研究型教学模式在《计算机动画》教学中的应用探索

王美丽，王泽鹏，杨 龙

(西北农林科技大学 信息工程学院，陕西 杨凌 712000)

一、引言

大学“双一流”建设的目标是培养高水平创新型人才，目前高校教师以教学科研型教师为主，如何培养学生的创新能力、处理好科研与教学的关系是高等教育面临的问题，研究表明，科研促进教学对于提高教师教学水平和科研能力以及培养学生创新思维和实践精神具有重要的作用[1]。然而目前课程教学通常是教师以教授为主、学生以识记为主，没有结合创新实践的模式，这是造成学生普遍缺乏创新意识的主要原因。创建“双一流”大学、培养创新应用型人才必须将教学与科研结合起来，一方面提高教师科研能力，把创新教育作为评价教师课程教学质量的标准；另一方面将教师科研成果引入教学，充分把科研优势转化为教学优势，激发学生自主学习的兴趣，实现教学、科研的相辅相成[2]。近年来，我国动画产业发展迅速，涌现出了一批诸如《秦时明月》《大圣归来》《哪吒》等优秀影视动画作品，但是对动画领域的投资力度相对较小以及对人才培养投入的不足严重制约了我国动画产业的发展。为了推动国内三维动画技术的发展，计算机动画专业教学的改革就变得刻不容缓[3-4]。作者探索研究型教学模式在计算机动画课程中的实践应用。

二、目前课程教学存在问题分析

(一)课程设置不系统，授课内容分散

《计算机动画》课程主要授课内容包括计算机动画基本原理、基本概念、OpenGL动画编程、图形基础、关键帧插值、粒子系统、角色动画及物理动画等，涉及的内容从学科基本理论知识到科研活动应用再到动画产品制作，内容比较分散，且每一方面都有大量的知识需要学习，因此需要针对课程内容进行模块化设计，让同学们在每一个模块都能形成系统性的知识框架，增加教学深度。此外教学内容与实际市场的需求相脱节[4]，考虑当前社会对计算机动画专业人才的需求，计算机动画专业的教学课程设置和教学内容需要注重创新型人才的培养。然而大多数高校并非如此，并没有按照市场的需求去设置专业课程，在教学过程中采用照本宣科的死板模式，应用创新方面不够突出，导致学生创新思维跟不上，不能满足社会对计算机动画专业人才的需求。

(二)与学科前沿结合不够，缺乏科研训练

计算机动画技术发展迅速，然而目前授课使用的教材往往是几年前撰写完成的，未能与最新的科研技术接轨，导致教材虽然对领域内基本的知识讲解充分，但是对最前沿的成果与最新发展方向讲解不足，进而造成人才输出落后，学生虽然掌握了基本的理论知识，却不能迅速地应用到自己的科研方向上，阻碍了学生有意愿继续深造的发展。

(三)考核方式不全面

目前多数高校对计算机动画课程的考核依照传统课程考核方法，主要以课程实验、期末大作业为主，没有深入的理论性指导，无法调动学生的积极性，而且通常由任课教师独立完成成绩评定，具有较强的主观性，不符合本课程的特征，导致这种考核方式起不到积极促进的作用[3]。

三、改革措施

(一)授课内容模块化设计

模块化设计首先要遵循实用性原则，其次要注重系统性和复合性。通过梳理已有课程体系及课程内容进行模块化设计，增加教学深度。结合课程内容分为以下三个模块：动画基础(基本原理及概念、图形基础、OpenGL编程基础、关键帧插值)、三维建模(多边形建模、曲面建模、参数化建模)及动画制作(流体动画、角色动画)。

针对每一个模块再进行小模块梳理。以角色动画中的人脸动画为例，小模块设计思路如下：三维建模-三维扫描仪获取-变形技术-数据驱动动画生成，其中人脸动画制作的四个模块之间层层递进，每一个模块都在前一个模块完成的基础上构建，具有很强的逻辑性。模块化课程设计有助于增强课程内容间的逻辑性，帮助学生更快地建立科学的理论体系，有助于学生对科学知识的理解与记忆。

