陈鹤阳

摘 要：[目的/意义]梳理国外游戏化公众科学的理论发展和实践应用，为我国游戏化公众科学领域的研究提供借鉴和参考。[方法/过程]依据文献述评的步骤，通过对研究主题的内容分析，整理了公众科学在游戏化设计策略、游戏化设计模型以及游戏化激励机制方面的理论研究，提取了实践应用中4个维度、58个不同功能的游戏化元素，探索了公众科学游戏化动机框架和行为结果。[结果/结论]整体上，国外游戏化公众科学具有较丰富的理论和广泛的应用，但仍然存在盲区和需进一步探究的问题，在结合相关领域已有研究的基础上，从理论视角、实践视角和方法视角提出未来可能的研究动向，以期为我国游戏化公众科学的研究人员、系统设计师、决策者更好地理解游戏化以及游戏化项目中涉及的各种问题提供见解。

关键词：游戏化;公众科学;游戏化元素;游戏化动机

DOI：10.3969/j.issn.1008-0821.2022.06.016

〔中图分类号〕G252 〔文献标识码〕A 〔文章编号〕1008-0821（2022）06-0160-17

Abstract：[Purpose/Significance]This study aims to summarize the status of foreign studies on gamification citizen science，and provide the reference for Chinese research.[Method/Process]According to the steps of literature review，by analyzing the content of the research topics，organizing the citizen science in game design strategies，the game design model and the incentive mechanism，extracting four dimensions from the 58 different elements in the practical application，exploring the framework of motivation and behavior results.[Result/Conclusion]On the whole，foreign studies on gamification citizen science has abundant theories and extensive applications.But there are still blind areas and problems needed to be further explore，on the basis of existing research，we put forward the possible future trends from the perspective of theory，practice and method of perspective，to better understand the various issues involved in the gamification citizen science，to provide insights for citizen science researchers，system designers，policymakers.

Key words：gamification;citizen science;gamification element;gamification motivation

近年来，公众科学已成为参与式科学知识实践活动的一种新型方式，即支持非科学家的公众参与科学探究[1]。同时，越来越多的组织和机构也意识到公众科学是解决商业、教育和科学任务中研发、生产、运营和管理等问题的有效途径。通过采取不同的扩大公众参与的形式，一方面能够提高非专业人员的科学素养;另一方面，也能够提高科学与更多样化公众的相关性。那么，如何积极促进公众持续参与便成为公众科学项目可持续发展的核心。现代信息技术环境下催生的游戏化能很好地实现这一目标，并被认为是行业服务和应用开发的重要新趋势之一。在这样背景下，游戏化被引入到公众科学项目中，演变为游戏化公众科学。已有文献表明，公众科学已成为游戏化最流行的应用领域之一[2]，大部分实证研究也阐明了在公众科学项目中使用游戏化的积极结果[3]。因此，在公众科学项目中应用游戏化也越来越受到学术界和实务界的关注。

尽管游戏化公众科学项目具有一定的吸引力，但其相关研究依然处于探索阶段，仍然缺乏对游戏化在公众科学项目中不同层面使用的一致理解，以及缺乏在不同公众科学项目中应用不同类型游戏化功能的动机和行为效果的认知。虽然在这个主题上存在单一、零散的理论与实践研究，但对游戏化公众科学的知识体系几乎没有系统综合的整理和分析，这些研究差距将阻碍全面理解公众科学项目的游戏化，从而无法设计出最有效的游戏化公众科学解决方案。

鉴于此，本文根据Webster J等[4]对文献述评的论述，通过内容分析法，从多角度梳理和评述游戏化在公众科学项目中的理论研究和实践应用，以及在公众科学项目中开展游戏化的潜在影响，并就如何将游戏化更广泛地纳入公众科学项目提出建议，以期对我国公眾科学游戏化的研究提供理论基础和实践指导。

1 相关概念界定

1.1 游戏化

游戏化的兴起是互联网发展、数据跟踪技术以及游戏媒介流行等众多因素聚合所致[5]。其思想源于20世纪80年代，是对“有趣的用户界面”的研究[6-7]。2002年，“游戏化”概念出现在电脑游戏环境中，被学界认为是影响虚拟和现实世界行为的一种方式，强调“游戏化”能够有效增加用户体验的乐趣和参与度[8]。2008年，美国Loyality360协会学术报告中也指出，“游戏化”能够更深入地推动用户参与[9]。随后，游戏化概念慢慢在学术界流行起来并被广泛应用到不同领域。2010年，“游戏化”作为热词收录进Webster Dictionary[10]，并定义为将游戏或类似游戏的元素添加到任务中，以鼓励用户参与的过程。

尽管游戏化已经引起了教育、信息系统、人机交互和健康等各个领域学者、从业者和专业人士的关注，但游戏化概念在学界至今仍没有达成共识。本文分析文献中对“游戏化”的不同定义发现，游戏化核心要义主要聚焦于游戏化设计、用户心理体验和用户行为效果3个方面，且大多数来源都认为游戏化是指在非游戏环境中使用游戏设计元素和机制，以改善用户体验和用户参与度，强调游戏化的来源及其在游戏环境之外的设计特征，如Deterding S等[6]、Borges S等[11];从用户心理体验的视角看，游戏化是一种通过类似于游戏所创造的示能性体验来增强服务的设计方法，支持用户价值创造的过程体验，强调用户的主观感受，代表学者有Koivisto J等[12]、Huotari K等[13];从用户行为效果的视角看，游戏化试图创造如游戏一样的作用，凸显用户内在的动机需求，如成就感、自主性和愉悦感[14]，让用户在游戏中找到所有的乐趣，从而改变用户行为，强调游戏化从业者所期望的行为效果和结果。学者对于游戏化概念观点的不一致，为将游戏化作为研究对象和设计方法进行探索提供了机会，也对游戏化应用的实践者提出了挑战。

