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Educational Games: Ten Design Tips for Immersive Learning Experiences

Games have become the go-to technology for creating engaging and educational experiences. They have popped up online, in schools, in museums, at large corporate events, and at conferences. User experience designers are now facing the challenge of designing optimal gaming experiences in all of these new contexts.

People playing a game around a table surface.
Figure 1. Our team plays the biomedical game on a large touch screen table.

A major pharmaceutical company tasked us with building a video game to teach attendees at an international psychiatry conference about the pathophysiology of schizophrenia. In case the complexity of the topic wasn’t enough, we also had to make the experience fun and engaging in a space filled with interesting exhibits, all competing for attention.

Our solution involved a series of short, interconnected games that took a new spin on both quiz- and action-style games (see Figure 1). Following the game’s success at the conference, we were inspired to share ten tips that we believe can help UX designers build blockbuster biomedical games.

1. Understand Your Constraints

Whether it’s gravity for hover vehicles or light speed for warp drive, understanding the constraints around your project is critical. Many designers feel that constraints make them more creative by defining the boundaries they can challenge.

Our team had many constraints to consider. Our platform was a large 8 x 2.5-foot touch table that comfortably accommodated six people playing at one time, two on each side and one at each end. This great crowd-drawing feature posed significant design challenges. Text and game elements had to be within view of each player (not on the other side of the table) and oriented right side up. Our solution was to use six individual docks for the trivia games and to split the table into two teams for action games (see Figure 2).

Diagrams showing the position of players around the table.
Figure 2. Our touch screen table could accommodate six players at a time, which encouraged collaborative interaction, but limited the visibility of game

Unlike Call of Duty or Assassin’s Creed, our game was targeted primarily at non-gamers: highly educated doctors of the baby boom generation, who were not likely to be familiar with gaming conventions. Without the ability to use sound, we focused on intuitive swipe gestures and finely tuned visual metaphors to make the game simple but not belittling or trivial.

We also knew that we would have limited time and much competition to capture attendees’ attention in a conference setting. For this reason, we designed the experience to be both flashy and quick. Participants were given a branded card to log in that contained a booklet with more detailed explanations of trivia and action educational concepts. Finally, participant play time could not exceed five minutes.

2. Develop a Visual Language

Goombas and piranha plants are as iconic to Super Mario Bros as star gems and hypercubes are to Bejeweled. Developing a visual language for a game is key to creating a uniform and intuitive game experience. We chose a game look with high saturation, strong outlines, and smoothed geometry to simplify complex molecular shapes. We also took liberty with the size and shape of the binding molecules to make the game easier to play and to reinforce the lock-and-key mechanism (see Figure 3).

Two examples of visual language from science research and biomedical games
Figure 3. In this biomedical game, we used a simplified visual language to make complex objects like
protein receptors more iconic and easier to interact with.

Distilling complex biological content down into meaningful graphics, storyboards, and game levels was one of the most important, challenging, and time-consuming steps in the process. Luckily, we had several biomedical communicators on the team who acted as scientific consultants, artists, and game designers. Having these resources not only made our design process faster, but also made the player interactions and educational messaging more cohesive and accurate.

3. Balance Challenge with Skill

Avoid putting the boss fight at the beginning and let players get in touch with their inner chi. Flow, as Jonathan Haidt puts it in The Happiness Hypothesis, “is the state of total immersion in a task that is challenging, yet closely matched to one’s abilities.” Aim to create challenging, yet interesting and achievable goals that lead to an optimal level of engagement. In A Theory of Fun, Raph Koster says a game should always be giving the player new patterns to analyze and resolve.

To achieve this, it is essential to understand the knowledge and skill level of your audience. It is also important to give players the ability to select the level of challenge (easy, medium, or hard). Creating different game modes (beginner versus advanced), embedding easy and hard challenges into a single level, or introducing increasingly difficult challenges as levels progress enables all players to enjoy and learn. It also maximizes re-playability because the players can learn something new each time they play.

We designed our trivia game with three levels. Questions and mechanics increased in difficulty from simple true-false to more complex multiple choice as the user progressed through the levels. Our action game was also designed with three levels. The first level was a simple scenario in which players had to bind two molecules to a receptor. The second level was a more complex case in which players had to identify normal receptors, avoid abnormal ones, and interact with faster moving molecules. The third level tested the mastery of all of these skills. This type of problem solving, according to Dan Pink, is key to intrinsic motivation because it gives players “autonomy, mastery, and purpose.”

