴随网络产生的网络游戏。

教学资源库是指按照统一的符合国际标准的技术规范和课程内在逻辑关系构建的，由全国优秀的数字化媒体素材、知识点素材及示范性教学案例等教学基本素材构成的，可不断扩充的开放式教学支持系统。

文章中的电子游戏教学资源库是为教学、科研提供丰富的、多元化的“游戏式教学素材和学习资源”描述信息，并以数据库的方式组织、存储、管理，以主题网站的形式向使用者提供查询交互、资源推送等服务。

用以引导电子游戏向健康的方向发展，推进以资源库为代表的信息技术与学科的深入整合，开拓教育领域新资源。

资源库中的电子游戏资源并不是具体的电子游戏，而是关于某个电子游戏资源的描述。

对资源的描述信息主要来源于互联网中的网页资源，这些网页包含了各种类型的电子游戏的描述信息，比如游戏名称、游戏介绍等。

电子游戏教学资源库的核心功能是通过一个自主开发的电子游戏资源自动搜集系统完成的，系统借助主题式爬虫技术从互联网中抓取具体的电子游戏网页，借助信息抽取技术将抓取下来的网页中的诸如游戏名称、游戏介绍、原始URL等敏感信息抽取出来，结构化存放在数据库中并为用户提供各种类型的服务。

关于电子游戏资源的具体内容，笔者将在第2章详细介绍说明。

1.1.2选题理由及研究意义

“寓教于乐”的教育思想，已经存在了千百年，在互联网大行其道的今天，游戏特别是网络游戏对青少年产生的影响越来越大。

因此，将一板一眼的教育活动与生动有趣的电子游戏有机的结合起来，实现“游戏者即学习者，学习者即游戏者”的目标，成了教育界新的研究热点。

电子游戏，经历了被教师、家长从“堵”到“疏”的转变，已越来越被教育者应用于教育，电子游戏作为一种教学资源的口号也随之而出。

由于电子游戏本身具有的教育潜质，使得它可以作为一种教学资源、教学素材使用；当今互联网条件下，电子游戏种类繁多、信息过量但星罗棋布，迫切地需要一种系统使得此类资源被充分共享，因此建设电子游戏教学资源库切实可行。

1、电子游戏在教学中有着独特的教育潜质，电子游戏可以作为一种教学资源使用。

电子游戏的教育潜质表现在以下三个方面：

（1）电子游戏提供了一种完善、互动、虚拟的学习环境。

与传统的枯燥无味的教育活动不同，数字化的今天，游戏可以借助数字化虚拟手段为学习者创设一种游戏式的带有会话协作性、竞争挑战性的学习环境，在这里，游戏者是绝对的中心，有利于培养他们迅速而有效的学习能力和自我解决问题的能力。

（2）电子游戏可以作为一种知识载体与认知工具，具有教化作用。

游戏本身也可以作为一种知识载体，一种很好的认知工具，有利于培养游戏使用者的知识、技能、智力、情感，锻炼他们的思维能力和反应能力，培养游戏使用者的态度和价值观。

例如《大航海时代》这款游戏中就包含了大量的地理、商业知识，如果玩家没有相关知识很难通关。

还有就是比较著名的日本光荣公司的《三国志》系列游戏。

这一款游戏一直拥有广大的玩家群，特别是80年代后出生的年轻人，他们中的大多数对这段历史都没没什么非常浓厚的兴趣，甚至不愿意去看四大名著。

但是《三国志》系列游戏却让许多年轻人捧起了《三国演义》，这不能不说是对玩家们起到了教育作用。

电子游戏的教育潜质不仅仅能够以比较直接的方式实现教育目的的实例，还能够从更深层上实现了教育的目的，即通过游戏改变玩家们的人生观、世界观。

但是这类游戏需要借助人的引导才能真正的体现出它的教育意义。

以经典游戏《仙剑奇侠传》为例，其中主角李逍遥便是对“一诺千金”最好的解释，不论对谁，只要做出承诺便从不反悔。

或许有些玩家会模仿游戏中人物的行为，但这种模仿是盲目的，我们显然并不能奢望涉世未深的孩子们能够从中领悟出人生观的深刻道理，孩子们还需要家长的引导或启发。

因此，优秀的游戏从某种程度上来讲可传达一种人生观、世界观，实现教化作用。

（3）游戏过程是一种创造的过程，它本身极具诱惑力，并且，它拥有广阔的玩家范围。

电子游戏运用技术手段来表现现实的情况，满足人们的幻想，同时，游戏过程即没有固定的模式也没有强制完成的结果，充满了不确定性，一切都需要游戏者自己完成去创造与众不同的游戏过程。

