“計算機游戲程序設(shè)計”課程的改革與教學(xué)實踐

周文宏 賈文 高悅 郭馥英 宋力

摘 要 目前 游戲產(chǎn)業(yè)的發(fā)展如火如荼 為了與時俱進 降低教學(xué)實踐中的游戲編程難度 提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣 對 計算機游戲程序設(shè)計 課程的教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)工具進行改革 并對教學(xué)方式進行研究和探索 以期提升教學(xué)質(zhì)量 從而提高學(xué)生的游戲設(shè)計與開發(fā)能力 以及工程實踐能力

關(guān)鍵詞 游戲程序設(shè)計Unity3D 教學(xué)方法

中圖法分類號： TP311? 文獻標識碼：A

１ 引言

在２０１０ 年，西安電子科技大學(xué)開設(shè)了“計算機游戲程序設(shè)計”課程，這門課程最初為計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院面向大三所開設(shè)的任選專業(yè)課，總學(xué)時３６ 學(xué)時，計２ 學(xué)分。

該課程的教學(xué)目標是讓學(xué)生了解游戲的分類、開發(fā)過程以及設(shè)計游戲所需的各種基本知識，并通過游戲設(shè)計實踐，使學(xué)生對游戲設(shè)計具備一定的基礎(chǔ)，同時培養(yǎng)學(xué)生的游戲設(shè)計全局觀，為進一步探索游戲設(shè)計奠定基礎(chǔ)。

開發(fā)工具使用Ｖｉｓｕａｌ Ｃ ＋ ＋， 結(jié)合ＤｉｒｅｃｔＸ 及ＯｐｅｎＧＬ。授課教材以耿衛(wèi)東、陳為編寫的《計算機游戲程序設(shè)計》（第二版）為主，結(jié)合主講教師編寫的補充內(nèi)容。其特點是涉及的技術(shù)理論較多、較深，該程序用Ｃ／ Ｃ＋＋編寫，交互方式涉及Ｗｉｎｄｏｗｓ 系統(tǒng)的消息機制，復(fù)雜效果涉及ＤｉｒｅｃｔＸ，ＯｐｅｎＧＬ 的使用，對一部分學(xué)生而言，學(xué)習(xí)和掌握這部分內(nèi)容有較大的難度，因此需要投入較多的編程時間，程序調(diào)試也較困難，這導(dǎo)致了學(xué)生學(xué)習(xí)效率以及動手實踐的積極性降低，從而直接影響課堂教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果。另外，由于Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 在游戲行業(yè)的盛行，以及手游市場的占有率較高，目前已成為國內(nèi)使用最多的游戲引擎之一。其具有界面友好，功能豐富，素材資源眾多，以及入門較為容易等特點，并且可以做到立刻出結(jié)果，由于采用Ｃ＃編寫腳本，因此降低了學(xué)習(xí)難度。基于上述原因，此次課改對課程的教學(xué)大綱、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)工具，以及考核方式進行了較大的改動，并對多種教學(xué)方法的融合進行了研究和探索。

２ 課程改革內(nèi)容

保留原來前三章的內(nèi)容：計算機游戲簡介、游戲程序設(shè)計概述、二維游戲的基本編程技術(shù)；刪除有關(guān)ＤｉｒｅｃｔＸ，ＯｐｅｎＧＬ 的高級圖形技術(shù)、人機界面、游戲中的人工智能等內(nèi)容；增加Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 引擎介紹、基于Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 引擎的游戲開發(fā)技術(shù)、游戲開發(fā)項目案例等內(nèi)容。課改前后教學(xué)內(nèi)容對照如表１ 所列。

第一部分：第１～３ 章，主要以軟件工程的思想講述游戲程序設(shè)計方法，以Ｗｉｎｄｏｗｓ 系統(tǒng)為平臺，剖析二維游戲的設(shè)計原理和編程方法，以便讓學(xué)生理解和掌握二維游戲的框架設(shè)計思路及基本編程技術(shù)，編程語言以Ｃ＋＋為主。

這部分之所以保留，目的是讓學(xué)生不僅僅掌握一門游戲開發(fā)工具的使用技能，更重要的是理解游戲引擎背后的設(shè)計原理。因此，該課程教學(xué)目標不僅僅是培養(yǎng)一名合格的程序員，而是要培養(yǎng)理論基礎(chǔ)扎實、工程實踐能力突出，以及創(chuàng)新意識強的高層次專業(yè)技術(shù)人才。

第二部分：講述Ｕｎｉｔｙ ３Ｄ 游戲開發(fā)工具的操作與使用以及開發(fā)的基本知識，最后通過游戲案例將所講知識融會貫通。

３ 教學(xué)方法

教學(xué)方法多種多樣，教師不能只單純追求熱點效應(yīng)，而應(yīng)當基于學(xué)生與課程特點，適當?shù)夭捎枚喾N或混合教學(xué)模式［１］ 。

