Game­Based Learning: An Investigation of Academic Growth 
The University of South Carolina’s Educational Technology Prog...
student learning as well as drive classroom involvement, energy, and value. Games and play are 
being incorporated into th...
Games, video games, game­based learning, and digital game­based learning come in 
different shapes and flavors; however, t...
interest and engagement on a topic such as history through Age of Empires, and practice 
specific skills such as engineeri...
games train a number of cognitive skills (Croisile, 2007; Gentile et al., 2012; Green & Bavelier, 
2012; Green & Bavelier ...
game­based learning and its advantages between genders or ethnic groups when it came to a 
given assessment. As Fishman & ...
coupled with feedback, which promotes deliberate learning and mastery towards the task at 
hand. When successful, feedback...
Columbia University researchers Lee & Hammer point out, “Gamification attempts to 
harness the motivational power of games...
● Game­based learning and video games educate students on curricular content and 
● Game­based learning engages ...
Both classes will receive the same curriculum and class structure, i.e. both classes start 
with the same traditional set­...
online games to purchasable games for devices like an iPad to games that must be created for 
a custom lesson. Additionall...
resistances, differed in the more successful groups, we would reconstruct the games with the 
amended features and measure...
6. ...
14.  Gentile, D., Swing, E., Lim, C., & Khoo, A. (2012). Video game playing, attention 
problems, and impulsiveness: Evide...
23. Linden, D. (2011). The compass of pleasure: How our brains make fatty foods, orgasm, 
exercise, marijuana, generosity,...
32. Tran, C., Chen, J., Warschauer, M., Conley, A., & Dede, C.  (2012) Applying motivation 
theories to the design of educ...
Upcoming SlideShare
Loading in...5

Game based learning -- an investigation of academic growth


Published on

Published in: Education, Technology
1 Like
  • Be the first to comment

No Downloads
Total Views
On Slideshare
From Embeds
Number of Embeds
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

Game based learning -- an investigation of academic growth

  1. 1. Game­Based Learning: An Investigation of Academic Growth    The University of South Carolina’s Educational Technology Program  EDET 780 ­ Research Seminar in Educational Technology    May 29, 2014  David Corso  Chris Humphreys  Sarah Tolson    Abstract    Game­based learning is a developing field that facilitates learning in the classroom.  Game­based learning incorporates a number of design features that help educators present  material and content in an interactive and engaging way, and game­based learning helps drive  student motivation and mastery. Games, play, video games, and video game play use a variety  of tools, elements, and features, and this study investigates how these factors contribute to  student learning, academic acquisition, and adherence to curricular standards.    Introduction  Traditional classroom environments struggle to engage and motivate students. Whether  it’s morning math lessons or social studies at the end of the day, students become detached  from the lesson and the material, and when students disengage from the teacher and the  classroom, they have difficulty connecting with the information and understanding the content.  Fortunately, new research and technology are investigating ways to engage and motivate  1 
  2. 2. student learning as well as drive classroom involvement, energy, and value. Games and play are  being incorporated into the classroom as game­based learning to captivate and focus students.  Game­based learning comes in a variety of forms, and some forms are more successful at  educating students than others. Some settings use games as motivation for students, but do not  incorporate the learning aspect of game­based learning: “One reason for this unsuccessful  hybrid is that designers have taken a ‘chocolate­covered broccoli’ approach in which the gaming  element is a reward for completing the educational component. Educational games need to be  designed in a way that allows for the learning material to be delivered through the parts of the  game that are most motivating” (Habgood, Ainsworth, & Benford, 2005 & Bruckman, 1999, as  cited in Tran et al., 2012, p. 1). This study investigates the role of game­based learning on  elementary school students, and it evaluates how elements of game­based learning facilitate  mastery of content and adherence to curriculum.    