“课、赛、研”三融通教学实践——以Unity编程及开发课程为例.pdf

2023 年 S2 期创新创业教育高 教 学 刊Journal of Higher Education“课、赛、研”三融通教学实践以 Unity 编程及开发课程为例韦南京，杜宏博*，谭韬，陈非帆，李徐林（贵州师范学院，贵阳 550018）作为虚拟现实项目开发设计必修前的一门基础课，Unity 编程及开发课程有着重要的衔接地位，面对科技技术快速发展的步伐，计算机类人才需求的变化1，围绕未来新工科方向教育发展转变，而如何通过创设学习环境、为学生搭建不断进步的阶梯2，培养新一代“懂理论、会开发、能创新、有情怀、善沟通”的复合型计算机软件开发人才，使学生在学习后仍然持续学习，最后成长为引领我国虚拟现实技术发展的人才是课程创新的初心。一课程与教学问题的提出渊一冤课程发展沿革本课程是面向计算机科学与技术专业大三年级开设的一门专业基础课程，共 48 学时，3 学分，主要学习如何利用Unity编程开发基础交互式软件项目，创新出符合现代移动端桌面端设备稳定又满足人们功能需求的软件产品。Unity 编程平台自 2012 年来在国内开始应用推广，短短几年时间就为腾讯等大企业赋能，随着虚拟现实技术的发展，Unity 已成为虚拟现实技术开发的重要工具3，全球超过60%的虚拟现实项目均是由 Unity编程开发。最早开设该门课程的是清华大学，2016 年清华大学也相继出版了多门关于 Unity 编程的书籍，2019 年至今，Unity 相关课程在各高校也普及开设，教学创新方面还处于教学方法转变期，均是处于探索阶段（图 1）。渊二冤目前教学过程存在的问题1教学内容滞后经过几年的教学发现，学生用书内容已远远滞后行业需求内容，例如，本课程采用的书籍教学内容学习的软件基金项目：贵州省教育厅高校青年科技人才成长项目“基于 MR 与 VR 的 SCAC 空间定位方法的研究”（黔教合 KY 字2022314 号）；贵州省高等学校教学内容和课程体系改革项目“以 敢闯会创 能力素质提升为核心的创新创业教育改革研究”（黔教函2020315 号）；贵州省高等学校教学内容和课程体系改革项目“新时代背景下双创教育与思政教育融合模式的探索与研究”（黔教函2021113 号）第一作者简介：韦南京（1993-），男，苗族，贵州安顺人，助教。研究方向为 Unity 编程及开发、虚拟现实技术项目开发的教学。*通信作者：杜宏博（1984-），男，汉族，贵州贵阳人，硕士，副教授，硕士研究生导师。研究方向为模式识别技术。摘要：Unity 编程及开发是计算机专业的一门基础课程，主要以 Unity 系列编程为研究对象，课程结合 Visual Studio、3d Max、Unity 平台对软件进行设计，学生通过布置的课后作业完成相关的课程任务，而这样的培养模式已经不能满足现在计算机开发行业的用人需求。伴随着计算机技术的发展和行业需求的变化，传统 Unity 项目开发软件工程师课程培养的人才缺少创新及动态适应能力，对应多变的计算机软件开发行业尤其是虚拟现实技术开发等新行业，传统“教和练”的模式已无法满足 Unity 编程行业的需求。该文提出“课、赛、研”三融通教学模式，以培养学生成为具有“懂理论、会开发、能创新、有情怀、善沟通”的复合型计算机软件开发人才为目的，在实践教学中取得较好效果。关键词：高校计算机；Unity 开发；三融通教学模式；课程创新；教学实践中图分类号院G631文献标志码院A文章编号院2096-000X渊2023冤S2-0048-04Abstract:Unity Programming and Development is a basic course for computer majors,mainly focusing on Unity series programmingas the research object.The course combines Visual Studio,3DMax and Unity platform to design software,and students complete relevantcourse tasks through assigned homework.And this training model has been unable to meet the needs of the computer developmentindustry.With the development of computer technology and the changing needs of the industry,the talents trained by the traditional Unityproject development software engineer