探究式學習在高校游戲軟件開發(fā)教學中的應用研究

摘要:游戲是人類生活中一個必要的組成部分。隨著近年來計算機的快速發(fā)展，人們通過程序設計，開發(fā)出大量精彩的電腦游戲軟件。我國很多高校也開辟了游戲軟件專業(yè)，專門培養(yǎng)掌握計算機游戲軟件設計與開發(fā)的專業(yè)知識和實用技能的高技能型應用人才，以滿足當前游戲市場對該專業(yè)的人才需求。基于此，該文對探究式學習在高校游戲軟件開發(fā)教學中的應用研究進行了詳細探討。

關鍵詞:探究式;高校;游戲軟件;教學

中圖分類號:G642文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2009)27-7698-03

The Investigation Type Study is in the Application Study in Game Software in High School Development Teaching

ZHANG Yuan

(Zhejiang University of Media and Communications， Hangzhou 310018， China)

Abstract: The game is mankind the life win a necessity of constitute part.Pass program design， develop a great deal of fascinating computer game software.Our country a lot of high schools also develop to control the calculator game software designer exclusively to satisfy a current game market to that professional talented person's need.According to this， this text to investigation type the study developped the application study in the teaching to carry on a detailed study in game software in high school.

key words: investigation type; high school; game software; teaching

探究式學習，指的是學生在教師指導下，根據(jù)各自的興趣、愛好和條件，探索不同研究實例，獨立自主地開展研究，從中培養(yǎng)探索精神和創(chuàng)造能力的一種學習方式。這種學習方式的突出特征是堅持學生在學習過程中的自由選題、自主探索研究和自由創(chuàng)造，與以往學習方式相比，探究式學習更有利于激發(fā)學生解決問題的熱情和培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。在游戲軟件教學中，我嘗試運用探究式學習的精髓，希望能培養(yǎng)學生的獨立研究和實踐的能力，能讓學生通過探究式學習，提出問題，收集材料，對自選課題進行探索、分析、研究，最后基于問題模式解決，在實踐操作中培養(yǎng)學生科學的態(tài)度和價值觀以及創(chuàng)新精神、創(chuàng)新思維、創(chuàng)造能力，并學會解決相關的實際問題。

1 探究式學習的特點

1.1 重視問題的提出和解決

在探究式學習中，教師首先要組織學生從學習和生活中選擇和確定他們感興趣的研究專題，在探究式學習中，問題是學生學習的重要載體，學生在解決問題的過程中會涉及多種知識，這些知識的選擇、積累和運用完全以問題為中心，呈現(xiàn)橫向的、相互交叉的狀態(tài)。

1.2 重視學生的自主學習

探究式學習主要不是學習書本知識，而是強調動手動腦的實踐過程，它不是僅依靠教師傳授知識和技能，而是強調學生自主學習的行為與過程。當前教學中學生學習方式基本為接受性學習，但知識的學習只有通過自主性學習，才能內化成學生自身的經(jīng)驗體系。在探究式學習中，正是通過創(chuàng)設類似科學研究的情景，讓學生自主的探究式、實踐、發(fā)展和體驗，從而培養(yǎng)學生的科學精神、創(chuàng)新思維以及分析問題、解決問題的能力。而且我在具體應用中注意引導學生探究分層次任務，既用成就感鼓勵學生，又有難度任務吸引學生繼續(xù)探索前進。

1.3 重視學生學習內容與學習時間的開放性

探究式學習的開放性，是指構成探究式學習的各要素與實施過程所涉及的要素之間的非封閉性，集中體現(xiàn)在學習內容的開放、學習時間的開放。探究式學習的學習內容是多方面的，探究式學習顯然擁有更為開放的時間。

1.4 重視學生之間的交流與協(xié)作

由于探究式學習是問題解決的學習，學生面臨的是復雜的綜合性問題，這就需要依靠學生的供應價格智慧和分工協(xié)作。這種交流、協(xié)作包括交流、協(xié)作的精神與交流、協(xié)作的能力，例如彼此尊重、理解以及容忍的態(tài)度，表達、傾聽與說服他人的方式方法，制定并執(zhí)行合作研究方案的能力等。