Game­Based Learning  Game­based learning is the combination of educational content and gamic properties,  and it works to mirror and improve upon the educational results of traditional learning methods  (Prensky, 2001). At the core of game­based learning is a game and gamic properties. A game is  any mental and/or physical activity that is defined by goals, rules, challenges, a feedback  system, voluntary participation, and results in a quantifiable outcome (Game, n.d.; McGonigal,  2011; Salen & Zimmerman, 2004). Digital game­based learning is a technological advancement  of game­based learning, and it is the marriage between educational content and video games  (Prensky, 2001). A video game is a complex form of digital media that incorporates gamic  properties, and it requires the active interaction between a human and computer (Galloway,  2006; Wardrip­Fruin, 2009).  2 
  3. 3. Games, video games, game­based learning, and digital game­based learning come in  different shapes and flavors; however, they inherently possess fundamental features that can be  designed and understood. These features include the player(s) of the game, i.e. who is the  decision­maker that interacts with the system; the purpose(s) of the game, i.e. the reason for the  game’s existence; the procedure(s) of the game, i.e. what actions and methods guide the player  and help him/her acquire skills; the rule(s) of the game, i.e. what boundaries limit and control the  player’s behavior; the resistance(s) of the game, i.e. the uncertainty, opposition, tension, and  conflict the player experiences; the resource(s) of the game, what objects, attributes, and states  the player acquires and uses; the feedback(s) of the game, i.e. how the system evaluates and  responds to player actions; and finally the format(s) of the game, i.e. the game’s  blackbox­­formal elements and the physical engine that contains the game (Dignan, 2011;  Fullerton, 2008). The combination and manipulation of these properties create a unique  experience that has affects students in various ways.    Examples of Game­Based Learning  Game­based learning occurs through non­digital games, like the World Peace game,  through digital games, like Wii Sports, in game­focused school systems, like Quest to Learn  schools, with gamic elements, like avatar representation and experience acquisition in  Classcraft, and through a number of different methodologies. For example, there are elaborate  video games like SimCity that immerse players in a world of challenge wherein players actively  solve problems and reflect over the dynamics of processes. Alternatively, there are ‘brain fitness’  games like Math Blaster that provide mini­tasks for players to practice in a rinse­and­repeat  fashion (Green, 2012; Ito, 2009). Educators can use games to teach specific lessons like  fractions in Wii bowling, explore the complex dynamics of microworlds like Civilization, build  3 
  4. 4. interest and engagement on a topic such as history through Age of Empires, and practice  specific skills such as engineering and management abilities in RollerCoaster Tycoon (Foster,  2009; Winner, 2014; Van Eck, 2006). As game­based learning continues to develop, game  designers are creating video games for specific courses and content, such as Industry Giant II  for business, Zapitalism for economics, and Virtual U for management (Blunt, n.d.). Game­based  learning incorporates these educational paradigms, i.e. children’s software, learning games, and  edutainment, to create a site of learning (Ito, 2009).    The Effects of Game­Based Learning  Game­based learning brings a priceless phenomenon to the classroom: play. Play  requires a participant to voluntarily interact with a game, and through his or her voluntary  participation, the player enters a ‘magic circle’ that transforms the activity into entertainment and  recreation (Huizinga, 1955). Through play, the classroom experience becomes fun. Play is  enjoyable, and it is biologically encouraged. Human brains are wired to motivate exploration and  learning ‘in the moment’­­in one’s immediate experience (Dignan, 2011). Game­based learning  promotes student exploration and learning by motivating students to interact with their current  situation, i.e. the game, and as Dignan and other researchers point out, “games are learning  engines” that train and develop players (2011).  One way games and video games develop players is through cognitive develop.  Cognition is the ability to think, and cognitive abilities include mental processes involved in  thinking, like memory, attention, language, and problem solving (Goldstein, 2011). Various  aspects of life train and develop cognitive abilities: reading, writing, cooking, driving, riding a bike,  and playing a sport to name a few. In order to be successful in life’s activities and in an  educational setting, students need to train and develop their cognitive abilities. Games and video  4 