1.2 公众科学

从严格意义上讲，有案可稽的公众科学形式最早可以追溯到18世纪后期，Jefferson T在美国官方天气观测网络站点未建成之前，广招志愿者观测和记录天气。比较正式的公众科学项目是1900年美国奥杜邦协会（National Audubon Society）举办的“The Christmas Bird Count”圣诞节鸟类统计活动，让人们组队统计当地的鸟类数量[15]。学界也一直在讨论公众科学的概念边界，但并没有形成完整统一的概念，普遍认为“公众科学”一词最早是由科学政策分析师Irwin A和参与式研究组织者鸟类学家Bonney R共同创造的[16]。Irwin A[17]在其著作指出，公众科学唤起了一种满足公众需求和关注的科学，旨在使科学政策更加顺应人们的“理解”和“关切”，从而使科学政策更加“民主”，其注重科学机构之外科学知识的生产，但依然要遵循科学机构的规范和价值。Bonney R[18]则认为，公众科学是传统科学研究方法的有力补充，两者生产的知识没有本质区别，“业余爱好者”为科学家提供观测数据，从而获得新的科学技能作为回报。其强调公众参与科学研究是促进公众理解科学的工具，是实现“双向”共赢的有效途径。2003年，美国国家科学基金会制定相关政策并提出“让公众参与科学研究”的倡议，提倡参与者为公众科学领域的持续科学研究做出贡献[19]。2013年，欧盟数据科学委员会也提出了类似的概念，认为公众科学就是公众通过贡献智力、工具和资源等积极参与到科学研究中[20]。而后，很多学者对其进行了再定义，如Miller-Rushing A等[21]从公众参与科学研究过程的视角，认为公众科学是非专业人员参与的科学调查，如收集数据或解释结果。同时，他也指出很多研究者或科研团体提出并使用很多替代性术语，如公众参与科学研究（Public Participation Science）、志愿者监测（Volunteer-based Monitoring）、参与科学（Participatory Science）、基于社群的研究（Community-based Research）、众包科学（Crowd Science）。也有学者将公众科学与研究领域相结合，如志愿地理科学（Volunteered Geographic Science）等[22]。2014年，Oxford English Dictionary[23]将公众科学这一术语收录到新词中，将其定义为普通大众与专业科学家、科研机构合作或者在其指导下承担完成的科学工作。综上，本文公众科学内涵借鉴Bonney R的定义，认为公众科学是公众与专业科学家的一种协作方式，是公众参与科学研究的一种现象。

1.3 游戏化公众科学

公众科学的目的是为了通过群体智慧解决科学研究中的复杂问题，既可以加强科学基础设施建设，也可以促进公众参与科学，是一种低成本的方式。美国国家科学基金会提出的非正式科学教育影响评估框架中也指出，公众科学能够加强公众对科学研究内容和过程的了解，增强公众与科学界的互动，从而改善对科学研究的态度[24]。从长远来看，公众科学的可持续发展需要依靠大量志愿者积极参与，而游戏化是吸引和鼓励潜在用户积极参与的有效途径。事实证明，游戏化已经被广泛且成功地应用于公众科学研究中，从而衍生出游戏化公众科学[25]，它能够促进公众对专业领域的学习，同时也能够生成有助于专业领域科学研究的数据。

2 研究概况

为较为全面地获取相关文献，避免文献偏倚，本研究选取Web of Science数据库及ACM和IEEE会议论文库，以“Gamif*”and“Citizen Science”为主题，以2011—2021年（截至2021年8月31日）为时间范围进行检索，通过回溯检索以及人工剔除不相关和无法获取全文的文献，最终获得277篇文献。依据Webster J等文献述评的准则，从不同维度对文献内容进行解析，以便更为全面地掌握游戏化公众科学领域的研究热点和未来的发展方向。

自2011年以来，人们对游戲化应用于公众科学领域的兴趣逐渐增加，从每年发表文献的数量上可以看出，过去10年间游戏化公众科学学术文献数量一直在上升，如图1所示。尤其是2016年以后，这与国外政府倡导公众参与和决策科学化思想不无关系，游戏化恰好可以有效地实现此目标，这也使得各领域对于游戏化的需求相应增加，并在增强原有公众参与黏性的同时，进一步扩大参与公众科学的群体。

从出版类型上看，半数以上文献为会议论文，共144篇，占比52.0%，内容以呈现早期游戏化公众科学研究理念和相关介绍为主。期刊文献128篇，内容多为对正在进行的游戏化公众科学项目及其产生的初步效果进行描述。同时，对游戏化机制、游戏化元素设定以及公众参与游戏化公众科学项目的动机有深入地研究和探讨。也有部分专著中的某一章节提及相关内容，但数量较少。

从研究主题上看，国外游戏化公众科学相关研究主要集中在智慧城市规划与建设（16.15%）、生物多样性保护（13.08%）、传染病检测与药物设计（12.31%）等偏自然科学领域的应用，且在各领域分布较均衡。社会科学领域中数字人文（9.23%）、图像、文本和音频注释（7.69%）等游戏化公众科学的研究受到较多关注，对于仅出现一次的研究主题并未统计在其中，如图2所示。

