基于CDIO課程體系的三維建模課程改革研究

張宇晴 李小英 張金穎

[摘 要]目前，高校三維建模課程教學中存在著一些問題。基于CDIO的數字媒體技術課程體系，教師可以通過改進教學方式、優化教學內容、整合教學資源、調整教學方案等方面，利用后續的CDIO實踐結果進行前反饋，改進三維建模課程教學，以提高課堂教學效率。

[關鍵詞]三維建模；數字媒體專業；CDIO；教學改革

[中圖分類號] G642.0 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-3437（2018）05-0080-03

前言

隨著我國高校教學改革的不斷深入，數字媒體技術專業各門課程的改革也越來越受到社會的關注。而三維模型由于其既可以描述現實世界中的實體，也可以描述虛擬的物體，在動畫、游戲、虛擬現實、醫療、科學和建筑等領域被大量使用。因此，如何使學生能夠較好地制作出三維模型，并應用于各個領域，成為人才培養的關鍵。

CDIO（Conceiving- Designing- Implementing-Operation，即構思—設計—實現—運行）是由麻省理工學院、瑞典查爾斯技術學院、瑞典皇家工學院和瑞典林克平大學等國際知名高校，經過四年的探索研究而形成的一種新的國際工程教育模式。相較于傳統教學模式，CDIO 更加注重對學生能力的培養，其能力評價指標包括基礎能力、綜合能力、應用能力和創新能力[1]。

我院數字媒體技術專業課程體系整體引入CDIO的教學模式，即在幾門專業基礎課教學完成之后，利用項目驅動，將幾門課程技術融入同一游戲項目開發的過程中，讓學生能夠在做的過程中將知識融會貫通。三維建模課程作為其中重要的必修專業基礎課之一，是教學的重中之重。通過本課程的學習，學生要能夠掌握三維建模技術的基本原理、方法和3DS MAX軟件中常用的建模技術，并能夠熟練設置材質、燈光和攝像機等渲染場景。此外學生還需要熟悉三維動畫、游戲等領域三維模型的創作和制作技巧。本課程在數字媒體技術專業課程體系中起著承上啟下的作用，其開設目的是培養服務于影視動畫制作公司、游戲制作公司、數字互動媒體制作公司、廣告制作公司、裝潢設計公司和房地產景觀設計公司等單位，從事虛擬模型制作、動畫制作、特效制作、渲染合成、角色場景設計、廣告設計等技術崗位工作的人才。

一、目前教學中存在的問題

目前三維建模課程的教學方式主要分為兩種，一種是沿用普通課程的教學方式，即理論課+實驗課，以技能操作的理論知識點為主線進行教學，教師能夠全面地講授建模的相關技術、技巧，但是這種方式經常會導致教師的理論教學和學生的具體操作相脫節；而且學生在實踐過程中遇到的問題，往往無法得到教師及時、有效的指導，從而使學習效果大打折扣。另外一種方式是按任務驅動，即案例式教學法。案例教學法（Case Study）是一種用真實案例（Case）進行課堂教學的教學方法，最早于1870年由當時擔任美國哈佛大學法學院院長的克里斯托弗·哥倫姆布斯·朗道爾（Christopher Columbus Langdell）教授創立[2]。教師每次布置相應的案例給學生，讓學生動手去做，通過案例制作來學習技能。這種方式的好處是學生可以快速掌握知識點，通過制作案例幫助學生理解和掌握課程的知識點，提高學生的動手能力，并使學生更有成就感。其不足之處在于學生掌握的知識點有可能不夠全面，案例中沒有涉及的知識點學生無法了解掌握。

此外，三維建模課程是一門綜合性較強的基礎性課程，涉及計算機技術、設計學、美學、色彩學等學科背景知識，而3DS MAX軟件本身也比較復雜，功能模塊較多，快捷鍵多而雜，參數設置也比較繁雜，這些都給學生的學習帶來了巨大的障礙。該課程所構建的模型隨著其應用場合的不同，可以分為很多種類，如室內外設計模型、動漫游戲場景模型、動漫游戲角色模型、產品設計模型等，學生無法全面掌握這些種類的模型，而教師所使用的教學案例也無法全面覆蓋這些模型種類，如果每種模型都涉及，反而會造成學生對每種模型的理解都是蜻蜓點水，一知半解。

