“計(jì)算機(jī)游戲程序設(shè)計(jì)”課程的改革與教學(xué)實(shí)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(shí)俱進(jìn) 降低教學(xué)實(shí)踐中的游戲編程難度 提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣 對(duì) 計(jì)算機(jī)游戲程序設(shè)計(jì) 課程的教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)工具進(jìn)行改革 并對(duì)教學(xué)方式進(jìn)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(jì)與開(kāi)發(fā)能力 以及工程實(shí)踐能力

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

中圖法分類(lèi)號(hào)： TP311? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

１ 引言

在２０１０ 年，西安電子科技大學(xué)開(kāi)設(shè)了“計(jì)算機(jī)游戲程序設(shè)計(jì)”課程，這門(mén)課程最初為計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院面向大三所開(kāi)設(shè)的任選專(zhuān)業(yè)課，總學(xué)時(shí)３６ 學(xué)時(shí)，計(jì)２ 學(xué)分。

該課程的教學(xué)目標(biāo)是讓學(xué)生了解游戲的分類(lèi)、開(kāi)發(fā)過(guò)程以及設(shè)計(jì)游戲所需的各種基本知識(shí)，并通過(guò)游戲設(shè)計(jì)實(shí)踐，使學(xué)生對(duì)游戲設(shè)計(jì)具備一定的基礎(chǔ)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的游戲設(shè)計(jì)全局觀(guān)，為進(jìn)一步探索游戲設(shè)計(jì)奠定基礎(chǔ)。

開(kāi)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(xiě)的《計(jì)算機(jī)游戲程序設(shè)計(jì)》（第二版）為主，結(jié)合主講教師編寫(xiě)的補(bǔ)充內(nèi)容。其特點(diǎn)是涉及的技術(shù)理論較多、較深，該程序用Ｃ／ Ｃ＋＋編寫(xiě)，交互方式涉及Ｗｉｎｄｏｗｓ 系統(tǒng)的消息機(jī)制，復(fù)雜效果涉及ＤｉｒｅｃｔＸ，ＯｐｅｎＧＬ 的使用，對(duì)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(shí)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(dòng)手實(shí)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(chǎng)的占有率較高，目前已成為國(guó)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(mén)較為容易等特點(diǎn)，并且可以做到立刻出結(jié)果，由于采用Ｃ＃編寫(xiě)腳本，因此降低了學(xué)習(xí)難度?；谏鲜鲈颍舜握n改對(duì)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(jìn)行了較大的改動(dòng)，并對(duì)多種教學(xué)方法的融合進(jìn)行了研究和探索。

２ 課程改革內(nèi)容

保留原來(lái)前三章的內(nèi)容：計(jì)算機(jī)游戲簡(jiǎn)介、游戲程序設(shè)計(jì)概述、二維游戲的基本編程技術(shù)；刪除有關(guān)ＤｉｒｅｃｔＸ，ＯｐｅｎＧＬ 的高級(jí)圖形技術(shù)、人機(jī)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(kāi)發(fā)技術(shù)、游戲開(kāi)發(fā)項(xiàng)目案例等內(nèi)容。課改前后教學(xué)內(nèi)容對(duì)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(jì)方法，以Ｗｉｎｄｏｗｓ 系統(tǒng)為平臺(tái)，剖析二維游戲的設(shè)計(jì)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(jì)思路及基本編程技術(shù)，編程語(yǔ)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(mén)游戲開(kāi)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(jì)原理。因此，該課程教學(xué)目標(biāo)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(shí)、工程實(shí)踐能力突出，以及創(chuàng)新意識(shí)強(qiáng)的高層次專(zhuān)業(yè)技術(shù)人才。

第二部分：講述Ｕｎｉｔｙ ３Ｄ 游戲開(kāi)發(fā)工具的操作與使用以及開(kāi)發(fā)的基本知識(shí)，最后通過(guò)游戲案例將所講知識(shí)融會(huì)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(diǎn)效應(yīng)，而應(yīng)當(dāng)基于學(xué)生與課程特點(diǎn)，適當(dāng)?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(shí)教學(xué)法

