摘"要：針對游戲引擎類課程在教學中存在的問題，本文提出了以案例與項目驅(qū)動為導(dǎo)向的“游戲架構(gòu)與設(shè)計”課程教學改革方案。在深入研究國內(nèi)外游戲引擎類課程教學現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，分別從教學思路、教學內(nèi)容、教學方法、考核與評價、教學資源這幾方面對具體的改革措施進行了闡述。此外，本文還對改革實施過程中可能面臨的問題進行了深入探討，并依據(jù)可靠數(shù)據(jù)對教學效果進行了嚴謹?shù)挠懻撆c分析，實踐表明教學效果確實得到了較大提升。

關(guān)鍵詞：案例與項目驅(qū)動；游戲引擎；游戲架構(gòu)與設(shè)計；教學改革

近年來，娛樂科技行業(yè)的發(fā)展使得業(yè)界人才缺口增大，國外許多高校都開設(shè)了游戲及虛擬現(xiàn)實相關(guān)專業(yè)或在計算機類專業(yè)中設(shè)置了游戲引擎類課程［1］。

我國高校計算機類專業(yè)很多也開設(shè)了游戲及虛擬現(xiàn)實課程，如浙江大學開設(shè)了“計算機游戲程序設(shè)計”“虛擬現(xiàn)實與數(shù)字娛樂”等課程；華中師范大學開設(shè)了“3D游戲程序設(shè)計技術(shù)”課程；山東理工大學開設(shè)了“虛擬現(xiàn)實技術(shù)”“增強現(xiàn)實技術(shù)”等一系列課程。與國外不同的是，這類課程多開設(shè)在本科階段。

作為已編好且可編輯的電腦游戲系統(tǒng)和交互式實時圖像應(yīng)用的核心組件，游戲引擎不僅服務(wù)于游戲行業(yè)，也在教育和虛擬現(xiàn)實領(lǐng)域得到長足應(yīng)用，如教育移動應(yīng)用、虛擬實驗室的開發(fā)、文物重現(xiàn)、民俗等非物質(zhì)文化遺產(chǎn)的虛擬仿真等。

在游戲引擎的基礎(chǔ)上，我們很容易實現(xiàn)一個虛擬現(xiàn)實的應(yīng)用場景，或開發(fā)一個小游戲或移動應(yīng)用，因此引擎類課程的學習對學生的就業(yè)有著十分重要的意義。

1"游戲引擎類課程教學存在的問題

游戲引擎是一個包含了成熟的渲染引擎、物理引擎、碰撞檢測系統(tǒng)、音效、腳本引擎、電腦動畫、人工智能、網(wǎng)絡(luò)引擎以及場景管理的龐大系統(tǒng)。對于游戲引擎類課程，國外高校多采用20人左右的小班教學，教學方式傾向于個性化、靈活機動；而國內(nèi)即便是小班教學，班級人數(shù)也接近50人，故對于此類課程的教學很難采用個性化手段。課程教學中往往存在以下問題。

（1）游戲引擎與自編代碼混合編譯，相互影響，學生容易糾結(jié)于對引擎了解不徹底的問題，導(dǎo)致對引擎的應(yīng)用信心不足，學習動力不足。

（2）教學內(nèi)容難以講解，需要有工程經(jīng)驗的“雙師型”教師來授課方能勝任。

（3）教學內(nèi)容多，且部分內(nèi)容或應(yīng)用場景中涉及C、C++、C#底層編程技術(shù)，很難在理論教學的全面性與實驗和實踐的及時性之間找到平衡。

（4）大學教材多以知識體系為脈絡(luò)，難以顧全實驗、實踐需求。

這些問題都需要我們對這類課程現(xiàn)有的教學方法進行改革和探索。

2"案例及項目驅(qū)動的教學改革思路

分析游戲引擎類課程教學中存在的問題，借鑒企業(yè)項目培訓的經(jīng)驗，我們有以下幾點思考。

首先，由于引擎類課程內(nèi)容多、雜、深淺不一，精講會因課程比較生澀，導(dǎo)致知識體系難以完全概括進去，理論與實踐脫節(jié)；泛講會使學生只學習到皮毛，難以將知識應(yīng)用于實際開發(fā)。針對上述問題，可以根據(jù)課程要求對知識點的難易程度進行排序，設(shè)計一些與知識點結(jié)合的小型案例，結(jié)合案例進行教學，則可兼顧理論與實踐脫節(jié)問題［23］。

