“智能游戲開發(fā)與設(shè)計(jì)”課堂教學(xué)

舒禹程　于洪

摘 要：針對(duì)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的特點(diǎn)與“智能游戲開發(fā)與設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)實(shí)際情況，分析課程教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)的重點(diǎn)，從教學(xué)內(nèi)容制定、動(dòng)手能力培養(yǎng)、智能專業(yè)特色體現(xiàn)、課程考核等方面闡述“智能游戲開發(fā)與設(shè)計(jì)”課程的課堂教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：游戲開發(fā)與設(shè)計(jì)；智能教育；課堂教學(xué)

0 引 言

隨著通訊、電子、智能設(shè)備等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展，游戲這門“第九藝術(shù)”也在進(jìn)行不斷地演化；在其大型化、專業(yè)化、網(wǎng)絡(luò)化、設(shè)備化等趨勢(shì)中，游戲領(lǐng)域逐漸醞釀了諸如移動(dòng)化、碎片化、個(gè)性化、智能化等新興的發(fā)展方向。根據(jù)《2016年中國(guó)游戲產(chǎn)業(yè)報(bào)告》[1]顯示，隨著游戲業(yè)的井噴式發(fā)展，游戲產(chǎn)業(yè)的社會(huì)認(rèn)同度節(jié)節(jié)攀升，逐漸形成大眾化的娛樂(lè)模式。同時(shí)，游戲業(yè)的外延與動(dòng)漫、電影、旅游、玩具等其他文化產(chǎn)業(yè)相互滲透、融合發(fā)展，越來(lái)越深遠(yuǎn)地影響到人們生活的各個(gè)層面。

因此，在開展“智能游戲開發(fā)與設(shè)計(jì)”的課堂教學(xué)時(shí)，要求任課教師能夠在不斷迭代的教學(xué)過(guò)程中始終對(duì)于游戲前沿發(fā)展保持敏感性，能夠?qū)I(yè)界的最新動(dòng)態(tài)與技術(shù)介紹給學(xué)生，從而保證課堂知識(shí)的時(shí)效性，達(dá)到教學(xué)目標(biāo)、提升教學(xué)效果。而如何依托智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)，對(duì)于游戲與人工智能技術(shù)進(jìn)行有機(jī)的結(jié)合，使得學(xué)生能夠在學(xué)習(xí)游戲開發(fā)技術(shù)的同時(shí)把握智能專業(yè)的特色，學(xué)習(xí)智能專業(yè)知識(shí)，也是“智能游戲開發(fā)與設(shè)計(jì)”課堂教學(xué)環(huán)節(jié)的關(guān)鍵內(nèi)容[2]。

1 課程特點(diǎn)與教學(xué)目標(biāo)

“智能游戲開發(fā)與設(shè)計(jì)”是一門綜合性的程序設(shè)計(jì)技能發(fā)展類課程，主要講授游戲開發(fā)過(guò)程中的各項(xiàng)基本理論，通過(guò)對(duì)游戲開發(fā)與設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的人機(jī)交互、圖像處理、人工智能等技術(shù)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生具備基本的游戲開發(fā)技能[3]。

開設(shè)該課程的主要目標(biāo)包括：①講解游戲設(shè)計(jì)的基本原則與理念，培養(yǎng)學(xué)生的代碼編寫能力、系統(tǒng)設(shè)計(jì)能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力；②講授游戲程序開發(fā)過(guò)程中的核心流程與關(guān)鍵技術(shù)，針對(duì)游戲引擎的特點(diǎn)進(jìn)行游戲開發(fā)知識(shí)的學(xué)習(xí)與經(jīng)驗(yàn)積累；③為大學(xué)生在游戲這一新興領(lǐng)域的就業(yè)技能進(jìn)行拓展，通過(guò)系統(tǒng)的綜合訓(xùn)練，提升學(xué)生綜合素質(zhì)與職業(yè)素養(yǎng)。