从文献类型上看，大部分文献为非实证研究，其中以概念性/观点性输出为主的文献共计125篇，侧重于游戏化的定义或介绍相关游戏化公众科学项目，阐述游戏化是公众科学可持续发展的主要路径;框架性/建模性文献64篇，侧重于为某一领域游戏化公众项目的实施，构建游戏化理论或实践框架。实证研究文献65篇，多为对用户参与游戏化公众科学项目的动机和行为研究。為后续验证游戏化对公众科学项目的影响和预测用户行为趋势，本文对实证研究涉及的理论模型、数据收集、数据分析等方面进行了整理，如表1所示。其中，实证研究文献多以心理学相关理论为主，如自我决定理论、动机理论等。也有部分文献从游戏化信息系统任务/技术适配角度探讨用户行为。数据收集的方法上，在线问卷或调查最为常见，其次是利用系统App或平台收集某种形式的使用或日志数据，实地实验/实验室和访谈方法也是获取数据来源的主要方法。与之相对应，调查和问卷数据是最为常见的数据形式，其次为日志数据、观察数据、访谈数据和各种形式的反馈数据。分析方法上，实证研究文献使用描述性定量分析方法最多，这意味着数据分析通常是基于数值数据的百分比和平均值。部分文献采用推理性定量分析，对变量之间存在的关系进行检验、建模，定性分析文献占少数，也有部分文献使用混合方法，综合使用案例分析、统计分析完成某一研究，如Hinojosa L等[26]。

3 游戏化公众科学研究主题内容分析

本文依据Hider P等[27]内容分析构建的方式，按照研究问题的本质，从游戏化公众科学理论研究、游戏化元素实践应用、游戏化用户心理动机和行为3个方面构建分析框架，全面深入了解游戏化公众科学项目的研究动态，挖掘一切可能的影响要素，从而促进游戏化公众科学的可持续发展。

3.1 游戏化公众科学理论研究

游戏化公众科学理论构建多围绕游戏化设计开展，主要包括公众科学游戏化设计策略、游戏化设计模型以及游戏化激励机制。

3.1.1 游戏化公众科学设计策略

现有文献从不同的视角对游戏化公众科学的设计策略进行了论述。以个体、群体互动的社会情境为视角将其设计为合作式、竞争式和团队间竞争式[28]3种策略，目的均是为了引导和影响参与者的特定行为。个体之间相互合作是其经常使用的贡献形式，如数字人文领域Interlinking Pictura项目[29]，使用语义MediaWiki协作平台，创建Bertuch儿童画册学术语料库在线版，连接有关其创作和实践中使用的分布式知识，将公众科学与开放教育资源联系起来。合作式游戏设计通过积极增加群体规范、社会认同、共同承诺、合作态度等情绪促进公众知识贡献的意向。竞争式游戏化设计是通过积分、排行榜等元素促进个体间的相互竞争，从而鼓励和促进参与者的持续贡献。如游戏化公众科学项目OldWeather[30]，利用收集点数激励参与者帮助科学家转录自19世纪中期以来，记录在船舶日志中的北极和全球天气观测数据。团队间竞争式意味着团队内部个体相互协作，团队之间相互竞争，Morschheuser B等[31]研究发现，团队间竞争式游戏化设计最有可能带来乐趣和促进公众参与，建议公众科学项目应该重视团队内部的游戏化合作，而非个体间的竞争，从而达到增加公众推荐并持续参与的效果。以任务分类进程为视角将其分为任务游戏化和游戏任务化[32-33]。公众科学项目多采用任务游戏化的设计策略，即将任务转化为简单的游戏。如《Happy Moths》[34]，在分类任务并添加分数、成就、排行榜等游戏元素促进用户之间的竞争。与之相对的就是游戏任务化，如《Forgotten Island》[35]，此种策略的设计从游戏而非任务开始，将科学任务定义为游戏中的附属元素或机制，以一种对游戏进程至关重要的方式整合任务。通过独特的主题或故事探索科学内容，从而建立游戏与科学任务之间的联系，引导用户做真正的科学贡献。相比于任务游戏化的简单转化，游戏任务化是将科学任务置于游戏的背景中。因此，开发人员会面临许多与设计游戏核心原理无关的新要求，如故事、脚本、角色等，可能会导致更长的设计和开发时间。这也是现有公众科学项目游戏化设计中很少采用游戏任务化策略的原因。也有学者将任务游戏化和游戏任务化称为游戏有意义框架和任务有意义框架。有意义框架是指系统所呈现的关于任务、目标或用户行为的深层意义地陈述。这有助于将科学任务或游戏目标与个人目标和兴趣联系起来。这种有意义的框架让用户致力于嵌入到非游戏科学任务中[36]。无论哪种游戏化设计均需要深入了解科学任务需求、科学任务环境和用户实践心理。

3.1.2 游戏化公众科学设计模型

游戏化公众科学设计模型方面，较为常用的有Chou Y[37]提出的Octalysis八分法，被称为游戏化技术接受模型，常被用于检测和评估游戏元素和特定的游戏技术。8个核心驱动力分别为意义和使命、发展和成就、创造力和反馈、所有权、社会影响和关系、不可预测和好奇心、损失与回避。每个核心驱动都代表某种游戏化元素，不同核心驱动受内在导向和外在动机影响。Werbach K等[38]设计的五步设计模型，提出用游戏思维解决现实问题、改进营销、提高生产力、促进知识创新、员工激励、客户积极参与的五步框架，并建议游戏化模型应反映科学家的实践需求和动机。与此类似的还有Waldhoer K等[39]描述的以用户为中心的设计模型。