  5. 5. games train a number of cognitive skills (Croisile, 2007; Gentile et al., 2012; Green & Bavelier,  2012; Green & Bavelier 2006; Green & Bavelier, 2003; Mayas et al., 2014; Oei & Patterson,  2013), and by developing these cognitive skills, students can master educational content (Boyan  & Sherry, 2011).  Mastery refers to the expert performance or literacy of an individual, and it occurs through  deliberate learning and practice (Ericsson et al., 1993). Deliberate learning consists of three key  components: setting specific goals, obtaining immediate feedback, and concentrating as much  on technique as on outcome (Levitt & Dubner, 2009). Game­based learning encourages  deliberate learning because it provides players with an engaging learning environment that  motivates, provides feedback, and develops problem solving and decision­making skills.  Through a cyclical process, games promote volition­­the will to do something­­and faculty­­the  ability to do it­­which drive deliberate learning, which in turn develop student motivation and  mastery, and ultimately, provide the student with the will and ability to continue to train (Dignan,  2011).  Games, video games, and game­based learning can be created, modified, and integrated  with instructional strategies for specific outcomes, like fostering active learners (Van Eck, 2006).  “Active learners embark on a process of discovery through video game play, allowing students to  develop their own understanding and concept of both content and environment.  Students are  more likely to remember their experiences and be able to connect them to future situations and  are more likely to engage and invest in the learning goals and outcomes presented by the game”  (Barab, Barnett, & Squire, 2002 & Gee, 2004, as cited by Blunt, n.d., p. 4). Blunt references three  research studies with similar findings:  students using games to reinforce concepts learned in  class scored higher on assessments than their counterparts who did not use game­based  learning.  The data also showed that there was no discrepancy between the effect of  5 
  6. 6. game­based learning and its advantages between genders or ethnic groups when it came to a  given assessment. As Fishman & Aguilar state, “good games succeed because they tap into our  deep­seated desire to learn and be engaged “(Gee, 2003, as cited in Fishman & Aguilar, 2012, p.  111). Good games promote self­efficacy, and as learners experiment and play through a game,  they learn that failure, i.e. restarting an activity or level, is a necessary component of the  experience. By playing these games, students gain confidence and begin taking risks in as well  as ownership of their education.  Games, play, and game­based learning affect players mentally and physically. From a  psychological perspective, they make learning more accessible: they present information in a  variety of ways, provide several ways to plan and perform tasks, and motivate and engage  players (About UDL, n.d.). From a physical perspective, they affect several areas in the brain:  sensory and recognition areas such as the visual cortex, the auditory cortex, and the  somatosensory cortex, strategy and execution regions like the premotor cortex, the motor  cortex, and the prefrontal cortex, as well as reward centers and affective networks such the  basal ganglia, the limbic system, and structures in the medial forebrain circuit (Gazzaniga, 2009;  Goldstein, 2011; Kalat, 2013; Linden, 2011). In other words, games, play, and game­based  learning use the entire brain to learn, and more brain involvement means more interaction and  engagement with the immediate experience.  Game­based learning makes information interactive, which allows a player to recognize  and understand that information in a personal way (Figure 1 ­ Column 1). Allowing players to  recognize and understand objects, controls, and other gamic properties is an important and  easily employable characteristic of game­based learning. As players learn, plan, and execute  physical and mental tasks, they make choices to achieve goals and objectives, which reflect  what they know and how they express that knowledge (Figure 1 ­ Column 2). Each action is  6 