其次，企業(yè)項目案例一般過大，知識點不夠獨立，難以直接用于課堂教學，對此我們可以借鑒和分解企業(yè)案例，并設(shè)計部分案例補充遺漏知識點，這樣比全部自主設(shè)計案例效率更高，案例也更貼近實際應(yīng)用。

最后，傳統(tǒng)引擎類課程多倚重實踐經(jīng)驗豐富的教師，導(dǎo)致部分理論功底扎實但欠缺工程經(jīng)歷的教師面臨教學挑戰(zhàn)。如要求教師在授課前學習實踐教學案例，并親自設(shè)計實施綜合項目，從而降低對初始工程經(jīng)驗的依賴，釋放了教師理論教學潛力，提升了教學質(zhì)量與成效。

3"案例及項目驅(qū)動的教學改革

本校的游戲引擎類課程主要包括“游戲架構(gòu)與設(shè)計”“游戲架構(gòu)與設(shè)計實踐”“虛擬現(xiàn)實技術(shù)”等，涉及Unity引擎和Cocos2DX引擎等［4］，本文以“游戲架構(gòu)與設(shè)計”課程為例，對案例及項目驅(qū)動的游戲引擎類課程教學改革進行研究和探討。

3.1"教學內(nèi)容改革

案例與項目驅(qū)動的教學內(nèi)容改革融匯了傳統(tǒng)學歷教育的理論教學范式與職業(yè)培訓體系的實踐案例教學法，構(gòu)筑了“知識點”與“項目實踐”雙軌并行的教學路徑，致力于增強學生在游戲引擎技術(shù)領(lǐng)域的實際應(yīng)用與創(chuàng)新能力。

在廣泛調(diào)研甄選企業(yè)培訓案例素材［5］和高校教材后，圍繞Cocos2DX游戲引擎的核心結(jié)構(gòu)特性，本課程提煉出了界面設(shè)計、場景切換管理、數(shù)據(jù)存儲等一系列關(guān)鍵知識模塊，再針對各模塊核心知識點進行案例及項目的開發(fā)與設(shè)計，設(shè)計時遵循以下原則：

（1）案例設(shè)計遵循階梯式遞進原則，旨在兼顧不同學習起點與興趣愛好的學生群體，確保個性化教學的有效實施。

（2）各模塊均配備一個小型案例。將整個引擎架構(gòu)的知識體系拆解至各個案例之中，引導(dǎo)學生循序漸進地掌握引擎內(nèi)部工作原理。

（3）構(gòu)建案例時，注重將C++面向?qū)ο缶幊痰幕A(chǔ)概念，如封裝性、多態(tài)性、虛函數(shù)等理論融入案例的知識結(jié)構(gòu)中，以夯實學生的底層編程基礎(chǔ)。

（4）案例庫與時俱進，隨著引擎版本的更新迭代，適時調(diào)整和完善，同時汲取歷屆學生實驗中的成功經(jīng)驗和獨特解決方案，以更好地對接行業(yè)發(fā)展趨勢和就業(yè)市場需求。

（5）實踐項目的規(guī)劃與設(shè)計，在尊重并激發(fā)學生自主選擇和創(chuàng)新精神的基礎(chǔ)上，設(shè)定明確具體的項目要求和評價指標，確保項目既能滿足個性化創(chuàng)作空間，又能貼合課程總體教學目標。

通過教學內(nèi)容改革，學生能將所學案例知識點與實踐案例有效聯(lián)結(jié)，在實踐環(huán)節(jié)發(fā)揮個人創(chuàng)意，獨立設(shè)計并實現(xiàn)一個完整的項目作品，從而達成理論與實踐的深度融合。

3.2"教學方法改革

案例及項目驅(qū)動教學方法改革嚴格落實了以學生為學習主體、教師為指導(dǎo)核心的教學理念。

從教師角度看，要求教師不僅是知識的傳播者，還是學生學習過程中的引導(dǎo)者。在新的教學模式中，教師精心選取典型案例，通過詳細的步驟演示和原理講解，為學生構(gòu)建清晰的知識脈絡(luò)，并在項目實踐中，提供必要的技術(shù)支持與指導(dǎo)，引導(dǎo)他們發(fā)現(xiàn)和解決問題，鼓勵學生在項目設(shè)計與實施過程中獨立思考，自主學習。

