王美麗，王澤鵬，楊 龍

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 信息工程學(xué)院，陜西 楊凌 712000)

一、引言

大學(xué)“雙一流”建設(shè)的目標(biāo)是培養(yǎng)高水平創(chuàng)新型人才，目前高校教師以教學(xué)科研型教師為主，如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、處理好科研與教學(xué)的關(guān)系是高等教育面臨的問題，研究表明，科研促進教學(xué)對于提高教師教學(xué)水平和科研能力以及培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實踐精神具有重要的作用[1]。然而目前課程教學(xué)通常是教師以教授為主、學(xué)生以識記為主，沒有結(jié)合創(chuàng)新實踐的模式，這是造成學(xué)生普遍缺乏創(chuàng)新意識的主要原因。創(chuàng)建“雙一流”大學(xué)、培養(yǎng)創(chuàng)新應(yīng)用型人才必須將教學(xué)與科研結(jié)合起來，一方面提高教師科研能力，把創(chuàng)新教育作為評價教師課程教學(xué)質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)；另一方面將教師科研成果引入教學(xué)，充分把科研優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為教學(xué)優(yōu)勢，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的興趣，實現(xiàn)教學(xué)、科研的相輔相成[2]。近年來，我國動畫產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，涌現(xiàn)出了一批諸如《秦時明月》《大圣歸來》《哪吒》等優(yōu)秀影視動畫作品，但是對動畫領(lǐng)域的投資力度相對較小以及對人才培養(yǎng)投入的不足嚴(yán)重制約了我國動畫產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。為了推動國內(nèi)三維動畫技術(shù)的發(fā)展，計算機動畫專業(yè)教學(xué)的改革就變得刻不容緩[3-4]。作者探索研究型教學(xué)模式在計算機動畫課程中的實踐應(yīng)用。

二、目前課程教學(xué)存在問題分析

(一)課程設(shè)置不系統(tǒng)，授課內(nèi)容分散

《計算機動畫》課程主要授課內(nèi)容包括計算機動畫基本原理、基本概念、OpenGL動畫編程、圖形基礎(chǔ)、關(guān)鍵幀插值、粒子系統(tǒng)、角色動畫及物理動畫等，涉及的內(nèi)容從學(xué)科基本理論知識到科研活動應(yīng)用再到動畫產(chǎn)品制作，內(nèi)容比較分散，且每一方面都有大量的知識需要學(xué)習(xí)，因此需要針對課程內(nèi)容進行模塊化設(shè)計，讓同學(xué)們在每一個模塊都能形成系統(tǒng)性的知識框架，增加教學(xué)深度。此外教學(xué)內(nèi)容與實際市場的需求相脫節(jié)[4]，考慮當(dāng)前社會對計算機動畫專業(yè)人才的需求，計算機動畫專業(yè)的教學(xué)課程設(shè)置和教學(xué)內(nèi)容需要注重創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)。然而大多數(shù)高校并非如此，并沒有按照市場的需求去設(shè)置專業(yè)課程，在教學(xué)過程中采用照本宣科的死板模式，應(yīng)用創(chuàng)新方面不夠突出，導(dǎo)致學(xué)生創(chuàng)新思維跟不上，不能滿足社會對計算機動畫專業(yè)人才的需求。

(二)與學(xué)科前沿結(jié)合不夠，缺乏科研訓(xùn)練

計算機動畫技術(shù)發(fā)展迅速，然而目前授課使用的教材往往是幾年前撰寫完成的，未能與最新的科研技術(shù)接軌，導(dǎo)致教材雖然對領(lǐng)域內(nèi)基本的知識講解充分，但是對最前沿的成果與最新發(fā)展方向講解不足，進而造成人才輸出落后，學(xué)生雖然掌握了基本的理論知識，卻不能迅速地應(yīng)用到自己的科研方向上，阻礙了學(xué)生有意愿繼續(xù)深造的發(fā)展。

