I n t e r n at ion al  Jou r n al   of   E lec t r ical  an d   Com p u t e r   E n gin e e r in g  ( I JE CE )   Vol.   1 4 ,   No.   5 ,  Oc tober   20 2 4 ,   pp .   5443 ~ 5457   I S S N:  2088 - 8708 ,   DO I :  10 . 11591/i jec e . v 1 4 i 5 . pp 5 443 - 5457             5443       Jou r n al  h omepage :  ht tp: // ij e c e . iaes c or e . c om   D ig itali z at io n  of   e d u c a t io n al   p la ys f or   q u al ity e d u c at io n       Youn e s   Alaou i  S ou l im an i 1 ,   L ot f i   E laachak 2 ,   M oh am m e d   B ou h or m a 1   1 S ma r t  S ys te ms  a nd E me r ge nt  T e c hnol ogi e s  T e a m, Unive r s it y  A bde lm a le k E s s a a di ,  T a ngi e r , M or oc c o   2 D a ta  a nd I nt e ll ig e nt  S ys te ms   T e a m, F S T T , U ni ve r s it y A bd e lm a le k E s s a a di ,  T a ngi e r , M or oc c o       Ar t icle   I n f o     AB S T RA CT   A r ti c le  h is tor y :   R e c e ived  F e b  17,   2024   R e vis e d  M a y  27,   2024   Ac c e pted  J un  16,   2024       Rep et i t i v e  t e s t s   o n   a  l earn i n g   mat eri a l   h e l p   s c h o o l c h i l d ren   t o   mem o ri ze  an d   t o   l ear n   t h i s   mat eri a l .   Ps y c h o l o g i s t s   cal l   t h i s   p h e n o me n o n   t h e  t e s t i n g   effect .   Sk i l l ed   t eac h ers   u s e  l ear n i n g   p l a y s   t o   em b e d   ro u t i n e  t es t s   i n   an   e n g a g i n g   w ay .   T o   w i d es p read   t h i s   p rac t i ce,   w e  p ro p o s e  a  fra mew o r k   t o   d i g i t i ze   l earn i n g   p l ay s   emb ed d i n g   ro u t i n e  t es t s   i n t o   ed u cat i o n al   v i d eo g ames .   W e   h av e  i d en t i f i ed   t h e  s ma l l e s t   s e t   o f  g ame  d es i g n   el emen t s   req u i re d   t o   b u i l d   an   ed u ca t i o n a l   v i d eo g ame  o u t   o f  a  l earn i n g   p l a y .   W e  h av e  u s ed   t h e  s el f - d et erm i n a t i o n   t h e o ry   t o   g ro u p   g ame  d e s i g n   el emen t s ,   an d   t o   d efi n e  a  b reak d o w n   s t r u ct u re  fo r  e n g a g emen t   en g i n eeri n g .   T h i s   s t ru ct u re  h e l p s   s e l ect   t h e  ap p ro p ri a t e  d e s i g n   e l emen t s   f o r  an   en g ag eme n t   d ri v er.   W e  h av e  ap p l i ed   t h e  framew o r k   t o   d i g i t i ze  a  l earn i n g   p l ay .   W e  h av e  t e s t e d   t h e  d i g i t al   p l ay   w i t h   2 3 8   s ch o o l ch i l d ren   w h o   c o n s i d ered   i t   as   a  v i d eo   g a me.   T h e  v i d eo   g ame   t es t ed   a  p ro p o s ed   p a t t er n   t o   creat e  ch a l l e n g e s   al l o w i n g   an   en g a g i n g   fl o w   ex p er i en ce.   T h e  p at t ern   i n c reas e d   res p o n s e s   (9 % )  a n d   cr eat ed   t i me  d i s t o rt i o n   (2 4 % ).   D el i v er i n g   rew ar d s   f o l l o w i n g   v ari ab l e  s c h ed u l e s   red u ced   err o r s  (4 9 % )  an d   i n crea s ed   t i me  d i s t o rt i o n   (1 6 % ).   T h i s   res ea rch   ex p l o re s   h o w   t o   d i g i t i ze  l earn i n g   p l a y s   i n t o   en g ag i n g   ed u cat i o n al   v i d e o   g ame s   a n d   h o w   t o   d es i g n   en g a g i n g   v i d eo   g ame s   t o   remed i a t e  mi s s e d   l ear n i n g .   K e y w o r d s :   De s ign  pa tt e r ns   Ga mi f ica ti on   Qua li ty  e duc a ti on   S e lf - de ter mi na ti on  theor y   S e r ious   ga mes   Vide o  ga mes   Th i s   i s   a n   o p en   a c ces s   a r t i c l e  u n d e r   t h e  CC  B Y - SA   l i ce n s e.     C or r e s pon din g  A u th or :   Youne s   Ala oui  S ouli mani   S mar t  S ys tems   a nd  E mer ge nt  T e c hnologi e s   T e a m,   Unive r s it y  Abde lm a lek  E s s a a di   P . O.   B ox  416,   T a ngier ,   M or oc c o    E mail:   youne s . a laoui@a mana . a c . ma       1.   I NT RODU C T I ON   I n  M or oc c o,   pr im a r y  e duc a ti on  ha s   made   pr ogr e s s   in  e nr oll ment.   How e ve r ,   c onc e r ns   a bout  the  qua li ty  of   p r im a r y   e duc a ti on   pe r s is t.   T he   mi nis tr y   in   c ha r ge   of   na ti ona l   e duc a ti on   in   M or oc c o  ha s   s tar ted  a n   ini ti a ti ve   ba s e d  on   play - ba s e d  r outi ne   a c ti vit ies   to   he lp  s c hool  c hil d r e n  a c quir e   the  ba s ic  s kil l s   in  or a l   langua ge   c ompr e he ns ion,   r e a ding  a nd  math  [ 1] .   T he s e   play - b a s e d  a c ti vit ies   us e   lea r ning  ba s e d  on  r e pe ti ti ve   r outi ne   tes ts .   P lays   a r e   a n   e s tablis he d  didac ti c a l  tool   us e d  in   e duc a ti ona l  e nvir on ments   that   c a n  he lp   s c hool  c hil dr e n  de ve lop  c ognit ive  a nd  s oc ial  s kil ls   [ 2] .   On  the  other   ha nd,   r e pe ti ti ve   a s s e s s ment  or   tes ti ng  e nha nc e   r e tention  o f   mate r ial   mor e   than  a ddit ional  s tudy   o f   that   mate r ial   [ 3] .   P s yc hologi s ts   c a ll   thi s   phe nomenon  the   tes ti ng  e f f e c t.     M ult ipl e   r e s e a r c he r s   ha ve   be e n  e xplor ing  how  to   us e   video  ga mes   f or   ins tr uc ti on   a nd  ga me - ba s e d   lea r ning  [ 4] – [ 6] .   Vide o  ga mes   de s igned  f or   ins tr u c ti on  a r e   c a ll e d  e duc a ti ona l  video  ga mes   or   s e r ious   ga mes .   S e ve r a l  ini ti a ti ve s   ha ve   tes ted  s e r ious   ga mes   in  p r im a r y  e duc a ti on  a nd   r e por ted   pos it ive  r e s ult s   in  langua ge   a nd  c a lculus   lea r ning  [ 7] .   W e   pr opos e   to  e xplor e   h ow  to  digi ti z e   lea r ning   plays   int o  e duc a ti ona l  vide o  ga mes   to  take   lea r ning   plays   outs ide   c las s r ooms .   Digit a l iza ti on   s hould  e na ble  s c hool  c hil d r e n  to   pr a c ti c e   mor e ,   to  r e media te  to  mi s s   lea r ning  a nd   to  ge t   a ddit ional  be ne f it s   f r om   thes e   lea r ning  plays .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   &  C omp   E ng ,   Vol .   1 4 ,   No.   5 ,  Oc tober   2 02 4 :   5443 - 5457   5444   Vide o  ga mes   a r e   f un,   joyf ul  a nd  e nga ging.   Ga mes   us ua ll y  us e   c ha ll e nge s   a nd  a r ti f icia l  c onf li c ts   [ 8] .  S c hool  c hil dr e n   identif y   we ll   today   wha t   is   a   vide o  ga me  a nd   wha t  is   not.   T o  be   c ons ider e d  a s   a n   e duc a ti ona l  video  ga me,   a   digi tal  ve r s ion  of   a   lea r ning  play  ha s   to  pr ovide  a n  e xpe r ienc e   s im il a r   to  video  ga mes .   T o  buil d   e nga ging  e duc a ti ona l  video  ga mes   out  of   lea r ning  plays ,   we   ha d  to  identif y  the  i mpor tant  buil ding   bl oc ks   that   c ompos e   e nga ging  e duc a ti ona l  video  ga mes .     S e ve r a l  a uthor s   ha ve   pr opos e d  c ompi lations   of   r e c ur r ing  ga me  buil ding   blocks   [ 9] – [ 12] .   I f   c ur r e nt   r e s e a r c h  ha s   identif ied   many   ga me  bu il ding   bloc ks   that  c ont r ibut e   to   e nga ge ment,   thi s   r e s e a r c h  pr ovides   li mi ted  indi c a ti ons   on  whic h  ga me  buil ding  block s   to  us e   in  a   given  c ontext.   