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(xué)中存在著一些問題。基于CDIO的數(shù)字媒體技術(shù)課程體系，教師可以通過改進(jìn)教學(xué)方式、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、整合教學(xué)資源、調(diào)整教學(xué)方案等方面，利用后續(xù)的CDIO實(shí)踐結(jié)果進(jìn)行前反饋，改進(jìn)三維建模課程教學(xué)，以提高課堂教學(xué)效率。

[關(guān)鍵詞]三維建模；數(shù)字媒體專業(yè)；CDIO；教學(xué)改革

[中圖分類號(hào)] G642.0 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2018）05-0080-03

前言

隨著我國高校教學(xué)改革的不斷深入，數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)各門課程的改革也越來越受到社會(huì)的關(guān)注。而三維模型由于其既可以描述現(xiàn)實(shí)世界中的實(shí)體，也可以描述虛擬的物體，在動(dòng)畫、游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)、醫(yī)療、科學(xué)和建筑等領(lǐng)域被大量使用。因此，如何使學(xué)生能夠較好地制作出三維模型，并應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，成為人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。

CDIO（Conceiving- Designing- Implementing-Operation，即構(gòu)思—設(shè)計(jì)—實(shí)現(xiàn)—運(yùn)行）是由麻省理工學(xué)院、瑞典查爾斯技術(shù)學(xué)院、瑞典皇家工學(xué)院和瑞典林克平大學(xué)等國際知名高校，經(jīng)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(tǒng)教學(xué)模式，CDIO 更加注重對(duì)學(xué)生能力的培養(yǎng)，其能力評(píng)價(jià)指標(biāo)包括基礎(chǔ)能力、綜合能力、應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力[1]。

我院數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)課程體系整體引入CDIO的教學(xué)模式，即在幾門專業(yè)基礎(chǔ)課教學(xué)完成之后，利用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，將幾門課程技術(shù)融入同一游戲項(xiàng)目開發(fā)的過程中，讓學(xué)生能夠在做的過程中將知識(shí)融會(huì)貫通。三維建模課程作為其中重要的必修專業(yè)基礎(chǔ)課之一，是教學(xué)的重中之重。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生要能夠掌握三維建模技術(shù)的基本原理、方法和3DS MAX軟件中常用的建模技術(shù)，并能夠熟練設(shè)置材質(zhì)、燈光和攝像機(jī)等渲染場景。此外學(xué)生還需要熟悉三維動(dòng)畫、游戲等領(lǐng)域三維模型的創(chuàng)作和制作技巧。本課程在數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)課程體系中起著承上啟下的作用，其開設(shè)目的是培養(yǎng)服務(wù)于影視動(dòng)畫制作公司、游戲制作公司、數(shù)字互動(dòng)媒體制作公司、廣告制作公司、裝潢設(shè)計(jì)公司和房地產(chǎn)景觀設(shè)計(jì)公司等單位，從事虛擬模型制作、動(dòng)畫制作、特效制作、渲染合成、角色場景設(shè)計(jì)、廣告設(shè)計(jì)等技術(shù)崗位工作的人才。

一、目前教學(xué)中存在的問題

目前三維建模課程的教學(xué)方式主要分為兩種，一種是沿用普通課程的教學(xué)方式，即理論課+實(shí)驗(yàn)課，以技能操作的理論知識(shí)點(diǎn)為主線進(jìn)行教學(xué)，教師能夠全面地講授建模的相關(guān)技術(shù)、技巧，但是這種方式經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致教師的理論教學(xué)和學(xué)生的具體操作相脫節(jié)；而且學(xué)生在實(shí)踐過程中遇到的問題，往往無法得到教師及時(shí)、有效的指導(dǎo)，從而使學(xué)習(xí)效果大打折扣。另外一種方式是按任務(wù)驅(qū)動(dòng)，即案例式教學(xué)法。案例教學(xué)法（Case Study）是一種用真實(shí)案例（Case）進(jìn)行課堂教學(xué)的教學(xué)方法，最早于1870年由當(dāng)時(shí)擔(dān)任美國哈佛大學(xué)法學(xué)院院長的克里斯托弗·哥倫姆布斯·朗道爾（Christopher Columbus Langdell）教授創(chuàng)立[2]。教師每次布置相應(yīng)的案例給學(xué)生，讓學(xué)生動(dòng)手去做，通過案例制作來學(xué)習(xí)技能。這種方式的好處是學(xué)生可以快速掌握知識(shí)點(diǎn)，通過制作案例幫助學(xué)生理解和掌握課程的知識(shí)點(diǎn)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，并使學(xué)生更有成就感。其不足之處在于學(xué)生掌握的知識(shí)點(diǎn)有可能不夠全面，案例中沒有涉及的知識(shí)點(diǎn)學(xué)生無法了解掌握。

