Nature评论：游戏化科学的现状、优势以及缺陷

公众号新闻

2023-02-08 02:02

文章来源于新智元，作者新智元

来源｜新智元（AI_era）

编辑｜LRS

在家长眼中，游戏可能是洪水猛兽；但在科研人员眼里，以游戏的方式来设计实验，可以帮助吸引到更多实验参与者。

最近Nature上发表了一篇长篇评论，深度描述了游戏化科学的现状、优势以及缺陷，并对游戏化的未来提供了一条方向。

文章链接：https://www.nature.com/articles/d41586-023-00065-6

或许你的下一次实验设计也可以是游戏！

我们认为现在是科学认真地对待游戏的时候了。

科研法宝

美国认知科学家Joshua Hartshorne曾经开展过一个课题，想要调研世界各地的人们学习英语上的差异，预期的实验参与人数可能需要数万人。

Hartshorne将英语测试问卷改编成了一个语法游戏「Which English」，玩家大约需要消耗10分钟的时间完成多道单词问题，最后系统会给出一个结果，猜测参与者在世界上的什么地方学会的英语。

链接：http://archive.gameswithwords.org/WhichEnglish/

不管系统的预测结果是否准确，参与者往往都会在社交媒体上分享实验结果，一定程度上创造了滚雪球效应，最终吸引了超过67万名参与者，研究人员根据数据得出的研究结果显示，第二语言学习有一个「关键时期」，并一直持续到青少年时期。

小编也试了一下，最后系统猜测是土耳其语、葡萄牙语或俄罗斯语母语者。。。（离谱的结果很难不想分享出来）

将实验“游戏化”（Gamification）在各个科学领域的研究中都起到了重要作用，包括心理学、神经科学、经济学和行为经济学，通过让研究过程变得更有趣，可以让实验扩大到数千或数百万的参与者。

一些相关的研究成果包括，视频游戏证明了孩子所在城市的布局决定了他们导航能力；一项数字单词搜索的数据显示，精通游戏的人不一定会给那些试图学习游戏的人更好的建议；一场涉及数百万人的两难游戏显示，大多数人都有可靠的道德直觉。

游戏化可以帮助研究人员研究不同的人群，进行更复杂的实验，并在自然环境中观察人类行为，从而避免在传统实验室中实验导致的偏差，可以提高统计能力和再现性，使研究结果更鲁棒。

技术进步也使实验游戏化变得更便宜、更简单，但新冠肺炎的疫情迫使许多实验室将实验转移到网上。但尽管有这些变化，大多数人还没有接受游戏化带来的机会。

为了充分发挥这种方法的潜力，研究人员必须消除误解，开发新的游戏化技术，改善现有技术的应用，并将这些方法应用于富有成效的研究问题。

体验一下

感兴趣的小伙伴可以参加以下已经游戏化的研究：

1. Whcih English？

可以识别出你说哪种「世界英语」的语法测试，属于语言研究范畴。

链接：http://archive.gameswithwords.org/WhichEnglish/

2. Are you a Super-Listener？

在这个实验中，参与者需要努力在的干扰音调中识别出音乐和声（musical harmonies）。

链接：https://www.themusiclab.org/quizzes/scram

3. Glyph

一个在线的游戏小程序，可以探索世界上各个书写系统中字母。

链接：https://glyph.shh.mpg.de/

4. Moral Machine

一个用于收集人类对机器智能做出的道德决策的看法的平台。

链接：https://www.themusiclab.org/quizzes/scram

5. Visual Vocab

可以对一个人的一生中词汇知识的在线评估。

链接：https://roar.stanford.edu/vocab/

游戏理论

游戏化通过结合得分（point-scoring）、竞争（competition）、性能反馈（feedback about perfomrance）以及通过游戏了解自己的机会来激励人们参与实验。

在2005年和2008年的早期尝试中，现就职于马萨诸塞州波士顿哈佛医学院的认知神经心理学家Laura Germine对心理评估进行了改编，并把评估放到了她的公民科学网站TestMyBrain.org上。

研究结果表明，即使参与者在无人监督和没有报酬的情况下，自主选择的样本也能产生高质量的数据。

游戏化的发展将结合心理学、计算机科学、网络开发和用户体验研究，为参与者创造沉浸式的体验。

游戏化可以包括将实验转化为定制的游戏，将实验嵌入到现有的游戏中，并从正在进行的游戏中提取数据。

一个广受欢迎的游戏Wordle，从某种意义上来说，它已经是世界上最大的心理语言学实验了，并激发了对主动学习（active learning）中的优化问题和人们作弊原因等主题的研究。