(三)考核方式不全面

目前多數(shù)高校對計算機動畫課程的考核依照傳統(tǒng)課程考核方法，主要以課程實驗、期末大作業(yè)為主，沒有深入的理論性指導(dǎo)，無法調(diào)動學(xué)生的積極性，而且通常由任課教師獨立完成成績評定，具有較強的主觀性，不符合本課程的特征，導(dǎo)致這種考核方式起不到積極促進的作用[3]。

三、改革措施

(一)授課內(nèi)容模塊化設(shè)計

模塊化設(shè)計首先要遵循實用性原則，其次要注重系統(tǒng)性和復(fù)合性。通過梳理已有課程體系及課程內(nèi)容進行模塊化設(shè)計，增加教學(xué)深度。結(jié)合課程內(nèi)容分為以下三個模塊：動畫基礎(chǔ)(基本原理及概念、圖形基礎(chǔ)、OpenGL編程基礎(chǔ)、關(guān)鍵幀插值)、三維建模(多邊形建模、曲面建模、參數(shù)化建模)及動畫制作(流體動畫、角色動畫)。

針對每一個模塊再進行小模塊梳理。以角色動畫中的人臉動畫為例，小模塊設(shè)計思路如下：三維建模-三維掃描儀獲取-變形技術(shù)-數(shù)據(jù)驅(qū)動動畫生成，其中人臉動畫制作的四個模塊之間層層遞進，每一個模塊都在前一個模塊完成的基礎(chǔ)上構(gòu)建，具有很強的邏輯性。模塊化課程設(shè)計有助于增強課程內(nèi)容間的邏輯性，幫助學(xué)生更快地建立科學(xué)的理論體系，有助于學(xué)生對科學(xué)知識的理解與記憶。

(二)科研嵌入式教學(xué)模式

在課程內(nèi)容模塊化設(shè)計的基礎(chǔ)上，結(jié)合前沿技術(shù)和科研成果，開展科研嵌入式教學(xué)模式的探索以強化教學(xué)質(zhì)量[5]，具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

1. 認真設(shè)置科研課題，融入教師的科研感悟

大部分高校設(shè)置的教學(xué)課程重視基礎(chǔ)理論教學(xué)的研究，而一個領(lǐng)域的研究不是停滯不變的，尤其對于計算機領(lǐng)域其發(fā)展更是日新月異。因此，課程設(shè)置應(yīng)結(jié)合最新科研成果和市場需求，在模塊化授課內(nèi)容的基礎(chǔ)上認真設(shè)置科研課題[2]。以計算機動畫課程為例，可以為學(xué)生挑選出2-3個當(dāng)下最新的動畫領(lǐng)域科研成果報告會，在課程設(shè)置中加入在線觀看技術(shù)報告會這一環(huán)節(jié)，觀看結(jié)束后師生可進行交流和討論，讓學(xué)生增強對理論教學(xué)和科研實踐二者之間融合與聯(lián)系的認知度，從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)相關(guān)專業(yè)知識的主動性和積極性。除此之外，課程的教學(xué)可適時引入教師本人的科研課題，從中提煉出適合學(xué)生水平并具有一定挑戰(zhàn)性，符合課程特色的理論或?qū)嵺`課題。筆者從事的是計算機圖形圖像的相關(guān)研究，在教學(xué)安排中，可從中選取相關(guān)的科研成果來設(shè)計課程項目，主要考慮一些能讓學(xué)生喜聞樂見、具備深度且適合用動畫展示出來的科研項目，從而激發(fā)學(xué)生的科研興趣。

2. 采取靈活多樣的授課方式

以大班講授、小班研討、科研團隊輔導(dǎo)為整體教學(xué)模式。采取學(xué)院認證教學(xué)科研團隊、學(xué)生選擇教學(xué)科研團隊的模式來進行教學(xué)[6-7]。

首先主講教師以制定的科研課題為例講授課程內(nèi)容，授課過程中允許師生互動討論，將學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性調(diào)動起來，緊接著將需要實踐的部分給學(xué)生予以演示，實驗條件允許的話應(yīng)該將學(xué)生的實踐部分也加入進來，便于學(xué)生對課堂所學(xué)知識點進行初步探索。為了便于教師輔導(dǎo)，可以將學(xué)生分成小組，對于30人的課程容量，可設(shè)置1名授課教師以大班形式授課，3個科研團隊以小班形式進行研討。