三維建模課程從技術上而言是通過計算機手段來構建模型，通過計算機軟件的操作來實現模型的創建，其中設計人員的設計理念尤為重要。在平時的授課過程中，教師往往只注重技術上的講授和軟件的使用，而設計思路、創意等方面的重要性沒有體現出來，也沒有向學生講述設計思路，強調模型創意。因此學習本課程之后，學生往往只是學會了如何使用3DS MAX軟件和部分模型的制作，卻不知道如何創建高質量的模型，缺乏設計意識，只會照著已有的模型去做，不能做到舉一反三，更無法融入個人的創意，沒有自己的設計理念[3]。

二、教學改革的措施

根據以上本課程教學中的一些問題，查出原因，依據現有條件，我們提出通過以下幾個方面的改革，探索面向應用的課程模式。

（一）以培養學生的全面能力為主，改進教學方式、優化教學內容、整合教學資源

本課程主要有傳統式和案例式兩種教學方式，這兩種方式各有其優勢和劣勢，因此我們應該將兩種教學方式進行結合，取長補短，以學生為中心，針對學生基礎知識薄弱、學習主動性及積極性不高等特點，設計教學案例，調整教學進度，增強課程的實用性。可以把課程總的教學時間劃分為三部分，第一部分時間以知識點的講授為主，以技能操作的理論知識點為主線進行教學，全面講授建模的相關技術、技巧，讓學生全面掌握建模的各種方法；第二部分時間則采用案例驅動，把知識點劃分成不同的知識模塊，每個知識模塊安排相應的案例，讓學生在做中學，通過這些小的案例制作，進一步掌握知識點并熟練應用所學知識；第三部分時間則是綜合項目的制作，選擇2～3個有代表性的、能夠充分覆蓋課程所學知識點的案例，讓學生獨立完成，使學生在完成項目的同時，能夠了解建模任務的設計流程，熟練運用所學知識，進一步掌握建模技巧，樹立學生的自信心。

三維建模課程本身是一門應用性課程，市面上有非常多的相關書籍和材料，網絡上也有很多教學視頻和教材，但是大多不夠系統，尤其是對初學者來說，其往往跳躍性比較大，一些教學文檔資料也沒能很好地體現在教材中。因此，教學資源的整合非常重要。教師要從文字、圖片、實例和視頻等多個角度進行教學資源的整合，并應用網絡，建立可互動的課程數據平臺，把這些整合的資源放在校園網上，供學生使用，讓學生除了課堂教學之外，還可以從平臺獲取知識和學習資料，并與教師進行有效的溝通交流，打破課堂時間的限制，最大化地實現資源共享，使教學模式多樣化[4]。

（二）明確課程對應的應用方向，設計教學案例

由于建模課程所構建的模型多種多樣，根據其應用場合的不同，可以分為很多種類，如室內外設計模型、動漫游戲場景模型、動漫游戲角色模型、產品設計模型等，而這些模型在構建時需要考慮的側重點各有不同，對模型的精細程度等方面的具體要求也有所不同，因此，在有限的學習時間內，要全面掌握這些模型的創建技巧和方法就有很大的難度了。因此，我們要求學生針對課程體系結構，充分了解課程的應用方向，在課程的學習過程中，重點關注動漫游戲場景模型和角色模型的構建，為后續的游戲開發相關課程做好準備。

課程教學中，教學案例的選取尤為重要，應該充分結合課程的體系結構，盡可能科學地進行設計，實現教、學、做相結合。由于本課程將來的主要應用是游戲方向，因此課程的教學案例也應選取游戲中的一些典型模型，包括游戲的大場景，場景中的一些小的建筑、物品、擺件和游戲中的武器、角色等都是課程的重點，作為主要案例，要求學生學習掌握。通過這些案例的教學，把三維建模的知識點和具體的制作技巧由易到難地融入其中，充分地激發學生的學習興趣，增強學生的學習主動性。