(二)科研嵌入式教学模式

在课程内容模块化设计的基础上，结合前沿技术和科研成果，开展科研嵌入式教学模式的探索以强化教学质量[5]，具体体现在以下几个方面：

1. 认真设置科研课题，融入教师的科研感悟

大部分高校设置的教学课程重视基础理论教学的研究，而一个领域的研究不是停滞不变的，尤其对于计算机领域其发展更是日新月异。因此，课程设置应结合最新科研成果和市场需求，在模块化授课内容的基础上认真设置科研课题[2]。以计算机动画课程为例，可以为学生挑选出2-3个当下最新的动画领域科研成果报告会，在课程设置中加入在线观看技术报告会这一环节，观看结束后师生可进行交流和讨论，让学生增强对理论教学和科研实践二者之间融合与联系的认知度，从而提升学生学习相关专业知识的主动性和积极性。除此之外，课程的教学可适时引入教师本人的科研课题，从中提炼出适合学生水平并具有一定挑战性，符合课程特色的理论或实践课题。笔者从事的是计算机图形图像的相关研究，在教学安排中，可从中选取相关的科研成果来设计课程项目，主要考虑一些能让学生喜闻乐见、具备深度且适合用动画展示出来的科研项目，从而激发学生的科研兴趣。

2. 采取灵活多样的授课方式

以大班讲授、小班研讨、科研团队辅导为整体教学模式。采取学院认证教学科研团队、学生选择教学科研团队的模式来进行教学[6-7]。

首先主讲教师以制定的科研课题为例讲授课程内容，授课过程中允许师生互动讨论，将学生的学习积极性调动起来，紧接着将需要实践的部分给学生予以演示，实验条件允许的话应该将学生的实践部分也加入进来，便于学生对课堂所学知识点进行初步探索。为了便于教师辅导，可以将学生分成小组，对于30人的课程容量，可设置1名授课教师以大班形式授课，3个科研团队以小班形式进行研讨。

3. 注重启发式辅导及课题延续性的应用

教师可以通过设置问题的方式提高学生的主动性，例如在模型创建中，可以向学生提出模型是否体现了角色特征、还可以增加哪些细节、模型是否能够在不同情景下活动自如并做出合适的姿态等问题。在编程中，可以向学生提出如何减少内存的开销、如何提升程序运行的速率、代码是否可以简化等问题。在动画制作中，可以向学生提出动画的故事是否有改进的地方、动画的制作速度能否提升等问题。这些问题可以让学生在学习过程中主动思考，使学生对知识的掌握更加牢固。

4. 设计实验题目—科研训练—毕业设计一体化训练模式

计算机动画课程具有很强的实践性，因此需要整合实验项目，将科研思维融入实验教学，从而有效提升教学质量[8]。在课程内容模块化的基础上，从平时实验课程中精选出实验题目，通过对实验题目进行凝练，作为科研训练项目，进一步对科研训练项目进行升华，作为毕业设计题目，使得从设计从实验题目到科研训练再到毕业设计，逐渐探索出科研训练和毕业实习一体化的教学模式[9]。

5. 科研训练基础环节-文献阅读与综述

文献阅读是学生跨入科研门槛、提升科研能力的基础，然而多数学生初步尝试阅读文献时常常会感到困惑，例如不知道阅读哪些论文、读多篇论文还是精读论文。不可否认，一定的数量会带来质量的提升，但前提是要采用正确的方法。首先对于文献的精选，应该首先选择精选领域内顶级期刊、会议论文，针对计算机动画，推荐ACM Transactions on Graphics(TOG)、 IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics(TVCG)及ACM SIGGRAPH Annual Conference(SIGGRAPH)等期刊与会议的相关论文，挑选重点文章进行精读。