  7. 7. coupled with feedback, which promotes deliberate learning and mastery towards the task at  hand. When successful, feedback provides gratification for actions executed at the right time  with a reward for each accomplishment. By giving players small and frequent rewards, they  maintain a constant level of interest, and it instills in them self­belief and confidence to achieve  larger goals (Figure 1 ­ Column 3). Students show greater attention to learning when they have  clear and specific goals­­including both short­ and long­term educational goals (Garris, et al.  2002, as cited in Alkhafaji et al., 2012, p.51). Game­based learning is challenging and rewarding,  and game­based learning research has shown that student choice has a positive impact on  motivation and engagement (Fishman & Aguilar, 2012). As Gabe Zichermann asserts,  status­­not cash­­is the best reward. Introducing skill levels encourages positive competition,  and it reduces the fear of failure because students’ skill levels can only increase (Moth, 2012).    Figure 1: The Universal Design for Learning Guidelines depict three main principles:  Representation, Action, and Engagement.  7 
  8. 8. Columbia University researchers Lee & Hammer point out, “Gamification attempts to  harness the motivational power of games and apply it to real­world problems­­such as, in our  case, the motivational problems of schools” (as cited in Arora, 2013). In order to be effective,  games should challenge students. If the game is too easy, students will become bored. If the  game is too difficult, students will become frustrated. Effective games allow students to win by a  small margin to keep them engaged. (Alkhafaji et al., 2012). Teachers can personalize  instruction and assess knowledge through game­based learning, which provides them with  useful data on their students (Millstone, 2012). Game­based strategies can be applied to  assignments and assessments as a purpose to engage and motivate learners. When students  have choice of and control over their assignments, research shows that students are  encouraged to work harder. For example, an education course used experience points for  assignments that were given and skill points to increase their grades. If students lost points,  such as for missing a class or assignment, they could select assignments on their own to earn  enough points for their desired grade. In other words, students worked to earn the grade they  wanted by obtaining extra points that bumped their grade. The research showed that students  greatly enjoyed this game­inspired grading system and many worked harder (Fishman & Aguilar,  2012).    Research Question  This study is interested in finding out how:  ● Games and video games can help players learn academic content.  ● Game­based learning drives student activity and if students learn more than, less than, or  as much as traditional methods.  8 
  9. 9. ● Game­based learning and video games educate students on curricular content and  lessons.  ● Game­based learning engages and motivates students in a productive / meaningful way.  We hypothesize that:  1. Games and video games will help players learn and recall more academic content.  2. Game­based learning will drive student activity; the students will learn more than  students learning with just a traditional method.   3. Game­based learning and video games will educate students on curricular content and  lessons, while enforcing concepts studied within the classroom.  4. Game­based learning will engage and motivate students in a meaningful way, making the  content more enjoyable and relevant to the learners.      Methods  This study will investigate the use of game­based learning through a quasi­experimental  setup that investigates the effects of game­based learning on student achievement and  engagement. A school in PseudoCity, US volunteers to participate. Forty subjects from two  classes of X graders will participate in the study. One class (n=19) will comprise the control  group, and the other class (n=21) will comprise the experimental game­based learning group.  Both classes will receive a standard intelligence battery, i.e. the Woodcock­Johnson Test of  Cognitive Abilities, and a brief questionnaire will be sent to their parents asking for personal  information such as age and ethnicity, at home activities such as time spent watching tv, playing  sports, video games, and so on, as well as the child’s general interests in school courses and  material.   9 
