案例及项目驱动的游戏引擎类课程改革与实践

摘"要：针对游戏引擎类课程在教学中存在的问题，本文提出了以案例与项目驱动为导向的“游戏架构与设计”课程教学改革方案。在深入研究国内外游戏引擎类课程教学现状的基础上，分别从教学思路、教学内容、教学方法、考核与评价、教学资源这几方面对具体的改革措施进行了阐述。此外，本文还对改革实施过程中可能面临的问题进行了深入探讨，并依据可靠数据对教学效果进行了严谨的讨论与分析，实践表明教学效果确实得到了较大提升。

关键词：案例与项目驱动；游戏引擎；游戏架构与设计；教学改革

近年来，娱乐科技行业的发展使得业界人才缺口增大，国外许多高校都开设了游戏及虚拟现实相关专业或在计算机类专业中设置了游戏引擎类课程［1］。

我国高校计算机类专业很多也开设了游戏及虚拟现实课程，如浙江大学开设了“计算机游戏程序设计”“虚拟现实与数字娱乐”等课程；华中师范大学开设了“3D游戏程序设计技术”课程；山东理工大学开设了“虚拟现实技术”“增强现实技术”等一系列课程。与国外不同的是，这类课程多开设在本科阶段。

作为已编好且可编辑的电脑游戏系统和交互式实时图像应用的核心组件，游戏引擎不仅服务于游戏行业，也在教育和虚拟现实领域得到长足应用，如教育移动应用、虚拟实验室的开发、文物重现、民俗等非物质文化遗产的虚拟仿真等。

在游戏引擎的基础上，我们很容易实现一个虚拟现实的应用场景，或开发一个小游戏或移动应用，因此引擎类课程的学习对学生的就业有着十分重要的意义。

1"游戏引擎类课程教学存在的问题

游戏引擎是一个包含了成熟的渲染引擎、物理引擎、碰撞检测系统、音效、脚本引擎、电脑动画、人工智能、网络引擎以及场景管理的庞大系统。对于游戏引擎类课程，国外高校多采用20人左右的小班教学，教学方式倾向于个性化、灵活机动；而国内即便是小班教学，班级人数也接近50人，故对于此类课程的教学很难采用个性化手段。课程教学中往往存在以下问题。

（1）游戏引擎与自编代码混合编译，相互影响，学生容易纠结于对引擎了解不彻底的问题，导致对引擎的应用信心不足，学习动力不足。

（2）教学内容难以讲解，需要有工程经验的“双师型”教师来授课方能胜任。

（3）教学内容多，且部分内容或应用场景中涉及C、C++、C#底层编程技术，很难在理论教学的全面性与实验和实践的及时性之间找到平衡。

（4）大学教材多以知识体系为脉络，难以顾全实验、实践需求。

这些问题都需要我们对这类课程现有的教学方法进行改革和探索。

2"案例及项目驱动的教学改革思路

分析游戏引擎类课程教学中存在的问题，借鉴企业项目培训的经验，我们有以下几点思考。

首先，由于引擎类课程内容多、杂、深浅不一，精讲会因课程比较生涩，导致知识体系难以完全概括进去，理论与实践脱节；泛讲会使学生只学习到皮毛，难以将知识应用于实际开发。针对上述问题，可以根据课程要求对知识点的难易程度进行排序，设计一些与知识点结合的小型案例，结合案例进行教学，则可兼顾理论与实践脱节问题［23］。

其次，企业项目案例一般过大，知识点不够独立，难以直接用于课堂教学，对此我们可以借鉴和分解企业案例，并设计部分案例补充遗漏知识点，这样比全部自主设计案例效率更高，案例也更贴近实际应用。

最后，传统引擎类课程多倚重实践经验丰富的教师，导致部分理论功底扎实但欠缺工程经历的教师面临教学挑战。如要求教师在授课前学习实践教学案例，并亲自设计实施综合项目，从而降低对初始工程经验的依赖，释放了教师理论教学潜力，提升了教学质量与成效。

3"案例及项目驱动的教学改革

本校的游戏引擎类课程主要包括“游戏架构与设计”“游戏架构与设计实践”“虚拟现实技术”等，涉及Unity引擎和Cocos2DX引擎等［4］，本文以“游戏架构与设计”课程为例，对案例及项目驱动的游戏引擎类课程教学改革进行研究和探讨。