３．１ 案例演示導(dǎo)入知識教學(xué)法

弱化識記型知識。比如，在Ｕｎｉｔｙ ３Ｄ 軟件使用中，命令、按鈕以及快捷鍵等操作方式有很多步驟，這些知識主要靠識記。在教學(xué)中主要以操作“菜單”為主，減輕學(xué)生入門時的識記負擔(dān)。

課堂上，主要采用案例演示導(dǎo)入知識教學(xué)法，即給出任務(wù)→案例演示→游戲創(chuàng)建→腳本編程→知識點講解。通過案例運行的直觀效果引出知識點，然后再講授相關(guān)內(nèi)容，最后再運行一次案例，使學(xué)生加深理解。隨著課程的深入，后期讓學(xué)生在示例的基礎(chǔ)上，通過修改、擴展新功能，鞏固所學(xué)知識，加強實際的動手能力。

下文以“風(fēng)車旋轉(zhuǎn)”游戲為例，闡述具體的教學(xué)實施步驟。

首先，講明任務(wù)為實現(xiàn)風(fēng)車的轉(zhuǎn)動。然后設(shè)計游戲規(guī)則，思考需要準備哪些素材。

第一部分：先運行游戲例子，進行效果演示。

（１）打開已建好的項目，運行游戲。

（２）點擊鼠標左鍵，使風(fēng)車的旋轉(zhuǎn)。第二部分：創(chuàng)建游戲。

（３）設(shè)計游戲規(guī)則，準備游戲的素材：風(fēng)車圖片。

（４）創(chuàng)建場景視圖。

（５）給場景添加游戲?qū)ο螅簩L(fēng)車圖片拖拽到場景視圖中，命名為ｗｉｎｄｍｉｌｌ。

（６）設(shè)置風(fēng)車的坐標、大小，以及背景顏色。

（７）運行，查看風(fēng)車的靜態(tài)效果。第三部分：編寫腳本。

（８）創(chuàng)建腳本文件ＲｏｔａｔｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ．ｃｓ，在該腳本的Ｕｐｄａｔｅ（）函數(shù)中編寫鼠標左鍵被按下時，改變旋轉(zhuǎn)速度。

這里讓學(xué)生先對Ｕｐｄａｔｅ（）有個印象和大概的了解。以后會在ＭｏｎｏＢｅｈａｖｉｏｕｒ 基類中進行詳細的講解。

第四部分：掛載腳本。

（９）把ＲｏｔａｔｅＣｏｎｔｒｏｌｌｅｒ 腳本拖拽到ｗｉｎｄｍｉｌｌ 對象上（在第５ 步創(chuàng)建的）。

（１０）運行游戲，單擊鼠標左鍵后，風(fēng)車開始旋轉(zhuǎn)。

３．２ 項目綜合實例教學(xué)

教師根據(jù)教學(xué)目標和內(nèi)容要求收集、選取典型案例，對案例進行演示，對涉及的關(guān)鍵技術(shù)及其實現(xiàn)方法進行分析和講解，培養(yǎng)學(xué)生的游戲設(shè)計全局觀。表２ 以“自建跑道的駕駛游戲”項目為例，介紹案例中涉及的主要知識點。

３．３ 實驗教學(xué)

實驗教學(xué)主要分為以下３ 項。

（１）學(xué)生根據(jù)教師給的示例，通過實際操作對腳本代碼加以分析和理解。

（２）完成專題實驗作業(yè)。

（３）自由組合，１ ～ ４ 人為一組，完成一個實踐項目。從構(gòu)思、設(shè)計到實現(xiàn)，最后進行成果匯報，并提交設(shè)計文檔，教師進行當場點評。

在該環(huán)節(jié)中，主要采用任務(wù)驅(qū)動模式［２］ ，將實踐教學(xué)作為理論教學(xué)切入點，實現(xiàn)理論與實踐的有機結(jié)合［３］ ，可以鍛煉學(xué)生的主動思考能力和設(shè)計能力，培養(yǎng)學(xué)生的團隊合作意識、溝通協(xié)調(diào)和創(chuàng)新能力，為學(xué)生以后步入社會、及早適應(yīng)工作奠定基礎(chǔ)。

３．４ 課堂搬進實驗室，邊講邊練，教學(xué)更直觀

將教室遷移至具備實驗環(huán)境的機房，采用“教、學(xué)、做”一體化教學(xué)方法。教師課前先將相關(guān)示例程序共享，學(xué)生可以跟著教師的講解同步操作，這樣可使學(xué)生加深印象，快速掌握課堂內(nèi)容，提高學(xué)習(xí)效率。

３．５ 借助智課平臺，貼心化教學(xué)