4. Make It Fun

Does fun, like the princess in the castle, seem to be just beyond reach? Well, button mashing won’t help! Challenges need to get harder and more surprising as players solve problems and learn new skills. This is because fun is created by uncertainty. Dancing just on the line between too hard and too easy is what leads to the “Aha! I got it!” moment, which motivates players to keep going. Neil Long has a great analogy: Good game design “is like a broken circle—make that break too big and the player won’t bridge the gap. Make it too small and it’s too easy, and the player gets bored.”

We added bonus ramps and combo cubes as surprising, non-biological elements, which proved to make the game more fun and kept attendees engaged (see Figure 4). We used points as well as color changes and pulsing glows of the game pieces and background to create an emotional connection and to reinforce good plays. We also showed players their final score, which was a combination of both individual and team efforts.

Visuals of the bonus ramp from the game
Figure 4. We added bonus ramps and combo cubes to our biomedical game as surprising non-biological elements.

5. Connect Learning to Prior Experiences

Learning is like a game of Tetris: if you have time and the right building blocks, assembling a complete row is easy. But if you don’t, you’re left with gaps and an ever-growing tower of misconnected pieces. Game designers need to make it easy for players to build new knowledge. You can do this by layering information piece by piece and by using a visual language based on the audiences’ tastes and prior knowledge.

We used iconic biomedical representations of neurons, synapses, and neurotransmitters, which would all resonate with the psychiatrists. We also used the well-known lock-and-key metaphor for molecular interactions—also understood by this audience. Because players were able to visit other parts of the booth before playing the game, we ensured that the colors and shapes of our key molecules were similar to materials displayed in the booth so that the connections between the different media were clear.

6. Replace Words with Actions

Although some of us are nostalgic for times gone by, we no longer live in the Wild West of text-based games like Oregon Trail. We found that when people play games today, they don’t read text; they want just to “figure it out.” Therefore, you should not rely on words to tell the story. Instead, use motion, interaction, and as Neil Long puts it, “Use mise-en-scene—the art of telling the story through the environment—to add detail to your narrative without being completely explicit.”

In our game, we used a visual map similar to a flowchart to prime the players on what game to expect. We then used a single speech bubble coupled with animated arrows to reinforce the message (see Figure 5). Minimizing text means there are fewer problems with text orientation, which was a unique challenge of the large four-sided table.

Screen showing a speech bubble saying submit answers to the center before time runs out.
Figure 5. We relied heavily on animated cues and scoring rather than text boxes to communicate
information in the game.

7. If They Do It, They Learn It

From reading urban planning manuals to playing SimCity, people enjoy learning in many different ways. Experts like Jim Gee and David Shaffer agree that games enhance learning through role-playing events—real or fantasy—that players can’t experience in their own lives.

We wanted psychiatrists to walk away with two key messages: that two different molecules need to bind a normal functioning receptor to start a neural impulse, and that in schizophrenia this receptor functions improperly. To communicate these ideas, we made the main actions in the game “flicking” the two different types of molecules toward the receptor and “flicking” the gray abnormal receptor off the membrane.

8. Maximize Collaboration

Think of the stereotype of the teenager playing video games alone in the basement. Now imagine that she invites a few friends over, or perhaps a few thousand. Today, social media and the Internet give people access to vast online communities of gamers, which is a great thing. As David Shaffer discusses in How Computer Games Help Children Learn, collaboration in gaming enables people to learn actively and at their own pace, creating a safe space to take risks and reciprocate actions.

We encouraged collaboration in our action-style game by making two teams, one on each side of the table (see Figure 6). Each team had to work together to “flick” molecules to receptors. This created a common goal and a visual focus, not to mention a sense of competition! Players verbally coached each other and reinforced key messages through their actions.

Closeup of hands playing on the interactive surface
Figure 6. We encouraged collaborative interaction by creating a team-based action game in which
players had to work together to win.