3. 注重啟發(fā)式輔導(dǎo)及課題延續(xù)性的應(yīng)用

教師可以通過設(shè)置問題的方式提高學(xué)生的主動性，例如在模型創(chuàng)建中，可以向?qū)W生提出模型是否體現(xiàn)了角色特征、還可以增加哪些細節(jié)、模型是否能夠在不同情景下活動自如并做出合適的姿態(tài)等問題。在編程中，可以向?qū)W生提出如何減少內(nèi)存的開銷、如何提升程序運行的速率、代碼是否可以簡化等問題。在動畫制作中，可以向?qū)W生提出動畫的故事是否有改進的地方、動畫的制作速度能否提升等問題。這些問題可以讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中主動思考，使學(xué)生對知識的掌握更加牢固。

4. 設(shè)計實驗題目—科研訓(xùn)練—畢業(yè)設(shè)計一體化訓(xùn)練模式

計算機動畫課程具有很強的實踐性，因此需要整合實驗項目，將科研思維融入實驗教學(xué)，從而有效提升教學(xué)質(zhì)量[8]。在課程內(nèi)容模塊化的基礎(chǔ)上，從平時實驗課程中精選出實驗題目，通過對實驗題目進行凝練，作為科研訓(xùn)練項目，進一步對科研訓(xùn)練項目進行升華，作為畢業(yè)設(shè)計題目，使得從設(shè)計從實驗題目到科研訓(xùn)練再到畢業(yè)設(shè)計，逐漸探索出科研訓(xùn)練和畢業(yè)實習(xí)一體化的教學(xué)模式[9]。

5. 科研訓(xùn)練基礎(chǔ)環(huán)節(jié)-文獻閱讀與綜述

文獻閱讀是學(xué)生跨入科研門檻、提升科研能力的基礎(chǔ)，然而多數(shù)學(xué)生初步嘗試閱讀文獻時常常會感到困惑，例如不知道閱讀哪些論文、讀多篇論文還是精讀論文。不可否認，一定的數(shù)量會帶來質(zhì)量的提升，但前提是要采用正確的方法。首先對于文獻的精選，應(yīng)該首先選擇精選領(lǐng)域內(nèi)頂級期刊、會議論文，針對計算機動畫，推薦ACM Transactions on Graphics(TOG)、 IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics(TVCG)及ACM SIGGRAPH Annual Conference(SIGGRAPH)等期刊與會議的相關(guān)論文，挑選重點文章進行精讀。

在文獻閱讀的基礎(chǔ)上，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生積極進行文獻綜述。教師可以首先要求學(xué)生在科研實踐前根據(jù)所選課題完成一篇3000-5000字、參考文獻20篇以上的文獻綜述；在熟悉前人研究工作的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生提出針對選題的可行性實驗方案。接著學(xué)生根據(jù)自己的科研訓(xùn)練方案按計劃進行實戰(zhàn)操作，完成既定訓(xùn)練目標(biāo)，科研訓(xùn)練任務(wù)結(jié)束。最后學(xué)生根據(jù)科研訓(xùn)練內(nèi)容寫出科研訓(xùn)練總結(jié)報告。在第八學(xué)期開學(xué)后，教師指導(dǎo)學(xué)生進一步分析方案，查閱文獻資料，提出創(chuàng)新點，擬定畢業(yè)論文題目。在科研訓(xùn)練及畢業(yè)設(shè)計基礎(chǔ)上，鼓勵學(xué)生撰寫學(xué)術(shù)論文，提升本科生科研水平。

6. 科研反哺教學(xué)，從課內(nèi)走向課外

科學(xué)研究對于部分學(xué)生來說相對枯燥，不利于激發(fā)學(xué)生主動學(xué)習(xí)的興趣，且理論知識過于抽象，不利于學(xué)生對學(xué)科內(nèi)容的深入理解，因此可以鼓勵學(xué)生參加“計算機動漫創(chuàng)意大賽”及各地區(qū)級的動漫設(shè)計大賽等與動畫課程相關(guān)的競賽，將科研進一步帶入到課外實踐中，將知識運用到實際的創(chuàng)作中，從而讓學(xué)生學(xué)以致用，激發(fā)對科研更深層次的興趣。