courses lack the ability to innovate and adapt dynamically.In response to the changing computersoftware development industry,especially the development of virtual reality technology and other new industries,the traditional model ofteaching and training can no longer meet the needs of the Unity programming industry.This paper puts forward the teaching model ofcourse,competition and research,with the purpose of training students to be the composite talentsofcomputer software developmentwith understanding theory,development,innovation,feelings,good communication,and has achieved good results in practical teaching.Keywords:universitycomputer;Unitydevelopment;theteachingmodeintegratingthreeaspectsofcourse,competitionandresearch;curriculum innovation;teaching practiceDOI：10.19980/j.CN23-1593/G4.2023.S2.01348-高 教 学 刊Journal of Higher Education2023 年 S2 期创新创业教育版本是 Unity2017 版本，而现在已经更新至 2022 版本，同时发现教学内容中，原来添加的虚拟现实开发插件的方式与最新版本的方式区别较大，基于 Unity 开发配置安卓、VR/AR 等项目软件教学内容均存在滞后情况，综合情况看，随着虚拟现实技术、人工智能技术的发展，Unity 编程平台功能及操作也随之改变，传统的教学内容出现滞后情况，行业变化快，而职业要求高。2教学模式单一目前，在 Unity 编程及开发课程中，绝大部分授课老师采用的是“PPT 讲解+电脑实操+课后作业”的形式4，而这种教学形式下，尤其针对计算机专业，需要学生大量的动手操作才能学到知识，而该教学形式提供了较好的便捷，也给部分教师节约了备课时间，提高了教学效率，虽然目前的教学形式可以更快地给学生传递知识，但在授课过程中，更多的时间是在结合 PPT 内容讲授，速度较快，学生实操较少，这样就会给一些学生创造了“划水”的机会5。同时，在目前的教学中，设置的小节训练，内容呈现还均是以纸质版书籍题目为主，对于学生及时训练情况无法做到实时统计，对课堂教学效果反馈不够及时，同时由于课程内容更新不够及时，尤其是课程中案例滞后，学生听讲虽然可以获取大部分基础知识，但是在实践动手环节，案例的创新性不足，且更多时间是让学生去模仿实验，久而久之就会导致学生缺乏软件开发的独立思考能力和项目设计的创新能力，同时在此过程中，授课方式也很难让学生激发强烈的学习兴趣6，教学效果也处于被动状态。以上情况均是由于教师的教学模式单一导致的，在 Unity 编程开发实践中设置的学生实操较少，与学生互动较少，从而影响了教学效果。图 1Unity 编程及开发课程发展沿革3成绩考核单一以往的学生成绩考核中，计算机类课程普遍采用的是“考勤+课堂作业+课程设计报告+答辩”方式，部分课程也会增设期末试卷考试，通过教学实践发现，在学生成绩考核中，由于市场上还没有针对 Unity编程的随机题库，学生在完成编程过程中，出现学生直接复制其他同学代码来运行的情况，对于老师而言，很难察觉这种情况，因此对于认真努力完成作业的学生而言，会存在不平等情况。总而言之，目前的 Unity 编程及开发课程的学生成绩考核还有待完善。二课程创新理念与目标本课程目标是培养学生成为“懂理论、会开发、能创新、有情怀、善沟通”的复合型计算机软件开发人才。在理论知识方面，培养学生掌握 Unity 的基本知识和基本技能，理解 Unity 知识体系和编程思维和方法，了解 Unity 在VR/MR/AR 及游戏等项目的开发联系，对 C#相关知识有一定的了解。