9. Plan for Cheaters

We’ve all been there: why play by the rules if you can win more points using less time and energy? Designers have to anticipate players who want to “game” the system. Otherwise, you risk educating your audience in tricks rather than key messages. In our true-false trivia game, we decided to trigger a time delay after three wrong answers to penalize people who answer randomly. In our action game, we made a circle appear around a molecule after being touched. A player was able to drag the molecule within but not outside this area, preventing him from simply dragging it to the receptor.

10. Measure Success

So what’s your score as a game designer? Evaluating your video game is critical to understanding your success and building better games in the future. And it’s pretty easy. Measuring player interactions can be completely automated and can be done through collecting answers to trivia questions and response times for in-game actions. These data can tell you how difficult players found the game and how much they learned, as well as help you communicate the effectiveness of the game to the stakeholders.

Wrapping Up

Game design is hard to do well. It is even harder when teaching a complex biomedical topic. We hope these practical tips gleaned from our game design experience will help UX designers build more engaging educational games while simultaneously expanding the popularity of games as highly effective, immersive learning experiences.从一款讲授复杂生物医学游戏的设计工作中,我们总结出十条实用技巧。更有挑战性的是,受众是不玩游戏的保健专业人士。

您如何创造既有趣又有教育意义的游戏?带着将测验类游戏和动作类游戏融合到一起的新想法,一个团队设计了一款游戏:在会议展览厅向大多数人为“非玩家”的受众讲授一个复杂的生物医学主题。学习这十条技巧,可以帮助 UX 设计师打造吸引人的游戏和沉浸式的学习体验。

文章全文为英文版복잡한 생물의학적 주제 교육을 위한 게임 디자인의 10가지의 실전 요령. 더 어려운 일은 독자가 게임을 하지 않는 의료 전문가라는 것이었습니다.

재미있을 뿐만 아니라 교육 효과도 있는 게임을 어떻게 만들까요? 새로운 스핀온 퀴즈와 액션 스타일 게임을 통해 팀은 컨퍼런스 전시장에서 “게임을 하지 않는” 층에게 복잡한 생물의학적 주제를 교육하기 위한 게임을 설계합니다. UX 디자이너가 블록버스터 게임을 구축하고 몰입형 학습 경험을 쌓도록 도와주는 10가지 요령에 대해 알아보십시오.

전체 기사는 영어로만 제공됩니다.Dez dicas práticas para o projeto de um jogo para ensinar um assunto biomédico complexo. Ainda mais desafiador, o público era de profissionais da saúde que não são usuários de jogos.

Como criar jogos que não são apenas divertidos, mas também educativos? Com uma nova reviravolta em jogos do estilo quiz e ação, uma equipe projeta um jogo para ensinar um assunto biomédico complexo para um público em sua maioria de “pessoas que não jogam” em uma sala de conferência. Aprenda dez dicas que podem ajudar desenvolvedores de experiência do usuário a criar jogos populares e experiências de aprendizagem de imersão.

O artigo completo está disponível somente em inglês.複雑な生物医学に関する内容を教えるゲームの設計から得た10の実用的ヒントを取り上げる。対象者がゲーマーではなく医療従事者であったため、課題はさらに厳しいものだった。


原文は英語だけになりますLos juegos se han transformado en la tecnología preferida en la creación de experiencias educacionales y participativas. Han surgido en entornos online, en colegios, museos, grandes eventos corporativos, y en conferencias. Los diseñadores de experiencia de usuario están enfrentando el desafío de diseñar experiencias de juego óptimas para estos nuevos contextos.

People playing a game around a table surface.

Figura 1. Nuestro equipo juega un juego biomédico en una gran mesa con pantalla touch.

Una compañía farmacéutica de gran escala nos entregó la tarea de construir un videojuego para enseñarle a los asistentes de una conferencia internacional de Psiquiatría sobre la patofisiología de la esquizofrenia. En caso de que el tema no fuera lo suficientemente complejo, debíamos hacer que la experiencia fuera entretenida e inmersiva en un espacio que estaba lleno de exhibiciones interesantes, todas compitiendo por ser el centro de atención.

Nuestra solución involucró una serie de juegos cortos e interconectados que daban un nuevo punto de vista tanto en los juegos de preguntas y de acción (ver Figura 1). Luego del éxito del juego en la conferencia, nos inspiramos en 10 consejos que creemos pueden ayudar a las diseñadores de experiencia de usuario a construir exitosos juegos biomédicos.