此外，三維建模課程是一門綜合性較強(qiáng)的基礎(chǔ)性課程，涉及計(jì)算機(jī)技術(shù)、設(shè)計(jì)學(xué)、美學(xué)、色彩學(xué)等學(xué)科背景知識(shí)，而3DS MAX軟件本身也比較復(fù)雜，功能模塊較多，快捷鍵多而雜，參數(shù)設(shè)置也比較繁雜，這些都給學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了巨大的障礙。該課程所構(gòu)建的模型隨著其應(yīng)用場合的不同，可以分為很多種類，如室內(nèi)外設(shè)計(jì)模型、動(dòng)漫游戲場景模型、動(dòng)漫游戲角色模型、產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型等，學(xué)生無法全面掌握這些種類的模型，而教師所使用的教學(xué)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(huì)造成學(xué)生對(duì)每種模型的理解都是蜻蜓點(diǎn)水，一知半解。

三維建模課程從技術(shù)上而言是通過計(jì)算機(jī)手段來構(gòu)建模型，通過計(jì)算機(jī)軟件的操作來實(shí)現(xiàn)模型的創(chuàng)建，其中設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)理念尤為重要。在平時(shí)的授課過程中，教師往往只注重技術(shù)上的講授和軟件的使用，而設(shè)計(jì)思路、創(chuàng)意等方面的重要性沒有體現(xiàn)出來，也沒有向?qū)W生講述設(shè)計(jì)思路，強(qiáng)調(diào)模型創(chuàng)意。因此學(xué)習(xí)本課程之后，學(xué)生往往只是學(xué)會(huì)了如何使用3DS MAX軟件和部分模型的制作，卻不知道如何創(chuàng)建高質(zhì)量的模型，缺乏設(shè)計(jì)意識(shí)，只會(huì)照著已有的模型去做，不能做到舉一反三，更無法融入個(gè)人的創(chuàng)意，沒有自己的設(shè)計(jì)理念[3]。

二、教學(xué)改革的措施

根據(jù)以上本課程教學(xué)中的一些問題，查出原因，依據(jù)現(xiàn)有條件，我們提出通過以下幾個(gè)方面的改革，探索面向應(yīng)用的課程模式。

（一）以培養(yǎng)學(xué)生的全面能力為主，改進(jìn)教學(xué)方式、優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容、整合教學(xué)資源

本課程主要有傳統(tǒng)式和案例式兩種教學(xué)方式，這兩種方式各有其優(yōu)勢和劣勢，因此我們應(yīng)該將兩種教學(xué)方式進(jìn)行結(jié)合，取長補(bǔ)短，以學(xué)生為中心，針對(duì)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)薄弱、學(xué)習(xí)主動(dòng)性及積極性不高等特點(diǎn)，設(shè)計(jì)教學(xué)案例，調(diào)整教學(xué)進(jìn)度，增強(qiáng)課程的實(shí)用性?？梢园颜n程總的教學(xué)時(shí)間劃分為三部分，第一部分時(shí)間以知識(shí)點(diǎn)的講授為主，以技能操作的理論知識(shí)點(diǎn)為主線進(jìn)行教學(xué)，全面講授建模的相關(guān)技術(shù)、技巧，讓學(xué)生全面掌握建模的各種方法；第二部分時(shí)間則采用案例驅(qū)動(dòng)，把知識(shí)點(diǎn)劃分成不同的知識(shí)模塊，每個(gè)知識(shí)模塊安排相應(yīng)的案例，讓學(xué)生在做中學(xué)，通過這些小的案例制作，進(jìn)一步掌握知識(shí)點(diǎn)并熟練應(yīng)用所學(xué)知識(shí)；第三部分時(shí)間則是綜合項(xiàng)目的制作，選擇2～3個(gè)有代表性的、能夠充分覆蓋課程所學(xué)知識(shí)點(diǎn)的案例，讓學(xué)生獨(dú)立完成，使學(xué)生在完成項(xiàng)目的同時(shí)，能夠了解建模任務(wù)的設(shè)計(jì)流程，熟練運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，進(jìn)一步掌握建模技巧，樹立學(xué)生的自信心。