（三）明確設計思路，注重設計創意，采用合理的考核方式

在教學過程中，教師應正確引導學生，多強調創意的重要性，引導學生不要只注重操作細節，要有自己的設計理念，要告訴學生只是把模型構建出來是不夠的，還要加入自己的理解，融入自己的想法。此外教師還要積極拓寬講授的范圍，介紹一些相關行業的動態和發展情況，讓學生能夠更多地了解專業發展，規劃職業生涯，為今后的就業打基礎。除了課堂的師生互動，課外的練習也是必不可少的，教師需要督促學生在課下多練習，提倡學生課余多上一些專業的技術論壇，多看一些網上的教學視頻并進行大量的實際操作，通過各種渠道提升專業素質[5]。

課程的考核方式也非常重要，公平公正的考核方式才能督促學生擺正學習態度，全面提高學生的建模水平。本課程主要是通過軟件的應用來實現模型構建的，課程的考核主要是通過學生作品來評定其對課程的實際掌握情況。因此，不應簡單地采用一次作品或者一次操作來評估學生的掌握情況，而應該注重平時表現，突出階段性任務的完成情況，兼顧期末考核，采用平時階段性作業和最終大作業結合的方式來評定學生的最終成績，保證考核的全面性和公平性[4]。

（四）跟蹤課程的后續建設，調整教學方案。

三維建模課程單獨來看是一門課程，但是其在后續課程中要不斷地使用，因此，本課程后續的跟蹤非常重要。結合本院CDIO的教學模式，讓學生“做中學與學中做”，并把三維建模課程與游戲開發類課程相結合，在實際的游戲開發過程中，提高、加強學生的建模能力，增強學生的創新意識和創作設計能力，提高學生團隊協作能力和實踐能力。

在后續的游戲開發課程組中，教師可結合CDIO的教學模式，利用項目驅動，讓學生自愿組合成項目組，小組成員進行分工合作；完全按照企業項目開發方式和進度，進行嚴格把控，保證項目能如期完成。根據項目的完成情況，反饋到之前的三維建模課程中，找出學生的薄弱環節和教學中需要加強的地方，調整教學方案。

三、結束語

在教學過程中，我們積極采取了以上的教學改革方案，取得了初步成效，得到了學生的支持，大部分學生贊同我們的改革模式，認為其啟發了思維，使他們學習更加主動，提高了他們的綜合能力。通過學生對課程滿意度的評定和后續CDIO課程組對學生建模綜合能力的測評（見下表），我們發現學生對課程的滿意度和學生建模的綜合能力得到了極大提高，只有在少量細節問題上仍有疑問，這些疑問正是我們今后進一步改革的方向。

總之，本課程作為省級精品課程，我們已經開始著手對其進行教學改革工作，采取了多項切實有效的措施，已初見成效；但這項工作是一個長期而復雜的任務，需要我們繼續努力、大膽探索、勇于實踐。我們相信，只要不斷地在實踐中總結經驗、教訓，進一步深化教學改革，教學工作將會越做越好，學生將能從課程中學到更多的知識，增加動手能力，從而全面提高自身的綜合素質。

[ 參 考 文 獻 ]

[1] 申明倩，王江濤. 基于CDIO的”四段式”教學模式實施——以工業設計專業三維軟件課程為例[J].江蘇理工學院學報，2016（6）：93-97

[2] 殷衛霞. 三維動畫課程的實踐教學改革研究[J].教育教學論壇，2012（4）：38-39

[3] 張泊平，吳國璽. 基于職業標準的三維數字建模技術課程改革[J]. 大學教育，2016（9）：154-156

[4] 曲慧麗. 三維建模課程改革研究[J]. 福建質量管理，2016（1）：152

[5] 祝敏嬌. 三維動畫設計 （3DS MAX）課程教學的改革與實踐[J]. 中國科技信息，2010（7）：245-246

[責任編輯：劉鳳華]