F or   e xa mpl e ,   the  vide o  ga mes   T e tr is ,   Angr y   B ir ds ,   a nd  S upe r   M a r io  B r os   a r e   di f f e r e nt  s ti ll   a ll   thr e e   a r e   ve r y  popular   a nd  e nga ging.   T e tr is   pr opos e s   jus t  r e f lex - ba s e d  c ha ll e nge s   r e quir ing  m a s ter y  of   c ont r ol   [ 13] .   Angr y   B ir ds   c ha ll e nge s   le a r ne r s   to  f li ng  bi r ds   a t  pigs   that  e a t   their   e ggs   [ 6] .   S upe r   M a r io  B r os   ha s   mul t ipl e   di f f iculty   leve ls   that  a djus t  t o  lea r ne r   s kil ls   a nd  of f e r s   a n  e mot ionally   a ppe a li ng  f a ntas y  r e late d  to   ga me  s kil ls   [ 4] .   T he s e   thr e e   video   g a mes   us e   dif f e r e nt  buil ding   blocks   a nd  a r e   dif f e r e ntl y   e nga ging.   W e   wa nted  to  unde r s tand  how  s uc h  ga mes   mot ivate   us .   W e   a ls o  wa nted  to  leve r a ge   thi s   unde r s tanding  to  de s ign  e nga ging  e duc a ti ona l  video  ga mes .   T o  digi ti z e   lea r ning  plays   int o  video  ga mes ,   we   wa nted  to  identif y  f i r s t  the  s malles t  f r a mew or k  to   us e   in  the   digi ti z a ti on   pr oc e s s   that   will   ge t  s c ho ol  c hil dr e n   to   c ons ider   ou r   d igi tal  p lays   a s   vide o  ga mes .   Af ter wa r d,   we   wa nted  to   a dd   pr og r e s s ive   ga me  d e s ign  e leme nts   to   make   a n   e duc a ti ona l  v ideo  ga me  mor e   e nga ging.   W e   e xplor e d   gr oup   ga me  de s ign  e leme nts   int o  c a tegor ies   r e late d   to  s im il a r   ps yc hologi c a l  dr iver s   of   mot ivation.   T hr ough  thi s   gr ouping ,   we   wa nted  to  e xplor e   s e lec ti ng  de s ign  e leme nt s   that  a dd  toge ther   to  a   s pe c if ic  mot ivation  dr iver .   T he   s e lf - de ter mi na ti on  theor y   is   a   ge ne r ic  ps yc ho logy  model   f or   human  mot ivation   [ 14] .   M ult ipl e   r e s e a r c he r s   a r e   us ing  thi s   theor y  to   model  the  mot ivational  pull   o f   video  ga mes   or   to  s e lec t  de s ign  e leme nts   f or   ga mi f ica ti on  [ 13] ,   [ 15 ] – [ 17] .   T h is   r e s e a r c h  buil ds   on  s im il a r   a ppr oa c he s   but  a ppli e s   the  s e lf - de ter mi na ti on  theor y   to  de s ign  e duc a ti ona l  video   g a mes .   Adjus ti ng  ga me  di f f iculty   to   g r owing   lea r ne r   s kil ls   he lps   ge t   lea r ne r s   int o   a   s tate   of   opt im a l   e xpe r ienc e   c a ll e d  the  f low   s tate   [ 18 ] .   R e s e a r c he r s   identif ied   we ll   that   a djus ti ng   c ha ll e nge s   to  s kil l s   f os ter s   e nga ge ment  [ 19] ,   [ 20 ] .   How e ve r ,   ther e   a r e   li mi t e d  indi c a ti ons   on  how  to  de s ign  c ha ll e nge s   that  a djus t  to  s kil ls .   I n   thi s   r e s e a r c h,   we   pr opos e   a   de s ign  pa tt e r n  to  de s ign  a   f low   e xpe r ienc e   in   the  c ontext   of   e duc a ti ona l  video  ga mes   us e d  f or   r e pe ti ti ve   tes ti ng.   I nc e nti ve   s ys tems   e a s e   f a il ur e   a nd  mot ivate   s c hool  c hil dr e n  to  play  [ 21] .  S kinner   [ 22]   ha ve   identif ied  that  the  i mpac t  o f   ince nti ve s   va r ies   ba s e d  on   how   ince nti ve s   a r e   a r r a nge d  ove r   t im e .   W e   w a nted  to  tes t  the  im pa c t  of   ince nti ve   s ys tems   on  e nga ge m e nt  a nd  e a s ing  f a il ur e   in  the  c ontext  o f   e duc a ti on a l  video  ga mes .   W e   ha ve   tes ted  the  pr opos e d  f r a mew or k  to  digi ti z e   a   menta l  mul ti pli c a ti on  play .   W e   ha ve   tes ted  the   buil t  e duc a ti ona l  video  ga me  with   s c hool  c hil dr e n   a nd  ha ve   mea s ur e d  e nga ge ment.   T he   f ir s t   r e s ult s   s howe d   that  the  p r opos e d  a ppr oa c h  wa s   wo r king.   Our   q ue s ti ons   r e late d  to  thi s   r e s e a r c h  we r e :   i)   How   to   identif y   ups tr e a m  if   the  digi taliza ti on   of   e duc a ti ona l  play  is   f e a s ibl e ;   a nd  ii )   How   to  s e lec t  the  s malles t  s e t  of   ga me   de s ign  e leme nts   to  de s ign  e nga ge ment  in  e duc a ti o na l  video  ga mes ?   S c holar s ,   de s igner s   a nd   indus tr y   s pe c ialis ts   looked  to   identif y   wha t   c ontr ibut e d   to   e nga ge ment  a nd   mot ivation  in   video   ga mes ,   a nd   f r om   that   in   e duc a ti ona l  video   ga mes   [ 5 ] ,   [ 6] ,   [ 23] .   S ome  r e s e a r c he r s   looked  int o  wha t  c omponents   we r e   making  e duc a ti ona l  video  ga mes   “ f un”   or   e nga ging  [ 6 ] ,   [ 9] ,   [ 10] ,   [ 12 ] .   Othe r s   looked  int o  how  pa tt e r ns   a nd  methodologi e s   c a n  guide  the  de s ign  of   e nga ging  e duc a ti ona l  video  g a mes   [ 8] ,   [ 24] – [ 28] .   Ga me  e leme nts :  T hr ough  a   s e r ies   of   obs e r va ti ons ,   s ur ve ys   a nd  int e r view s ,   M a lone  [ 23 ]   ha s   ge ne r a ted  thr e e   main   e leme nts   that   made   video   ga mes   “ f un” ,   na mely   c ha ll e nge ,   c ur ios it y   a nd  f a ntas y.   Othe r   r e s e a r c he r s   pr opos e d  e leme nts   that  they  c ons ider e d  ne c e s s a r y  c ondit ions   f or   a   ga me  [ 8] .   De ter ding   e t  al.   [ 11 ]   pr opos e d  to  de f ine  ga me  de s ign  e leme nts   a s   a   s e t  of   buil ding   blocks   or   f e a tur e s   f ound  in  many   ga mes .   De ter ding  e t  al.   [ 11]   r e c omm e nde d  c ons ider ing  the  e leme nts   that  a r e   f ound  in  mos t  ga mes ,   but  no t  n e c e s s a r y  in  a ll   ga mes ,   a nd   playing  a   s igni f ica nt  r ole   in  ga me play.   Hunic ke   e t  al.   [ 24 ]   p r opos e d  the  mec ha nic - dyna mi c - a e s th e ti c   f r a mew or k  ( M DA )   that   identif ied   a   s e t  of   c ha r a c ter is ti c s   obs e r ve d   in   video  ga mes   a n d  na med  them   a e s thetics .   T he   M DA   f r a mew or k   s ti pulate s   that  int e r a c ti on  c ha r a c ter ize s   a   video  ga me,   a nd  not  the  c ontent.   Hunic ke   e t  al.   [ 24]   pr opos e d  the  M DA   model  to  make   th is   a e s thetics   e mer ge   f r om  ga me   d yna mi c s   thr ough  int e r na l   mec ha nics .   S e ve r a l  a uthor s   ha ve   pr opos e d  c ompi lations   of   r e c ur r ing  ga me  buil d ing  blocks .   R e e ve s   a nd  R e a d   [ 10]   pr opos e   “ T e n  I ng r e dients   of   Gr e a t  Ga mes ” ,   whic h  include   a va tar s   to  r e pr e s e nt  one s e lf ;  na r r a ti ve   c ontext;  f e e dba c k;  r e putation  r a nk   a nd  leve l;   c om pe ti ti on  unde r   r ules ;  ti me  pr e s s ur e   a nd  tea ms .   Ga r r is   e t  al.   [ 9]   c omp il e d  a   li s t   of   c ha r a c ter is ti c s   of   e nga ging  e duc a ti ona l  video  ga mes   f r om   mul ti ple   r e s e a r c he s .   