研究性教學在應用型本科人機交互技術教學中的應用

畢安琪

摘? 要：人機交互技術是一門涉及多個學科的交叉類課程，強調學生設計和開發交互式項目的能力，知識點碎片化，培養學生主動學習。研究性教學是一種基于以學生為中心，以成果為導向理念的教學模式，本文從基礎交互系統、綜合交互系統和創新類交互系統開發三個方面，闡述了項目驅動法在人機交互技術課程中的實踐方案，體現研究性教學在本課程教學過程中的優勢。

關鍵詞：人機交互技術? 項目驅動法? 研究性教學? 教學模式

中圖分類號：TP311.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2021）02（a）-0235-04

Application of Research-oriented Teaching in Practical Undergraduate teaching—Take human-computer interaction Course as example

BI Anqi

（Changshu Institute of Technology， Changshu， Jiangsu Province， 215500 China）

Abstract： Human-computer interaction technology （HCI） is a course that emphasizes students' ability to design and develop interactive projects. The course focuses on cultivating students active learning ability. Research-oriented teaching model is on the basis of student-centered and result-oriented concept. In view of this idea， this paper illustrates the practical scheme of project-driven method， a typical research-oriented teaching model， in the course of HCI. In detail， this paper consists of three aspects： basic interactive system， comprehensive interactive system and innovative interactive system， and concludes that project-driven model has advantages in the teaching process of HCI course.

Key Words： Human-computer interaction; Project-driven method; Research-oriented teaching; Teaching model

1? 概述

隨著人工智能、大數據技術的飛速發展，人機交互技術已經成為數字技術與用戶之間的橋梁，對互聯網的推廣和應用有著極大的貢獻。在國家“新型工業化”的目標和規劃下，應用型本科人才培養需要與實際應用緊密集合，“人機交互（Human-Computer Interaction）技術”課程作為數字媒體技術專業開設的一門專業方向必修課程，結合理論與實踐，在新興科技領域下培養學生具備人工智能相關方向的設計、開發和評價交互式項目的專業素養和綜合素質。

然而，由于“人機交互技術”課程涉及到與“面向對象編程”“動畫原理與規律”“Web前端技術基礎”等多個課程或專業的交叉應用，內容碎片化，知識更新快，導致學生缺乏思辨能力，對課程方向掌握不明確。

結合當前新工科背景下的專業建設特點，本文探討“人機交互技術”課程的教學難點，基于“以學生為中心，以結果為導向”的理念，融合基礎訓練、綜合訓練和創新訓練，基于研究性教學理念，構建以項目驅動法為主的開放性課程教學模式，從實際出發，通過線上學習、線下培訓、實踐研討等多種形式，由簡單到復雜，由基礎到綜合，由應用到創新，構建多層次實踐教學體系。

2? “人機交互技術”教學現狀分析

2000年以來，人機交互技術進入HCI2.0時代，把多種數字系統與人們之間的用戶體驗當作研究對象，研究個人或團體利用多種數字技術來得到最佳使用體驗的方法及原理[1]。因此，“人機交互技術”課程教學內容多樣化，信息更新快。另一方面，國家對于新工科背景下應用型本科院校教學目標和教學模式的改革，要求學生掌握設計、開發和測試交互式系統的過程，具備主動學習、創新設計等能力。

目前“人機交互技術”課程采用的是以教師為中心的教學模式，學生是被動的獲取知識，不具備主動學習能力和創新性。然而，隨著計算機科學與設計藝術學、語言學等學科的深入交叉，人機交互的研究內容越來越豐富，結合應用型本科人才培養目標，傳統的教學模式已經不再適用。主要存在以下幾點問題：（1）教學手段單一。教師以講授法為主要教學手段，學生對人機交互技術領域中用戶體驗、設計過程管理、直接操縱等理論難以形成具象概念，進而缺乏深入學習課程的興趣，失去學習動力。（2）人機交互的研究對象正在經歷飛速發展的階段，而目前的教學內容陳舊，實驗教學以驗證性為主，忽視學生積極性和創新性，不利于培養學生自主設計、開發、測試交互系統的能力。（3）課程考評方法以期末課程設計為主，平時表現為輔，“人機交互技術”知識點碎片化，是一門綜合考查學生創新能力和實踐能力的課程，依靠一次期末課程設計無法時刻跟進學生的掌握情況。

針對“人機交互技術”的課程特點和傳統教學模式的弊端，本文基于研究性教學理念，從項目實戰出發，探討項目驅動法在本課程教學中的應用，從而激發學生學習興趣，培養主動學習和創新能力。

3? 研究性教學理念

研究性教學是指學生在教師的指導下，利用自我學習、分組討論、市場調研等方法進行自主學習，以期能夠深入吸收和理解所學課程，“以學生為中心，以成果為導向”，鼓勵學生形成發散性思維，通過創新式方法掌握課程中的相關內容。

與傳統的以教師為中心的教學模式相比，研究性教學的優勢主要體現在（1）教學手段多樣化。通過項目驅動演示法、啟發式、課堂討論法等多種教學手段相結合的授課模式，引導學生從多角度分析問題，激發學習興趣，鼓勵學生自己研究，自己動手，互相交流討論，提高自主學習和團隊合作的能力。（2）重視過程化考核。不局限于期末，注重平時，不局限于形式，結合學生需求，以實際問題為導向，采取多種考核方式，考核學生綜合能力。（3）因人而異差異化教學。大學培養的是專門人才，每個學生對同一個專業同一門課程的看法和興趣點都不同，尤其是以數字媒體技術為代表的交叉類學科，學生無論能力還是興趣都有所差別，研究性教學鼓勵學生自行選擇合適的學習方法，提高課程學習效率。