因此有着广阔的玩家范围，大量的潜在群体，这些群体一般为儿童、学生居多。

以上这些都显示出游戏独特的教育特质。

2、当今互联网条件下，游戏式教学资源种类繁多、信息过量但星罗棋布，不利于用户查找具体游戏资源，建设电子游戏教学资源库可以有效的把它们聚合起来。

近年来，随着网络信息的迅速膨胀，国内外出现了许多游戏作为教学资源使用的例子，均提供了大量的电子游戏资源，迫切需要一种能把分散在各地的游戏式教学资源有效的聚合在一起的系统，在这种情况下，我们提出了构建电子游戏教学资源库的设想，并付诸实现，旨在使此类资源能够充分被共享。

总之，做好本课题有如下四个方面的意义：

首先，建设电子游戏教学资源库为教师教学、学生学习提供了一种新型资源库，有利于电子游戏资源的整合。

该资源库收集资源为游戏类教学资源，针对性强。

力求把分散在各地的游戏式教学资源聚合组织起来，为教师教学和学生学习提供丰富、优质的教学素材，避免重复性劳动，提高教育教学效果。

其次，资源库收集信息丰富，为教学提供全面、准确的电子游戏资源。

采用主题式爬虫技术（Focus-Crawler），查找相关电子游戏教学资源，查全率与查准率高，为游戏式教学提供服务。

第三，资源库游戏信息罗列清晰，有利于用户的检索查询。

该资源库通过信息抽取技术对蜘蛛程序下载的网页进行处理，提取了电子游戏的游戏名称、引用网址、游戏介绍、所属类型等相关属性，逻辑性强，信息丰富，方便用户查询。

同时，它可扩充性强，支持用户上传游戏资源，推荐游戏站点，支持玩家填写游戏心得。

第四，提供相关游戏推送，有利于提高游戏玩家（用户）的智能。

结合项目组开发的其它功能模块——电子游戏多元智能标注模块与电子游戏多元智能量表评测模块，对每个游戏添加多元智能标签，为用户作多元智能测试，向某项智能有缺憾的玩家用户作相关游戏推送，目的性强。

1.2研究现状分析

电子游戏的教育意义很早就被一些国内外学者、专家研究，他们普遍认为游戏可以用来帮助学生学习，使学习过程变得生动有趣，从而调动学生的积极性。

与此同时，随着Internet的爆炸性增长，WWW已经发展成为包含多种信息资源、站点遍布全球的巨大信息库。

自从1991年诞生以来，它已经发展为拥有上亿用户，上百亿页面的大型分布式式信息空间，而且这个数字仍以每4到6个月翻一倍的速度增加[4]。

在互联网教育资源不断增长的同时，如何快速、准确、方便的从中获取自己需要的信息，是互联网用户面临的一个重要问题。

资源获取的有效性和便捷性被提上日程。

搜索引擎的出现，整合了众多站点信息，为快速查询起到了信息导航的作用。

信息的价值得到众多商家的认可，成为互联网最有价值的领域。

Google、XX等都是通用搜索引擎的杰出代表，为互联网的发展做出了重要贡献。

但是，用户使用这些搜索引擎的时候，输入一个关键词往往会出现几万甚至几十万的查询页面，其中不乏大量重复信息和垃圾信息，这使得用户难以迅速找到符合他们要求的信息。

因此，如何对现有的搜索引擎技术改进，并结合信息抽取技术，使查询的结果符合用户的要求，成为信息处理领域近期的研究热点。

1.2.1游戏式教育理论研究现状

国外很早就有教育界学者着手研究如何利用游戏来帮助学生学习（Bowman1982;Amoryetal1999），他们认为游戏可以使得学习过程更有趣，调动学生的主动性，提高学习效率（Malone1980），并可以使学生在“做”中“学”（Thiagarajan1998;Kirriemuir&McFarlane2004），从而提高学生解决问题的能力、协作学习能力和其他学习能力（Whitebread1987;Bruckman1998）。