3.1.3 游戏化公众科学激励机制

公众科学利用游戏化是为了充分调动公众积极参与的内在动机，并在此过程中获得良好的游戏体验，从而提高公众留存率。这就意味着公众科学项目的开展需要建立长效的激励机制，保证公众科学项目的持久发展。通过文献梳理，将游戏化公众科学激励机制划分为两个层面，即游戏化交互机制和游戏化奖励机制。前者是描述用户在与游戏系统交互时所产生的情感反应，多是利用关卡、叙事、社交互动等元素鼓励用户积极参与。Miller J A等[40]利用认知负荷理论和自我决定理论对Foldit公众科学项目教程关卡6个界面进行游戏化激励机制的验证，结果表明，游戏化关卡会影响用户在游戏中的进程。Tinati R等[41]通过对EyeWire公众科学项目中玩家的聊天数据研究，发现使用即时聊天界面的用户比那些不使用的用户更有可能完成更多的游戏任务，并且在系统中保持活跃的时间更长。通过聊天界面使用内置游戏命令的用户对创建的游戏化项目做出了很大的贡献，这些玩家也是那些持续时间最长的玩家。游戏化奖励机制，在数据表示层面上描述游戏的特定组件。Zichermann G等[42]将奖励分为4个不同的类别，即地位、权限、权力和物质。通过排行榜或徽章/奖杯彰显地位，解锁任务，完成挑战，获取相应的权限和权利。如Tang J等[43]在物种分类的项目中利用货币奖励，帮助用户购买推动游戏进程的设备，解锁新的地图区域以探索和推进任务。智慧城市“From Mine to My City”项目[44]，为城市问题找到可持续解决方案，向可在现实中实施的用户颁发荣誉公民称号，并可将游戏过程中获得的货币点数变现为税收折扣。

3.2 公众科学游戏化元素实践应用

现有文献中提取了58个不同功能的游戏化元素，根据游戏化元素对用户产生的感知效应，将其分为成就进程导向（24个）、社交互动导向（6个）、感知体验导向（23个）和沉浸乐趣导向（5个）4个方面，存在部分文献使用多种游戏化元素的情况，如表2所示。

一般情况下，成就进程导向的游戏化元素是依据参与者的表现，提供与之相对应的参数，增强用户的公平感，从而促进用户参与，它也是激励用户持续参与最为常见的方法。与分数相关的功能，如点数/积分等使用频率最高，其次为徽章、排行榜、挑战、虚拟货币/奖金等元素，在游戏化实施中这些元素也较容易适用于各种类型的系统[82]。对用户的进度、关卡、剩余问题数量等提供标记，一方面能够有效促进用户的参与动力;另一方面也能提高完成率[83]。但部分学者建议谨慎使用基于成就进程导向的奖励性质的游戏化元素，Ipeirotis P G等[84]研究发现，用户会为了获得某种奖励而造成数据质量低下。社交互动导向的游戏化元素提供涉及各种形式的用户互动交往的元素，被理解为与其他用户直接（如实时聊天、交换商品）或间接（如评论、点赞）互动的机会。社交互动能够体现个体在群体中的认同程度。相比于前者，有学者认为采用以社交互动导向游戏化设计的项目更能激发公众的参与[56]。沉浸乐趣导向的游戏化元素如虚拟角色、叙事和故事情节等已得到很多学者的推荐，如Eveleigh A等[30]、Spitz R等[62]。他们认为叙事具有吸引力，能够促进用户参与的沉浸感，具有构建“令人上瘾”“令人着迷”的公众科学项目的潜力。鉴于目前公众科学游戏化应用几乎完全采用可量化的竞争和奖励的元素，如积分、等级、徽章、排行榜等，沉浸乐趣导向的游戏化元素则能为用户带来乐趣，也为未来研究提供了可能性。感知体验导向的游戏化元素多以用户的主观体验为主。通常为非数字化元素，如是否需要注册、可见状态显示、帮助、可视化等，此类元素设置的目的是为了激发用户的能力和自主性。如游戏任务前的教程和培训元素已被证明是提高用户个人能力、获得任务经验、并在相对较短的时间内高质量完成科学任务的有效途径。感知体验游戏化元素也包含一些情绪感知方面的元素，如音/视频、欢呼音效、个性化等，通过外界刺激影响用户情绪感知，从而影响用户行为。

目前，积分、徽章和排行榜仍在游戏化公众科学项目应用中占据主导地位。关于这些元素的流行已有学者提出了一些批判性的观点。如Ponti M等[61]研究发现，有些志愿者认为排名系统与公众科学项目本质上是对立的，与科学精神背道而驰，对志愿工作的科学有效性会产生负面影响。Sarah-Kristin T[56]则认为它们是一把双刃剑。虽然它有可能极大地激励一些用户，但也有一些用户被排行榜等元素所疏远，并将其视为停止持续参与的理由。之所以积分、徽章和排行榜比较盛行，究其原因可能是由于现有的游戏化设计已经模块化，按照一定的设计指南和框架就可以直接添加到项目中，无需耗费过多的人力和资源即可实现和执行。

综上，国外游戏化公众科学项目相关研究中游戏化元素应用比较全面，从公众科学基本性质、目标价值、感知体验以及用户与科学家、用户与用户相互之间关系等方面设置游戏化元素，强调科学与技术的融合，同时也体现科学与人文的融合。

3.3 游戏化公众科学用户动机和行为

公众科学家是一种宝贵的资源。然而，如果项目未能吸引或留住足够的贡献者，他们就不太可能成功实现目标。大多数学者认为，游戏化是一种有效的策略，是一种能够提高用户黏性的激励工具，其核心要素是改变用户动机。动机可以通过游戏机制的交互性以及主题、奖励和挑战等元素的添加而增加或削减。因此，对公众科学项目来说，理解并支持参与者的动机是非常重要的。为了构建游戏化公众科学动机的理论框架，本文借鉴Ryan R M等[85]的研究，将动机分为内在动机和外在动机，梳理现有研究中涉及的动机要素，从娱乐、能力、价值、奖励和社会5个方面构建动机框架，如图3所示，以便更好地理解用户动机和行为，为后续研究奠定理论基础。