T his   li s t   ha s   s ix  e leme nt s   that  a r e   c ha ll e nge ,   mys ter y,   r ules   a nd  goa ls ,   f a ntas y,   s e ns or y  s ti mul i,   a nd  c ontr ol.   I n  a   r e c e nt  r e s e a r c h,   P las s   e t  al .   [ 6]   a r gue d   that   mos t  r e s e a r c he r s   a gr e e d  on   the  f oll owing   buil ding   blocks   of   e du c a ti ona l  Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   &  C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         Digit ali z ati on  of  e duc ati onal   plays   for   quali ty  e du c ati on   ( Y oune s   A laou i  Souli mani )   5445   video  ga mes :  lea r ning   objec ti ve s   a nd  r e late d  c onte nt,   ga me   mec ha nics ,   na r r a ti ve ,   vis ua l  a e s thetics ,   in c e nti ve s   a nd  mus ica l  s c or e .   Ga me  de ve lopm e nt  methodologi e s :  Othe r   r e s e a r c he r s   e xplor e d  “ how”   to  de s ign  e duc a ti ona l  video   ga mes   a nd  looked  int o   pa tt e r ns   a nd  methodologi e s   to  dr ive  the  pr oc e s s .   T he y  wa nted  to  de f ine  the  wor k  br e a kdown  s tr uc tur e .   Amor y  [ 29 ]   pr opos e d  the  ga me  objec t  model  f r a mew or k  to  de s ign,   c ompos e   a nd  ge ne r a te  s e r ious   ga mes .   T his   f r a mew or k   identif ie d  s ome  int e r e s ti ng   buil ding   blocks   a nd   tas ks ,   wa s   c ompl e x  to  us e ,   a nd  ha d   li mi ted  s uc c e s s .   Yus uf   e t  a l.   [ 25 ]   p r opos e d  a   c onc e ptual  f r a mew or k  f or   s e r ious   ga mes .   T he   f r a mew or k   p r opos e d  a   s e t  of   e nti ti e s   to  c a ptur e   lea r ning  c a pa bil it ies ,   in tende d  lea r ning  outcome ,   a s   we ll   a s   the  ga mi ng  r e qui r e ments .   T he   pr opos e d  f r a mew or k  is   c onc e ptual  a nd  doe s   not  pr ovide  a ny   guidanc e   on  how   a nd  whe r e   to   p ut  thes e   e nti ti e s   int o   play.   I b r a him   a nd   J a a f a r   [ 26 ]   pr opos e d  a n   e duc a ti ona l  ga me   de s ign  c onc e pt   that   buil ds   on  thr e e   pil lar s :  lea r ning  c ontent   modeling,   pe da gogy,   a n d  ga me  de s ign.   T he   pr opos e d  c onc e pt  puts   e mp ha s is   on  us a bil it y,   f un,   a nd  s yll a bus   matc hing.   T he   r e s e a r c h  f r om  [ 25 ]   a nd  [ 26]   indi c a ted  that  the  ga me  e le ments   of   e duc a ti ona l  video  ga mes   s hould   be   in   r e lation   wit h  lea r ning   objec ti ve s .   T he s e   r e lations   s hould   be   c o ns ider e d  dur ing  de s ign  ti me .   S a a ve dr a   e t  al .   [ 30]   de ve loped  s ome  digi tal   r e s our c e s   to  he lp  s c hool   c hil dr e n  lea r ning  mathe matics   in  M e xico.   C ons ider ing  the   lac k  of   we ll - de f ined  pr oc e s s e s   a nd  s tanda r d  methodologi e s ,   they  p r o pos e d  a   ga me  de ve lopm e nt  pr oc e s s   ba s e d  on   s of twa r e   de ve lopm e nt  pa r a digm s .   T his   r e s e a r c h  s pa r ks   f r om   th e   ne e ds   s im il a r   to   our   r e s e a r c h.   How e ve r ,   it   doe s   not   de s c r ibe  how   to   de s ign  lea r ning   withi n   s e r ious   ga mes   nor   how   to  e nginee r   e nga ge ment.   R ounga s   [ 27]   c ons ider e d  that  many  s e r ious   ga me s   we r e   s ti ll   c r e a ted  in   a n  a d - hoc   manne r   without   us ing  a   ga me  de s ign  doc ument.   He   identif ied  s ome  c omm on  c omponents   a nd  c onc e pts   f ound  i n  s e r ious   ga mes   a nd  a r gue d  that  they  s hould   go  int o   a   de s ig n  doc ument.   T he   c omponents   of   the  de s ign  doc um e nt  we r e   s im il a r   to  a   ga me  br e a kdown  s tr uc tur e .   He   pr op os e d  a   c onc e ptual  model  to  c a ptur e   the  c ha r a c te r is ti c s   of   thes e   c omm on  c omponents   a nd  a   pr oc e s s   to  ke e p   thi s   doc ument  up  to  da te.   His   a ppr oa c h  pr omot e d  de s ign   thr ough  doc umenta ti on.   He   did   not  c ove r   whic h  c o mponents   to  us e   f or   e nga ge ment.   B a r bos a   e t  al.   [ 31]   p r opos e d  a   methodology   to   d e s ign  a nd  de ve lop  s e r ious   ga mes .   T he   pr opos e d  methodology  ha d  two  c omponents ,   a   main   ga me  with  que s ts   a nd  a   s e t  of   lea r ning   tas ks   e mbedde d  a s   mi ni - ga mes .   B a s e d  on  a   s im il a r   a ppr oa c h ,   S il va   [ 3 2]   pr opos e d   a   pr a c ti c a l   methodology   f or   the   d e s ign  of   e duc a ti ona l  s e r ious   ga mes .   T his   methodology  a im s   to  identif y   a ll - im por tant   pr ojec t   pha s e s   a nd  s tep s   ne e de d  to  de f ine  lea r ning  mec ha nics   f r om  f ir s t  objec ti v e s   to  us e r   e xpe r ienc e .   T his   r e s e a r c h  pr opos e d  to  de s ign  lea r ning  tas ks   a s   mi ni - ga mes   e mbedde d  withi n  a n  e nter taining  ga me.   R e s e a r c he r s   a r e   p r opos ing  methodolog ies   to   a na l yz e   or   de ve lop   s pe c if ic  c a tegor ies   o f   e duc a ti ona l  video  ga mes   or   s e r ious   ga mes .   P las s   e t   al .   [ 6]   a r gue   that   c onc lus ions   a nd  models   dr a wn   f r om   s pe c if ic  s ubjec ts   may  not  be   univer s a ll y  a ppli c a ble  to  o ther s .   T o   our   knowle dge ,   ther e   is   c ur r e ntl y   no  r e s e a r c h  a ddr e s s ing  how  to  digi ti z e   lea r ning   plays   int o   e duc a ti ona l  video  ga mes .   M oti va ti on  theor ies :  M oti va ti on  ha s   be e n  c onc e ptualize d  f r om  va r ious   a ngles   a nd  ps yc hology  li ter a tur e   r e f e r s   us ua ll y  to  two  big  types   of   mot i va ti on:  e xtr ins ic  a nd  int r ins ic.   Ope r a nt  c ondit ion ing  is   a   ps yc hology  theor y  leve r a ging   e xtr ins ic  mot ivat io n  [ 14] .   S kinner   de ve loped  the  ope r a nt  ps yc holog y  theor y  a nd  c ontr ibut e d  to  the  be ha vior is t  lea r ning  model  [ 33] .   T he   be ha vior is t  model  highl ight s   the  im por tanc e   of   r e inf or c e ment  in   lea r ning   thr ough   im media te  f e e dba c k  a nd  r e gular   r e inf o r c e ment.   Ope r a nt  c ondit i oning  is   be hind  the  r e wa r d  s ys tems   us e d  in  e duc a ti on  or   video  ga mes .   S kinner   identif ied  a ls o  that  r e wa r ds   p r oduc e d  dif f e r e nt  im pa c ts   on  be ha vior   ba s e d  on  how  the y  a r r a nge d  ove r   ti me .   He   c a ll e d  the  a r r a nge ment   pa tt e r ns   " s c he dule s   of   r e inf o r c e ment"   [ 22] .   S e lf - de ter mi na ti on  theor y   ( S DT )   de lves   int o   the   “ why”   be hind  be ha vior s   [ 14]   a nd   pr ovides   a   model   f or   in tr ins ic  mot ivation.   Ac c or ding  to   S D T ,   thr e e   c omponents   f a c il it a te  mot ivation:   c ompete nc e ,   r e l a tedne s s   a nd  a utonom y.   W he n  a   lea r ne r   or   a   p laye r   ha s   a   s e ns e   of   c ompete nc e ,   a utonom y  or   r e late dne s s   whe n   pe r f or mi ng   a   tas k,   he   us ua ll y  e xpe r ienc e s   thi s   tas k  a s   int r ins ica ll y  mot ivating .   