2004年Kirriemuir和McFarlane提出可以采用主流游戏的“清淡（Lite）”版本给课堂教学使用，也就是删除游戏中所有与教学不相关的内容。

下面介绍一些具有代表性的游戏教学站点：

FUnbrain（）网站为各个年龄阶段的孩子提供按学科分类的在线交互小游戏；

GameGOO（

Learningplanet（

国内研究比较晚，目前相关理论研究与产品开发正步入了正轨。

为解决“教育性”与“游戏性”的平衡问题，有关学者提出了“轻游戏”的概念。

国家教育部“面向教育的电子游戏分级分类标准研究”项目，主要考证电子游戏中的教育性，建立电子游戏的教育评价体系并对游戏从教育角度进行分级分类研究。

1.2.2主题式爬虫技术研究现状

本文研究的电子游戏教学资源库主要采用主题式爬虫技术和信息抽取技术。

目前，主题式爬虫技术的研究发展迅速，已经成为人们关注的热点。

同时，利用它搜索的结果再经过专业人士的加工而形成的面向某一学科、领域的垂直搜索引擎也己经出现。

面向主题的Web信息搜索策略主要有两种：

基于内容的搜索与基于链接分析的搜索。

前者工作方式是先建立一个针对主题的关键词表，爬行程序根据主题与链接文本的相似度来评价链接价值的高低。

后者考虑到Web页面的半结构特征，通过对网页之间的链接进行分析，从而确定链接的重要性。

下面介绍一些典型的主题式信息搜索系统：

1、Elsevier的Scirus系统

Scirus科学搜索引擎是一种专为搜索高度相关的科学信息而设计的搜索引擎，获得2001年《搜索引擎观察》授予的“最佳专业搜索引擎”奖。

Scirus是目前互联网上最全面、综合性最强的科技文献门户网站之一。

它只面向包含有科学内容的网站，如大学和作者个人主页以及Elsevier自己的数据库。

2、NEC研究院的CiteSeer

CiteSeer是互联网上使用最广泛的针对计算机领域的科学论文检索系统。

CiteSeer可以自动地对网上的电子文件（Postscript和PDF等格式）进行索引并分类。

3、Berkeley的FocusedProject

该系统通过两个程序来指导爬行器：

一个分类器和一个净化器。

前者用来计算下载文档与预订主题的相关度；后者用来确定那些指向很多相关资源的页面（在HITS算法中，称之为中心网页）。

在国内，主题搜索技术的研究刚刚起步，主要为一些大学的研究机构和一些搜索引擎公司，比如北京化工大学就曾经推出过化工方面的专业搜索引擎，还有像赛迪网（）推出的中文IT垂直搜索引擎“IT罗盘”，中国搜索（）推出的行业搜索等。

一些大型的通用搜索引擎，XX、Google等推出的图片搜索、MP3搜索都可以看作是主题搜索技术的运用。

1.2.3信息抽取技术研究现状

主题式搜索引擎作为一种信息检索系统，它的输出为与游戏相关的网页信息，然而用户关注的是更加准确、更加详细、更加深层的专业信息，而非仅仅是一些文档列表，所以要进行基于这些主题网页的信息抽取。

信息抽取（InformationExtraction，IE）是信息检索的进一步发展，是指从非结构化和半结构化的文本中抽取出用户所感兴趣的信息（本系统抽取的是游戏名称与游戏内容），形成结构化的信息并存入数据库，供用户查询和使用的过程。

国外的信息抽取技术研究始于20世纪60年代中期，主要从自然语言中获取结构化信息，它以美国纽约大学和耶鲁大学的两个长期的、研究性的自然语言处理项目为代表。

20世纪80年代末，由于消息理解系列会议（MUC，MessageUnderstandingConference）的推动，信息提取研究蓬勃开展起来。

MUC系列会议使信息抽取发展成为自然语言处理领域一个重要分支，并一直推动这一领域的研究向前发展。

近几年，信息抽取技术在研究方面，主要侧重于以下几个方面：

利用机器学习技术增强系统的可移植能力、探索深层理解技术、篇章分析技术、多语言文本处理能力、Web信息抽取（Wrapper）以及对时间信息的处理等等。

在应用方面，信息抽取应用的领域更加广泛，除自成系统以外，还往往与其他文档处理技术结合建立功能强大的信息服务系统。

国内方面，中文信息抽取方面的研究起步较晚，主要的研究工作集中在对中文命名实体的识别方面，在设计实现完整的中文信息抽取系统方面还处在探索阶段。

近年来国内外涌现了多种信息抽取方法，根据自动化程度可以分为人工方式的信息抽取、半自动方式的信息抽取和全自动方式的信息抽取三大类；根据抽取原理和抽取方式的不同可以大致分为以下5类：

基于自然语言处理方式的信息抽取、包装器归纳方式的信息抽取、基于Ontology方式的信息抽取、基于HTML结构的信息抽取和基于Web查询的信息抽取。

这些方法各有侧重地解决了上述Web信息抽取中面临的问题，总体上取得了良好的效果，但在某些方面存在不同程度的局限或缺陷。

因此，为了更好地解决从已有的游戏网页上获取游戏元数据信息，有必要对Web信息抽取问题作进一步研究。

1.3研究