3.3.1 游戏化公众科学动机框架

通过文献梳理，本文将内在动机分为基于娱乐的动机、基于能力的动机和基于价值的动机。基于娱乐的动机是指个体在公众科学活动的结果中所感受到的潜在的个人乐趣，其中包括对科学项目感兴趣、满足个体科学参与的好奇心等，也存在部分用户参与仅仅是为了缓解无聊。Jennett C等[86]、Tinati R等[3]指出，决定公众科学最初具有吸引力的因素主要是参与者对科学的兴趣、对科学研究的好奇心和对科学研究做出贡献的愿望。游戏化公众科学本身具有双重性质，即用户可以花大量时间玩游戏的同时，也能夠参与科学任务，满足的不仅仅是个体的享乐需求，还有自身对科学贡献能力的推测与判断。基于能力的动机就是参与者根据自身的理解和思考，通过分享知识、技能应用以及与其他人竞争或挑战等形式完成科学任务，从而体现个体的自我效能。Eskender B等[87]指出，参与公众科学项目的个体重视他们的参与，乐于与其他人建立联系并分享信息，尤其是与专家分享信息时，希望能够通过联系得到专家的反馈。这意味着有动力分享信息的用户也有动力帮助研究人员并为科学研究做出贡献。基于价值的动机对个体的心理和行为具有一定的导向或调节作用，是个体对科学任务完成后的期待，符合其价值观标准的事物和行为就被认为是有价值的。很多研究的结果也表明，在推动用户积极参与公众科学项目方面，基于价值的动机是最常见也是最为重要的驱动因素[88]。外在动机是通过与公众科学项目本身完全分离的特定效果来实现的手段，将其分为基于奖励的动机和基于社会的动机。基于奖励的动机常常借助于游戏化元素的外在功能激励用户持续参与，大多数寻求促进公众参与的科学项目都使用了奖励型游戏化元素。为了激励公众，通过分配徽章、积分以及在排行榜上显示个体成就来鼓励其持续参与。Beutelspacher L等[60]认为，徽章等基于奖励的游戏化元素能够提高用户的兴趣和乐趣。以社会为基础的动机是用户与用户之间建立关系，通过直接（如聊天）或间接（如“点赞”）社交互动而获得的动机。很多学者认为，社会动机（如社会身份、社会影响、社交互动、社会认可）的影响对于用户的参与是积极的。

需要注意的是，游戏化元素对用户动机的影响在学界仍然存在分歧。大部分学者认为，用户的参与与留存是由内在动机决定的，且公众科学项目中应用游戏化元素能够有效促进用户内在动机。如Daniel H P[89]认为，外在动机不足以维持用户黏性，甚至会产生相反的效果。外在动机虽可以带来短期的刺激，但这种影响会逐渐消失，并且会降低个体长期参与的动力。也有学者认为，内在动机和外在动机对于推动用户参与游戏化公众科学项目同样关键，如Greenhill A等[90]。当然，游戏化元素对用户动机的影响也有部分学者持反对意见，Iacovides I等[49]在对公众科学项目EyeWire和FoldIt参与者的访谈中发现，游戏化元素不一定会吸引用户参与项目，他们对科学的内在兴趣就足以驱动，但这些元素仍具有一定的激励价值。Curtis V[91]也得到类似结论，认为用户参与的主要动机是为科学做出贡献的利他欲望，而不是像积分和竞争元素这样的外在动机。有些学者对游戏化元素持消极态度。Prestopnik N R等[92]提出有形奖励，如徽章、礼物、积分等对用户内在动机有显著的负向影响。Eveleigh A等[30]在评估游戏化公众科学项目OldWeather时发现，虽然有些人受到竞争性游戏元素（如点数等）的激励，但这却成为其停止持续参与的主要原因，即并非所有人都具有竞争本质。同时，不容忽视的是很多文献强调用户动机具有时间属性、文化属性和人口统计学属性，表明用户的参与动机并不是一成不变的，说明公众参与的动机会随着时间的推移而变化。首先，从游戏化元素中获得的动机收益随着参与者参与科学项目的进展而减少。Hedges M等[93]认为，随着科学项目的进展，持续参与的动机更加多样化，参与者起初会被项目的主题兴趣和一般性利他主义动机所激励，最初这些特定的激励兴趣可能随时间而演变。同时，他们也会被学习机会或参与社区等外在动机所激励，但这些动机在一开始并不明显。其次，文化属性对公众参与动机的影响也是不容忽视的一个重要内容。Rotman D等[94]通过对美国、印度和哥斯达黎加公众科学家半结构化访谈时发现，参与公众科学项目的公众科学家存在于许多不同的亚文化和群体中，群体内由于个体性格不同产生差异，群体间由于不同的文化产生差异，无论是群体内还是群体间的差异都会影响参与者的参与动机。另外，公众科学实证研究中也试图检验动机随人口统计学特征（如年龄、性别）的变化而变化。能力动机对年轻人尤为重要，他们可能是为了获得技能和发展自己的职业生涯[95]，提升职业潜力或声誉[96]，学习新事物[97]。而年长的志愿者更有可能持有价值动机，比如想要分享他们的技能和将知识传递给他人，促进科学发展等[98]。Wilson J[99]也指出，其他人口统计学特征，如种族、阶级和宗教也会影响志愿参与者的类型，只是现有的很多研究中并没有收集受访者的人口统计学信息。