同时能够遵循软件系统开发和工程设计的基本要求，掌握 Unity 应用；在开发能力方面，培养学生能够运用现代信息技术获取相关信息来撰写技术报告和设计文稿，对游戏设计、前沿技术项目设计思路能够清晰表达，具备项目开发设计基本能力；在创新能力方面，培养学生利用新思维、新技术，结合 Unity 编程完成项目创新，例如在融媒体方面，结合所学开发融媒体虚拟仿真实训平台软件等；在沟通表达能力方面，培养学生具备一定的团队组织能力和团队合作协作的经验，具有团队协作意识，掌握项目协作及沟通的技能7，培养有家国情怀，树立科技强国梦的技术人才8。其次，将课程与大学生关注的竞赛和科研项目相结合，激发学生学习目标。Unity 编程及开发课程与其他课程不同的是，更加侧重于实践操作，Unity 可以用于教育软件、虚拟仿真软件、游戏开发和虚拟现实技术开发等方面，应用范围较广，学生在学习该课程内容时，结合专业索引，指导学生参加中国高校计算机大赛、“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛等赛事，同时在“项目实战篇”教学环节，鼓励学生用实践作品参加“大学生创新创业训练计划项目”，将部分课程设计与竞赛和学生科研相结合，给更多学生树立教学目标，进而提高学生的学习兴趣9（图 2）。三课程创新与改革途径渊一冤课程内容创新传统的课程中，内容仅包含软件界面认识、界面基础操作、Scene 场景搭建、资源导入导出、角色控制器设计、特效制作、Unity 物理引擎、Shuriken 粒子系统、Mecanim 动画系统、光照贴图技术、C#程序编辑、图形用户界面设计、软件资源打包和炸弹人案例解析几个大模块组成，课程内容中规中矩，缺乏学生在实际生活中遇到的软件案例，尤其是当下 00 后的学生，生活在信息爆发的时代，对科技前转变期初探期观望期萌芽期 Unity 编程平台问世2004 年 高校对于 Unity 技术开发还处于观望阶段 腾讯等大厂已借助 Unity开发出“王者荣耀”等20122016 年 清华等知名学校最先探索尝试引入课题，探索编著 Unity系列课程教材20162019 年各高校开设 Unity 编程课程，自建资源，线上线下混合式教学，OBE 模式探索2019 年至今49-2023 年 S2 期创新创业教育高 教 学 刊Journal of Higher Education图 2课程创新理念与目标沿和新事物信息接触较多，传统课程中的案例内容还停留在 80 后时代的软件案例，导致学生缺乏兴趣。因此，本课程内容创新是在原有课程的基础上增加更多 00 后学生喜闻乐见的案例，例如“跳一跳”“羊了个羊”等游戏开发案例解析，同时在课程内容设置上，做了大幅度调整，以“科技强国”贯穿全课程，例如，在地形工具使用章节中，将原来的“河流地形设计”改为“贵州射电望远镜FAST 地形仿真设计”。同时，课程中以每个学年为单位，及时更新软件操作使用介绍，将更新迭代内容做成 PDF 文档便于学生课后补充学习。其次，课程结合现代虚拟仿真需求，融入思政教育内容。课程中讲解到的 3D 地形，通过学生喜欢的射击游戏，带领学生制作模拟泸定桥战役等地形场景及交互，激发学生学习兴趣。教学过程以项目为驱动，将教学内容拆分模块化教学+课程实操+课堂任务模式，同时将更多课堂时间留给学生10，在教学实践中取得良好效果。图 3Unity 编程及开发课程结构渊三冤野课尧赛尧研冶三融通教学模式创新结合课程的培养目标，以及传统 Unity 编程及开发课程成绩考核遇到的痛点，提出“课、赛、研”三融通的教学模式（图 4）探索，打造课研融通、课赛融通、研赛融通，课堂中的实践项目可以拓展参加学生科研项目申报，科研项目不仅促进学生申请软著专利，还能参加计算机学科竞赛，进一步让课堂变得易学而有趣。以学生为中心，对接行业需求，课程内容链接前沿科渊二冤课程结构创新传统课程中直接按照内容模块讲解，知识点集中式学习，这样的好处是内容模块理解更透彻，不足便是各个模块内容之间的知识点缺乏衔接，尤其是全流程项目设计中，学生不能灵活地应用各模块的知识点解决问题，同时整个学期学习下来，前面学习的模块知识点存在遗忘情况。本课程结构创新：重新梳理课程内容知识模块，尝试将原来的 15 个章节 72 个小节拆分为四大结构，内容上稍做微调，分别为基础篇、应用篇、脚本开发篇和项目实战篇，每个板块均融入了项目训练，增强了学生的动手能力，随着课程的深入学习，板块学习的开放性逐步增强，尤其在“项目实战篇”板块教学中，教师将更多理论教学时间让给学生，而教师角色转变为辅导，辅导各个小组项目开发实战中遇到的问题（图 3）。