R e s e a r c he r s   ha s   s tar ted  us ing  the  S DT   f r a mew or k   to  model   e nga ge ment  in  video   ga mes   [ 13] ,   [ 15 ] – [ 17] .   C s iks z e ntm ihalyi  s tudi e d  s it ua ti ons   whe r e   a   pe r s on  is   f oc us e d  on  a   s ingl e   tas k  or   a c ti vit y .   T he y   dir e c t  t h e ir   a tt e nti on   towa r d   the  tas k  withou t  e xpe r ienc ing  many   thought s   a bout   him s e lf   o r   his   pe r f or manc e   [ 18] .   He   int r oduc e d   the   ter m   f low   s tate   that  de s c r ibed  a   s tate   o f   c ompl e te   a bs or pti on   or   e nga ge me nt  in   a n  a c ti vit y  a nd  that  r e f e r r e d   to  the   opti mal  e xpe r ienc e .     F low  s tate   is   a   s our c e   of   int r ins ic  mo ti va ti on.   An  im por tant  c ondit ion  f o r   the   f low  s tate   is   the  ba lanc e   be twe e n  ga me  c ha ll e nge s   a nd   g r owing   playe r   s kil ls .   R e s e a r c he r s   ha ve   a na lyze d  e nga gin g  ga mes   thr ough  the   f low   model   [ 19 ]   a nd   a na lyze d  the   b a lanc e   be twe e n  c ha ll e nge   a nd  s kil ls   on   mot ivati on  [ 20] .   Kiil i  [ 34 ]   e xplor e d   how  to   f os ter   e nga ge ment  w it h  playe r s   of   s e r ious   ga mes   a nd  pr opos e d  a   mo de l  buil t   a r ound  the  f low  model .   T his   r e s e a r c h   de s c r ibed  o bs e r ve d  f low  s tate s ,   a nd   the  c ons e que nc e s   of   f lo w  s tate s .   How e ve r ,   they  did   not  p r ovide  a ny  indi c a ti on  on   h ow  to  de s ign  s uc h  a   f low  s tate .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   &  C omp   E ng ,   Vol .   1 4 ,   No.   5 ,  Oc tober   2 02 4 :   5443 - 5457   5446   I nc e nti ve   s ys tems   a r e   a l s o  us e d  in  e du c a ti ona l  vi de o  ga mes   to  mot ivate   us e r s   to  play  or   to  e a s e   dis a ppoint ment  [ 21] .   I nc e nti ve   s ys tems   c a n  be   p oint - ba s e d  ( one   r e wa r d  f or   10  point s ) ,   a c ti on - ba s e d  ( one   r e wa r d  f or   10  a c ti ons )   o r   ti me - ba s e d  ( one   r e wa r d  f or   10  mi nu tes   of   ti me  play) .   T o  s e t  up  a n  in c e nti ve   s ys tem,   we   ne e d   to   de f ine   the   r e wa r ds   a nd   the  s c h e dules .   T he r e   a r e   di f f e r e nt   f o r ms   o f   r e wa r ds   a mon g  whic h   point s ,   r a nks ,   ba dge s ,   lea de r boa r ds ,   a va tar s ,   it e m  g r a nti ng,   r e s our c e s   f or   ga mepla y,   a nd  s o  on   [ 35] .    T he   wa y  we   s tr uc tur e   the   de li ve r y  o f   r e wa r ds   i s   c a ll e d  r e wa r d  c onti nge nc ies   or   s c he dules   [ 22] .  R e wa r ds   c a n  be   li nke d   to   the   number   of   r e s pons e s   or   to   the   playing   ti me .   R e wa r ds   c a n   a ls o  be   de li ve r e d  a f ter   e it he r   a   f ixed  or   a   va r iable   a mount   of   r e s pons e s   or   ti me .   T his   lea ds   to   f our   c a tegor ies   of   r e wa r d   s c he dules   [ 36] :  i)   F ixed  r a ti o  s c he dules   ( F R S ) :  pr ov ides   a   r e wa r d  a f ter   a   f ixed  numbe r   of   a c ti ons   or   r e s pons e s ;     ii )   Va r iable   r a ti o   s c he dules   ( VR S ) :   pr ovides   a   r e wa r d  a f ter   a   r a ndom   number   of   a c ti ons   or   r e s pons e s ;     ii i)   F ixed  int e r va l   s c he dule  ( F I S ) :   pr ovides   a   r e w a r d  a f ter   a   f ixed  int e r va l  of   ti me ;   a nd  iv )   Va r iabl e   int e r va l  s c he dule  ( VI S ) :  p r ovides   a   r e wa r d   a f ter   a   va r iable   int e r va l  of   ti me.       2.   M E T HO D   2. 1.       S m all e s t   f r am e wor k   t o   d igi t ize   e d u c at ion al   p lay s   T he r e   is   s tr ong  e videnc e   that  f e e dba c k  e nha nc e s   int r ins ic  mot ivation  [ 14]   a nd  that  c ha ll e nge s   he lp  s tudents   lea r n  [ 20] .   T he   s malles t  f r a mew or k   to  dig it ize   a n  e duc a ti ona l  play  s hould  ha ve   a t  lea s t  two  e leme nts :  a   c ha ll e nge - f e e dba c k  loop  de s ign  pa tt e r n  a nd   s c or ing  r ules .   T he s e   two  e leme nts   tr a ns f or m   digi tal   pl a y  int o  a   video  ga me.   S a len  a nd   Z im mer man  [ 8]   de f ined  a   video  ga me  a s   a n  “ a r ti f icia l  c onf li c t,   de f ined  by  r ules ,   that  r e s ult s   in  a   qua nti f iable   outcome ” .   P las s   e t  al .   [ 6]   a r gue d  that  the   c ha ll e nge - f e e dba c k  loop  de f ined  “ wha t  wa s   a   ga me” .   I n   a   v ideo  ga me,   the   c ha ll e nge - f e e dba c k  loop  p r e s e nts   a   c ha ll e nge   to  the  playe r ;   c ol lec ts   his   r e s pons e   or   a c ti on,   a s s e s s e s   the  r e s pons e ,   a nd  pr ovides   him   with   im media te  f e e dba c k.   F igu r e   1   d e picts   the  c ha ll e nge   f e e dba c k  loop  with  it s   thr e e   c omponents .           F i gu r e   1 .   T h e   c ha l le ng e - f e e d ba c k   lo op       2. 2.     P o in t s   f or   im m e d iat e   a n d   c u m u lat ive   f e e d b ac k   T he   c ha ll e nge - f e e dba c k  loop  a lone  is   not  e nough   to  make   a   digi tal  play  de li ve r ing   a   video  ga me   e xpe r ienc e .   W e   ne e d  the   r ules   a nd   the  ‘ qua nti f iabl e   outcome ’   identi f ied  by   S a len  a nd   Z i mm e r man   [ 8 ] .   P oint s   a nd  s c or ing   r ules   a ns we r   thi s   r e quir e ment.   P o int s ,   ba dge s   a nd  lea de r boa r ds   ( P B L )   f or m   th r e e   of   the  b a s ic  a nd  wide ly  us e d  ga me   pa tt e r ns   to   p r ovide   f e e dba c k   [ 3 6] ,   [ 37] .   P oint s   a r e   ba s ic  e leme nts   that   r e wa r d   f o r   a   c or r e c t   r e s pons e   or   a c ti on  o r   pe na li z e   f or   a   w r ong  a ns we r .   P oin ts   pr ovide   im media te  f e e dba c k  while  s c or e s   pr ovide   c umul a ti ve   f e e dba c k  [ 16 ] .   B a dge s   a r e   de f ined   a s   vis ua l  r e pr e s e ntations   of   a c hieve ment  a nd  r e pr e s e nt   c umul a ti ve   f e e dba c k  [ 16] .   L e a de r boa r ds   r a nk  playe r s   ba s e d  on  pe r f or manc e s   a nd  pr ovide  c umul a ti ve   a nd  c ompetit ive  f e e dba c k  [ 38 ] .   P oin ts ,   ba dge s   a nd   le a de r boa r ds   a c t  a s   pr og r e s s   indi c a tor s   of   us e r   pe r f or manc e   [ 38] .   S ome  r e s e a r c h  f indi ngs   indi c a te  that   point s ,   leve ls   a nd  lea de r boa r ds   do  not  ha r m  in tr ins ic  m oti va ti on  [ 38] .     2. 3.     Hi e r ar c h y  of   gam e   e lem e n t s   R e s e a r c he r s   ha ve   identif ied  mul ti ple  ga me  de s ign  e leme nts   that  inf luenc e   e nga ge ment.   How e ve r ,   s ome  of   thes e   e leme nts   a r e   high - leve l  f e a tur e s   li k e   c ha ll e nge ,   c ompl e xit y  or   f a ntas y.   Ga r r is   e t  al.   [ 9]   c a ll e d  thes e   e leme nts   “ c ha r a c ter is ti c s ” .   