3.3.2 游戏化公众科学行为效应

通过文献整理发现，游戏化公众科学可能对用户行为产生积极、消极、中立和多种情况混合的4种效应结果。①大多数研究认为，游戏化应用对用户行为会产生积极的影响，代表学者有Kanner A I等[46]、Tinati R等[3]、Tang J等[43]。他们认为游戏化就是将游戏感引入到原本严肃的任务中，在不降低项目科学性的情况下，通过带有若干游戏化相关元素的游戏界面，将复杂的任务转化为微小任务，让科学项目对用户更具吸引力，鼓励并促进用户参与[100]。也有学者指出，游戏化仅对新手有效果，认为游戏的内在兴趣在初始阶段能够提高参与度，但这种激励作用通常是短期的，需要通过其他方式来替代或加强。但是，这种增加可能伴随着创造内容的质量或科学相关性的降低;②也有部分学者质疑游戏化积极的作用，认为游戏化是消极的、负面的，他将知识创造过程替换为无意义的体验。虽然游戏化设计的目的是为了增加动机，但有些公众科学家可能会避开游戏元素，而倾向于更严肃的界面，他们认为游戏化元素“分散注意力”[60]，作为一种人为引入的激励机制，很快就会失效，不能长时间吸引参与者的注意。Prestopnik N R等[101]指出，“游戏化”可能会阻碍那些对该科学项目有专业知识或浓厚兴趣的贡献者，也可能成为那些只想参与相关任务或过程的用户的障碍，此外，还可能让获取或处理数据的过程变得琐碎。Nystrm T[102]探讨了游戏化的黑暗模式，指出游戏化在动机、心流、竞争与合作、操纵感、数据完整性、监测和隐私、道德7个方面存在的消极影响;③研究中也有一些学者认为，游戏化的影响仍需要进一步研究，持中立态度。Massung E等[103]认为，游戏化对志愿参与度的影响很难概括。Sarah-Kristin T[56]在调查游戏化元素是否能够有效促进公众参与时发现，没有迹象表明任何类型的游戏化会对用户粘性产生负面影响;④也有学者提出游戏化的影响具有多重性和阶段性的观点。如对Foldit和Eyewire项目志愿者的调查发现，游戏元素和沟通工具并不是吸引新志愿者加入项目的必要条件。然而，随着时间的推移，通过允许志愿者参与一系列的社会互动，实现其成就，获得有意义的认可，有助于维持志愿者的參与[49]。

4 总结与启示

通过对国外游戏化公众科学相关文献的梳理，发现其相关内容呈现以下几方面特点：①整体来看，国外游戏化公众科学理念、成功案例、运行实践较为丰富，且广泛应用于生物医学、城市规划、生态保护等自然科学领域，社会科学领域的应用仍处于上升发展阶段，如数字人文领域已开展大规模的游戏化公众科学项目，很多科学团队意识到游戏化的重要性和必要性，正在寻求合适的方式和途径;②理论构建方面，从多种视角构建游戏化公众科学设计策略和模型框架，针对某一特定公众科学项目开发游戏化服务工具包、游戏化服务技术指南等，但仍没能形成具有普适性的游戏化框架体系。尽管游戏化元素的选择具有多样性和复杂性，但存在相同领域游戏化元素效用相互矛盾的情况，缺乏适应性的探讨;③主题内容方面，游戏化公众科学项目从早期对主题内容的观测、识别、分类、注释、测绘等慢慢转变为转录、监测和建构等方面的内容，不断地引入智力任务，不断地提高任务科学性，围绕科学问题将公众与科学家联合起来，在专业研究中创造性地解释、讨论和实施并解决共同关心的问题;④实证研究方面，集中于讨论公众科学开展游戏化对用户动机和行为的影响。研究方法上，多采用定量研究方法，且以描述性为主，缺乏推断性和验证性的定量研究。对主观体验的定性研究以观察、访谈、焦点小组居多。研究视角上，多从游戏化元素设计、游戏化模型、游戏化动机框架、游戏化体验等多视角探讨对公众科学用户参与和持续行为的影响。综上，在借鉴国外游戏化公众科学的理论研究与实践应用的基础上，本文从理论、实践和方法3个方面提出若干建议，以期改进和完善我国游戏化公众科学的发展。

4.1 理论方面

游戏化公众科学研究是一个新领域，对这一现象的理论和概念理解仍然存在盲区。这不仅导致了对游戏化应用的片面看法，也导致在游戏化公众科学中存在研究设计的偏见和缺陷。尽管现有文献已开展积极讨论，但仅仅触及影响游戏化使用的情境和个体表现。因此，在理论方面，需要扩大游戏化公众科学研究的关注点，丰富研究理论，拓宽研究范围，创新研究方法。

4.1.1 综合多种理论模型

目前，游戏化公众科学的应用研究多为对某一具体公众科学项目的日志数据或参与者的调查数据为基础开展研究，缺乏一定的理论基础。同时，大多数实证研究也较少涉及理论方面的考虑，仅有一些文献以动机心理学理论为基础探讨游戏化应用效果。这一现象表明，在游戏化公众科学研究中，理论和实践之间存在巨大差距。因此，在游戏化公众科学的理论研究中，建议考虑引入多学科理论模型，构建符合特定情境的模型（如社会学、心理学、管理学等），诠释游戏化公众科学的内在潜力，从而丰富游戏化公众科学研究的理论体系。同时，可以考虑移植其他学科中运用较为成熟的模型或工具（如KANO模型、相关行为模型等），提出具有普适性的游戏化特定框架，检验游戏化元素的需求分类和优先排序，判断游戏化元素是否以及如何对用户产生激励，考量特定或组合游戏化元素对用户内在和外在动机的影响，从而明确游戏化公众科学理论和实践的相关性。