在传统的以实验室为基础的人类行为研究中，参与者往往数量不多，而且以西方人为主，即来自西方、受过教育、工业化、富裕和民主的社会，也就一定程度上导致了统计学上不精确或不可重复的结果，或者不能推广到其他群体。

游戏化科学所带来的海量数据可以帮助解决可重复性和普适性的问题。

比如说，小型研究的结果表明，一个人如果说音调语言的经验（使用音高或音调来区分单词的语言，比如中文普通话），会改变他们对音乐音调的感知能力。

但这些工作主要是在普通话或粤语中进行的，为了探索其他不常被研究的音调语言，现为纽约市哥伦比亚大学研究生的Jingxuan Liu和S.A.M.的一位研究人员使用了一个火爆的网络测验「测试你的音乐商」（ Test your Musical IQ）的数据，在50万名讲此类语言的人中重现了这些发现，包括西非的埃维语和缅甸的缅甸语。

链接：https://www.themusiclab.org/quizzes/miq

可重复性和普适性的问题对于那些与难以接触的研究人群（如儿童）打交道的科学家来说尤为突出。

游戏化的实验有可能鼓励儿童在学校或博物馆等环境中参与，而无需专门去实验室，否则可能会导致只有一部分家庭有时间或有兴趣做。

如何开发实验游戏

使用简单的工具并对游戏化实验的设计进行小的调整，可以极大地提高参与度并扩大参与者的数量。

利用前端工具的优势

包括jsPsych、psychTestR、lab.js和OpenSesame在内的软件为网络开发和游戏化提供了一个切入点。数据收集框架，比如显示一系列图像和测量按下一个按钮所需的时间等，默认情况下可以通过插件获得。

研究人员将一个基于实验室的实验游戏化只需要一台电脑和一个想法。

找到一个合适的后端工具

规模较大的实验需要云基础设施，包括分发实验，处理数据收集和动态扩展，以保证整个实验在火爆的情况下仍然可以顺利开展，不会崩溃。

提供一个激励机制

可以是积分、分数或百分位数排名，让参与者看到他们做得多好，或了解自己的一些情况，为长期或繁重的任务向参与者支付合理的报酬。

保持简短

尽量将在线游戏限制在10分钟以内。一些游戏化的实验甚至更快。

在社交媒体上滚雪球

让参与者更想在社交媒体上分享他们的实验结果，比如以图片或图表的形式就更好了，这样可以吸引更多的参与者。

使用hook

尝试添加一个故事情节或其他形式的可见进展，以免参与者中途推出。

视觉效果很重要

在选择免费图形或付费设计视觉效果上花点功夫，可以帮助吸引参与者。

试点运行

在公开你的实验之前，可以在朋友和合作者身上试一试，他们可以告诉你哪些是有效的，哪些是可以改进的。

计划和测试

确保你有一个数据管理计划（如MongoDB或Google Cloud Firestore），在游戏火爆以后需要处理大量涌入的数据。

协作和分享

与游戏化实验室一起开发一个项目可以使每个人都受益，如果你开发了新的功能，就把它添加到合作的代码库中。

优势和劣势

游戏化的实验也有明显的缺陷，许多科学家习惯于完全控制他们的实验室环境：他们可以在实验中直接观察参与者的行为，检查人们是否属于他们所说的那种人。

一些反对者担心游戏化可能会失去掌控，或者担心人们不会完全参与测试，或者会通过伪造身份、多次完成游戏或使用互联网机器人恶意参与而扭曲结果等。

但这些缺陷可以得到部分缓解。

游戏化研究有可能比基于实验室的研究更能吸引参与者，因为它们具有内在的激励性。

事实上，许多心理学家已经观察到了实验室实验的各种形式的脱离，例如参与者看社交媒体，甚至快速打盹，因为任务往往是枯燥的，而且报酬很低。

许多游戏化的实验在YouTube、Reddit和其他社交媒体平台上走红，这也提供了一个概念证明，参与者可以在游戏中深度参与研究，也许比传统方法更有吸引力，尽管目前仍然需要更多的数据来确定。

创造性的实验设计和数据分析方法也可以使研究人员对游戏化科学的控制比预期的更多。

例如，在一项针对儿童的音乐研究中，新西兰奥克兰大学的认知科学家Courtney Hilton研究了参与者玩游戏的时间，并将当地的时间分布与成年人玩游戏的时间进行比较。