Hunic ke   e t  al .   [ 2 4]   c a ll e d  them   a e s thetics .   Othe r   ga me  de s ign   e leme nts   a r e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   &  C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         Digit ali z ati on  of  e duc ati onal   plays   for   quali ty  e du c ati on   ( Y oune s   A laou i  Souli mani )   5447   buil ding  blocks   li ke   ince nti ve   s ys tem s   or   mus ic a l  s c or e s   [ 6] .   De ter ding  e t  al.   [ 11 ]   identif ied  th a t  ga me  e leme nts   a r e   a t  va r ying  leve ls   of   a bs tr a c ti on.   He   dis tr ibut e d  ga me  e leme nts   on  a   5 - leve l  hier a r c hy  to   dis ti nguis h  int e r f a c e   e leme nts   f r om   ga me  de s ign  p a tt e r ns   or   ga me  de s ign  p r inciples .   T o  s or t  ga me  de s ign  e leme nts ,   we   pr opos e   to  us e   a n  a ppr oa c h  s im il a r   to  the  M DA   model  [ 24] .   T he   buil ding  blocks   e na ble  buil ding  a   s ys t e m  whic h  be ha vior   buil ds   a   ga me  c ha r a c ter is ti c   via  int e r a c ti on.   I nter a c ti on  is   ke y,   a s   without   int e r a c ti on,   no  ga me   c ha r a c ter is ti c   c a n  s how  up  [ 24] ,   [ 39 ] .   F igur e   2   il l us tr a tes   the  r e lations hip  be twe e n  buil ding  blocks   a nd  ga me  c ha r a c ter is ti c s .   T he   pr opos e d  a ppr oa c h  de f in e s   a   two - leve l  hier a r c hy.           F i gu r e   2 .   F r o m   b ui ld in g   b l oc ks   t o   ga me   c ha r a c t e r is ti c s         2. 4.     A  p s yc h ologi c al  t h e or y  t o  c lu s t e r   ga m e   c h a r ac t e r is t ics   R e s e a r c he r s   ha ve   identif ied  mul ti ple  ga me  c ha r a c ter is ti c s   a nd  buil ding  blocks   that  inf luenc e   e nga ge ment,   [ 9] – [ 12] .   How e ve r ,   thes e   buil ding  blocks   a r e   s o  diver s e   that  w e   ne e de d  s om e   guidelines   to   s e lec t  whic h  one s   to  us e   in  a   c ontext.   W e   wa nted  a   model  f or   f a c tor s   in f luenc ing  mot ivation  that  s h ould  he lp  us   identif y  whic h  de s ign  e leme nts   to   us e   f or   s pe c if ic  c ontexts .   T he   s e lf - de ter mi na ti on  theor y   or   S DT   [ 14 ]   is   a   c ur r e nt   theor y   s tudyi ng  human   mot ivation   a nd  e nga ge ment.   S DT   identif ies   th r e e   ps yc hologi c a l  ne e ds   that  e nc our a ge   mot ivation:   c ompete nc y,   a u tonom y,   a nd  r e late dne s s   [ 14] ,   [ 15] .   Ac c or ding  to  the  S D T   t he or y,   a   tas k  is   mot ivating  f or   a   pe r s on  if   thi s   tas k  puts   thi s   pe r s on  in  a   c ontext  whe r e   he   ha s   a   s e ns e   of   c ompet e nc y,   a utonom y,   a nd/or   r e late dne s s .     R ya n  e t  al.   [ 15 ]   ha ve   us e d  the  S D T   model   to   a na lyze   the  mot ivational   pull   o f   v ideo  ga mes .   T he y   identif ied  that  e xpe r ienc e s   of   c ompete nc e ,   a utono my,   a nd  r e late dne s s   pr ovide  s igni f ica nt  a c c ounts   of   playe r   mot ivation  a nd  e njoym e nt   with   video  ga mes .   T he y  identif ied   that  playe r s   f e e l  c ompete nt   by  f a c ing  a nd   ove r c omi ng  c ha ll e nge s .   A  s e ns e   of   a utonom y  de ve lops   whe n  playe r s   f e e l  their   a c ti ons   a r e   f r e e ly  c h os e n,   or   whe n  they  f e e l  they  ha ve   a   s e ns e   of   mi s s ion  a nd  p ur pos e .   A  s e ns e   of   r e late dne s s   de ve lops   whe n  playe r s   f e e l  in  r e lation  to  a   g r oup  o f   s igni f ica nt  o ther s ,   o r   wha t  they  do  matter s   to   other s .       R ya n  e t  al.   r e view e d  e mpi r ica l  e videnc e   publi s he d   in  [ 15]   a nd  e numer a ted  a   f ir s t  li s t  of   ga me  de s ign  e leme nts   that  he lped  playe r s   e xpe r ienc e   c ompete nc e ,   a utonom y,   or   r e late dne s s   [ 13] .   S a il e r  e t   al.   [ 16]   ha ve   tes ted  the  inf luenc e   of   video   ga me  e leme nts   vis i ble  to  playe r s   on   the   s a ti s f a c ti on  of   ps yc hologi c a l  ne e ds   be hind  mot ivation .   T he y   hypothes ize d  the   inf luen c e s   of   s ome   ga me  e leme nts   on   ps yc hologi c a l  ne e ds .   T he y   r a n  a f ter wa r d   a   r a ndomi z e d  c ont r oll e d  s tudy  with   419  pa r ti c ipants   to  mea s ur e   in f luenc e s   in  the  c onte xt  of   two  video  ga mes .   W e e   a nd   C hoong  [ 17]   c onduc ted  a   s tudy  to  pr e dict  the  e f f e c ti ve ne s s   of   a   va r iety  of   ga me  de s ign  e leme nts   in  e nha nc ing  the  int r ins ic  mot ivation  of   us e r s   pr ior   to  im p leme ntation  of   a   ga m if ica ti on  pr ojec t.   T a ble  1  p r e s e nts   thes e   mappings .       T a ble  1.   Ga me  de s ign  e leme nts   inf luenc ing  s e ns e   of   c ompete nc e ,   a utonom y   or   r e late dne s s   R e s e a r c h   C ompe te nc e   A ut onomy   R e la te dne s s   P r z ybyl s ki   e t  al .   [ 13]   S ki ll - gr a de d c ha ll e nge s ;   P os it iv e  f e e dba c k;   C ompe te nc e   ne e ds   M e a ni ngf ul  s to r ie s ;   A va ta r s , c ha r a c te r s ;   f a nt a s y na r r a ti ve ;   N on - f ix e d s tr uc tu r e ;   P e r s ona li z a ti on   G r oups  f or  c oope r a ti on   G r oups  f or  c ompe ti ti on   C ha t     S a il e r   e t  al .  [ 16] ;  pr opos e d ma tc hi ng   P oi nt s , ba dge s , l e a d e r boa r ds ,  pe r f or ma nc e  gr a phs   A va ta r s ;   M e a ni ngf ul  s to r ie s   ( vol it io na l  e nga ge me nt ) ;   T e a mm a te s ;   M e a ni ngf ul  s to r ie s  ( s ha r e d goa l)   S a il e r   e t  al .   [ 16] ;  me a s ur e d i nf lu e nc e s   S e ns e  of  c ompe te nc e   in f lu e nc e d by point s , ba dge s ,  le a de r boa r ds  a nd  pe r f or ma nc e  gr a phs   T a s k me a ni ngf ul ne s s   in f lu e nc e d by point s ,  ba dge s , l e a d e r boa r ds  a nd  pe r f or ma nc e  gr a phs .   S e ns e  of  r e la te dne s s  i nf lu e nc e d by  a va ta r s , me a ni ngf ul  s to r y,  te a mm a te s   W e e  a nd C hoong  [ 17] ;  pr opos e d a nd  me a s ur e d i nf lu e nc e s   C ha ll e nge   F e e dba c k   S hor t  c yc le  t im e   T he me  or  f a nt a s y   P e r s ona l  pr of il e   N on - f ix e d s tr uc tu r e     C ompe ti ti on   C oope r a ti on   C ha t - ba s e d s o c ia l  ne twor k       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   &  C omp   E ng ,   Vol .   1 4 ,   No.   5 ,  Oc tober   2 02 4 :   5443 - 5457   5448   2. 5.     M ap p in g   gam e   c h ar ac t e r is t ics   t o  e n gage m e n t   d r iver s   I n  thi s   r e s e a r c h,   we   ha ve   us e d  a   modi f ied  ve r s ion  of   the  c ha r a c ter is ti c s   identif ied  by  Ga r r is   e t  al.   [ 9] .  T he   li s t  of   c ha r a c ter is ti c s   c ompi led  by  Ga r r is   e t  a l.   [ 9]   doe s   not  a ddr e s s   c oope r a ti on  or   mul ti playe r   ga mes .   C oope r a ti on  inf luenc e s   the  s e ns e   of   r e late dne s s   a c c or ding  to  S D T .   