2 游戲軟件教學中探究式學習的設計

探究式學習的設計有多種角度，由于人們所選用的參照標準不同，角度不同，因此對它的設計有不同的表述，本文主要從學習目標、學習內容、學習策略、學習評價等四個方面，對游戲軟件教學的探究式學習加以設計。

2.1 學習目標的設計

探究式學習目標的設計可以從以下兩方面來考慮:

首先，是與游戲軟件學科教學的互補性。游戲軟件教學重視學生對游戲軟件基礎知識的理解和掌握，而游戲軟件探究式學習則不以該軟件學科知識的傳授為追求，它是以學生個性發(fā)展的需求為出發(fā)點，以探究學習自身所長為主要追求。

其次，是學習目標自身的根本性。從這個角度來考慮探究式學習的思路與純軟件教學是十分相似的，游戲軟件教學時選擇的內容是以知識的基礎性為根本標準的，愈是能夠成為今后學習基礎的，就愈有選擇的價值;同樣，游戲軟件探究式學習的目標也是愈具有根本性、一般性，就愈具有廣泛遷移的價值。

2.2 學習內容的設計

游戲軟件探究式學習內容的具體選擇和設計，主要是體現(xiàn)游戲軟件探究式學習的學習目標和學習原則，沒有一定要達到的絕對標準和程度，而是視學生和學校的具體條件靈活處置把握。

2.3 學習策略的設計

探究式學習是溝通學校與社會、書本與實際、人與自然的一種很好的學習方式，游戲軟件探究式學習一方面需要學生情緒、經(jīng)驗的參與，另一方面又是學生的情感發(fā)展和新的經(jīng)驗獲得的過程。情緒和經(jīng)驗的獲得會對學生的認識和行為產(chǎn)生潛移默化的影響，這是純軟件書本學習所不能比擬的。

2.4 學習評價的設計

評價是為決策提供信息的過程，游戲軟件探究式學習的評價是指，在游戲軟件探究式學習的過程中系統(tǒng)地收集信息，根據(jù)學習目標的要求，對學習中所引起的學生認知行為上的變化，在定性、定量的基礎上進行價值判斷，為游戲軟件探究式學習的決策提供信息的過程。

3 游戲軟件教學中探究式學習的實例

游戲軟件專題探究式學習的內容是開放的，形式是多種多樣的，本文以制作“Blender的3D游戲”為例，對探究式學習的過程作一簡要敘述。

3.1 研究實例的目標

本課題的研究目標主要讓學生通過對該課題的研究，了解目前進行3D游戲開發(fā)的軟件很多，像OpenGL、Java3D、VRML、Blender等等。可以說每種軟件都有其自身的優(yōu)點，但Blender卻因其在運行速度、操作簡易、可視化交互、所占空間少等方面的優(yōu)越性得到越來越多游戲開發(fā)者的青睞。開發(fā)者無需編程即可用圖形可視的方式來定義交互方式，這樣可以大大簡化源程序的編寫，節(jié)省開發(fā)時間，提高效率。但是，要想做好就必須不斷學習和研究新知識、新技術。只有將實際需要與游戲軟件設計的發(fā)展緊密相連，才能探索出一條適合游戲軟件的發(fā)展之路。本文用Blender開發(fā)了常見的二維小游戲--搬箱子，并從中對Blender的交互定義方式有一些深入的認識。這個多以二維方式出現(xiàn)的小游戲移植到三維環(huán)境里同樣益智好玩。

3.2 研究實例的內容

Blender制作三維游戲的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在不需編程，用圖形可視的方式來定義交互方式。不僅簡化了代碼的編寫，縮短了開發(fā)時間，也為不擅長代碼編寫者提供了開發(fā)三維游戲的機會。Blender除了三維功能外，最突出的是它是現(xiàn)在唯一的三維建模和游戲制作的統(tǒng)一環(huán)境。它能仿真重力、碰撞、力、加速度、摩擦力等，還可以創(chuàng)建一系列的3D物體類型包括:多邊形網(wǎng)格，NURBS曲面，bezier和B-spline曲線，變形球，向量字體(TrueType， PostScript， OpenType)。同時它還具有很好的編輯功能如:擠壓，倒角，剪切，旋轉放樣，環(huán)繞彎曲，細分，噪聲，并可用Python腳本定制工具。