建課時， 教師會將教學(xué)目標、教學(xué)計劃、教學(xué)ＰＰＴ、示例代碼等相關(guān)教學(xué)資料上傳至智課平臺。每次課后，教師將當天的教學(xué)視頻上傳，并根據(jù)實際情況更新教學(xué)資源，以供學(xué)生預(yù)先了解或復(fù)習(xí)。

３．６ 線上教學(xué)，拓展知識或翻轉(zhuǎn)課堂

本次課改增加了４ 學(xué)時的線上教學(xué)。教師會根據(jù)實際情況來進行知識拓展，或者翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。知識拓展是為了開闊學(xué)生視野，可以講授新知識、游戲產(chǎn)業(yè)新動向，或者讓學(xué)生觀看相關(guān)領(lǐng)域的視頻。

翻轉(zhuǎn)課堂以學(xué)生為中心，將學(xué)習(xí)的決定權(quán)從教師轉(zhuǎn)移給學(xué)生。其核心在于把低階的教學(xué)目標移出課堂之外，從而把課堂時間解放出來進行高階目標的深層學(xué)習(xí)［４］ 。這個方法需要提前跟學(xué)生溝通，圈定專題范圍，并要求學(xué)生在課前一起學(xué)習(xí)新知識、查閱資料以及準備云課堂上的演講，在云課堂上陳述小組工作成果，回答其他學(xué)生的提問。學(xué)生通過教來學(xué)習(xí)，并從其他學(xué)生對演講的評論和提問中獲益［５］ 。

４ 考核方式

考核方式多元化，全面考核學(xué)生?？傇u成績由３部分組成，即“專題實驗作業(yè)（２０％） ＋實踐大作業(yè)（４０％，含答辯過程）＋筆試（４０％）”。其中，實踐大作業(yè)由小組完成，提交材料包括分工說明、策劃書、設(shè)計文檔、答辯ＰＰＴ、源代碼等。

５ 實踐的效果與存在的問題

基于實踐教學(xué)環(huán)境的使用，使過去“理論＋上機實驗” 的教學(xué)方式變成了“邊講邊練”的模式，解決了理論與實踐教學(xué)相分離導(dǎo)致的教學(xué)效果低下的問題；加強了學(xué)生現(xiàn)場吸收效果，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

課改實施一年來，學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、講課示例、筆試占總成績的比例等給了許多的反饋意見，該課程后期將會適時改進。２０２２ 年，選課生和旁聽生中有３ 人選了授課教師的有關(guān)游戲設(shè)計與開發(fā)方面的本科畢業(yè)設(shè)計題目，且在畢設(shè)答辯中均獲得了優(yōu)秀成績。在“２０２２ 年陜西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目”中，參與指導(dǎo)的團隊入選了國家級一般項目。

但該課程仍存在一些不足，因為專業(yè)設(shè)置、課程性質(zhì)等原因，實踐操作課時安排較少，理論課也未涉及更深的技術(shù)及編程技巧。另外，因硬件設(shè)備的限制，講課內(nèi)容也未涉及虛擬現(xiàn)實技術(shù)。

６ 結(jié)束語

通過本次的“計算機游戲程序設(shè)計”課程實踐教學(xué)改革，選用Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 作為游戲開發(fā)工具，融合了多種教學(xué)方法，使學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和積極性得到了大幅提高。實踐證明，該課程教學(xué)改革加強了學(xué)生創(chuàng)新意識與工程實踐能力，并取得了較好的教學(xué)效果。在今后的教學(xué)工作中，將通過進一步的實踐探索和學(xué)生反饋，并總結(jié)教學(xué)問題，不斷改進和完善，實現(xiàn)教學(xué)革新推動教學(xué)發(fā)展。

參考文獻：

［１］ 吳寧，房琛琛，任燕飛．大班教學(xué)環(huán)境下基于ＳＰＯＣ 的混合教學(xué)設(shè)計與效果分析［Ｊ］．中國大學(xué)教學(xué)，２０１６（５）：３２?３７．

［２］ 楊競?cè)A．項目教學(xué)法在計算機教學(xué)中的應(yīng)用［Ｍ］．吉林：吉林人民出版社，２０２１．

［３］ 張奕櫻，霍英杰．任務(wù)驅(qū)動教學(xué)法在計算機教學(xué)中的應(yīng)用實踐［Ｊ］．佳木斯職業(yè)學(xué)院學(xué)報，２０２３，３９（１）：１５１?１５３．

［４］ 郭建鵬．翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式：變式與統(tǒng)一［Ｊ］．中國高教研究，２０１９（６）：８?１４．

［５］ 張萍，ＤＩＮＧ Ｌｉｎ，張文碩．翻轉(zhuǎn)課堂的理念、演變與有效性研究［Ｊ］．教育學(xué)報，２０１７（１）：４６?５５．

作者簡介：

周文宏（１９６６—），碩士，高級實驗師，研究方向：計算機應(yīng)用技術(shù)。