T he   M DA   model  de f ines   ‘ f e ll o ws hip’   a s   a n  a e s thetic  r e f e r r ing  to  ga mes   with  a   s oc ial  f r a mew or k.   W e   ha ve   a dde d  f e ll ows hip  to  th e   li s t  of   c ha r a c ter is ti c s   us e d  in  thi s   r e s e a r c h.   I n  Angr y   B ir ds ,   playe r s   f li ng   bi r ds   a t   pigs .   T he   ga me  mec ha nics   buil d   on  a   f a ntas y  that  is   ve r y   a ppe a li ng  to  playe r s .   I n   S upe r   M a r io   B r os   video   ga mes ,   the   f a ntas y  c a n  include   a   na r r a ti ve   that  invi tes   a   playe r   to  r e e s tablis h  a   los t  ba lanc e .   T he   playe r   c a n  e xpe r ienc e   the  ga me  que s t  a s   a   mea ningf ul  tas k.   Oppone nts   a nd  he lper s   c a n  populate   the  f a ntas y  wor ld.   As   s uc h,   the   playe r   ge ts   a   s e ns e   that  hi s   r ole  is   a f f e c ti ng  other s .   B a s e d  on  thes e   r e mar ks ,   we   h a ve   divi de d  f a ntas y   int o   th r e e   c omponents :  me c ha nics ,   mea ningf ul  s tor y,   a nd  c ha r a c ter s .   T a ble  2  p r e s e nts   the  li s t  of   c ha r a c ter is ti c s   us e d  in  thi s   r e s e a r c h.   T his   table   a ls o  pr e s e nts   the  ps yc hologi c a l  ne e ds   inf luenc e d  by  thes e   c ha r a c ter is ti c s .       T a ble  2.   M a pping  of   v ideo  ga me  c ha r a c ter is ti c s   wi th  mot ivation  d r iver s   V id e o ga me   c ha r a c te r is ti c s   M e c ha ni s m   S D T  mot iv a ti on dr iv e r s   C ha ll e nge   a nd   goa l s   T he  f e e li ng of  e f f ic ie nc y  a nd   s uc c e s s   C ompe te nc e   C ompl e xi ty   A bi li ty  t o ba la nc e  c ha ll e nge s  w it h s ki ll s   C ompe te nc e   R ul e s   a nd   goa l s   C le a r  goa ls .  T he  r ul e s  de f in e  how  t o r e a c h t h e   goa ls .  M e c ha ni c s   e na bl e  pl a ye r  t o a c t  f r e e ly  w it hi n t he  s pa c e  de li mi te d by the  r ul e s .   A ut onomy   C ont r ol   C ont r ol  e xpe r ie nc e  a nd c us to mi z e  c ha r a c te r s   A ut onomy   F a nt a s y ( M e a ni ngf ul  s to r y)   N a r r a ti ve  de ve lo ps  a  s e ns e  of  me a ni ngf ul ne s s   A ut onomy   F a nt a s y  ( M e c ha ni c s )   S e ns e  of  f r e e dom whe n us in g unus ua l  to ol s  or  me c ha ni c s   A ut onomy   S e ns or y S ti mul i   I nvi te s  a  pl a ye r  t o a c c e pt  a not h e r  t ype  of  r e a li ty   A ut onomy   F a nt a s y ( C ha r a c te r s )   N a r r a ti ve  of f e r s  t he  pl a ye r  a  r e le va nt  r ol e  i mpa c ti ng othe r s   R e la te dne s s   F e ll ow s hi p   S ha r e d goa ls   R e la te dne s s       2. 6.     A  b r e ak d own  s t r u c t u r e   t o  e n gi n e e r   e n gage m e n t   W e   s ti pulate d  that  video  ga me  c ha r a c ter is ti c s   be   im pleme nted  via  ga me  buil ding  blocks .   F igur e   3   pr e s e nts   the  buil ding  blocks   r e late d  to  ga me   c ha r a c ter is ti c s .   T his   f igur e   a ls o  g r oups   ga me  c ha r a c ter i s ti c s   a nd  buil ding  blocks   by   ps yc hologi c a l  ne e ds .   I t   de picts   a   top - down  s tr uc tu r e   that  he lps   s e lec t  t he   ga me  c ha r a c ter is ti c s   a nd  buil ding  blocks   to  us e   f or   a n  e nga ge ment  inf luenc e r .   T his   is   the  br e a kdown  s tr u c tur e   f or   e nga ge ment  e nginee r ing.           F i gu r e   3 .   E n ga ge men t   e ng in e e r in g   b r e a k dow n   s tr uc t u r e       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   &  C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         Digit ali z ati on  of  e duc ati onal   plays   for   quali ty  e du c ati on   ( Y oune s   A laou i  Souli mani )   5449   2. 7.     T h e   3D   s p ac e   f or   e n gage m e n t   e n gin e e r in g   S DT   models   int r ins ic   mot ivation   a s   a n   e xpe r ienc e   r e late d  to  the  f ulf il lm e nt   o f   th r e e   ps yc hologi c a l   ne e ds   that  a r e   indepe nde nt  of   e a c h  other .   I n   thi s   r e s e a r c h,   we   pr opos e   to   model   the   e nga ging  e xpe r i e nc e   of   a   video  ga me  a s   a   ve c tor   of   a   thr e e - dim e ns ional  ve c tor   s pa c e .   T he   thr e e   ps yc hologi c a l  ne e ds   be hind  int r ins ic   mot ivation  a r e   the  ba s is   of   thi s   ve c tor   s pa c e .   T he   e nga ge ment  of   a n  e duc a ti ona l  video  ga me  c a n  be   pr ojec ted  on  the  ps yc hologi c a l  ne e ds :  leve l  o f   c ha ll e nge ,   l e ve l  of   a utonom y ,   a nd   leve l  of   r e late dne s s   that  t his   video  ga me  pr opos e s .   Ga me  de s ign  e leme nt s   us e d  in  t he   video  ga me  inf luenc e   the  va lues   of   thes e   c oo r dinate s .   F igur e   4   de picts   th is   r e pr e s e ntation  us ing  a n  e xa m ple.             F i gu r e   4 .  E n ga ge men t   of   a   v id e o   ga me   r e pr e s e nte d   a s   a   ve c t o r       2. 8.     T h e   m a p   o f   gam e   e lem e n t s   f or   e n gage m e n t   e n gin e e r in g   A  lar ge   body   of   r e s e a r c h  de mons tr a ted   that   i ntr ins ic  mot ivation   is   s tr ongly   ti e d   to   pos it ive  pe r f or manc e   outcome s   [ 40] .   How e ve r ,   a   be gin ne r   doe s   not  ne c e s s a r il y  e xpe r im e nt  with  a   s e ns e   of   c ompete nc e   whe n  he   s tar ts   playing  or   lea r ning.   I n  a   s ys tema ti c   li ter a tur e   r e view ,   S un  e t  al.   [ 41]   r e po r ted  that  s c a f f oldi ng,   c oll a bor a ti on ,   a nd  e a s e   of   us e   we r e   identif ied  a s   im por tant  tr igge r s   of   s tudents ’   int e r e s t  in  lea r ning  in   digi tal   e nvir onments .   S c a f f oldi ng   is   th e   s uppor t  given   to   a   s tudent  th r ough  the  lea r ning   pr oc e s s .   J e r ome  B r une r   c r e a ted  the   theor y   of   s c a f f oldi ng  th a t  outl ines   s ix  wa ys   ins tr uc tor s   c a n  s uppor t  lea r n i ng,   [ 42 ] :  i)   r e c r uit ing   int e r e s t ,   ii )   r e duc ing  de gr e e s   of   f r e e dom ,   ii i)   maintaining  goa l   or ienta ti on ,   iv)   high li ghti ng  typi c a l  tas k  f e a tur e s ,   v )   c ontr ol li ng  f r us tr a ti on ,   a nd   vi)   de mons tr a ti ng   idea li z e d  s olut ion  pa ths .     W e   ha ve   us e d  the  s c a f f oldi ng  theor y   to   c r e a te  a   map  de s c r ibi ng  how  to   s e que nc e   the  e nga ge ment  buil ding  blocks   dur ing  the  ga mepla y.   F igur e   5   de picts   gr a phica ll y  the  pr opos e d  map.   I n  thi s   f igur e ,   “ mea ningf ul  pur pos e ”   a nd   “ f r e e dom   to  c hoos e ”   r e pr e s e nt  the  two   media tor s   o f   a utonom y   in   the   c ontext  of   video  ga mes .             F i gu r e   5 .  M a p   o f   ga me   e le me nts   f or   e n ga ge m e n t   e ng i ne e r in g   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   &  C omp   E ng ,   Vol .   1 4 ,   No.   5 ,  Oc tober   2 02 4 :   5443 - 5457   5450   2. 