本文研究實例中該游戲是一個具有邏輯和策略的3D迷宮游戲，游戲者需要移動箱子到相應的目標位置。游戲者一次只能移動一個箱子，并且只允許推不允許拉箱子，還要確保道路暢通。該游戲設置多重關數(shù)，每關設置三次生命并有計時，如果游戲者在規(guī)定的時間內無法完成游戲或者用完三次生命仍沒有闖關成功，則此關游戲需重新開始。游戲者必須成功完成上一關才能進入下一關。游戲流程圖如圖1所示。

游戲功能:

1)按下鍵盤上的上、下、左、右鍵選擇菜單，回車鍵選擇當前選中菜單。

2)按下鍵盤上的上、下、左、右鍵控制箱子向前、向后、向左、向右移動。

3)使用R鍵旋轉視窗，Q鍵放大視窗，W鍵縮小視窗。

4)使用C、V鍵切換照相機視角

5)推車:游戲使用推車推動箱子，推車由鍵盤上的方向鍵來控制，按一次方向鍵，推車移動一步。當推車與墻體碰在一起，不允許穿越墻體。

6)箱子:當箱子與墻體或其它箱子發(fā)生碰撞，它不能再移動。該游戲特別設置某些箱子中裝有易燃、易碎物品，若這些箱子碰撞到墻體，游戲結束。

3.3 研究實例的步驟

該游戲軟件開發(fā)教學的實施可以分三個階段進行:階段1:準備和指導。介紹開展該課題研究的意義、大致課程和注意事項，然后將課題布置給學生，同時展示游戲軟件的實例。階段2:設計方案，開展研究。讓學生上網(wǎng)收集資料，分工合作，進行創(chuàng)新設計，然后動手進行上機實驗，開展研究，得出自己的結論。階段3:評價、交流。在教師評閱各組成果的基礎上，組織學生進行交流。

1) 關聯(lián)的對象(Associated Objects)

將Blender游戲引擎中的邏輯關系關聯(lián)到相應的對象上。將關聯(lián)對象被選中后，對象的名稱會顯示在邏輯窗口中。邏輯窗口中可以顯示單個的關聯(lián)對象也可以顯示多個關聯(lián)對象。

2) 行為(Actors)

行為用來定義一些不太可能發(fā)生交互關系的對象，如環(huán)境對象、墻體或地面等。這些通常是在游戲中不受重力影響的、固定不變的對象。

行為可以被賦予多種設置，如重力、體積、微量等。

3) 屬性(Properties)

屬性好比其它編程語言中的變量。開發(fā)者可以為一個對象添加多個屬性，并為每個屬性設置唯一的名稱和類型。它們對于存儲額外信息非常有用，例如一只槍中剩余的子彈數(shù)。

4) 傳感器(Sensors)

傳感器是產(chǎn)生邏輯關系的核心。它用來觸發(fā)一些事件，如鍵盤上某個鍵被按下、定時事件等。當傳感器被觸發(fā)時，會對所有鏈接的控制器發(fā)出脈沖。

5) 控制器(Controllers)

控制器用來決定多個傳感器之間如何進行交互，并且判斷何時切換至Python腳本語言。

6) 制動器(Actuators)

制動器影響對象或游戲中的運動、聲音、屬性等參數(shù)。

7) 鏈接(Links)

鏈接指示出對象之間的邏輯流程。它只能存在于傳感器與控制器之間或控制器與制動器之間。傳感器與制動器之間不能直接進行鏈接。如果希望在制動完成后觸發(fā)傳感器，需要為對象添加一個屬性，并為這個屬性建立一個傳感器來監(jiān)測屬性的改變。

3.4 研究實例的實施過程

下面介紹主要交互的實現(xiàn)方式。

1)推車交互實現(xiàn)

推車交互實現(xiàn)如圖所示。傳感器分別由四個鍵盤指令觸發(fā):Uparrow(上鍵)、Downarrow(下鍵)、Leftarrow(左鍵)和Rightarrow(右鍵)。當Uparrow指令觸發(fā)時，告訴制動器需要進行Motion(移動)動作，如圖示沿X軸正方向移動0.05，則推車向前移動。用相同的方法可制作推車向后、向左、向右移動。

2)箱子交互實現(xiàn)