1. Entender Tus Límites

Puede ser la gravedad para vehículos con el centro de gravedad elevado o velocidad de rayo para manejo de tracción, el entender los límites del proyecto es crítico. Muchos diseñadores sienten que los límites los hacen más creativos al saber cuáles son los límites que pueden desafiar.

Nuestro equipo tenía muchos límites a considerar. Nuestra plataforma era una gran mesa touch de 8 x 2,5 pies que acomodaba perfectamentea 6 personas jugando al mismo tiempo, dos en cada lado y uno en cada punta. El dibujo de este esquema significaba un desafío de diseño significativo. Los elementos de texto y de juego debían estar a la vista de cada jugador (no en el otro lado de la mesa) y con el lado correcto hacia arriba. Nuestra solución fue usar seis puertos individuales para los juegos de trivia y dividir la mesa en dos equipos para los juegos de acción (ver Figura 2).

Diagrams showing the position of players around the table.
Figure 2. Nuestra mesa de pantalla touch podía acomodar a 6 jugadores al mismo tiempo, lo que los forzaba a interactuar colaborativamente, pero limitaba la visibilidad de los elementos del juego.

A diferencia de los juegos Call of Duty o Assassin’s Creed, nuestro juego estaba enfocado primariamente a no jugadores: médicos con alto nivel educacional nacidos en la generación de los baby boomers, que no estaban familiarizados con las convenciones tradicionales de los juegos. Sin la habilidad de usar el sonido, nos enfocamos en gestos de arrastre y en metáforas visuales para hacer el juego simple, pero sin menospreciarlo o hacerlo trivial.

También sabíamos que tendríamos tiempo limitado y mucha competencia para capturar la atención de los asistentes en un ambiente de conferencia. Por esta razón, diseñamos una experiencia que fuera rápida y llamativa. Finalmente, el tiempo de juego de los participantes no podía exceder los 5 minutos.

2. Desarrolla un Lenguaje Visual

Goombas y plantas piraña son tan icónicos para el juego Super Mario Bros como las estrellas de gema y los hipercubos del juego Bejeweled. Desarrollar un lenguaje visual es clave para crear una experiencia de juego uniforme e intuitiva. Escogimos un diseño de juego con una alta saturación, fuertes delineados, y una geometría suave para poder simplificar las complejas formas moleculares. También nos tomamos la libertad con el tamaño y la forma de las estructuras moleculares para hacer el juego fácil de jugar y reforzar el mecanismo de apertura y cierre (ver Figura 3).

Two examples of visual language from science research and biomedical games
Figura 3. En este juego biomédico, usamos un lenguaje visual simplificado para crear objetos complejos como receptores de proteínas más icónicos y fáciles de interactuar.

Transformar el complejo contenido biológico en gráficos con significado, guiones gráficos, y niveles de juego fueron los pasos más importantes, desafiantes y desgastantes en el proceso. Para nuestra suerte, tenemos muchos interlocutores biomédicos en el equipo que actuaron como consultores científicos, artistas y diseñadores de juegos. El tener a estos recursos no solo hizo nuestro proceso de diseño más rápido, sino que las interacciones on los jugadores y el mensaje educativo más coherente y exacto.

3. Equilibrar Desafío con Habilidad

Evita ir a la pelea al principio y deja que los jugadores se encuentren con su yo interno. El flujo, como lo señala Jonathan Haidt en su libro The Happiness Hypothesis (La Hipótesis de la Felicidad), “es el estado de total inmersión en la tarea a la que una persona se enfrenta, relacionada a las habilidades de cada uno”. Apunta a crear metas desafiantes, interesantes y alcanzables que conduzcan a niveles óptimos de compromise. En el libro A Theory of Fun (Una Teoría de la Entretención) de Raph Koster se señala que un juego siempre debe dar al jugador nuevos patrones para analizar y resolver.