三維建模課程本身是一門應(yīng)用性課程，市面上有非常多的相關(guān)書籍和材料，網(wǎng)絡(luò)上也有很多教學(xué)視頻和教材，但是大多不夠系統(tǒng)，尤其是對(duì)初學(xué)者來說，其往往跳躍性比較大，一些教學(xué)文檔資料也沒能很好地體現(xiàn)在教材中。因此，教學(xué)資源的整合非常重要。教師要從文字、圖片、實(shí)例和視頻等多個(gè)角度進(jìn)行教學(xué)資源的整合，并應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，建立可互動(dòng)的課程數(shù)據(jù)平臺(tái)，把這些整合的資源放在校園網(wǎng)上，供學(xué)生使用，讓學(xué)生除了課堂教學(xué)之外，還可以從平臺(tái)獲取知識(shí)和學(xué)習(xí)資料，并與教師進(jìn)行有效的溝通交流，打破課堂時(shí)間的限制，最大化地實(shí)現(xiàn)資源共享，使教學(xué)模式多樣化[4]。

（二）明確課程對(duì)應(yīng)的應(yīng)用方向，設(shè)計(jì)教學(xué)案例

由于建模課程所構(gòu)建的模型多種多樣，根據(jù)其應(yīng)用場合的不同，可以分為很多種類，如室內(nèi)外設(shè)計(jì)模型、動(dòng)漫游戲場景模型、動(dòng)漫游戲角色模型、產(chǎn)品設(shè)計(jì)模型等，而這些模型在構(gòu)建時(shí)需要考慮的側(cè)重點(diǎn)各有不同，對(duì)模型的精細(xì)程度等方面的具體要求也有所不同，因此，在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)，要全面掌握這些模型的創(chuàng)建技巧和方法就有很大的難度了。因此，我們要求學(xué)生針對(duì)課程體系結(jié)構(gòu)，充分了解課程的應(yīng)用方向，在課程的學(xué)習(xí)過程中，重點(diǎn)關(guān)注動(dòng)漫游戲場景模型和角色模型的構(gòu)建，為后續(xù)的游戲開發(fā)相關(guān)課程做好準(zhǔn)備。

課程教學(xué)中，教學(xué)案例的選取尤為重要，應(yīng)該充分結(jié)合課程的體系結(jié)構(gòu)，盡可能科學(xué)地進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、做相結(jié)合。由于本課程將來的主要應(yīng)用是游戲方向，因此課程的教學(xué)案例也應(yīng)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(diǎn)，作為主要案例，要求學(xué)生學(xué)習(xí)掌握。通過這些案例的教學(xué)，把三維建模的知識(shí)點(diǎn)和具體的制作技巧由易到難地融入其中，充分地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

（三）明確設(shè)計(jì)思路，注重設(shè)計(jì)創(chuàng)意，采用合理的考核方式

在教學(xué)過程中，教師應(yīng)正確引導(dǎo)學(xué)生，多強(qiáng)調(diào)創(chuàng)意的重要性，引導(dǎo)學(xué)生不要只注重操作細(xì)節(jié)，要有自己的設(shè)計(jì)理念，要告訴學(xué)生只是把模型構(gòu)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(guān)行業(yè)的動(dòng)態(tài)和發(fā)展情況，讓學(xué)生能夠更多地了解專業(yè)發(fā)展，規(guī)劃職業(yè)生涯，為今后的就業(yè)打基礎(chǔ)。除了課堂的師生互動(dòng)，課外的練習(xí)也是必不可少的，教師需要督促學(xué)生在課下多練習(xí)，提倡學(xué)生課余多上一些專業(yè)的技術(shù)論壇，多看一些網(wǎng)上的教學(xué)視頻并進(jìn)行大量的實(shí)際操作，通過各種渠道提升專業(yè)素質(zhì)[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(xué)生擺正學(xué)習(xí)態(tài)度，全面提高學(xué)生的建模水平。本課程主要是通過軟件的應(yīng)用來實(shí)現(xiàn)模型構(gòu)建的，課程的考核主要是通過學(xué)生作品來評(píng)定其對(duì)課程的實(shí)際掌握情況。因此，不應(yīng)簡單地采用一次作品或者一次操作來評(píng)估學(xué)生的掌握情況，而應(yīng)該注重平時(shí)表現(xiàn)，突出階段性任務(wù)的完成情況，兼顧期末考核，采用平時(shí)階段性作業(yè)和最終大作業(yè)結(jié)合的方式來評(píng)定學(xué)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(xù)建設(shè)，調(diào)整教學(xué)方案。