弱化識(shí)記型知識(shí)。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(shí)主要靠識(shí)記。在教學(xué)中主要以操作“菜單”為主，減輕學(xué)生入門(mén)時(shí)的識(shí)記負(fù)擔(dān)。

課堂上，主要采用案例演示導(dǎo)入知識(shí)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(shí)點(diǎn)講解。通過(guò)案例運(yùn)行的直觀(guān)效果引出知識(shí)點(diǎn)，然后再講授相關(guān)內(nèi)容，最后再運(yùn)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(guò)修改、擴(kuò)展新功能，鞏固所學(xué)知識(shí)，加強(qiáng)實(shí)際的動(dòng)手能力。

下文以“風(fēng)車(chē)旋轉(zhuǎn)”游戲?yàn)槔?，闡述具體的教學(xué)實(shí)施步驟。

首先，講明任務(wù)為實(shí)現(xiàn)風(fēng)車(chē)的轉(zhuǎn)動(dòng)。然后設(shè)計(jì)游戲規(guī)則，思考需要準(zhǔn)備哪些素材。

第一部分：先運(yùn)行游戲例子，進(jìn)行效果演示。

（１）打開(kāi)已建好的項(xiàng)目，運(yùn)行游戲。

（２）點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵，使風(fēng)車(chē)的旋轉(zhuǎn)。第二部分：創(chuàng)建游戲。

（３）設(shè)計(jì)游戲規(guī)則，準(zhǔn)備游戲的素材：風(fēng)車(chē)圖片。

（４）創(chuàng)建場(chǎng)景視圖。

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

（６）設(shè)置風(fēng)車(chē)的坐標(biāo)、大小，以及背景顏色。

（７）運(yùn)行，查看風(fēng)車(chē)的靜態(tài)效果。第三部分：編寫(xiě)腳本。

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

這里讓學(xué)生先對(duì)Ｕｐｄａｔｅ（）有個(gè)印象和大概的了解。以后會(huì)在ＭｏｎｏＢｅｈａｖｉｏｕｒ 基類(lèi)中進(jìn)行詳細(xì)的講解。

第四部分：掛載腳本。

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

（１０）運(yùn)行游戲，單擊鼠標(biāo)左鍵后，風(fēng)車(chē)開(kāi)始旋轉(zhuǎn)。

３．２ 項(xiàng)目綜合實(shí)例教學(xué)

教師根據(jù)教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容要求收集、選取典型案例，對(duì)案例進(jìn)行演示，對(duì)涉及的關(guān)鍵技術(shù)及其實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行分析和講解，培養(yǎng)學(xué)生的游戲設(shè)計(jì)全局觀(guān)。表２ 以“自建跑道的駕駛游戲”項(xiàng)目為例，介紹案例中涉及的主要知識(shí)點(diǎn)。

３．３ 實(shí)驗(yàn)教學(xué)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)主要分為以下３ 項(xiàng)。

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

（２）完成專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)作業(yè)。

（３）自由組合，１ ～ ４ 人為一組，完成一個(gè)實(shí)踐項(xiàng)目。從構(gòu)思、設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)，最后進(jìn)行成果匯報(bào)，并提交設(shè)計(jì)文檔，教師進(jìn)行當(dāng)場(chǎng)點(diǎn)評(píng)。

在該環(huán)節(jié)中，主要采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)模式［２］ ，將實(shí)踐教學(xué)作為理論教學(xué)切入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合［３］ ，可以鍛煉學(xué)生的主動(dòng)思考能力和設(shè)計(jì)能力，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作意識(shí)、溝通協(xié)調(diào)和創(chuàng)新能力，為學(xué)生以后步入社會(huì)、及早適應(yīng)工作奠定基礎(chǔ)。

３．４ 課堂搬進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，邊講邊練，教學(xué)更直觀(guān)

將教室遷移至具備實(shí)驗(yàn)環(huán)境的機(jī)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(tái)，貼心化教學(xué)