3.1"教学内容改革

案例与项目驱动的教学内容改革融汇了传统学历教育的理论教学范式与职业培训体系的实践案例教学法，构筑了“知识点”与“项目实践”双轨并行的教学路径，致力于增强学生在游戏引擎技术领域的实际应用与创新能力。

在广泛调研甄选企业培训案例素材［5］和高校教材后，围绕Cocos2DX游戏引擎的核心结构特性，本课程提炼出了界面设计、场景切换管理、数据存储等一系列关键知识模块，再针对各模块核心知识点进行案例及项目的开发与设计，设计时遵循以下原则：

（1）案例设计遵循阶梯式递进原则，旨在兼顾不同学习起点与兴趣爱好的学生群体，确保个性化教学的有效实施。

（2）各模块均配备一个小型案例。将整个引擎架构的知识体系拆解至各个案例之中，引导学生循序渐进地掌握引擎内部工作原理。

（3）构建案例时，注重将C++面向对象编程的基础概念，如封装性、多态性、虚函数等理论融入案例的知识结构中，以夯实学生的底层编程基础。

（4）案例库与时俱进，随着引擎版本的更新迭代，适时调整和完善，同时汲取历届学生实验中的成功经验和独特解决方案，以更好地对接行业发展趋势和就业市场需求。

（5）实践项目的规划与设计，在尊重并激发学生自主选择和创新精神的基础上，设定明确具体的项目要求和评价指标，确保项目既能满足个性化创作空间，又能贴合课程总体教学目标。

通过教学内容改革，学生能将所学案例知识点与实践案例有效联结，在实践环节发挥个人创意，独立设计并实现一个完整的项目作品，从而达成理论与实践的深度融合。

3.2"教学方法改革

案例及项目驱动教学方法改革严格落实了以学生为学习主体、教师为指导核心的教学理念。

从教师角度看，要求教师不仅是知识的传播者，还是学生学习过程中的引导者。在新的教学模式中，教师精心选取典型案例，通过详细的步骤演示和原理讲解，为学生构建清晰的知识脉络，并在项目实践中，提供必要的技术支持与指导，引导他们发现和解决问题，鼓励学生在项目设计与实施过程中独立思考，自主学习。

从学生角度看，强调学生在学习过程中占据更为主动的地位。在教师的指导下，学生直接接触和解决现实案例，通过亲自动手实践，逐步理解和掌握相关知识点，从而加深对理论知识的理解和记忆。同时，学生被赋予更大的自由度和创新空间，可以根据自身兴趣和特长，在教师提供的框架内自主设计和完成项目，锻炼独立思考、分析问题和解决问题的能力。

3.3"考核与评价改革

在响应课程目标及深化教育评价的精细化诉求下，课程构建了一套贯穿全程的过程化考核体系，旨在激发学生持久的学习动力，同时确保教师能够实时、准确地把握学生对各个知识点的吸收进程。考核具体要求如下表所示。

课程采用多元化评价体系，上机实验单元强调实操技能与理论知识的应用，通过严格把控实验流程、作业质量和报告撰写来评价学生对实验的掌握与再现能力。综合实践项目着重考查学生基于所学知识进行创新转化的能力，通过原创小游戏的开发，评价其在系统设计、逻辑性、娱乐价值和创新性等方面的综合素质。期末笔试则作为对学期知识综合掌握程度的集中检测，深度考核学生的理论基础与应用能力。此评价体系全面、立体地反映了学生的学习进程与成果，遵循学术严谨性的同时，倡导创新实践和知识综合运用。

3.4"教学资源改革

以案例及项目为中心的教学模式对教学资源配置提出了更为严苛的标准。在硬件设施层面，游戏引擎类课程对计算机显卡内存配置的要求较高，常规个人电脑往往难以满足开发环境的需求，因此需结合实验室开放管理制度，优化硬件资源配置，以强化教学支持。

在软件环境方面，鉴于游戏引擎技术快速迭代的特点，课程配套软件必须紧跟行业前沿趋势和技术市场需求。

同时，可充分利用数字化教学平台的优势，构建线上虚拟课程体系，以此提供多元化、丰富的教学资源，旨在实现全方位的教学活动，包括但不限于：实时课堂讲授、课后深度练习、实战型项目训练、智能化考核评估以及教学效果量化统计等环节。