Unity 相关理论知识涵盖全部章节设置开发实战训练环节拓展脑力风暴项目选题科技强国梦分组教学 团队协作懂理论会开发能创新有情怀善沟通掌握 Unity 的基本知识和基本技能编程思维和方法VR/MR/AR 及游戏等项目的开发联系课后小项目开发作业、企业案例小节训练参与计算机专业竞赛、大创项目训练解决行业痛点为目标，项目创新解决问题热点技术、科技前沿技术为结合开展选题课程融入思政教育，点燃强国梦想技术讨论、金点子分享课程设计报告 项目设计答辩1317 周1012 周79 周16 周项目实战篇脚本开发篇应用篇基础篇 跳一跳 飞夺泸定桥战役模拟 元宇宙案例 脚本开发语言C#的编程知识包括数据类型和 变 量、条 件语句和循环语句、数 组 和 集合、STRING 类、文件夹与文件、正 则 表 达 式、常 用 算 法、常用设计模式等 创建场景 组件和预制体 灯光系统 遮挡剔除系统 导航系统 动画系统等引擎介绍软件的配置与运行编辑器布局等50-高 教 学 刊Journal of Higher Education2023 年 S2 期创新创业教育技、将“科技强国梦”融入课程教学中；在科研项目方面，以课程实践项目为引导，带领学生参加大学生创新创业训练计划项目立项、大学生校级科研项目立项、参与教师科研子项目，或者指导学生申请软件著作权、实用新型专利等，让学生从课堂走向科研参与；在学科竞赛方面，鼓励学生参加全国计算机设计大赛、全国虚拟仿真设计大赛、“挑战杯”课外学术科技作品竞赛等，从竞赛中找到行业需求，促进学生学习动力。在课程内容增设上，以原有教材内容为核心，整合增设竞赛案例学习库，将历届优秀的计算机设计大赛作品作为案例分析对象，拆解案例中用到的与计算机课堂相关的知识，将分解的案例内容做成案例库，便于学生借鉴学习。在课程考核上，将学生参与立项的科研项目和专业竞赛获奖作为课程设计成绩的一个加分项，鼓励学生在实践中学习。图 4野课尧赛尧研冶三融通教学模式四结束语目前，该课程创新已逐步在课堂中应用，已取得较好反响，尤其是学生参与科研项目方面，已有 14.2%的学生立项“大创”项目，立项项目均是该门课程学生的实践项目，同时在 2022 年的课程中，优秀课程设计项目参加全国虚拟仿真设计大赛获得全国一等奖成绩。在前期课程创新初探实践中，学生通过 Unity 编程及开发课程的学习，设计制作的项目中多人获得“互联网+”大学生创新创业大赛国赛金奖以及多项省级奖项，并立项国家级“大创”项目，同时课程也倒逼教师去创新，在指导学生科研项目过程中，教师从中也能找到灵感，基于课程改革的课题也立项了省级青年科技人才成长以及新工科教改项目。本文以 Unity 编程及开发课程作为案例，以学生为中心、以知识内容为重点11，对课程知识结构框架重构，对传统教学模式进一步优化，结合学生实际情况实施“课、赛、研”三融通教学模式创新，在实践中有效加强学生对 Unity 编程及开发课程内容的掌握，同时在课程的实践模式上可以为其他教师提供借鉴参考。如今，计算机技术发展日新月异，为满足教学内容与用人单位需求，计算机类编程课程也面临教学方法、教学理念与实践模式等各方面的创新改革，同时作为教师，也要不断去提高教学水平，去适应时代的变化，帮助学生提高创新能力和实践能力12。参考文献院1文江盼.“新工科”背景下 Python 融入投资学课程教学创新研究J.山西青年，2022（4）：76-78.2向兵.基于 Unity 3D的游戏开发课程教学模式改革的探究J.教师，2022（23）：84-86.3万颖迪.“互联网+”背景下 BOPPPS 教学模式在“Unity3D”相关课程中的应用研究J.中国多媒体与网络教学学报（上旬刊），2021（3）：26-28.4张志勋，王娟，徐延强.基于面向“金课”建设的计算机网络课程教学体系改革研究J.才智，2023（1）：126-129.5杨宏印，程仁慧，何英，等.新工科视角下桥梁工程课程教学的改进建议J.西部素质教育，2022，8（17）：148-150.6刘东，兰宇琳，刘耀辉，等.基于新工科理念的计算机视觉实训课程教学改革探讨J.中国教育技术装备，2021（24）：122-124，133.7畅金龙，方楚鑫，曾兰燕.“学赛研创一体化”创新创业人才培养的研究与实践J.营销界，2021（20）：155-156.8毕忠勤，周平，李永斌.融入“四个自信”的计算机类课程思政教学案例研究与实践J.海峡科学，2021（1）：88-90.9刘莹莹.江西省高师院校教师教育课程改革研究D.南昌：江西师范大学，2019.10石丽.大数据时代计算机应用基础课程创新教学思考J.山西青年，2021（18）：74-75.11李磊，张丽，郭俊宏.基于新工科的“弹性力学”教学方法及教学体系的研究 C/第十七届北方七省市区力学学会学术会议论文集.中国力学学会：河南省力学学会，2018：4.12薛佳楣，李美珊，玄子玉，等.高校计算机基础课程创新实践教学模式研究J.现代职业教育，2021（15）：18-19.全国计算机设计大赛 全国虚拟仿真设计大赛“挑战杯”课外学术科技作品竞赛 以学生为中心 对接行业需求 连接前沿科技 四大结构创新 思政融合贯通 计算机项目设计 软件著作权 实用新型专利 大学生创新创业训练计划项目立项 大学生校级科研项目立项 参与教师科研子项目科研项目课程学科竞赛研赛融通课赛融通课研融通51-