2 課程教學(xué)分析

根據(jù)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的特點(diǎn)與基本培養(yǎng)目標(biāo)，在研究與設(shè)計(jì)“智能游戲開發(fā)與設(shè)計(jì)”課程教學(xué)方案時(shí)，應(yīng)該充分考慮到本專業(yè)的特點(diǎn)，與課程中的人工智能知識(shí)學(xué)習(xí)進(jìn)行相應(yīng)的鏈接；在課程內(nèi)容安排時(shí)，既要結(jié)合培養(yǎng)方案，考慮學(xué)生的基本知識(shí)掌握情況，又要緊密聯(lián)系行業(yè)前沿發(fā)展，力爭(zhēng)吸引學(xué)生積極參與；在課程設(shè)置時(shí)，有針對(duì)性地培養(yǎng)學(xué)生在程序編寫、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、團(tuán)隊(duì)合作等方面的能力。

2.1 承接培養(yǎng)進(jìn)程，制定教學(xué)內(nèi)容

“智能游戲開發(fā)與設(shè)計(jì)”課程主要面向智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)高年級(jí)本科生，要求學(xué)生對(duì)于編程語(yǔ)言、面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、算法設(shè)計(jì)與分析等前置課程進(jìn)行相應(yīng)的學(xué)習(xí)。因此，在設(shè)計(jì)本課程的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，需要對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程、總體專業(yè)技能、培養(yǎng)目標(biāo)達(dá)成等情況保持持續(xù)的跟蹤，才能有針對(duì)性地進(jìn)行課程的綜合設(shè)計(jì)以及內(nèi)容的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

具體到游戲開發(fā)教學(xué)環(huán)節(jié)，其核心內(nèi)容是基于游戲引擎進(jìn)行各項(xiàng)具體知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)，因此其重點(diǎn)在于確定好教學(xué)時(shí)采用的游戲引擎。根據(jù)分析可知，Cocos2d-x這款游戲引擎能夠滿足課程要求。Cocos2d-x是一款開源的二維游戲引擎，基于OpenGL ES，支持JavaScript、C++、Lua等開發(fā)語(yǔ)言，具有效率高、可擴(kuò)展等優(yōu)良特性。在此引擎框架下開發(fā)的游戲能夠十分方便地移植到各個(gè)平臺(tái)，如在傳統(tǒng)PC，移動(dòng)端的Android、Windows Phone、iOS等平臺(tái)上進(jìn)行高效的遷移。Cocos2d-x為游戲開發(fā)者提供了便捷、友好的開發(fā)工具包，特別是在當(dāng)今移動(dòng)化、個(gè)性化、碎片化、輕量化的游戲消費(fèi)市場(chǎng)[4]，出現(xiàn)了很多基于Cocos2d-x引擎開發(fā)的優(yōu)秀游戲。

因此，從課程難度、接受程度、所學(xué)內(nèi)容、行業(yè)發(fā)展等方面進(jìn)行綜合平衡，課程組認(rèn)為以Cocos2d-x二維游戲引擎為基礎(chǔ)的課程內(nèi)容能夠滿足學(xué)生后續(xù)發(fā)展的客觀需求，對(duì)于培養(yǎng)方案進(jìn)行有效的承接，為課程的高效開展打好基礎(chǔ)。

2.2 把握學(xué)科導(dǎo)向，培養(yǎng)動(dòng)手能力

“智能游戲開發(fā)與設(shè)計(jì)”是一門綜合性程度較高、與實(shí)際產(chǎn)業(yè)需求結(jié)合緊密、對(duì)于學(xué)生能力要求較高的課程，學(xué)生動(dòng)手能力的高低直接決定了課程培養(yǎng)的效果；從另一方面來(lái)說(shuō)，我們期望該課程能夠繼續(xù)提升高年級(jí)本科生的實(shí)際代碼編寫和程序設(shè)計(jì)能力，積累項(xiàng)目合作、文檔撰寫等方面的經(jīng)驗(yàn)，做好學(xué)科知識(shí)的進(jìn)一步儲(chǔ)備與綜合能力的拓展。因此，在進(jìn)行教學(xué)方案的制定與課程設(shè)計(jì)時(shí)，學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)與鍛煉是課程的一項(xiàng)重點(diǎn)目標(biāo)。

