基于首要教学原理的三维动画设计课程教学研究

丁新慧 董仕 彭榕 牛玲

DOI：10.3969/j.issn.1671-489X.2023.14.089

摘  要  结合三维动画设计课程中教学内容多、实践性强的特点，针对学生在学习过程中缺乏主动性、探索问题意识薄弱的问题，尝试构建一种基于首要教学原理的三维动画设计课程学习模式。研究结果表明，该学习模式能有效地提高教和学的质量，有助于学生构建三维动画设计的知识体系，培养学生探究和解决问题的能力。

关键词  首要教学原理；三维动画设计；学习模式；思维导图

中图分类号：G642    文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2023）14-0089-04

Research on Teaching of 3D Animation Design Based on First Principles of Instruction//DING Xinhui， DONG Shi， PENG Rong， NIU Ling

0  引言

三維动画设计课程是周口师范学院软件工程专业数字媒体技术方向的专业核心课程，一般开设在第五学期，内容涉及三维建模、材质和贴图、灯光、摄影机、动画制作等五个方面，在整个人才培养方案中有着举足轻重的作用。笔者在长期的教学实践中，对学生的课堂表现、作业完成情况、课后讨论等方面进行分析，发现其中存在一些问题，主要表现如下：

1）课程具有专业术语繁杂、多学科交叉等特点，部分学生学起来比较吃力；

2）课程知识点较多，但课时较少，在有限的时间内让学生学习掌握其全部内容较为困难；

3）课程操作性、实践性较强，学生之间的动手能力差异较大，部分学生实操能力不足；

4）学生主动发现问题、解决问题的意识薄弱，在预习或课后复习阶段主动提问的学生比较少；

5）课程考核评价方式比较单一，对学生的学习过程评价不够重视。

针对上述问题，为了摆脱三维动画设计课程教学的困境，寻找新的突破口，我们以学生的发展为中心，借鉴了梅里尔教授的首要教学原理思想[1-2]，尝试构建了一个较为全面的课程改革教学体系，以期为操作性、实践性较强的同类课程提供有价值的借鉴。

1  首要教学原理概述

首要教学原理也称为五星教学模式或五星教学设计，是当代美国著名的教育心理学家和教学设计理论家梅里尔（M.David Merrill）教授提出的[1]。梅里尔教授认为，首要教学原理以聚焦解决问题为核心，以促进学生的学习为目的，从激活旧知识、示证新知识、尝试应用新知识和融会贯通四个阶段来实施整个教学过程。该原理立足学生的学习过程，从学生的认知角度出发，在教学过程中通过步步设疑、循序渐进的环状学习，逐步培养学生探究和发现问题的能力。在国内最先由盛群力教授引入[2-4]，其他学者也进行了教学实践验证，取得了良好的教学效果[5-7]。

2  基于首要教学原理的三维动画设计课程学

习模式构建

笔者所在团队以首要教学原理和建构主义学习理论为指导思想，以学生为中心，依据三维动画设计教学目标、课程特点和学生情况，借助“互联网+”，设计了以超星尔雅学习通为依托的课程学习网站，构建了基于首要教学原理的三维动画设计课程学习模式，将教学活动分为课前、课中和课后三个环节，如图1所示。

图1中，课前、课中和课后每个教学环节分别用一个大圆表示，每个大圆内部再细分三个小圆，分别代表教师活动、学生活动和首要教学原理在各个环节的渗入。以“聚焦问题解决”为核心，向外延伸，将课前、课中和课后三个教学环节紧密地联系在一起。

在课前环节，教师根据专业人才培养方案和教学大纲的要求，首先对教学内容进行认真的分析、整理和提炼，把握好课程重难点和各章节重难点，把各章节知识点设计成学生感兴趣的有深度和广度的教学案例。教师在教学案例中要尽可能多地涵盖难易程度不同的递进问题序列，将所有教学案例的知识点串联起来，要能够形成系统的、完整的教学体系。

在学习通教学平台提前发放学习资源，在课前让学生提前知道引入的新知识部分、探究将要学习的内容，从而自然而然地引出课中教学环节，通过问题序列示证新知识，由教师答疑解惑，并进行讲授和操作演示，在学生掌握新知识的基础上，把教学案例的知识点以思维导图的形式展示出来，帮助学生梳理、强化知识点，使其能够融会贯通，继而引出课后环节。

师生要利用好课后的时间，完成一系列的后续工作，并进行教学反思，并根据反馈结果重新修订完善教学设计。

整个教学过程环环相扣，构建了完整的“问题聚焦—激活旧知识—示证新知识—应用新知识—融会贯通”学习闭环，使学生最终达到知识的内化和迁移。

3  基于首要教学原理的三维动画设计课程学

习模式实践

3.1  课前

3.1.1  教学准备

俗话说：磨刀不误砍柴工。课前准备是课堂教学活动顺利实施的重要环节，师生的课前活动主要在学习通平台的课程学习网上进行。教师准备各种教学资源，如教案、教学课件、教学案例及相关微视频、教学问题序列、课前测验等，提前一天或更长时间将教学资源上传至学习通学习平台，并借助学习通的“通知”功能或QQ班级群发送学习任务要求。教师还可以利用学习通学习平台的“讨论”功能，与学生在线交流，收集大家遇到的共性问题。