四、教學(xué)效果檢驗

以上改革措施之間環(huán)環(huán)相扣，且具有非常明確的科研目的，任何環(huán)節(jié)的結(jié)果都與后續(xù)項目密切關(guān)聯(lián)，因此考核上也不能依照傳統(tǒng)方式，應(yīng)該重新制定考核方案。通過以上改革措施可以將小組項目(含匯報)、科創(chuàng)項目(含匯報)、參加競賽、動畫作品及發(fā)表論文等五方面納入考核范圍[10]，針對以上項目單獨進行考核，其中任何一項都可以替代期末成績，學(xué)生可以都參與，最終取最高分作為期末成績。

學(xué)生完成課程實驗時，可以等到課程的全部授課內(nèi)容、所有項目結(jié)束后，依據(jù)最終的實驗結(jié)果融會貫通地以單個項目、幾個項目的形式提交，無需每個實驗都對應(yīng)一份實驗報告，最后由學(xué)生親自上臺對項目進行講述匯報，期間可與授課教師進行交流探討，促使學(xué)生用準(zhǔn)確、簡明的語句講解自己的觀點。這樣的模式不僅可以提升學(xué)生的實驗創(chuàng)新能力和動手能力，而且能培養(yǎng)學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的敏銳度、增強對實驗過程的歸納總結(jié)熟練度和概括實驗結(jié)果的精準(zhǔn)度、科學(xué)規(guī)范的科研論文寫作能力和對實驗結(jié)果的分析與匯報能力，為完成其他科研項目和以后研究生階段的培養(yǎng)任務(wù)奠定基礎(chǔ)。

以上項目完成情況考查學(xué)生對授課內(nèi)容的掌握程度、編程能力、自主解決問題及匯報能力等；進一步的科研訓(xùn)練是小組項目的延伸，一般獲批率不到20%，對于能夠獲批科研項目的同學(xué)，直接認定為良好以上，具體成績由獲批的科研項目等級決定。

科研交流同樣是一項十分重要的科研能力，科研人員之間的交流往往能給自己的研究帶來更多的啟發(fā)，推動研究的進展，目前國際上眾多的學(xué)術(shù)會議都是為了給科研人員提供一個交流的平臺。發(fā)表科研論文是進行科研交流的前提，在小組項目、科研訓(xùn)練基礎(chǔ)上，科研論文主要考查學(xué)生對實驗數(shù)據(jù)的分析、結(jié)果歸納、寫作能力及對相關(guān)文獻資料的掌握。對于學(xué)生的來說，寫作能力是一項十分重要的科研能力，良好的寫作能力不僅有助于之后論文的撰寫，也能讓學(xué)生在進行學(xué)位論文撰寫時更加輕松。在教學(xué)考核的內(nèi)容中增加論文寫作的內(nèi)容既可以達到優(yōu)化考核的目的，也可以提前讓學(xué)生鍛煉自己的論文寫作能力，是一項一舉多得的舉措，此項成績認定主要參考學(xué)生發(fā)表不同級別刊物的論文來定。

五、結(jié)論

為了滿足培養(yǎng)高水平創(chuàng)新型人才的需求，我們必須要對傳統(tǒng)的教學(xué)模式進行改革，而實現(xiàn)教學(xué)與科研的相輔相成對計算機動畫課程教學(xué)改革來說是非常必要的。作者分別從授課內(nèi)容選取、授課模式、實驗設(shè)計以及考核方式等方面進行實踐闡述，深度融合科研于各個教學(xué)環(huán)節(jié)中，致力于構(gòu)建完善、有效的研究型教學(xué)模式，最終取得科研和教學(xué)相輔相成的模式成果，提升知識傳播效果及學(xué)生的知識水平，進一步提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和科研能力。