  10. 10. Both classes will receive the same curriculum and class structure, i.e. both classes start  with the same traditional set­up, standards, and support. However, the experimental group will  supplement the traditional style Lessons 2 and 3 with GameA, Lesson 5 with GameB, and  Lesson 7 with GameC. Students in the experimental group will use 2014 computers with  Windows 8 to access and play GameA, GameB, and GameC. During and after lessons,  students will be tested with traditional methods, i.e. quizzes, tests, class participation, and  small­scale projects. At the end of the semester, both classes will receive another intelligence  test and the same questionnaire will be sent to their parents again. Assessment data from each  class will be compared along with the results from the parent questionnaire, and the results will  be analyzed using a t­test with independent samples.     Results  This study is a hypothetical study. There is no actual data.    Discussion  Our hope is that the experimental game­based group experiences:  1. A deeper understanding and/or better recall of the lesson’s content.  2. Motivate students to pursue the material more.  3. More enjoyment from the classroom.  Once the study is conducted, we’ll be able to analyze the data we collect to determine  the effects of game­based learning on student achievement and motivation. However, we lack  the games, the content and curriculum focus, and the age / grade level to test this study. Ideally,  we would prioritize the study based on funding or budgetary constraints. This would give shape  and direction to the study. For example, the games used in the study could range from free  10 
  11. 11. online games to purchasable games for devices like an iPad to games that must be created for  a custom lesson. Additionally, there may be a specific grade level or content area that we have  to focus on.  Limitations that can impact the results of the study include factors such as the individual  differences among students and the prior knowledge they activate, learning behaviors, learning  styles, any accommodations they need, access to the games and interactive material, and other  personal and environmental differences.  Many of these limitations would be noted with the  results from the initial questionnaire. In addition to the student’s learning styles, teacher’s  instructional styles need to be taken into consideration as well. Teachers present information in  different ways and have access to various resources, which can impact their comfort level with  the content, as well as their command of the subject matter.  Another limitation can be found  with the technology that is offered in the classroom.  If a teacher is not comfortable with  technology, or is unable to use gaming technology, he or she may not be able to implement the  technology into his or her classroom.  The amount of technology offered in a classroom also  could have a large impact on the study, such as if the classroom has one­to­one technology or  has a high ratio of students to technology in the classroom, which may impact how the time is  allotted for students to play games.   For future research, we will design a study that investigates the elements within each  game, test the games outside of the classroom environment, and then analyze those results  using an analysis of variance (ANOVA) test. Each game will be broken into the player(s),  purpose(s), procedure(s), rule(s), resistance(s), resource(s), feedback(s), and format(s) of the  game. Next, we would compare the elements of each game, the results of each group, and how  the elements affected the results.  After analyzing which factors, such as resources or  11 
  12. 12. resistances, differed in the more successful groups, we would reconstruct the games with the  amended features and measure the new outcomes.  Game­based learning is a promising field that offers a lot to students and teachers. As  we understand more about game­based learning, we’ll be able to design for specific students,  content, and curriculums. “It is also important to acknowledge that there is no single approach,  but rather a tremendous variety of ways that game­based and game­inspired thinking may  transform the way we think about formal education” (Fishman & Aguilar, 2012, p. 116).    References     1. Alkhafaji, A., Grey, B., & Hastings, P. (2012) Establishing a new framework to measure  challenge, control, and goals in different games. Proceedings. GLS 8.0 games + learning  + society conference.  49­54.­proceedings­2 012dl.pdf  2. Arora, K. (2013).  Gamification in education: Gamifying the classroom.­insights/insights/240­gamification­in­education  3. Blunt, R. (n.d.) Does game­based learning work? Research from three recent studies.  Advanced distributed learning.  1­11.  Retrieved from  4. Boyan, A., & Sherry, J. (2011). The challenge in creating games for education: Aligning  mental models with game models. Child Development Perspectives, 5(2), 82­87.  5. Croisile, B., Miner, D., Belier, S., Noir, M., & Tarpin­Bernard, F. (2007). Online cognitive  training improves cognitive performance. Retrieved from  12 