4.1.2 拓宽研究内容边界

研究内容方面，应当注意公众科学游戏化后所产生的数据质量问题以及在这过程中的道德伦理和隐私问题。

数据质量对于任何公众科学项目来说都是非常重要的，但在某些情况下，很多科学家认为，引入游戏化元素会损害数据的质量或准确性，之所以会产生此担忧，主要源于游戏化公众科学项目是通过游戏元素而不是科学兴趣来吸引参与者，尤其是当数据用于科学研究的时候。很多公众科学项目通过观测、分类等手段获取数据，这些数据可能包含未知数量的错误，偶尔包括故意伪造的数据[104]，那么，强调“趣味性”是否会对数据质量产生负面影响仍需要很多研究。尽管有些基于游戏化的科学项目中确实引入了相应策略防止用户之间作弊，但总体表现上并没有显著差异[105]，鉴于此，提出以下4点建议：第一，通过构建有意义的游戏化框架即叙事性游戏化方法影响用户的黏性和参与行为。从理论上讲，有意义的游戏化框架更能够促进用户沉浸于公众科学项目中。从方法上讲，通过叙事性游戏元素的设计，用户的心理效应和行为结果之间能被更准确地关联，用户就会产生强烈的将科学任务完成好的意愿;第二，建立科学专家审查机制。由科学专家对公众提交的数据进行验证，此方法适用于中小规模的公众科学项目，对于大规模的公众科学项目来说，数据的增长呈指数级，科学专家验证所有数据将耗费大量时间和精力;第三，利用社区群体共识和专家审查相结合的方法。参与公众科学项目的用户可以通过点赞、补充、纠错等方式表达对其他用户提交数据的认可程度，并对出现错误或准确性不高的数据及时纠错。同时，应对积极验证的用户给予一定的奖励。随后，科学专家可以根据社区群体共识的结果对数据进行二次验证，从而在不降低用户粘性的前提下提高数据质量;第四，利用人工智能、机器学习等自动化方法构建数据验证系统，对数据进行自动鉴识、甄别和辩伪。

道德伦理和隐私问题也日益成为公众科学研究的重要方面。在游戏化公众科学项目中，积分、徽章和排行榜会让人们有意识或无意识地分享关于他们的个人信息、使用情况、偏好、观点和活动等数据，可能会对用户造成消极的影响，也有可能破坏用户社会关系。针对此问题，首先要明确道德伦理和隐私问题的概念界定;其次，加强道德伦理和隐私问题的实证考证，对公众科学志愿者进行调研和访谈，目的是了解志愿者和科学专家对于此问题的观点和看法;最后，建议游戏化公众科学项目设计时对用户的私有数据和公共数据进行区分，由用户决定是否发布私有数据。应当正确看待并合理科学地使用游戏化，保证用户在评论或评分时不作弊，保障用户资料的安全性。

4.2 实践方面

4.2.1 游戏化公众科学设计框架

科学的游戏化设计框架是公众科学成功运行和可持续发展的必然因素。如前所述，游戏化公众科学之所以难以设计主要有3个原因。第一，游戏化是复杂的、多维度的，很难将某一领域实践整体移植到其他环境中;第二，游戏化涉及动机信息系统设计，公众科学设计团队需要充分理解用户动机心理学;第三，游戏化的目标是为了影响用户行为，这是最高层面的系统需求。因此，对于游戏化设计需以用户和科学任务为中心，满足在不同游戏化环境下个体的动机需求，构建有吸引力的设计框架。针对此问题，本文提出以下几点建议：①加快构建通用游戏化指导方针，概念化游戏框架，满足各领域公众科学项目基本应用。同时，在此基础上促进特定设计模式和特定效果的扩展。虽然心理学理论可能暗示了用户选择参与科学任务内在动机背后的心理驱动因素，但这些用户所处的不同环境也决定了不同游戏化动机支持模式的设计;②加强游戏化设计的包容性。从心理学的角度来看，每个给定情境的动机效应都是“情境下”的结果。换句话说，个体对游戏化的看法高度依赖于公众科学项目的具体情况、科学任务的性质以及与之相关的背景因素，这些都与个体的人口统计学特征有关。因此，游戏化设计的前期需要在大规模调查的基础上，根据个体情况有选择地设计，最终根据用户群体的构成，设计具有包容性的游戏化系统，同时，兼容个性化和定制化的设计思想;③制定多维设计原则。设计原则根据其解决的目标而有所不同，不能期望单一的设计解决方案适合所有情况。需考虑游戏化设计的生命周期性，将游戏化整合到公众科学项目的生命周期中，它是融合游戏化元素、游戏化机制和行为科学的理念，在參与解决科学问题的过程中影响用户感知，建立知识并指导行动。鉴于此，游戏化公众科学设计应秉承环境依赖、目标价值、特征差异、任务科学和群体动态五项原则，以通用游戏化框架为基础，依据不同环境和不同科学目标，组合不同的游戏化元素，激发不同目标结构的游戏化特征差异，并将复杂的科学任务转化为可理解的、有趣的、吸引人的设计内容，以鼓励和吸引用户参与，同时，建立互动、沟通和反馈的游戏化设计，提升用户内在动机，提高用户粘性。

4.2.2 游戏化公众科学用户行为

美国独立民调机构皮尤研究中心的一项调查显示[106]，53%的受访者表示游戏化的使用将会被广泛普及，事实也验证了这一点。但在实践应用的过程中，Gartner[107]则预测，由于缺乏对体验设计和用户粘性策略的理解，游戏化将进入“幻灭的低谷”。这充分说明游戏化运用正确的设计原则和行为激励措施将会在许多领域产生重大影响。因此，在实践过程中探索影响用户参与游戏化公众科学项目的行为要素是至关重要的。

第一，挖掘激发用户的动机需求。游戏化设计时应考虑提供用户与系统交互所期望的体验来刺激用户心理，游戏化作为动机可供性的关键特征要满足对自主性和自我的心理动机需求，满足对能力和成就的认知动机需求，满足对社会和亲缘关系的心理需求，满足情感和情绪的情感动机需求等，诱发如主观感知和影响个体特征的心理体验，从而影响用户行为。另外需要注意一点，公众科学项目中执行游戏化功能如积分、徽章、排行榜等通常是为了诱导用户之间的竞争，而非激励合作。因此，对于不同的游戏化特征类型的元素之间的差异，造成不同用户动机的差异还有待深入研究。这将有助于对游戏化公众科学的全面理解。

