基于游戏编程计算机实践教学模式应用 0 引 言 传统程序设计实践课程教学目标通常设定为综合已学习理论知识，提高编程解决实际应用问题能力，初步掌握计算机应用程序设计一般方法。基于此目标教学设计存在以下问题：学生对教师给定题目进行验证性编程，题目只是加大了平时上机实验难度与程序代码量，缺乏思维性训练；课堂理论教学加上机实验传统教学形式使得知识点僵化，学生创新能力培养不足；教师根据学生出勤与实践报告给出评分，无法实现过程表现性评价与有效激励。 1 高校计算机教育培养目标 随着计算机技术发展，高等学校计算机教育不再是计算机普及教育与单一技能传授，需要转变为能力、素质、思维与文化综合培养，特别要着眼于以下两个方面。 一是计算思维培养。计算机技术已经发展到“复杂信息系统时代”，计算机教育目标不再是传播计算机技术，而是传播计算思维，即“通过计算机教育，学生学会如何像计算机科学家那样思考”[1]。教育部制定《大学计算机基础课程教学基本要求（2019）》提出大学计算机基础教学总体目标是“大学生通过学习应能够理解计算学科基本知识与方法，掌握基本计算机应用能力，同时具备一定计算思维能力与信息素养。”计算机程序设计课程不再局限于对程序执行性能、代码复用性等编程技术训练，而要关注问题计算机建模，引导并训练学生利用计算思维提高解决专业问题能力，培养学生跨学科范围“计算”意识，自主地将计算思维应用到本专业领域学习研究中，提高专业相关知识发现、问题处理与科学创新能力。 二是工程能力培养。2019年教育部《中国工程教育质量报告》要求“高等教育‘回归’工程，把学生能力培养当做工程教育质量之本，指出学生工程实践能力薄弱是当前工程教育显性‘短板’。工程教育应切实扭转科学化倾向，把学生能力培养当做质量之本。”高等教育作为培养创新型工程科技人才重要平合，其模式正在转变为工程范式下工程教育模式。此外，新一轮科技革命与产业变革对高等工程教育提出了新、更高要求，需要加强“知识结构、能力结构、创新素质与创新精神” 4个方面素质培养，尤其需要具备跨界创新能力工程技术人才，这类人才需要跨学科、跨专业与跨文化“跨界培养”[2]。 2 基于游戏编程计算机实践教学模式建立 近年来，国内计算机教育界对计算机游戏形式教学展开研究，一些学者剖析了这种形式对程序设计课程教学影响[3]。2019年开始，我们对计算机实践课程开展全面教学改革，剖析一种基于游戏编程、突出计算思维与工程能力一体化培养计算机实践新教学模式。新教学模式基本思路是训练学生运用计算机思维，遵循软件开发流程，借助程序设计语言将计算问题转变为计算机程序，实现解决各学科领域计算问题。基于游戏编程计算机实践，设定待解决问题为编写一个可运行游戏，即基于游戏与动画界面C、C++与Java语言综合实验教学平台，开发互动式游戏或应用系统。教学改革包括设立计算思维与工程能力一体化培养教学目标，确定以计算思维模式为主教学内容，采用基于教学游戏开发流程教学形式与配套包含表现性评价考核体系。新教学模式建立思路与过程如图1所示。 3 新实践教学模式中计算思维与工程能力培养 3.1 教学目标 新实践教学模式总体教学目标是突出计算思维与工程能力培养，使学生了解计算思维概念，建立运用计算思维解决问题思想，掌握游戏编程中典型计算思维模式内涵及实现算法，并能够将游戏中计算思维模式扩展应用到专业问题解决与建模仿真中；使学生建立初步工程意识，了解工程技术人才应具备基本素质，掌握工程项目控制流程、团队合作与协调分工工程实施方法。 3.2 教学内容与形式 新实践教学模式教学内容包括计算思维模式与软件工程基础理论两个方面。 第 1 页 国际教育技术协会（ISTE）与计算机科学教师联合会（CSTA）提出了建立计算思维可操作定义，即在解决问题过程中，如果包含下述特征，即体现出计算思维建立[4]：①以使用计算机解决问题为目，对待解决问题进行规划；②通过算法思维，即一系列有序步骤，自动求解问题；③对一个问题求解计算思维过程可以推广与转化到更多问题求解。 计算思维模式可以进行具体分类，包括碰撞、吸收、产生、拉、推、查找、轮询检测、协同扩散、认知/行为同步等[5]，其中，前5种是基本计算思维模式，作为课程重点内容。将计算思维模式例化融入每个项目编程中作为可实施具体教学内容，见表1。各专业对计算思维模式要求不同，还需要进一步确定具体教学内容。我们在实际应用中初步实现了与自动化专业过程控制建模仿真软件Matlab结合，与材料科学专业材料剖析建模软件Ansys结合。 商业游戏生产基于软件工程流程，属于软件开发范畴，但教学与商业开发不同，学生缺少开发经验，投入时间精力不足，因此教学中应精简开发流程，建立一套以学生执行为主、教师指导监督教学游戏开发流程，作为教学实施方法与推进方式。教学游戏开发流程包括项目启动、项目运行管理、项目质量管理、项目验收评审4个环节，在各个环节中教师与学生分担不同角色与任务，两者结合构成完整工程实施过程。学生处于主体地位，担任项目开发主要任务，包括启动阶段部分任务以及运行管理与质量管理全部任务；教师承担辅助角色，任务是题目审查与验收方案制订。教学游戏开发流程及角色分配如图2所示。 为保证教学实施有效性，适时增加中期检查、预答辩等环节，增进组间交流讨论，有助于调整工程进度与项目顺利完成，同时可以提高学生对工程控制意识与能力，帮助学生了解工业生产过程管理方式。 