具體來(lái)說(shuō)，如何將理論知識(shí)的學(xué)習(xí)與動(dòng)手能力的培養(yǎng)進(jìn)行整合是課程進(jìn)行過(guò)程中的核心問(wèn)題。首先，在進(jìn)行課程的前期準(zhǔn)備時(shí)，應(yīng)當(dāng)基于教學(xué)與實(shí)驗(yàn)環(huán)境，開發(fā)并積累相應(yīng)的代碼示例、程序demo，并搭建網(wǎng)絡(luò)共享平臺(tái)，使得學(xué)生能夠方便地獲取相關(guān)資源。在課堂上進(jìn)行知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)時(shí)，也應(yīng)本著培養(yǎng)動(dòng)手能力的思想，為學(xué)生展示知識(shí)點(diǎn)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程。為了讓學(xué)生能夠更快上手，利用緊張的學(xué)習(xí)時(shí)間充分地獲得提升，從游戲引擎環(huán)境的搭建到詳細(xì)的程序框架，再到具體的例子，都需要對(duì)其中的關(guān)鍵代碼、步驟進(jìn)行細(xì)致的講解，并直接在教學(xué)時(shí)運(yùn)行代碼進(jìn)行編譯、調(diào)試、程序運(yùn)行展示。

2.3 體現(xiàn)智能特色，開展專題學(xué)習(xí)

自2009年以來(lái)，在重慶郵電大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的培養(yǎng)方案設(shè)計(jì)中，我們將“智能游戲開發(fā)與設(shè)計(jì)”作為特色課程進(jìn)行相應(yīng)的建設(shè)。利用這門課程，我們也將智能專業(yè)的影響拓展到學(xué)生學(xué)習(xí)的不同層面，在理論課程中進(jìn)行專題學(xué)習(xí)，在實(shí)踐課程中整合游戲程序的設(shè)計(jì)資源，同時(shí)也為學(xué)生提供參與相關(guān)科技活動(dòng)的機(jī)會(huì)。

具體到本課程的教學(xué)環(huán)節(jié)，我們對(duì)其中的智能特色進(jìn)行了有目的性的拓展。人工智能（AI）技術(shù)作為游戲開發(fā)過(guò)程中的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容，已經(jīng)與游戲內(nèi)容產(chǎn)生越來(lái)越深刻的關(guān)聯(lián)，無(wú)論是游戲代入感的建立、游戲可玩性的提高，還是游戲交互性的增強(qiáng)，都需要優(yōu)秀的人工智能算法與之匹配。從現(xiàn)在的人工智能領(lǐng)域發(fā)展來(lái)看，已經(jīng)出現(xiàn)了各種類型的突破，具體表現(xiàn)在：玩家與AI的合作、玩家與AI的對(duì)抗、AI直接操縱游戲等方面的研究。因此，在課程進(jìn)行中，應(yīng)該為學(xué)生提供豐富的游戲人工智能知識(shí)介紹與學(xué)習(xí)。endprint

2.4 依據(jù)課程特點(diǎn)，設(shè)計(jì)考核模式

考核是衡量課程教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)到，教學(xué)效果是否滿意的基本指標(biāo)。智能游戲設(shè)計(jì)與分析課程的主要教學(xué)目標(biāo)在于為大學(xué)生進(jìn)行游戲領(lǐng)域知識(shí)引入，普及游戲開發(fā)理念，同時(shí)以游戲設(shè)計(jì)與開發(fā)為契機(jī)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際編程、團(tuán)隊(duì)合作能力。因此，我們認(rèn)為可以將本課程考核的核心內(nèi)容確定為：分小組分任務(wù)的游戲程序項(xiàng)目開發(fā)與展示。