9.     P a t t e r n   f or   a   f low  e xp e r ience   d e s ign   T he   theor y   of   f low   e xpe r ienc e   s tate s   that  pe r c e ived  c ha ll e nge   a nd  s kil ls   in f luenc e   e nga ge ment  a nd   im mer s ion,   whic h   in  tur n   inf luenc e   pos it ively   lea r ning   [ 18 ] ,   [ 20] .   T he   de s ign   of   e duc a ti ona l  vide o  ga mes   s hould  of f e r   c ha ll e nge s   that  pr ogr e s s ively  matc h   de ve lopi ng  s kil ls .   How e ve r ,   we   f ound  no  de s ign  pa tt e r n   indi c a ti ng  how  to   c r e a te  pr ogr e s s ive  c ha ll e nge s   out  of   a   lea r ning  ob jec ti ve .   T o  c r e a te  a   f low  e xpe r ienc e ,   mul ti ple  video   ga mes   us e   a   s e que nc e   of   leve ls   with  pr ogr e s s ive  c ha ll e nge s .   F or   e duc a ti ona l  video   ga mes ,   to   de f i ne   a   leve l   with   incr e a s e d  c ha ll e nge ,   we   pr opos e   a   de s ign  pa tt e r n  ba s e d  on   c ha nging  the   c ondit ions   o f   the   l e a r ning  objec ti ve .   T he   c ondit ions   o f   the  lea r ning   objec ti ve   a r e   the  c ontext  given  to  the  s c hool  c hil dr e n   whe n  tes ti ng  a   knowle dge   or   a   be ha vior   [ 43 ] .   W e   p r opo s e   to  a c t   on  the   or de r   in  whic h   we   tes t   the  lea r ning  mate r ial .   Us ua ll y,   lea r ning   mate r ial   c a r r ies   s ome  na tur a l   or de r .   F or   e xa mpl e ,   mul ti pli c a ti on   table s   ha ve   a n  or de r ,   a lp ha be ts   ha ve   a n  or de r ,   a nd  pos it ions   of   wor ds   in  s e ntenc e s   ha ve   a n  or de r .   W e   pr opos e   to   tes t  the  lea r ning   mat e r ial  us ing  thr e e   o r de r s ,   the   na tur a l  o r de r ,   the  r e ve r s e   or de r ,   a nd  a   r a ndom  o r de r .   W e   c a n  a ls o   a dd  a   ti me   c ons tr a int .   T a ble  3   il lus tr a tes   va r iations   o f   c ondit ions   to   incr e a s e   the  c ha ll e nge   of   a   lea r ning  objec ti ve .       T a ble  3.   De f ini ng  leve ls   with  incr e a s e d  c ha ll e nge   t hr ough  va r iations   o f   c ondit ions   a nd   de gr e e     C ondi ti ons  unde r  w hi c h l e a r ne r   de mons tr a te s  knowle dge  ( vi de o  ga m e )   M e a s ur a bl e  d e gr e e  t o a s s e s s   pe r f or ma nc e s  ( pl a ye r )   C ur r e nt  l e v e l  ( n)   P r e s e nt  c ha ll e nge s  f ir s t  in  a n  in c r e a s in g or  “ na tu r a l”  or de r   P la ye r  r e c a ll s  t he  c or r e c t  a ns w e r  f r om  me mor y ( or de r  i s  a c ti ng a s  a  hi nt )   F ol lo w in g l e v e l   ( n+1)   P r e s e nt   c ha ll e nge s  i n  a  r e ve r s e  or de r   P la ye r  r e c a ll s  t he  c or r e c t  a ns w e r  f r om  me mor y ( r e ve r s e  or de r  a c ti ng a s  a  hi nt )   F ol lo w in g l e v e l  ( n+2)   P r e s e nt  c ha ll e nge s  i n  a  r a ndom or de r   P la ye r  t e ll s  t he  c or r e c t  a ns w e r  w he n  a s ke d ( r a ndom or de r  r e move s  a ny hint )   F ol lo w in g l e v e l  ( n+3)   P r e s e nt  c ha ll e nge s  i n  a  r a ndom or de r   a nd s e t  a  t im e  dur a ti on c ons tr a in t   P la ye r  t e ll s  t he  c or r e c t  a ns w e r  w it hi n t he   c ons tr a in e d l a ps e  of  t im e       2. 10.     Us in g  i n c e n t ive  s ys t e m s   t o   e as e   d is ap p oin t m e n t   I n  thi s   r e s e a r c h,   we   ha ve   us e d  point s   f o r   im medi a te  a nd  c umul a ti ve   f e e dba c k.   W e   ha ve   a ls o  us e d  ba dge s   a s   r e wa r ds   to  g lor if y   s uc c e s s   or   e a s e   d is a ppoint ment.   T o   e a s e   dis a ppoint ment,   we   ha v e   tes ted  de li ve r ing  ba dge s   “ e a r li e r   than   e xpe c ted”   us ing  v a r iable   s c he dules .   T a ble   4  li s ts   the  tes ted  s tr a tegie s .   As   the   f low  r e quir e s   a djus ti ng   c ha ll e nge s   to   s kil ls ,   we   wa nted   to   tes t  a djus ti ng   de li ve r y   of   ba dge s   t o  playe r   dif f iculti e s .       T a ble   4.   T he   r e wa r d  de li ve r y   s tr a tegie s   tes ted  to  e a s e   dis a ppoint ment   S tr a te gy   C a lc ul a ti on   D e s c r ip ti on   F R S   ( P oi nt s )   S c or e  =  P oi nt s ;   R e w a r d =  F R S   ( P oi nt s )   T he  de f a ul t  be ha vi or . A  r e w a r d i s  de li ve r e d  a f te r  a  f ix e d a mount  of  poi nt s .   V R S   ( P oi nt s )   S c or e  =   P oi nt s ;   V R S =  F R S   ( P oi nt s  + -   A dj us tm e nt )   T he  a dj us tm e nt  i nc r e me nt  i s  modi f ie d  a c c or di ng t o us e r  pr ogr e s s  a nd  di f f ic ul ti e s .   F I S   ( R e s pons e s )   S c or e  =  P oi nt s  +  20%  w r ong a ns w e r s ;   F I S =  F R S   ( S c or e )   W e  de li ve r  a  ba dge  t o e n c our a ge  pa r ti c ip a ti on   V I S   ( R e s pons e s )   S c or e  =  P oi nt s  +  20%  w r ong a ns w e r s ;   V I S =  F R S   ( S c or e  + -   r a ndom)   W e  de li ve r  a  ba dge  t o e n c our a ge   pa r ti c ip a ti on.   T he  ba dge  i s  de li ve r e d on a  va r ia bl e   s c he dul e .       2. 11.     De ve lop e d   vi d e o  gam e   W e   ha ve   a ppli e d  the  pr opos e d  f r a mew or k  to  digi ti z e   a   ‘ menta l  mul ti pli c a ti on’   e duc a ti ona l  video  ga me  to  p r a c ti c e   mul ti p li c a ti on  ti meta bles .   W e   ha ve   de ve loped  thi s   e duc a ti ona l   video   ga me  on   And r oid  a nd   we   ha ve   made   it   a va il a ble  on  Google   P lay  S tor e   in  F igur e   6 .   T he   video  ga me  ‘ menta l  mu lt ip li c a ti on’   im pleme nts   the  pr opos e d  pa tt e r ns   with   the  f o ll owi ng  pa r a mete r s :   −   W e   ha ve   us e d  ga me  de s ign  e leme nt s   that  de ve lop  a   s e ns e   of   c ompete nc e   ( dr iver   D1  in   F igu r e   5 )   a nd  a   s e ns e   of   mea ningf ul  pur pos e   ( d r iver   D2. 1  in   F igu r e   5 ).   −   I mpl e mente d  the  f low  de s ign  pa tt e r n  with  4  leve ls :  incr e a s ing  or de r ,   de c r e a s ing  or de r ,   r a ndom  o r de r ,   a nd  r a ndom  or de r   with   ti me  c ons tr a int .   −   R e wa r ds   we r e   point s ,   r a nks   a nd  ba dge s .   P oint s   pr ovided  im media te  a nd  c umul a ti ve   f e e dba c k.   B a dge s   we r e   pictur a l  r e wa r ds   ( it e ms )   to  g lor if y   s uc c e s s   or   e a s e   dis a ppoint ment.   T he   ba dge s   we r e   not   c e r ti f i c a te  of   a c hieve ments .   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I nt  J   E lec   &  C omp   E ng     I S S N:   2088 - 8708         Digit ali z ati on  of  e duc ati onal   plays   for   quali ty  e du c ati on   ( Y oune s   A laou i  Souli mani )   5451       F i gu r e   6.   M e nt a l   mu l ti pl ic a t io n   g a m e :   s ta r t   s c r e e n ,   le ve l   m a p ,   mu lt i pl ica t io n   q ue s t   s c r e e n ,   r e w a r d   dis pl a y   s c r e e n       2. 12.     