4"有关问题的探讨

在教学改革实践中，我们针对若干重要问题进行了探讨。

首先，分解设计与知识结构相匹配的案例是可行的。我们借鉴企业培训素材，结合C++理论体系和游戏引擎内部结构，分解、设计、升级了一些案例用于课程实践，取得了良好效果。

其次，游戏引擎教学对提升学生的编程基础和激发底层编程兴趣具有显著作用。据Cocos2DX引擎教学对专业学生就业及升学面试影响的调研显示，此类教学有利于加强学生的编程根基，有助于提升高质量就业率。

最后，游戏引擎版本的更迭虽快，但版本间延续性较强，功能接口相对稳定，可将其作为教学内容的拓展，借以激发学生对底层编程的兴趣，使他们认识到快速迭代的行业工具背后，扎实的面向对象编程基础才是未来就业市场的根本竞争力，从而化解部分学生过度依赖引擎模板设计的现象。

5"案例及项目驱动的教学改革效果分析

案例及项目驱动的教学改革通过引入逐层递进的实践性实验案例，使学生能够亲手实现若干小型项目，这一改变极大地激发了学生的学习热忱与主观能动性。学生的编程技能得到了显著提升，对参与各类竞赛充满了信心。此外，实践作品展示答辩环节的竞争氛围促进了同学们之间的互相切磋、借鉴，参与活动的积极性与通过作品展现自我的意识明显增强，教学整体效果显著提升。

具体来说，学生对实验的兴趣比较高，学生的实验案例和实践项目完成率非常稳定，不少同学都对案例进行了界面美化、功能扩展和完善。

2022年网选1班学生实验完成度为99%，成绩分布情况如图1所示。仅5%左右的学生实验完成质量不合格，而完成质量达到80%以上的学生达到了73.68%。

图1"2022年网选1班综合成绩分布

网选1班作业成绩统计情况如图2所示，实验平均成绩达到了85.94分。其中益智游戏项目的完成率为100%，最高分为99分，最低分为42分，平均分为87.68分。

图2"2022年网选1班作业成绩统计

近年来，学生屡获游戏设计与开发相关奖项，曾获计算机设计大赛动漫游戏组国家级三等奖和虚拟现实VR与增强现实AR组国家级二等奖的好成绩，在中国大学生数字媒体科技作品及创意竞赛中也获得了国赛三等奖的好成绩。不少同学进入游戏开发和虚拟现实行业工作，学生的实践创新能力明显增强。

6"结论

案例及项目驱动的游戏引擎类课程教学改革是有卓越成效的，每一次案例的成功实施都给学生带来了成功的体验，也让教师在教学过程中间接积累了工程实践经验。

鉴于市场对相关人才的迫切需求、课程设置的广泛性以及引擎在多元场景中的广泛应用，本文提出的改革措施对于计算机类涉及虚拟现实、游戏制作以及教育移动应用等方向的课程具有重要参考价值，对于网站框架类课程的教学改革也有一定启迪作用。

参考文献：

［1］崔凌毅.基于“虚拟现实+”的数字媒体技术探索［J］.山西财经大学学报，2022，44（S2）：188190.

［2］唐广花.案例驱动教学法在《Android移动开发技术》课程的应用［J］.计算机工程与科学，2019，41（S1）：196199.

［3］敖谦，刘华，贾善德.混合学习下“案例—任务”驱动教学模式研究［J］.现代教育技术，2013，23（03）：122126.

［4］臧兆祥，陈露露，万文梅，等.项目驱动的游戏开发课程群的教学模式探讨［J］.科技风，2022（30）：122124.

［5］关东升，赵志荣.Cocos"2"dx学习笔记：完全掌握C++API与游戏项目开发［M］.北京：清华大学出版社，2016.

基金项目：2021年湖北高校省级教学研究项目“编程项目驱动的游戏智能和图形渲染课程群的教学方法研究”（2021262）；三峡大学教研项目“基于案例及项目驱动的游戏引擎类课程的改革与实践研究”（J2022060）

作者简介：王俊英（1971—"），女，汉族，湖北黄梅人，博士，教授，研究方向：模式识别和图像处理、游戏设计与开发；任肖月（2001—"），女，汉族，河南开封人，在读硕士研究生，研究方向：模式识别和图像处理；臧兆祥（1985—"），男，汉族，云南曲靖人，博士，副教授，研究方向为机器学习和进化算法；陈明（1979—"），男，汉族，湖北宜昌人，硕士，讲师，研究方向为教育技术学。