Para lograr esto es esencial entender el conocimiento y nivel de habilidad de la audiencia. También es importante darles a los jugadores la habilidad para seleccionar el nivel de desafío (fácil, de dificultad media o difícil). Crear diferentes modos de juego (principiante versus avanzado), incluir desafíos fáciles y difíciles en un solo nivel, o aumentar la dificultad de los desafíos en la medida que progresan los niveles permite que los jugadores aprendan y se entretengan. También maximiza las opciones de volver a jugar el juego puesto que los jugadores pueden aprender algo nuevo cada vez que juegan.

Diseñamos nuestro juego de trivia con tres niveles. En la medida que el usuario iba progresando en los niveles, las preguntas y la mecánica del juego aumentaba en dificultad desde simples verdaderos y falsos a opciones complejas con múltiples alternativas. Nuestro juego de acción también estaba diseñado en tres niveles. El primer nivel era un escenario simple en que los jugadores debían unir dos moléculas a un receptor. El segundo nivel era un caso más complejo en que los jugadores debían identificar receptores normales, evitar los anormales, e interactuar con moléculas moviéndose rápidamente. El tercer nivel probaba el dominio de todas las habilidades anteriores. Este tipo de solución de problemas, de acuerdo a Dan Pink, es clave para obtener motivación intrínseca pues da a los jugadores “autonomía, dominio, y propósito”.

4. Hacerlo Entretenido

¿Pareciera ser que la entretención, como la princesa en el castillo, está fuera de nuestro alcance? Bueno, ¡el hecho de solo apretar botones no ayudará! Los desafíos necesitan ser más difíciles y sorprendentes en la medida que los jugadores resuelven problemas y aprenden nuevas habilidades. Esto sucede porque la entretención se crea cuando hay incertidumbre. El moverse en la línea entre lo muy difícil y muy fácil es lo que lleva al momento “¡Ajá. Lo tengo!”, que motiva a los jugadores a seguir jugando. Neil Long tiene una gran analogía: Un buen diseño de juego “es como un círculo roto – si haces el agujero muy grande, el jugador no podrá pasar de lado a lado. Si lo haces muy pequeño y fácil, el jugador se aburre”.

Añadimos rampas con puntajes extra y combos de cubos como elementos sorpresivos, no biológicos, que hicieron del juego algo mucho más entretenido y mantuvieron a los jugadores entusiasmados (ver Figura 4). Usamos tanto puntos como cambios de color y destellos tanto en las piezas del juego como en los fondos, para crear conexiones emocionales y reforzar buenas jugadas. También le mostramos a los jugadores su puntaje final, como una combinación de los esfuerzos individuales y de equipo.

Visuals of the bonus ramp from the game
Figura 4. Añadimos rampas con puntos extra y combos de cubos a nuestro juego biomédico como elementos sorpresivos no biológicos.

5. Conectar el Aprendizaje a Experiencias Previas

Aprender es como un juego de Tetris: si tienes tiempo y las piezas correctas, el formar una línea completa es fácil. Pero si no las tienes, te quedas con agujeros y una torre de piezas desconectadas que crece y crece. Los diseñadores de juegos necesitan que los jugadores creen conocimiento nuevo de manera fácil. Esto se puede hacer poniendo la información en capas, pieza por pieza y usando un lenguaje visual basado en los gustos de las audiencias y en su conocimiento previo.

Usamos representaciones biomédicas icónicas de las neuronas, sinapsis y neurotransmisores, que resonarían en los psiquiatras. También usamos la conocida metáfora de la llave y el candado para las interacciones moleculares – que era conocida por esta audiencia. Como los jugadores podían visitar otras partes del stand de la conferencia antes de jugar el juego, nos aseguramos que los colores y las formas de nuestras moléculas clave fueran similares a los materiales dispuestos en el stand de manera de que las conexiones entre los diferentes medios fueran claras.

6. Reemplaza Palabras con Acciones

A pesar de que algunos de nosotros somos nostálgicos de los tiempos pasados, ya no vivimos en la era de los juegos de texto del Viejo Oeste como Oregon Trail. La gente hoy juega a los juegos, no leen el texto; sólo quieren descubrirlo por ellos mismos. Es así como no debes confiar en las palabras para contar la historia. En su lugar, usa movimiento, interacción, como dice Neil Long, “Usa una puesta en escena –el arte de contar una historia a través del escenario- para dar detalles a la narrativa sin ser completamente explícito”.