在進(jìn)行具體的考核過(guò)程設(shè)計(jì)時(shí)，需要本著公平、有效、可行的原則，以本門課程考核形式的特點(diǎn)為依據(jù)。一般來(lái)說(shuō)，在進(jìn)行以小組為基礎(chǔ)的考核時(shí)，面臨的一項(xiàng)普遍問(wèn)題就是團(tuán)隊(duì)分工不清、職責(zé)不明、大包大攬等情況。為了解決這一問(wèn)題，我們認(rèn)為可以遵循以下幾個(gè)思路：①在項(xiàng)目報(bào)告中明確職責(zé)分工，包括且不局限于：游戲策劃、程序設(shè)計(jì)與編寫、美術(shù)設(shè)計(jì)等，旨在發(fā)揮不同學(xué)生的專長(zhǎng)；②由于課程對(duì)象為計(jì)算機(jī)專業(yè)學(xué)生，因此必須明確小組每位成員的基本任務(wù)，即每位組員須熟悉完整的程序框架與代碼，并進(jìn)行針對(duì)性地考核，如此可以起到真正鍛煉學(xué)生程序設(shè)計(jì)能力的目的；③為了保證以上要求順利執(zhí)行，對(duì)于宣講時(shí)的打分方式也應(yīng)當(dāng)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。

3 課程教學(xué)實(shí)例

重慶郵電大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)系對(duì)于“智能游戲開發(fā)與設(shè)計(jì)”這門正在建設(shè)中的專業(yè)課程十分重視。在課堂教學(xué)的進(jìn)程中我們不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，更新先進(jìn)理念，進(jìn)行教學(xué)探索；對(duì)于如何在智能教育的框架下設(shè)計(jì)本課程，我們也正在開展持續(xù)的教學(xué)研究，積累發(fā)展思路。

3.1 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

具體到課堂教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)，我們主要?jiǎng)澐值恼鹿?jié)包括游戲開發(fā)簡(jiǎn)介、游戲引擎概覽、二維游戲場(chǎng)景繪制、游戲界面設(shè)計(jì)、二維游戲動(dòng)畫合成、碰撞檢測(cè)與運(yùn)動(dòng)模擬、游戲粒子系統(tǒng)、游戲音效編程、游戲中的人工智能等[5]。同時(shí)，如圖1所示，課程組也為學(xué)生準(zhǔn)備了在基于Cocos2d-x引擎的游戲開發(fā)流程中所需的開發(fā)工具包。

為了對(duì)學(xué)生的動(dòng)手能力進(jìn)行針對(duì)性地培養(yǎng)，我們將其融入了知識(shí)點(diǎn)學(xué)習(xí)的過(guò)程。比如，在課堂上進(jìn)行Cocos2d-x程序“HelloWorld”框架的講解時(shí)（如圖2所示），同時(shí)打開相應(yīng)的代碼編輯器，實(shí)際操作，讓學(xué)生能夠直觀地理解從“main”到“AppDelegate”再到“HelloWorldScene”的程序入口；然后立即進(jìn)行調(diào)試，添加了載入tmx地圖文件的代碼，讓學(xué)生真正從動(dòng)手操作的角度理解游戲設(shè)計(jì)思路；而在程序成功載入地圖并顯示在屏幕上之后，學(xué)生的積極性也被明顯地帶動(dòng)起來(lái)。