從學生角度看，強調(diào)學生在學習過程中占據(jù)更為主動的地位。在教師的指導(dǎo)下，學生直接接觸和解決現(xiàn)實案例，通過親自動手實踐，逐步理解和掌握相關(guān)知識點，從而加深對理論知識的理解和記憶。同時，學生被賦予更大的自由度和創(chuàng)新空間，可以根據(jù)自身興趣和特長，在教師提供的框架內(nèi)自主設(shè)計和完成項目，鍛煉獨立思考、分析問題和解決問題的能力。

3.3"考核與評價改革

在響應(yīng)課程目標及深化教育評價的精細化訴求下，課程構(gòu)建了一套貫穿全程的過程化考核體系，旨在激發(fā)學生持久的學習動力，同時確保教師能夠?qū)崟r、準確地把握學生對各個知識點的吸收進程。考核具體要求如下表所示。

課程采用多元化評價體系，上機實驗單元強調(diào)實操技能與理論知識的應(yīng)用，通過嚴格把控實驗流程、作業(yè)質(zhì)量和報告撰寫來評價學生對實驗的掌握與再現(xiàn)能力。綜合實踐項目著重考查學生基于所學知識進行創(chuàng)新轉(zhuǎn)化的能力，通過原創(chuàng)小游戲的開發(fā)，評價其在系統(tǒng)設(shè)計、邏輯性、娛樂價值和創(chuàng)新性等方面的綜合素質(zhì)。期末筆試則作為對學期知識綜合掌握程度的集中檢測，深度考核學生的理論基礎(chǔ)與應(yīng)用能力。此評價體系全面、立體地反映了學生的學習進程與成果，遵循學術(shù)嚴謹性的同時，倡導(dǎo)創(chuàng)新實踐和知識綜合運用。

3.4"教學資源改革

以案例及項目為中心的教學模式對教學資源配置提出了更為嚴苛的標準。在硬件設(shè)施層面，游戲引擎類課程對計算機顯卡內(nèi)存配置的要求較高，常規(guī)個人電腦往往難以滿足開發(fā)環(huán)境的需求，因此需結(jié)合實驗室開放管理制度，優(yōu)化硬件資源配置，以強化教學支持。

在軟件環(huán)境方面，鑒于游戲引擎技術(shù)快速迭代的特點，課程配套軟件必須緊跟行業(yè)前沿趨勢和技術(shù)市場需求。

同時，可充分利用數(shù)字化教學平臺的優(yōu)勢，構(gòu)建線上虛擬課程體系，以此提供多元化、豐富的教學資源，旨在實現(xiàn)全方位的教學活動，包括但不限于：實時課堂講授、課后深度練習、實戰(zhàn)型項目訓練、智能化考核評估以及教學效果量化統(tǒng)計等環(huán)節(jié)。

4"有關(guān)問題的探討

在教學改革實踐中，我們針對若干重要問題進行了探討。

首先，分解設(shè)計與知識結(jié)構(gòu)相匹配的案例是可行的。我們借鑒企業(yè)培訓素材，結(jié)合C++理論體系和游戲引擎內(nèi)部結(jié)構(gòu)，分解、設(shè)計、升級了一些案例用于課程實踐，取得了良好效果。

其次，游戲引擎教學對提升學生的編程基礎(chǔ)和激發(fā)底層編程興趣具有顯著作用。據(jù)Cocos2DX引擎教學對專業(yè)學生就業(yè)及升學面試影響的調(diào)研顯示，此類教學有利于加強學生的編程根基，有助于提升高質(zhì)量就業(yè)率。

最后，游戲引擎版本的更迭雖快，但版本間延續(xù)性較強，功能接口相對穩(wěn)定，可將其作為教學內(nèi)容的拓展，借以激發(fā)學生對底層編程的興趣，使他們認識到快速迭代的行業(yè)工具背后，扎實的面向?qū)ο缶幊袒A(chǔ)才是未來就業(yè)市場的根本競爭力，從而化解部分學生過度依賴引擎模板設(shè)計的現(xiàn)象。