建課時(shí)， 教師會(huì)將教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)計(jì)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(tái)。每次課后，教師將當(dāng)天的教學(xué)視頻上傳，并根據(jù)實(shí)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(xiàn)上教學(xué)，拓展知識(shí)或翻轉(zhuǎn)課堂

本次課改增加了４ 學(xué)時(shí)的線(xiàn)上教學(xué)。教師會(huì)根據(jù)實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行知識(shí)拓展，或者翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)。知識(shí)拓展是為了開(kāi)闊學(xué)生視野，可以講授新知識(shí)、游戲產(chǎn)業(yè)新動(dòng)向，或者讓學(xué)生觀(guān)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(biāo)移出課堂之外，從而把課堂時(shí)間解放出來(lái)進(jìn)行高階目標(biāo)的深層學(xué)習(xí)［４］ 。這個(gè)方法需要提前跟學(xué)生溝通，圈定專(zhuān)題范圍，并要求學(xué)生在課前一起學(xué)習(xí)新知識(shí)、查閱資料以及準(zhǔn)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(wèn)。學(xué)生通過(guò)教來(lái)學(xué)習(xí)，并從其他學(xué)生對(duì)演講的評(píng)論和提問(wèn)中獲益［５］ 。

４ 考核方式

考核方式多元化，全面考核學(xué)生。總評(píng)成績(jī)由３部分組成，即“專(zhuān)題實(shí)驗(yàn)作業(yè)（２０％） ＋實(shí)踐大作業(yè)（４０％，含答辯過(guò)程）＋筆試（４０％）”。其中，實(shí)踐大作業(yè)由小組完成，提交材料包括分工說(shuō)明、策劃書(shū)、設(shè)計(jì)文檔、答辯ＰＰＴ、源代碼等。

５ 實(shí)踐的效果與存在的問(wèn)題

基于實(shí)踐教學(xué)環(huán)境的使用，使過(guò)去“理論＋上機(jī)實(shí)驗(yàn)” 的教學(xué)方式變成了“邊講邊練”的模式，解決了理論與實(shí)踐教學(xué)相分離導(dǎo)致的教學(xué)效果低下的問(wèn)題；加強(qiáng)了學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)吸收效果，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

課改實(shí)施一年來(lái)，學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、講課示例、筆試占總成績(jī)的比例等給了許多的反饋意見(jiàn)，該課程后期將會(huì)適時(shí)改進(jìn)。２０２２ 年，選課生和旁聽(tīng)生中有３ 人選了授課教師的有關(guān)游戲設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)方面的本科畢業(yè)設(shè)計(jì)題目，且在畢設(shè)答辯中均獲得了優(yōu)秀成績(jī)。在“２０２２ 年陜西省大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目”中，參與指導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)入選了國(guó)家級(jí)一般項(xiàng)目。

但該課程仍存在一些不足，因?yàn)閷?zhuān)業(yè)設(shè)置、課程性質(zhì)等原因，實(shí)踐操作課時(shí)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(shí)技術(shù)。

６ 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次的“計(jì)算機(jī)游戲程序設(shè)計(jì)”課程實(shí)踐教學(xué)改革，選用Ｕｎｉｔｙ３Ｄ 作為游戲開(kāi)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(shí)踐證明，該課程教學(xué)改革加強(qiáng)了學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)與工程實(shí)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(guò)進(jìn)一步的實(shí)踐探索和學(xué)生反饋，并總結(jié)教學(xué)問(wèn)題，不斷改進(jìn)和完善，實(shí)現(xiàn)教學(xué)革新推動(dòng)教學(xué)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

［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(jì)與效果分析［Ｊ］．中國(guó)大學(xué)教學(xué)，２０１６（５）：３２?３７．

［２］ 楊競(jìng)?cè)A．項(xiàng)目教學(xué)法在計(jì)算機(jī)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(dòng)教學(xué)法在計(jì)算機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用實(shí)踐［Ｊ］．佳木斯職業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，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(guó)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(bào)，２０１７（１）：４６?５５．

作者簡(jiǎn)介：

周文宏（１９６６—），碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向：計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)。