在文献阅读的基础上，应引导学生积极进行文献综述。教师可以首先要求学生在科研实践前根据所选课题完成一篇3000-5000字、参考文献20篇以上的文献综述；在熟悉前人研究工作的基础上，要求学生提出针对选题的可行性实验方案。接着学生根据自己的科研训练方案按计划进行实战操作，完成既定训练目标，科研训练任务结束。最后学生根据科研训练内容写出科研训练总结报告。在第八学期开学后，教师指导学生进一步分析方案，查阅文献资料，提出创新点，拟定毕业论文题目。在科研训练及毕业设计基础上，鼓励学生撰写学术论文，提升本科生科研水平。

6. 科研反哺教学，从课内走向课外

科学研究对于部分学生来说相对枯燥，不利于激发学生主动学习的兴趣，且理论知识过于抽象，不利于学生对学科内容的深入理解，因此可以鼓励学生参加“计算机动漫创意大赛”及各地区级的动漫设计大赛等与动画课程相关的竞赛，将科研进一步带入到课外实践中，将知识运用到实际的创作中，从而让学生学以致用，激发对科研更深层次的兴趣。

四、教学效果检验

以上改革措施之间环环相扣，且具有非常明确的科研目的，任何环节的结果都与后续项目密切关联，因此考核上也不能依照传统方式，应该重新制定考核方案。通过以上改革措施可以将小组项目(含汇报)、科创项目(含汇报)、参加竞赛、动画作品及发表论文等五方面纳入考核范围[10]，针对以上项目单独进行考核，其中任何一项都可以替代期末成绩，学生可以都参与，最终取最高分作为期末成绩。

学生完成课程实验时，可以等到课程的全部授课内容、所有项目结束后，依据最终的实验结果融会贯通地以单个项目、几个项目的形式提交，无需每个实验都对应一份实验报告，最后由学生亲自上台对项目进行讲述汇报，期间可与授课教师进行交流探讨，促使学生用准确、简明的语句讲解自己的观点。这样的模式不仅可以提升学生的实验创新能力和动手能力，而且能培养学生对实验数据的敏锐度、增强对实验过程的归纳总结熟练度和概括实验结果的精准度、科学规范的科研论文写作能力和对实验结果的分析与汇报能力，为完成其他科研项目和以后研究生阶段的培养任务奠定基础。

以上项目完成情况考查学生对授课内容的掌握程度、编程能力、自主解决问题及汇报能力等；进一步的科研训练是小组项目的延伸，一般获批率不到20%，对于能够获批科研项目的同学，直接认定为良好以上，具体成绩由获批的科研项目等级决定。

科研交流同样是一项十分重要的科研能力，科研人员之间的交流往往能给自己的研究带来更多的启发，推动研究的进展，目前国际上众多的学术会议都是为了给科研人员提供一个交流的平台。发表科研论文是进行科研交流的前提，在小组项目、科研训练基础上，科研论文主要考查学生对实验数据的分析、结果归纳、写作能力及对相关文献资料的掌握。对于学生的来说，写作能力是一项十分重要的科研能力，良好的写作能力不仅有助于之后论文的撰写，也能让学生在进行学位论文撰写时更加轻松。在教学考核的内容中增加论文写作的内容既可以达到优化考核的目的，也可以提前让学生锻炼自己的论文写作能力，是一项一举多得的举措，此项成绩认定主要参考学生发表不同级别刊物的论文来定。

五、结论

为了满足培养高水平创新型人才的需求，我们必须要对传统的教学模式进行改革，而实现教学与科研的相辅相成对计算机动画课程教学改革来说是非常必要的。作者分别从授课内容选取、授课模式、实验设计以及考核方式等方面进行实践阐述，深度融合科研于各个教学环节中，致力于构建完善、有效的研究型教学模式，最终取得科研和教学相辅相成的模式成果，提升知识传播效果及学生的知识水平，进一步提高学生的创新能力和科研能力。