4? 研究性教學在“人機交互技術”課程中的實踐

綜上所述，在“人機交互技術”課程教學中，筆者采用以項目驅導法為主，結合講授法、演示法、討論法等多種教學手段的教學模式。項目驅動法是一種典型的“以學生為中心”的教學方法，該方法強調學生自主完成實驗項目，教師只做必要指導。具體的，教師將課程培養目標分解為若干個實際項目，學生在完成每個分項目的基礎上激發學習興趣，調動學習積極性，主動理解和掌握人機交互技術，并具備主動學習的能力[5]。

依據“人機交互技術”的課程目標和項目驅動法的特點，結合HCI領域發展現狀，基于Processing編程語言和開發環境，如圖1，筆者共設計6個實驗項目，分別是鼠標追蹤交互項目、點線面交互、制作時鐘項目、開發貪吃蛇游戲、交互式繪畫系統和聲音可視化項目。針對不同的項目，教學實施方法會有所區別，但是都體現了研究性教學“以學生為中心，以成果為導向”的理念。以下結合筆者的教學經驗，通過人機交互技術課程中幾個實踐項目闡述項目驅動法的具體應用。

（1）基礎交互項目。

鼠標、鍵盤和顯示器是最基本的人機交互設備，鼠標追蹤交互項目也是學生熟悉Processing編程環境以后，設計和開發的第一個入門項目，是后續學習綜合類人機交互項目的重要基礎。鼠標和鍵盤是學生在網絡游戲和平面設計軟件中經常使用的交互設備，很容易引起學生對開發人機交互項目的共鳴和興趣，筆者通過追蹤鼠標、點線面交互、控制連續珠鏈、制作時鐘等實驗項目，引導學生開發鼠標和鍵盤不同的交互模式，掌握人機交互項目設計中的基礎理論。尤其是鼠標控制珠鏈的實驗項目，其中涉及了人機交互中“輕隨”的概念，通過筆者的演示和講授，學生了解到輕隨技術在流暢的交互體驗中的應用，并對基于鼠標和鍵盤的交互過程有了從抽象到具體的理解。

（2）經典交互系統。

經典的交互系統，例如繪畫系統、貪吃蛇游戲開發、粒子系統等，是一類涉及到面向對象編程、數組、2D基礎、顏色、曲線、復雜圖形、文本等知識點的綜合類實驗項目。以繪畫系統為例，學生需要自發分成3～5人小組，開發一個交互式繪畫系統，包括畫布，顏色按鈕，筆刷按鈕，屏幕清除，保存畫作幾個部分，系統提供12個顏色和3個筆刷工具，同時具備切換背景、選擇筆刷、清屏、保存畫布等功能。設計和開發繪畫系統是對“人機交互技術”課程和先修課程的綜合應用，部分學生存在畏難情緒，筆者層層推進，似庖丁解牛般，逐步講解，鼓勵學生互相交流討論，參考調研成熟的繪畫系統，自主解決開發過程中遇到的困難。通過設計、開發和測試這類綜合交互式系統，學生了解到交互系統的開發流程，快速掌握自主設計和團隊協作開發交互式項目的能力。

（3）創新類交互系統。

在創新類交互系統中，筆者選取聲音可視化交互項目幫助學生拓寬思路，體驗人機交互技術的活力。聲音可視化是人機交互技術領域的一個重要應用方向，也是信息可視化的一個重要部分，結合了科學可視化、人機交互、數據挖掘、圖像技術、計算機圖形學、認知心理學等諸多學科的理論和方法，其核心思想是將一段聲音模擬在顯示器上，實現“看見”聲音的效果。學生大部分對這個方向不熟悉，筆者通過4個聲音可視化項目，引入聲音庫和對象，激發學習興趣，引導學生的注意力到“聲音是如何轉換為圖形的？”這個問題上，經過必要的講解后，筆者對這個實驗項目的形式不做限制，鼓勵學生以聲音為載體開發創新式交互項目。課后反饋可知，學生掌握程度非常好，有些學生將聲音可視化與粒子特效結合開發互動式項目，有的同學模仿電子琴制作交互式彈琴系統，有些學生將聲音的頻率特征映射成RGB值制作了絢麗的畫面，項目形式豐富多彩。

另外，為了更全面的評價學生，“以成果為導向”，基于不同的分項目，筆者設計3次過程化考核和1次調研報告，跟蹤學生的學習進度，采用先模仿后創新的模式，學生在掌握基礎交互知識后，運用到綜合類和創新類交互系統開發中，融會貫通，全面客觀的考核學生主動學習和綜合開發的能力。

5? 結語

項目驅動法在“人機交互技術”課程的教學中起到了非常重要的作用，基于其“以學生為中心，以成果為導向”的優勢特點，實踐證明該方法明顯提升了學生的主動學習動力，激發了學生的學習興趣，對課程的實踐應用方向有了更深刻的理解。

參考文獻

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