5"案例及項目驅(qū)動的教學改革效果分析

案例及項目驅(qū)動的教學改革通過引入逐層遞進的實踐性實驗案例，使學生能夠親手實現(xiàn)若干小型項目，這一改變極大地激發(fā)了學生的學習熱忱與主觀能動性。學生的編程技能得到了顯著提升，對參與各類競賽充滿了信心。此外，實踐作品展示答辯環(huán)節(jié)的競爭氛圍促進了同學們之間的互相切磋、借鑒，參與活動的積極性與通過作品展現(xiàn)自我的意識明顯增強，教學整體效果顯著提升。

具體來說，學生對實驗的興趣比較高，學生的實驗案例和實踐項目完成率非常穩(wěn)定，不少同學都對案例進行了界面美化、功能擴展和完善。

2022年網(wǎng)選1班學生實驗完成度為99%，成績分布情況如圖1所示。僅5%左右的學生實驗完成質(zhì)量不合格，而完成質(zhì)量達到80%以上的學生達到了73.68%。

圖1"2022年網(wǎng)選1班綜合成績分布

網(wǎng)選1班作業(yè)成績統(tǒng)計情況如圖2所示，實驗平均成績達到了85.94分。其中益智游戲項目的完成率為100%，最高分為99分，最低分為42分，平均分為87.68分。

圖2"2022年網(wǎng)選1班作業(yè)成績統(tǒng)計

近年來，學生屢獲游戲設(shè)計與開發(fā)相關(guān)獎項，曾獲計算機設(shè)計大賽動漫游戲組國家級三等獎和虛擬現(xiàn)實VR與增強現(xiàn)實AR組國家級二等獎的好成績，在中國大學生數(shù)字媒體科技作品及創(chuàng)意競賽中也獲得了國賽三等獎的好成績。不少同學進入游戲開發(fā)和虛擬現(xiàn)實行業(yè)工作，學生的實踐創(chuàng)新能力明顯增強。

6"結(jié)論

案例及項目驅(qū)動的游戲引擎類課程教學改革是有卓越成效的，每一次案例的成功實施都給學生帶來了成功的體驗，也讓教師在教學過程中間接積累了工程實踐經(jīng)驗。

鑒于市場對相關(guān)人才的迫切需求、課程設(shè)置的廣泛性以及引擎在多元場景中的廣泛應(yīng)用，本文提出的改革措施對于計算機類涉及虛擬現(xiàn)實、游戲制作以及教育移動應(yīng)用等方向的課程具有重要參考價值，對于網(wǎng)站框架類課程的教學改革也有一定啟迪作用。

參考文獻：

［1］崔凌毅.基于“虛擬現(xiàn)實+”的數(shù)字媒體技術(shù)探索［J］.山西財經(jīng)大學學報，2022，44（S2）：188190.

［2］唐廣花.案例驅(qū)動教學法在《Android移動開發(fā)技術(shù)》課程的應(yīng)用［J］.計算機工程與科學，2019，41（S1）：196199.

［3］敖謙，劉華，賈善德.混合學習下“案例—任務(wù)”驅(qū)動教學模式研究［J］.現(xiàn)代教育技術(shù)，2013，23（03）：122126.

［4］臧兆祥，陳露露，萬文梅，等.項目驅(qū)動的游戲開發(fā)課程群的教學模式探討［J］.科技風，2022（30）：122124.

［5］關(guān)東升，趙志榮.Cocos"2"dx學習筆記：完全掌握C++API與游戲項目開發(fā)［M］.北京：清華大學出版社，2016.

基金項目：2021年湖北高校省級教學研究項目“編程項目驅(qū)動的游戲智能和圖形渲染課程群的教學方法研究”（2021262）；三峽大學教研項目“基于案例及項目驅(qū)動的游戲引擎類課程的改革與實踐研究”（J2022060）

作者簡介：王俊英（1971—"），女，漢族，湖北黃梅人，博士，教授，研究方向：模式識別和圖像處理、游戲設(shè)計與開發(fā)；任肖月（2001—"），女，漢族，河南開封人，在讀碩士研究生，研究方向：模式識別和圖像處理；臧兆祥（1985—"），男，漢族，云南曲靖人，博士，副教授，研究方向為機器學習和進化算法；陳明（1979—"），男，漢族，湖北宜昌人，碩士，講師，研究方向為教育技術(shù)學。