箱子的交互實現(xiàn)主要表現(xiàn)在箱子是否被推放到正確的目標位置。首先為每個箱子添加String類型的屬性并命名(例如本游戲屬性命名為”boxfood”、’boxfire”、’boxradio”等)。其次在每個目標位置設置與箱子之間的沖突檢測，為目標位置的傳感器設置Collision觸發(fā)，當箱子位置正確時，制動器發(fā)出正確Message(消息);當箱子位置有誤時，制動器發(fā)出錯誤消息。然后將制動器發(fā)出的消息反饋給傳感器并加以判斷，若正確消息返回True，若錯誤消息返回False。最后，當所有消息均返回True時，游戲進入下一關。

3)菜單交互實現(xiàn)

本游戲使用游標實現(xiàn)菜單選擇，游標采用上、下鍵控制，需為其設置Keyboard鍵盤傳感觸發(fā)，并設置一個計數(shù)器以便游標可以上下來回使用。

4)關數(shù)、生命數(shù)的顯示和計時腳本

由于傳感器與制動器之間不能直接進行鏈接，為將每關顯示出來，需要為其添加String類型的屬性，屬性名為”Text”，屬性值為”Level”，當游戲者進入第2關時，首先觸發(fā)傳感器，傳感器發(fā)出消息，制動器接收到消息時判斷將屬性”Text”取出，將屬性值Level2(第2關)顯示在屏幕上。生命數(shù)的顯示與關數(shù)的顯示方法一樣，但由于生命數(shù)是要遞減的，因此還要為生命數(shù)添加Int類型的屬性用來計數(shù)，屬性名為”cout”，初始值為0。當游戲者結束一條生命時，會使傳感器發(fā)出消息告知制動器要減少一條生命。

游戲計時需要添加Timer(計時)屬性，其Python腳本如下:

me = GameLogic.getCurrentController().getOwner()

me.Text = “%2i:%2.2f” % (int(me.Timer/60.0)，me.Timer % 60.0)

在這里只是簡單介紹了幾個主要的交互實現(xiàn)方式，當所有項目完成后，要進行編譯運行并生成可執(zhí)行文件。

3.5 研究實例的評價

評價是實施探究式學習的關鍵之一。在學生完成任務后，要在課堂上展開評價，它包括:自我評價、學生之間的互評、教師評價等等。評價的另一目的是作品欣賞或方法交流，讓學生在思路上能否得到一些啟發(fā)，看一看其他同學是如何完成該任務的，在方法上和自己有什么不同。這一階段的特點是:集思廣益，開拓思路，鼓勵創(chuàng)新。積極的評價機制有利于激發(fā)學生學習熱情，保持濃厚的學習興趣，對學生的后續(xù)學習產(chǎn)生強大的動力。在對該課題研究報告的評價中，可以采用定性的評語式評價與定量的記分式評價相結合的方法。

探究式學習已經(jīng)形成了“以任務為主線、教師為主導、學生為主體”的基本特征，因此教師必須進行角色轉換。 角色轉換有兩重含義:一是從講授、灌輸，轉變?yōu)榻M織、引導;二是從講臺上講解轉變?yōu)樽叩綄W生中間與學生交流、討論，共同學習。 探究式學習要求教師必須明確自己所擔當?shù)慕巧J識到學生的知識不是靠教師的灌輸被動接受的，而是在教師的指導下，由學生主動建構起來的。在整個教學過程中，教師不是可有可無、無事可做，而是比傳統(tǒng)教學中的作用更加重要、更加不可缺少。因此，不能認為只有站在講臺上講課才是教師的本分。在探究式學習中，教師要充分地了解學生。在學生學習遇到困難時，教師應該為學生搭起支架;在學生學習不夠主動時，給學生提出問題，引導學生去探究;在學生完成基本任務后，調動學生的創(chuàng)作欲望，進一步完善任務創(chuàng)作;在任務完成后及時做好評價工作。

參考文獻:

[1] Piekarski W，ThomasB H.An object-oriented software architecture for 3D mixed reality applications[C].Proceedings of ISMAR 03，2003.

[2] Lucifer.游戲引擎系統(tǒng)[EB/OL].http://www.chinagamedev.net/cgd/develop/3D/200202/EngineSys.htm.