三維建模課程單獨(dú)來看是一門課程，但是其在后續(xù)課程中要不斷地使用，因此，本課程后續(xù)的跟蹤非常重要。結(jié)合本院CDIO的教學(xué)模式，讓學(xué)生“做中學(xué)與學(xué)中做”，并把三維建模課程與游戲開發(fā)類課程相結(jié)合，在實(shí)際的游戲開發(fā)過程中，提高、加強(qiáng)學(xué)生的建模能力，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)作設(shè)計(jì)能力，提高學(xué)生團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和實(shí)踐能力。

在后續(xù)的游戲開發(fā)課程組中，教師可結(jié)合CDIO的教學(xué)模式，利用項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生自愿組合成項(xiàng)目組，小組成員進(jìn)行分工合作；完全按照企業(yè)項(xiàng)目開發(fā)方式和進(jìn)度，進(jìn)行嚴(yán)格把控，保證項(xiàng)目能如期完成。根據(jù)項(xiàng)目的完成情況，反饋到之前的三維建模課程中，找出學(xué)生的薄弱環(huán)節(jié)和教學(xué)中需要加強(qiáng)的地方，調(diào)整教學(xué)方案。

三、結(jié)束語

在教學(xué)過程中，我們積極采取了以上的教學(xué)改革方案，取得了初步成效，得到了學(xué)生的支持，大部分學(xué)生贊同我們的改革模式，認(rèn)為其啟發(fā)了思維，使他們學(xué)習(xí)更加主動(dòng)，提高了他們的綜合能力。通過學(xué)生對(duì)課程滿意度的評(píng)定和后續(xù)CDIO課程組對(duì)學(xué)生建模綜合能力的測評(píng)（見下表），我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)課程的滿意度和學(xué)生建模的綜合能力得到了極大提高，只有在少量細(xì)節(jié)問題上仍有疑問，這些疑問正是我們今后進(jìn)一步改革的方向。

總之，本課程作為省級(jí)精品課程，我們已經(jīng)開始著手對(duì)其進(jìn)行教學(xué)改革工作，采取了多項(xiàng)切實(shí)有效的措施，已初見成效；但這項(xiàng)工作是一個(gè)長期而復(fù)雜的任務(wù)，需要我們繼續(xù)努力、大膽探索、勇于實(shí)踐。我們相信，只要不斷地在實(shí)踐中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、教訓(xùn)，進(jìn)一步深化教學(xué)改革，教學(xué)工作將會(huì)越做越好，學(xué)生將能從課程中學(xué)到更多的知識(shí)，增加動(dòng)手能力，從而全面提高自身的綜合素質(zhì)。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 申明倩，王江濤. 基于CDIO的”四段式”教學(xué)模式實(shí)施——以工業(yè)設(shè)計(jì)專業(yè)三維軟件課程為例[J].江蘇理工學(xué)院學(xué)報(bào)，2016（6）：93-97

[2] 殷衛(wèi)霞. 三維動(dòng)畫課程的實(shí)踐教學(xué)改革研究[J].教育教學(xué)論壇，2012（4）：38-39

[3] 張泊平，吳國璽. 基于職業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的三維數(shù)字建模技術(shù)課程改革[J]. 大學(xué)教育，2016（9）：154-156

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

[5] 祝敏嬌. 三維動(dòng)畫設(shè)計(jì) （3DS MAX）課程教學(xué)的改革與實(shí)踐[J]. 中國科技信息，2010（7）：245-246

[責(zé)任編輯：劉鳳華]