M e t h od   t o   m e as u r e   im p ac t   of   t h e   p at t e r n   f or   f low   d e s ign   T o  e va luate   the  im pa c t  o f   the  p r opos e d  pa tt e r n  f or   f low  de s ign,   we   ha ve   mea s ur e d  the  va r iable s   r e s pons e s ,   playtim e ,   e r r or s   a nd  que s ts .   Our   hy pothes is   wa s   that  thes e   va r iable s   we r e   a n  indi c a tor   of   e nga ge ment  r e s ult ing  f r om   a   f low  s tate .   F igur e   7   d e picts   thi s   hypothes is .           F igur e   7.   Hypothe s is   of   i mpac t  of   e nga ge ment  on  r e s pons e s ,   playtim e ,   e r r or s ,   a nd  que s ts       2. 13.     M e t h od   t o   m e as u r e   im p ac t   of   r e war d   s c h e d u les   on   e as in g  f ai lu r e   T o  tes t   ba dge s   a s   e leme nts   e a s ing  f a il u r e ,   we   ha ve   tes ted  two   s it ua ti ons .   T he   f ir s t   s it ua ti on  de li ve r e d   ba dge s   on  a   f ixed  s c he dul e .   T he   s e c ond  one   de li v e r e d  ba dge   on  va r iable   s c he dule s   to  e nc our a ge   pla ye r s .   T o   identif y  f a il ur e - e a s ing  s it ua ti ons ,   we   ha ve   mea s ur e d  the  s a me   va r iable s   a s   f or   f low   de s ign.   F igur e   8  de picts   the  r e lations .   Our   hypothes is   wa s   that  f o r   ha r d   l e ve ls ,   a n  e leme nt  e a s ing  f a il ur e   s hould  pos it ivel y  a f f e c t  playe r   e nga ge ment.           F igur e   8.   Hypothe s is   of   the   im pa c t  o f   r e wa r d   s c he dule  on  e a s ing  f a il ur e   a nd  e nga ge ment   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                                I S S N :   2088 - 8708   I nt  J   E lec   &  C omp   E ng ,   Vol .   1 4 ,   No.   5 ,  Oc tober   2 02 4 :   5443 - 5457   5452   2. 14.     Collec t e d   d at a   W e   ha ve   us e d  the   ‘ menta l   mul t ipl ica ti on’   ga me  to   mea s ur e   the   im pa c t   of   the   f low   de s ign  pa tt e r n  on   e nga ge ment,   a nd  the  im pa c t   of   the  ince nti ve   s ys tem  on  e a s ing  f a il ur e .   W e   ha ve   tes ted  the  ga me  with  238   pr im a r y  s c hool   s tudents   f r om   4 th   a nd   5 th   g r a de s .   T he   tes ts   s pa nne d  a c r os s   13  da ys .   S c hool  c hil d r e n  ha ve   playe d  mul ti ple  que s ts ,   mul t ipl e   leve ls   a nd  e xpe r i e nc e d  dif f e r e nt  r e wa r ding  s tr a tegie s .   T a ble  5   pr ov ides   the  main  f igur e s   o f   the  c oll e c ted   da ta.       T a ble  5.   M a in  f igur e s   r e late d  to  the  s ize   of   the  tes t  s e t   P la ye r s   # da ys   Q ue s ts  pl a ye d   R e s pons e s  a nd  in te r a c ti on   D ur a ti on ( s )   238   13   4848   41399   541348       T he   e duc a ti ona l  video  ga me  ha s   c oll e c ted  da ta  a utom a ti c a ll y  on  us e r   int e r a c ti ons   a nd  on  ga mepla y   pr ogr e s s ion.   T o  mana ge   point s ,   r e wa r ds   a nd  their   de li ve r y  s c he dules ,   we   ha ve   d e ve loped  a   ge ne r i c   e ngine  that  c oll e c ts   inf or mation  on   playe r   r e s pons e s   a nd  pe r f or ms   the  pr oc e s s ing.   W e   ha ve   e xtende d  thi s   e ngine  to  r e c or d  logs   a nd  da ta  on   playe r   int e r a c ti on.     2. 15.     Dat a   m e as u r in g  t h e   i m p ac t   o f   t h e   p a t t e r n   f or   f low   d e s ign   T a ble  6  pr e s e nts   the  va lues   of   the  va r iable s   r e late d   to  the  p r opos e d  f low  pa tt e r n.   W e   ha ve   c a lcula ted  thes e   va lues   f r om   the   c oll e c ted  da ta.   I n  ou r   tes ts ,   playe r s   got  ope n   a c c e s s   to  leve ls   a nd  que s ts .   W e   h a ve   us e d  the  f ir s t  leve l  a s   the  ba s e   f or   c ompar is on.   I n   the  f ir s t  thr e e   leve ls ,   playe r s   ha ve   ope ne d  on  a ve r a ge   a   s im il a r   number   of   que s ts   ( 8. 6)   a nd  ha ve   p r ovided  a   s im il a r   number   o f   r e s pons e s   ( 79) .   T he   r a te  o f   c or r e c t  a ns we r s   wa s   high  a nd  e r r or s   de c r e a s e d  in  leve ls   3  a nd  4 ,   w e   c a n  a s s ume  s ome  c onc e ntr a ti on.   Dur a ti on  s pe nt  pe r   leve l  ha s   incr e a s e d  f r om  the  f ir s t  to  the  thi r d  leve l,   t hus   we   c a n  a s s ume  s om e   ti me  dis tor ti on.   L e ve l  4  puts   a   c ons tr a int   on  ti me;   thi s   s hould  e xplain   the  de c r e a s e   of   playti me.   I n  leve l  4,   playe r s   ha ve   ope ne d   mor e   que s ts   ( + 39% )   a nd   pr ovided  mor e   r e s pons e s   ( + 9% )   whe n  c ompar e d  to  leve l  1.       T a ble  6 .  Da ta  mea s ur ing  im pa c t  o f   the   pa tt e r n  f or   f low  de s ign     M e a n va lu e   V a r ia ti on ve r s us  l e ve l  1     R e s pons e s   P la yt im e   E r r or s   Q ue s ts   R e s pons e s   P la yt im e   E r r or s   Q ue s ts   L e ve l  1   79   807   3   8.6   B a s e   B a s e   B a s e   B a s e   L e ve l  2   78   1026   4   8.8   - 1%   27%   26%   3%   L e ve l  3   79   1003   3   8.8   0%   24%   - 7%   3%   L e ve l  4   86   724   3   12   9%   - 10%   - 4%   39%   P la ye r s   174   1968   7   20   119%   144%   125%   138%       2. 16.     Dat a   m e as u r in g  i m p ac t   of   r e war d in g   s t r at e gies   F or   leve ls   1,   2  a nd  3,   the  c ontr ol   s tr a tegy  wa s   the  s tanda r d  F R S   ( P oint s ) .   F or   leve l  4,   the  c ontr ol   s tr a tegy  wa s   VI S   ( R e s pons e s ) .   F or   leve ls   1,   2  a n d  4  we   ha ve   tes ted  the  s tr a tegy  VI S   ( R e s pons e s )   to  e a s e   dis a ppoint ment.   F o r   leve l  3 ,   we   ha ve   tes ted  t he   s tr a tegy  VR S   ( P oint s )   that   a djus ted  dyna mi c a ll y  the   incr e ments .   T a ble  7   pr ovides   the   mea n  va lues   of   th e   c oll e c ted  metr ics .       T a ble  7.   Da ta  mea s ur ing  im pa c t  o f   de li ve r y   s c he dules   on  dis a ppoint ment       1   2   3   4   5   6   7   8   L e ve ls   S tr a te gi e s   #P la ye r s   # Q ue s ts   #Q ue s ts / P la ye r   R e s pons e s / P la ye r   #R e s pons e   va r ia ti on   P la yt im e   va r ia ti on   E r r or   va r ia ti on   Q ue s t  V a r ia ti on   1   F R S ( P oi nt s )   35   307   8 . 8   81 . 9   c ont r ol   c ont r ol   c ont r ol   c ont r ol   1   V I S ( R e s pons e s )   62   524   8 . 5   77 . 8   - 5%   12%   43%   - 4%                       2   F R S ( P oi nt s )   51   436   8 . 5   76 . 4   c ont r ol   c ont r ol   c ont r ol   c ont r ol   2   V I S ( R e s pons e s )   89   791   8 . 9   78 . 7   3%   - 6%   3%   4%                       3   F R S ( P oi nt s )   109   923   8 . 5   78 . 0   c ont r ol   c ont r ol   c ont r ol   c ont r ol   3   V R S ( P oi nt s )   57   535   9 . 4   81 . 2   4%   16%   - 48%   11%                       4   F R S ( R e s pons e s )   69   794   11 . 5   86 . 0   c ont r ol   c ont r ol   c ont r ol   c ont r ol   4   V I S ( R e s pons e s )   43   536   12 . 5   87 . 0   1%   3%   - 29%   8%       Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.