3.3 考核评价及激励机制 教师应建立与教学内容相对应考核评价与激励机制，包括以下几方面。 （1）评价计算思维模式使用：制订项目中计算思维模式使用种类、次数、质量与效果4个方面量化指标，给出分级评分。 （2）评价项目最终成果：根据学生提交游戏项目文档，结合PPT答辩与成果展示，给出评分。 （3）评价课程中学生表现：设计表现性评价方法，建立评价量规[7]。 （4）实施有效激励机制：采用组织竞赛评奖与作品展示方式，促进学生相互竞争，激发学生主动性与积极性。 4 新实践教学模式实施与效果 4.1 新教学模式实施 自动化专业是工程性、践性与综合性较强工科专业。2019年暑期，我们选择自动化专业试点实施新教学模式。课程共3周，60学时，授课对象是已修C语言程序设计自动化专业学生，具体实施过程如下。 （1）选择结合自动化专业计算思维模式。将自动化过程建模软件Matlab与游戏编程中一致计算思维模式实例化到实践教学过程中，培养建立专业性计算思维。例如，Matlab编程中矩阵处理与游戏编程中二维与三维地图建立具有一致性计算思维模式；自动化过程控制仿真中消息传递与处理与游戏编程碰撞计算思维模式具有一致性等。 （2）分组选题。按自愿原则建立合作式小组，自定组长，组长分配任务并带领组员执行各个阶段任务。教师对各组实行目标管理，只检查各组最终运行结果。组内具体运作则由内部自行协调，教师只在必要时提出建议，培养学生团队合作精神及协调工作能力。各组根据教师给定范围与建议，在规定时间内选定题目，经教师认可启动项目。 （3）工程化项目管理。教师在实施选题、中期、预答辩、验收等环节，引导学生遵循软件工程思想，关注与控制工程进度，分阶段进入开发各环节，在游戏开发过程中采用经典软件开发瀑布模型；从实体设计包括场景建立、地图形成、精灵控制与效果添加，到代码建立、修改运行测试软件设计，从无到有，最终形成一个分阶段控制工程。 第 2 页 （4）考核评价。强调工程意识项目验收，教师对学生提交项目文档、PPT答辩与计算思维模式量化应用给出评分；对项目中个人表现实施表现性评价，综合教师与同组成员之间两方面评分，量规包括团队合作分、组员完成所承担任务情况及质量、是否尽了最大努力、组员间合作时表现、参与会议出勤情况及发言情况等。 （5）通过各种形式展示优秀作品，实现激励机制并为课程实施良性循环提供准备。游戏平台提供商评定优秀作品并给予奖金激励；将优秀作品实践报告整理修改，作为下一届学生项目参考案例文档，并在课程网站宣传与在微信公众号推广。 4.2 教学效果反馈 对参与课程5个班150人实施全样本问卷调查，发现认为参加实践课程对培养团队合作精神十分有效占62.75%，一般有效占29.41%，仅仅了解占7.84%；对游戏编程中计算思维模式体验，认为十分显著占64.71%，效果一般占31.37%，不深刻占3.92%；对使用C程序设计语言开发项目方面成就感，认为十分显著占66.67%，效果一般占25.49%，不深刻占7.84%。另外，要求每个学生项目验收报告中包括不少于800字感受。粒子闯关游戏设计者这样描述其对计算思维模式学习与使用过程感受：“……而粒子跳跃更是超出了预计，本以为设置碰撞就行，因为各个粒子之间存在作用，所以粒子在木板上不是简单碰撞，而是在不停地上下抖动，显然碰撞已经不能适用。后来解决方案只能改变成与木板距离，当二者距离足够近时给予粒子跳跃属性”。砖块大作战小组学生感受体现出其对工程概念初步认识：“制订目标不能好高骛远，一开始我们没有按照一个固定程序套路编写，而是选择设计自己游戏，这使得我们在后来工作中，在程序逻辑与实际编写上都遇到不小麻烦，带来需要学习新东西挑战”。 以访谈形式收集教师对课程反馈。参与实践教学教师认为“与以往参与学生相比，学生为了实现游戏编程中功能，会主动学习涉及科学仿真建模与编程知识”。自动化现代控制理论课程教师谈到“本届学生更容易理解自动控制流程建立思想，掌握过程模型抽离方法，较往届学生更快进入控制理论学习”。 5 结 语 北京科技大学每年约有3 300名学生参加暑期实践，参加计算机实践学生约为1 600名，占比约50%。计算机实践分为程序设计类：VB程序设计（约120人）、C++与C程序设计（约1 200人）以及办公软件类：Office高级应用（约280人）；在教学开展过程中，剖析建立基于游戏编程计算机实践教学模式，并在自动化专业本科开展试点实施。通过教学结果数据统计与学生教师反馈表明，与以往枯燥抽象实践课程感受相比，新教学模式能够提高参与者兴趣与主动性，同时将计算思维向专业领域扩展，对专业课学习起到助力作用，达到计算思维与工程能力一体化培养教学目标。计算思维模式细化、分类及量化评价是下一阶段研究内容。 希望以上资料对你有所帮助，附励志名言3条： 1、有志者自有千计万计，无志者只感千难万难。 2、实现自己既定的目标，必须能耐得住寂寞单干。 3、世界会向那些有目标和远见的人让路。 第 3 页 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/edb16a05b34e852458fb770bf78a6529657d3565.html