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近年来，基于游戏化设计的科普活动正在受到人们的关注。游戏化学习在提升学习动机与兴趣、沉浸度、学业成就以及多种认知技能方面均有不俗的表现，它对于提升科普活动效果具有较大的潜力。 本研究将游戏化与科普活动的设计相结合，开展游戏化科普活动的设计方法和学习成效两方面的探索。这里的游戏化科普活动是在非游戏情境中融入游戏要素，以探究方式开展的科学学习活动。本研究提出了游戏化科普活动过程模型，并以此为依据设计了一个面向初中生的游戏化科普活动，以实证研究方式检验其开发游戏化科普活动的可行性。本研究的具体内容包括: 首先，对游戏化科普活动的设计过程和实施框架进行研究，分为两部分工作(1)游戏化学习中游戏要素的分析;(2)游戏要素融入科普活动的过程模型研究。在游戏化学习中的游戏要素方面，归纳总结出九类游戏要素，根据它们作用对象的不同，将它们分为机制要素与体验要素，并逐一进行解析;针对如何将游戏要素融入到科普活动中去这一问题，先分析了游戏化与科普活动相结合的合理性，考察游戏化科普活动的核心过程，在对Rosemary Garris输入-过程-输出游戏模型和Llewellyn的探究循环圈分析的基础上，提出了游戏化科普活动过程模型，就游戏化科普活动设计的方法进行探索。 其次，根据上述所建立的游戏化科普活动过程模型，设计了一个面向中学生的游戏化科普活动——“我是飞机设计师”，让学生以游戏化学习方式，通过移动设备与蓝牙技术来操纵遥控飞行器（安装在纸飞机上），籍此学习基本的飞行原理和力学概念。在实证研究方面，透过实验设计检验游戏化科普活动的有效性。研究发现游戏化科普活动可以提升学习者在活动过程中的沉浸水平，帮助理解科学知识，培养学习者对科学的动机与态度。 本文的创新点主要体现在将游戏化设计与科普活动相结合，建立了游戏化科普活动过程模型，用于指导游戏化科普活动的设计与实施。在游戏化科普活动过程模型的基础上设计了一个面向中学生的游戏化科普活动，并验证了游戏化科普活动的学习成效。