  13. 13. http://www.happy­ proves%20Cognitive%20Performance.pdf  6. Dignan, A. (2011). Game frame: Using games as a strategy for success. New York, NY:  FREE PRESS.  7. Ericsson, K., Krampe, R., & Tesch­Romer, C. (1993). The role of deliberate practice in  the acquisition of expert performance. Psychological Review, 100(3), 363­406.  8. Fishman, B., & Aguilar, S. (2012) Gaming the class:  Using a game­based grading  system to get students to work harder… and like it. Proceedings. GLS 8.0 games +  learning + society conference.  111­117.­proceedings­2 012dl.pdf  9. Foster, A. N. (2009). Gaming their way: Learning in simulation strategy video games?  (Order No. 3381242, Michigan State University). ProQuest Dissertations and Theses, ,  248­n/a. Retrieved from (304946067).  10. Fullerton, T. (2008). Game design workshop: A playcentric approach to creating  innovative games. Burlington, MA: Morgan Kaufmann Publishers, 2nd .  11. Galloway, A. R. (2006). Gaming: Essays on algorithmic culture. Minneapolis, MN:  University of Minnesota Press.  12. Game. (n.d.). In Oxford Dictionaries. Retrieved from  13. Gazzaniga, M., Ivry, R., & Mangun, G. (2009). Cognitive neuroscience: The biology of the  mind. New York, NY: W. W. Norton & Company, Inc.  13 
  14. 14. 14.  Gentile, D., Swing, E., Lim, C., & Khoo, A. (2012). Video game playing, attention  problems, and impulsiveness: Evidence of bidirectional causality. Psychology of Popular  Media Culture, 1(1), 62­70. doi: 10.1037/a0026969  15. Goldstein, E. (2011). Cognitive psychology: Connecting mind, research, and everyday  experience. Belmont, CA: Wadsworth, Cengage Learning.  16.  Green, C. S., & Bavelier, D. (2012). Learning, attentional control, and action video  games. Current Biology, 22: 197­206. doi: 10.1016/j.cub.2012.02.012  17. Green, C. S., & Bavelier, D. (2006). The cognitive neuroscience of video games. In P.  Messaris & L. Humphreys (Eds). Digital Media: Transformations in Human  Communication. New York: Peter Lang. Retrieved from  18. Green, C. S., & Bavelier, D. (2003). Action video game modifies visual selective attention.  Letters to Nature, 423, 534­537. Retrieved from  19. Huizinga, J. (1955). Homo ludens: A study of the play element in culture. Boston, MA:  Beacon Press.  20. Ito, M. (2009). Engineering play: A cultural history of children’s software. Cambridge, MA:  The MIT Press.  21. Kalat, J. (2013). Biological Psychology (11th  ed.). Belmont, CA: Wadsworth Cengage  Learning.  22. Levitt, S. & Dubner, S. (2009). Superfreakonomics: Global cooling, patriotic prostitutes,  and why suicide bombers should buy life insurance. New York, NY: HarperCollins  Publishers.  14 
  15. 15. 23. Linden, D. (2011). The compass of pleasure: How our brains make fatty foods, orgasm,  exercise, marijuana, generosity, vodka, learning, and gambling feel so good. New York,  NY: the Penguin Group.  24. Luterbach, K., & Brown, C. (2011). Education for the 21st Century. International Journal  Of Applied Educational Studies, 10(2), 14­32.  25. Mayas, J., Parmentier, F., Andres, P., & Ballesteros, S. (2014). Plasticity of attentional  functions in older adults after non­action video game training: A randomized controlled  trial. PLoS ONE 9(3): e92269. doi:10.1371/journal.pone.0092269  26. McGonigal, J. (2011). Reality is broken: Why games make us better and how they can  change the world. New York, NY: The Penguin Group.  27. Millstone, J. (2012) Teacher attitudes about digital games in the classroom.  The Joan  Ganz Cooney Center at Sesame Workshop in collaboration with BrainPOP, 1­2.  Retrieved from­content/uploads/2013/10/jgcc_teach er_survey.pdf  28. Moth, D. (2012).  Gabe zichermann:  Gamification isn’t about offering “free stuff,” it’s  about status.­gabe­zichermann­gamification­isn­t­about­offering­fr ee­stuff­it­s­about­status#i.kq6q8519h0cu31  29. Oei, A., & Patterson, M. (2013). Enhancing cognition with video games: A multiple game  training study. PLoS ONE 8(3): e58546. doi:10.1371/journal.pone.0058546  30. Prensky, M. (2001). Digital game­based learning. New York: McGraw Hill.  31. Salen, K., & Zimmerman, E. (2004). Rules of play: Game design fundamentals.  Cambridge, MA: The MIT Press.  15 
  16. 16. 32. Tran, C., Chen, J., Warschauer, M., Conley, A., & Dede, C.  (2012) Applying motivation  theories to the design of educational technology.  Proceedings. GLS 8.0 games +  learning + society conference.  291­297.­proceedings­2 012dl.pdf  33. Van Eck, R. (2006). Digital game­based learning: It’s not just the digital natives who are  restless. Educause. Retrieved from  34. Wardrip­Fruin, N. (2009). Expressive processing: Digital fictions, computer games, &  software. Cambridge, MA: The MIT Press.  35. Whitton, N. (2012). The Place of Game­Based Learning in an Age of Austerity. Electronic  Journal Of E­Learning,10(2), 249­256.­proceedings­2 012dl.pdf  36. Winner, M. (2014) Teach math with the wii: Engaging your K­7 students through gaming  technology.  Webinar presented by  Retrieved from D986844C.    16