在結(jié)合智能專業(yè)特色進(jìn)行本課程的教學(xué)時(shí)，我們既安排人工智能新技術(shù)的介紹，又進(jìn)行了游戲人工智能算法的講解。在課程前期，我們基于深度學(xué)習(xí)算法被應(yīng)用在圍棋游戲的例子，介紹了從傳統(tǒng)圍棋AI程序到Alpha Go再到Master的一系列發(fā)展以及其背后的基本算法機(jī)制。結(jié)合游戲設(shè)計(jì)課程，介紹了基于深度學(xué)習(xí)的強(qiáng)化學(xué)習(xí)算法被應(yīng)用在雅達(dá)利游戲、星際爭(zhēng)霸、吃豆人等游戲上的例子，體現(xiàn)了當(dāng)前人工智能領(lǐng)域的最新進(jìn)展，激發(fā)了學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)各種智能算法的興趣。在具體的游戲人工智能算法學(xué)習(xí)時(shí)，我們?yōu)閷W(xué)生重點(diǎn)介紹了一些常用的算法，如尋路算法、決策樹、模糊邏輯等。同學(xué)們學(xué)習(xí)興趣濃厚，并在期末項(xiàng)目考核時(shí)有意識(shí)地實(shí)現(xiàn)了部分人工智能算法。

3.2 考核設(shè)計(jì)

根據(jù)前文所述，我們依據(jù)教學(xué)內(nèi)容安排，制定了相應(yīng)的考核方式，主要包含：①平時(shí)成績(jī)，20%；②期末項(xiàng)目宣講，60%；③項(xiàng)目書面報(bào)告，20%。

其中，平時(shí)成績(jī)主要包含考勤與小作業(yè)，各占平時(shí)成績(jī)的50%。最后提交的項(xiàng)目書面報(bào)告主要依托于期末項(xiàng)目宣講的主要內(nèi)容，進(jìn)行書面化規(guī)范化寫作。本課程考核的核心是以小組為單位進(jìn)行期末項(xiàng)目宣講。在宣講時(shí)，對(duì)于每小組的考核主要分3個(gè)階段進(jìn)行，分別是：①游戲程序演示；②關(guān)鍵代碼與流程講解；③提問(wèn)與回答。參與這3個(gè)階段的學(xué)生是由抽簽程序決定，要求覆蓋到小組所有成員。三個(gè)階段分別打分，分值各占1/3，使得考核過(guò)程能夠充分反映具體學(xué)生的工作量，同時(shí)也起到監(jiān)督小組分工執(zhí)行的目的。在實(shí)際的項(xiàng)目宣講中，涌現(xiàn)出許多完成度較高、程序質(zhì)量較好的優(yōu)秀游戲，獲得了很好的課堂教育效果，部分例子如圖3所示。

4 結(jié) 語(yǔ)

本門課程以重慶郵電大學(xué)智能科學(xué)與技術(shù)專業(yè)為支撐，以計(jì)算智能重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室為依托，具有良好的教學(xué)研究基礎(chǔ)與實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。希望通過(guò)研究與創(chuàng)新，能夠持續(xù)不斷地提升課程質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)能力，為游戲行業(yè)提供人才基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 中國(guó)音像與數(shù)字出版協(xié)會(huì)游戲工委. 2016年中國(guó)游戲產(chǎn)業(yè)報(bào)告[EB/OL]. [2016-12-22]. http：//www.cgigc.com.cn/gamedata/index.html.

[2] 欒曉， 于洪. 智能游戲開發(fā)與設(shè)計(jì)課程教學(xué)方法探索[J]. 計(jì)算機(jī)教育， 2016（10）： 42-44.

[3] 李儀.“人工智能與游戲編程”課程設(shè)計(jì)[J]. 計(jì)算機(jī)教育， 2010（19）： 99-117.

[4] 曾憲華， 李偉生， 于洪. 智能信息處理課程群下的機(jī)器學(xué)習(xí)課程教學(xué)改革[J]. 計(jì)算機(jī)教育， 2014（10）： 60-62.

[5] 張?jiān)? 面向游戲產(chǎn)業(yè)新趨勢(shì)的高校游戲設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革[J]. 計(jì)算機(jī)教育， 2015（12）： 24-27.

（編輯：郭田珍）endprint