案例及項目驅動的游戲引擎類課程改革與實踐

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動為導向的“游戲架構與設計”課程教學改革方案。在深入研究國內外游戲引擎類課程教學現狀的基礎上，分別從教學思路、教學內容、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，并依據可靠數據對教學效果進行了嚴謹的討論與分析，實踐表明教學效果確實得到了較大提升。

關鍵詞：案例與項目驅動；游戲引擎；游戲架構與設計；教學改革

近年來，娛樂科技行業的發展使得業界人才缺口增大，國外許多高校都開設了游戲及虛擬現實相關專業或在計算機類專業中設置了游戲引擎類課程［1］。

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

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

在游戲引擎的基礎上，我們很容易實現一個虛擬現實的應用場景，或開發一個小游戲或移動應用，因此引擎類課程的學習對學生的就業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、音效、腳本引擎、電腦動畫、人工智能、網絡引擎以及場景管理的龐大系統。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；而國內即便是小班教學，班級人數也接近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，學生容易糾結于對引擎了解不徹底的問題，導致對引擎的應用信心不足，學習動力不足。

（2）教學內容難以講解，需要有工程經驗的“雙師型”教師來授課方能勝任。

（3）教學內容多，且部分內容或應用場景中涉及C、C++、C#底層編程技術，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，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有的教學方法進行改革和探索。

2"案例及項目驅動的教學改革思路

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

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

其次，企業項目案例一般過大，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案例，并設計部分案例補充遺漏知識點，這樣比全部自主設計案例效率更高，案例也更貼近實際應用。

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

3"案例及項目驅動的教學改革

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

3.1"教學內容改革

案例與項目驅動的教學內容改革融匯了傳統學歷教育的理論教學范式與職業培訓體系的實踐案例教學法，構筑了“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領域的實際應用與創新能力。

在廣泛調研甄選企業培訓案例素材［5］和高校教材后，圍繞Cocos2DX游戲引擎的核心結構特性，本課程提煉出了界面設計、場景切換管理、數據存儲等一系列關鍵知識模塊，再針對各模塊核心知識點進行案例及項目的開發與設計，設計時遵循以下原則：

（1）案例設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。將整個引擎架構的知識體系拆解至各個案例之中，引導學生循序漸進地掌握引擎內部工作原理。

（3）構建案例時，注重將C++面向對象編程的基礎概念，如封裝性、多態性、虛函數等理論融入案例的知識結構中，以夯實學生的底層編程基礎。

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

（5）實踐項目的規劃與設計，在尊重并激發學生自主選擇和創新精神的基礎上，設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作空間，又能貼合課程總體教學目標。

通過教學內容改革，學生能將所學案例知識點與實踐案例有效聯結，在實踐環節發揮個人創意，獨立設計并實現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，為學生構建清晰的知識脈絡，并在項目實踐中，提供必要的技術支持與指導，引導他們發現和解決問題，鼓勵學生在項目設計與實施過程中獨立思考，自主學習。

從學生角度看，強調學生在學習過程中占據更為主動的地位。在教師的指導下，學生直接接觸和解決現實案例，通過親自動手實踐，逐步理解和掌握相關知識點，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新空間，可以根據自身興趣和特長，在教師提供的框架內自主設計和完成項目，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

在響應課程目標及深化教育評價的精細化訴求下，課程構建了一套貫穿全程的過程化考核體系，旨在激發學生持久的學習動力，同時確保教師能夠實時、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，上機實驗單元強調實操技能與理論知識的應用，通過嚴格把控實驗流程、作業質量和報告撰寫來評價學生對實驗的掌握與再現能力。綜合實踐項目著重考查學生基于所學知識進行創新轉化的能力，通過原創小游戲的開發，評價其在系統設計、邏輯性、娛樂價值和創新性等方面的綜合素質。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與應用能力。此評價體系全面、立體地反映了學生的學習進程與成果，遵循學術嚴謹性的同時，倡導創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。在硬件設施層面，游戲引擎類課程對計算機顯卡內存配置的要求較高，常規個人電腦往往難以滿足開發環境的需求，因此需結合實驗室開放管理制度，優化硬件資源配置，以強化教學支持。

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

同時，可充分利用數字化教學平臺的優勢，構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、實戰型項目訓練、智能化考核評估以及教學效果量化統計等環節。

4"有關問題的探討

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，分解設計與知識結構相匹配的案例是可行的。我們借鑒企業培訓素材，結合C++理論體系和游戲引擎內部結構，分解、設計、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和激發底層編程興趣具有顯著作用。據Cocos2DX引擎教學對專業學生就業及升學面試影響的調研顯示，此類教學有利于加強學生的編程根基，有助于提升高質量就業率。

最后，游戲引擎版本的更迭雖快，但版本間延續性較強，功能接口相對穩定，可將其作為教學內容的拓展，借以激發學生對底層編程的興趣，使他們認識到快速迭代的行業工具背后，扎實的面向對象編程基礎才是未來就業市場的根本競爭力，從而化解部分學生過度依賴引擎模板設計的現象。

5"案例及項目驅動的教學改革效果分析

案例及項目驅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若干小型項目，這一改變極大地激發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節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量不合格，而完成質量達到80%以上的學生達到了73.68%。

圖1"2022年網選1班綜合成績分布

網選1班作業成績統計情況如圖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年網選1班作業成績統計

近年來，學生屢獲游戲設計與開發相關獎項，曾獲計算機設計大賽動漫游戲組國家級三等獎和虛擬現實VR與增強現實AR組國家級二等獎的好成績，在中國大學生數字媒體科技作品及創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和虛擬現實行業工作，學生的實踐創新能力明顯增強。

6"結論

案例及項目驅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驗。

鑒于市場對相關人才的迫切需求、課程設置的廣泛性以及引擎在多元場景中的廣泛應用，本文提出的改革措施對于計算機類涉及虛擬現實、游戲制作以及教育移動應用等方向的課程具有重要參考價值，對于網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“虛擬現實+”的數字媒體技術探索［J］.山西財經大學學報，2022，44（S2）：188190.

［2］唐廣花.案例驅動教學法在《Android移動開發技術》課程的應用［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”驅動教學模式研究［J］.現代教育技術，2013，23（03）：122126.

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

［5］關東升，趙志榮.Cocos"2"dx學習筆記：完全掌握C++API與游戲項目開發［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、游戲設計與開發；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學。