第二，强化不同游戏化元素对用户行为影响的实证研究，这将有助于设计最有效的公众科学方案。Rapp A[59]在研究中指出，不同特征形式的奖励会对用户动机和行为产生不同的影响。由此可见，对不同游戏化特征对用户动机和行为的影响进行更深入的研究是有意义的。避免过度使用或以错误的方式使用游戏化带来一些问题。鉴于此，为了全面解释不同游戏化元素产生的不同效果，笔者认为可通过元分析等不同方法和模型，评估不同理论、不同方法、不同环境下使用单一或组合游戏化元素的原因和动机，检验游戏化元素的效能，为游戏化元素的设计和使用提供理论依据。同时，注重在实践实验过程中积累不同游戏化元素对不同人口统计学群体特征的动机影响。另外，在对用户动机进行研究时，要考虑时间对用户动机的影响。可通过纵向研究丰富当前关于用户参与游戏化公众科学项目的内容，更好地理解特定游戏化元素与其对应的用户动机之间的关系随时间变化的影响，更好地理解动机和用户粘性行为这一个动态过程。

第三，注重公众科学游戏叙事化研究，聚焦游戏化公众科学感知和认知问题。以往研究中多以积分、徽章、排行榜和成就等技术来激励和吸引用户。相比之下，对于采用游戏叙事化方式激励用户动机和行为的研究较少。游戏叙事化是重构任务的强大工具，通过深入的故事叙述、动态的科学内容结构、沉浸式的游戏世界以及丰富的视觉和听觉体验，与用户产生情感共鸣，得以从增加外部动机的游戏元素转移到激励用户的内在动机。因此，需要对该问题进一步研究。如为什么很少有公众科学项目采纳叙事导向型游戏化设计元素？围绕叙事功能设计的游戏如何让用户参与有目的的科学任务？游戏叙事化的公众科学项目能吸引那些通常不会参与公众科学项目的志愿者吗？游戏叙事化会影响用户的哪些动机？

第四，探索公众与专业科学家合作的动机。了解两个群体共同和独特的动机可以帮助项目初期游戏化动机框架设计和游戏化元素的选择，从而有效促进两者合作。在很多情况下，尽管志愿者被允许参与科学过程，但都仅限于分布式数据收集、分类和有限的分析，通常都被排除在后期研究之外。这在某种程度上阻碍了两者之间的完全合作，双方的科学合作必须建立在共同语汇和实践意义上。同时，还要依赖于其他事物，如对声望、知识和能力的相互承认。因此，双方科学合作是由多种因素促成的，探究两个群体的动机特征，确定动机转变的关键点，并在游戏化公众科学项目设计中加以解决，将有助于改善科学家和志愿者之间的合作。

第五，运用新兴技术和新方法增强用户参与动机。一方面，在游戏化设计时嵌入技术互动，包括手势控制、情感检测、头戴式显示器和增强现实技术等，将技术无缝地融入科学任务中，技术互动的加入能从根本上改变思考、学习、参与和解决问题的方式，从而推动行为改变。另一方面，可尝试将科学任务转变为一种游戏付费的形式。生活中很多娱乐游戏都采用了这种模式。在公众科学领域尝试通过微支付解锁游戏道具、科学任务或新关卡。从投资回报的角度，当用户以付费形式参与公众科学项目时，个体更加有意愿高质量完成科学任务，获得成就感，在一定程度上保证数据质量。游戏付费是否能够成为吸引用户参与公众科学项目的有效方法仍需要进一步验证，这也许是未来研究的一个可能方向。

4.3 方法方面

结合上述分析，对未来游戏化公众科学研究方法提出以下几点建议。第一，由于当前游戏化公众科学相关文献多采用描述性定量统计方法，缺乏推断性或预测性的定量分析。建议研究应结合定量与定性方法，利用推断性统计分析方法对游戏化元素产生效用进行评估，对用户行为进行预测和推断等。第二，采用对照组/平行组实验方法。如前所述，游戏化对用户动机和行为的影响具有文化属性和人口统计学属性。也就是说，不同的游戏化元素、不同的游戏化设置对于不同的群体可能产生不同的效果。因此，利用对照组/平行组实验方法可探究公众科学游戏化及其非游戏化对公众参与的影响，探析游戏化不同设置如注册、培训、帮助等功能对公众参与行为的影响，挖掘不同情境下游戏化对不同群体的影响等。第三，采用控制性的实验方法，了解不同游戏化元素的使用效果，识别不同游戏化功能的有效性，以便获得更多关于游戏化元素的信息。很多研究都已证明游戏化元素对用户行为有积极影响，但究竟哪些元素是影响用户行为的关键元素，哪些元素组合可以促进用户行为等，这些都需要采用控制性的实验方法辨析和挖掘。第四，研究样本扩大化，只有足够大的样本，才能验证理论信息的可靠性，才能扩大研究结果的可转移性和解释力。

5 结 论

公众科学在科研领域中拥有着鲜明的优势，通过游戏化要素来激励用户参与公众科学项目具有合理性，对游戏化公众科学项目中用户行为特点和行为规律的充分研究不仅有助于拓展和充实游戏化用户信息行为研究框架，更有助于指导人们科学使用游戏化，避免游戏化产生不利影响。纵观国外相关研究，游戏化公众科学正越来越受到学者们的关注，并已经取得了一定的成果，研究结论和研究设计可以为国内学者开展相关研究提供重要参考。但整体而言，游戏化公众科学仍处于不断优化和实践发展阶段，其理论框架、机制设置、发展策略，和参与者动机、行为结果以及两者之间的相关作用机制，游戏化元素对参与者行为的影響等，将构成游戏化公众科学重点研究主题。在此过程中，研究人员需重视心理学、社会学、行为科学等相关学科新的基础理论的引入与融合，从任务、环境、行为主体等情境要素出发拓宽公众科学情境，综合使用多种数据采集与分析方法，推进游戏化公众科学用户动机和行为研究发展的同时，提高研究结论的有效性和可信度。可以预见，随着国内外游戏化公众科学研究的探索和实践的不断深入，将游戏化引入到公众科学实践的理念和模式将得到进一步推广和认可，公众科学建设和发展也将在游戏化的推动下取得更加高效的发展。

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（責任编辑：陈 媛）