大部分参与者都是在白天参与游戏实验，这也表示他们极有可能是儿童，因为他们的休息时间更早。

如果担心参与者可能是机器人，也可以通过比较招募高峰的时间和已知的事件（如社交媒体上宣传游戏的帖子）以及使用操纵检查来缓解，这些检查的目的是让参与者容易回答，但对诈骗者或机器人来说很难。

不过，有些研究问题确实更适合在实验室进行。

另一个合理的批评是，如果游戏化的科学实验是在线提供的话，那就相当于把些没有智能手机、电脑和互联网接入的人排除在外。

即便如此，游戏化仍然是对现状的一种改进，资源不足的社区已经面临着被排除在实验室实验之外的情况，因为实验室集中在少数地方，参与者必须花时间和金钱才能访问。

相比之下，智能手机就普及很多了。

根据华盛顿特区皮尤研究中心2021年的一项调查，在美国，家庭年收入低于30,000美元的成年人中有四分之三拥有一部智能手机。

来自低收入社区的人更有可能使用智能手机而非台式电脑来连接互联网，这也意味着研究人员的当务之急是开发移动友好型实验，在互联网连接缓慢或不稳定的情况下也能发挥作用。

游戏化的实验，尤其是大型的在线实验，还必须解决有关版权、隐私、数据存储和数据访问的问题。

各国的数据保护和隐私法不尽相同，有些研究收集的信息（如关于性别或收入的信息）属于受保护类别。为了保护隐私和避免法律问题，研究人员可以避免收集与人有关的数据，如IP地址或其他识别信息。

如果数据是由第三方公司在现有游戏中收集的，那么这些信息可能是专用的。为了研究和避免利益冲突，需要签订数据使用协议。

许多大学都有法律和伦理团队，可以为游戏化实验提供建议。

想大获成功，还需要四步

为了使游戏化发挥其全部潜力，还需要四个步骤。

首先，已经进入社区的研究人员需要协调他们的开发活动，以扩大技术的使用范围并分享技术技能。

实验室应该开源他们的软件，这样其他科研人员就不需要重新发明轮子了。集合资源以创建集中的工具和技术开发的最佳实践，以及举办旨在增加游戏化和公民科学专业知识的会议和研讨会，将使社区受益。

第二，改进现有的工具。

许多研究人员使用Qualtrics或SurveyMonkey等商业软件来进行在线调查，但没有类似的软件可以免费用于游戏化实验。

前端工具，如jsPsych，一般还没有针对移动友好的实验进行优化；而且也没有一些简单易用的后端工具。

这些工具可以让科研人员具有制作大规模游戏化实验的能力，目前这种实验还比较少。

科学界应该努力开发这些资源，世界各地的资助者应该把支持这些努力作为重点。美国国家科学基金会已经呼吁将数字基础设施项目作为推进可重复性工作的一部分。

第三，科学家需要寻求研究以外的职业来扩大他们的技术工具箱。

可获得大量数据的游戏化实验能够从使用技术行业的标准但在科学领域仍未得到充分利用的软件和实践中受益，包括使用Git的版本控制和在关系数据库中存储数据。

研究实验室应该考虑咨询或招募艺术家、图形设计师、教育家和其他来自不同领域的人，他们可以通过改善游戏设计来提高实验的稳健性。

雇佣或签约专门的软件开发人员，可以确保当研究生和博士后离开实验室小组时，技术能力不会流失，资助者应该支持这些重要的职位。

最后，社区需要改进其消除对游戏化不准确印象的方式。

游戏化的性质有可能使人听起来像是一种转移注意力的方式，而非一种严肃的研究工具。

我们认为最好的方式是通过科学本身来做到这一点，即如果游戏化研究能继续促成实质性的科学发现，那么结果将不言自明。

科学家们应该在他们最有创意、最紧迫和最激动人心的研究问题上尝试游戏化。

社会各界有责任确保这些实验的可信度和价值，研究人员可以通过设计吸引公众深度参与的研究、使用强大的数据管理方法、采用能证明游戏化数据有效性的分析策略以及分享数据供同事们仔细研究来做到这一点；编辑和审稿人可以通过鼓励发表高质量的实验来支持这些努力。

参考资料：

https://www.nature.com/articles/d41586-023-00065-6

微信扫码关注该文公众号作者

戳这里提交新闻线索和高质量文章给我们。

来源: qq

点击查看作者最近其他文章