En nuestro juego, usamos un mapa visual similar a un diagram de flujo para contarle a los jugadores sobre qué debían esperar del juego. Luego usamos burbujas de diálogo y fleches animadas para reforzar el mensaje (ver Figura 5). Minimizar texto implica menos problemas con la orientación del texto, lo cual fue un desafío único en una gran mesa de cuatro lados.

Screen showing a speech bubble saying submit answers to the center before time runs out.
Figura 5. Confiamos en animaciones y puntajes más que bloques de texto para comunicar información en el juego.

7. Si lo Hacen, lo Aprenden

Desde leer manuales de planeamiento urbano hasta jugar SimCity, la gente aprende de maneras muy distintas. Expertos como Jim Gee y David Shaffer concuerdan que los juegos refuerzan el aprendizaje a través del juego de roles –reales o de fantasía- que los jugadores no pueden experimentar en sus propias vidas.

Queríamos que los psiquiatras se fueran con dos mensajes clave: que dos moléculas diferentes necesitan unirse a un receptor functional normal para lanzar un impulso neuronal, y que en la esquizofrenia las funciones de este receptor no son normales. Para comunicar esas ideas, hicimos que las dos acciones principales del juego fueran arrastrar los dos tipos de moléculas al receptor y arrastrar el receptor gris anormal fuera de su membrana.

8. Maximizar Colaboración

Piensa en el estereotipo de una adolescente jugando videojuegos solo en un subterráneo. Ahora imagina que ella invita a unos pocos amigos a casa, o quizás a unos miles. Hoy, Internet y las redes sociales le dan a la gente acceso a grandes comunidades en línea de jugadores, lo que es una gran cosa. Como señala David Shaffer en su libro How Computer Games Help Children Learn (Cómo los juegos de computador le ayudan a los niños a aprender), la colaboración en los juegos ayuda a que las personas puedan aprender activamente y a su propio ritmo, creando un espacio seguro para tomar riesgos y realizar acciones recíprocas.

Estimulamos la colaboración en nuestro juego de acción a través de dos equipos, uno en cada lado de la mesa (ver Figura 6). Cada equipo debía trabajar junto para arrastrar las moléculas a los receptores. Esto creaba un objetivo común y un foco visual, además de un sentido de la competencia. Los jugadores se apoyaban mutuamente y reforzaban mensajes clave a través de sus acciones.

Closeup of hands playing on the interactive surface
Figura 6. Estimulamos la interacción colaborativa creando un juego de acción en que los jugadores debían trabajar en equipo para ganar.

9. Un Plan para los Tramposos

Todos hemos estado ahí: ¿Por qué debemos seguir las reglas si podemos ganar más puntos usando menos tiempo y energía? Los diseñadores se deben anticipar a los jugadores que quieren engañar al sistema. De lo contrario, se corre el riesgo en educar a la audiencia en trucos en vez de mensajes clave. En nuestra trivia de verdader-falso, decidimos aplicar una penalización de tiempo después de tres respuestas correctas para prevenir a quienes contestaban al azar. En nuestro juego de acción, hicimos que apareciera un círculo alrededor de la molécula una vez que la tocaban. Así un jugador podía arrastrar la molécula pero no fuera de su área, para evitar que la llevara directamente al receptor.

10. Mide el Éxito

¿Cuál es tu puntaje como diseñador de juego? Evaluar tu videojuego es crítico para entender el éxito y crear mejores juegos en el futuro. Y es bastante simple. Medir las interacciones de los jugadores puede estar completamente automatizado y puede hacerse a través de la recolección de las respuestas a las preguntas de la trivia y a los tiempos de respuesta en las acciones en el juego. Estos datos pueden contarte cuán difícil encontraron los jugadores el juego y cuánto aprendieron, así como ayudarte a comunicar la efectividad del juego a los públicos involucrados.

En Resumen

Es difícil hacer bien el diseño de un juego. Es aún más difícil cuando se debe enseñar sobre un tema biomédico complejo. Esperamos que estos consejos prácticos de nuestra experiencia de diseño de juegos le ayuda a los diseñadores de experiencia de usuario crear juegos educativos más comprometidos así como simultáneamente aumentar la popularidad de los juegos como experiencias de aprendizaje altamente efectivas e inmersivas.