3.1.2  创设情境，聚焦问题

教育学家苏霍姆林斯基认为，教学的起点，首先在于激发学生学习的兴趣和愿望。创设情境最能激发学生的学习兴趣和问题意识。例如，在进行“关键帧动画”这一教学任务时，在学习通学习平台，教师以微课[8-9]的形式创设情境：学生带着问题自主观看《最强大脑》电视节目中选手速拧魔方的视频，鼓励学生自己在家试一试，能不能以最快的速度把打乱的魔方还原回去，引导学生聚焦于将要学习的核心问题：以三阶魔方旋转动画为例进行三维动画设计。设计的问题序列如下：

①魔方的基础模型如何创建？

②魔方的6个面以及面与面之间的棱如何设计？

③如何让每个面围绕中心点进行旋转？

④三维动画的设计原理及流程是什么？

⑤如何利用三维动画设计软件3ds Max创建关键帧动画？如何制作魔方旋转动画？

⑥动画是如何渲染出来的？动画的渲染与静态图像渲染有何区别？

预先创设情境，更有现场感和代入感，再让学生基于层层递进、逐步深入的问题，自主探究如何解决这些问题。

3.1.3  激活旧知识，引入新知识

“温故而知新。”制作魔方旋转动画之前先对整个任务案例进行分析，逐步引导学生学会将一个大问题分解成一个个小问题，并以思维导图的形式帮助学生梳理解决问题的思路，再逐步引入新知识。

对于前面“创设情境，聚焦问题”中问题①的解决，需要帮助学生分析魔方的实物模型，回忆已经学习过的内容，引导学生思考用多边形建模的方法完成魔方模型的创建，并提醒學生建模时的注意事项。

对于问题②的解决，需用已学的材质和贴图知识来完成，而在设置材质和贴图之前，还需要注意多边形建模阶段对魔方各个面及面与面之间的棱的ID号的正确设置，否则，仍不能成功完成材质和贴图的设置。

对于问题③的解决，需要用到前面学习的坐标系统和轴心点的知识来完成。

问题①、②、③的解决，可为引入新知识（问题④）打下良好的基础。在引入新知识之后，教师引导学生利用学习通上的教学资源和教材，以小组的形式进行自主探究，并在讨论区或班级QQ群进行师生讨论、交流，教师注意观察学生的课前学习进度及提出的问题，从而进行学习小结。

3.2  课中

课中环节主要是在教室进行，主要包括示证、应用新知和融会贯通。

3.2.1  示证、应用新知识

在课堂教学的初始阶段，教师用大约3分钟左右的时间让学生重温即将学习的内容以及线上设置的待解决的问题序列，旨在帮助学生回忆复习，并理清问题思路。另外，教师要根据学生线上的讨论情况，解决学生疑问比较多的问题，并复习相关内容，强调教学重难点，引起学生的注意，为即将要学习的新内容打好基础。在引入新知识的基础上，示证讲授新知识，即探究解决问题④和⑤。通过游戏的方式让学生快速地浏览图片，让他们体会三维动画带来的感受，从而引出视觉暂留原理、三维动画原理以及创建三维动画的流程等知识点，即问题④解决之后，教师再讲授演示在3ds Max中如何创建关键帧动画以及创建关键帧动画时的关键点及注意事项，并讲授、演示操作魔方旋转动画的创建过程，解决问题⑤。接着，再让学生尝试为旋转的魔方动画添加动画文字，实现文字变色效果。鼓励学生带着问题⑥复习静态图像的渲染方法，尝试探究动画的渲染方法，并比较它们的区别。通过具体的案例操作让学生学会关键帧动画的创建方法，并对新知识进行巩固练习，从而达到知识的领悟和内化目的。

3.2.2  融会贯通

学生对新知识进行融会贯通：通过“小球跳墙动画”任务，自主探究或小组合作探究，并与同学分享自己的动画作品。教师以点名表扬等方式肯定、鼓励做得好的学生，并根据学生做的情况进行课堂小结。课堂小结以思维导图的形式进行，以清晰的脉络帮助学生重构知识体系，并提醒学生在创建关键帧动画时容易出错或混淆的地方。最后，教师布置作业，鼓励学生比比看：自拟主题，利用所学知识创建关键帧动画。

3.3  课后

3.3.1  学习评价导向化、过程化

学习评价是整个学习过程不可分割的一个重要组成部分。传统的教学考核评价虽然也采用“期末成绩+平时成绩”的形式来确定学生学习本课程的学习效果，但是平时成绩构成比较单一，不能准确记录学生的学习轨迹。在新的学习模式中，过程性评价和终结性评价相结合，考学并用。为了提高学生的学习参与度，教师可利用学习通学习平台，从学生的课前预习完成情况、课堂到课及互动情况、课后讨论交流及作业完成情况、章节学习情况等多个维度来考查学生的学习轨迹，加大平时成绩的比例，将课程的考试成绩评定标准修改为“平时成绩（占40%）+期末考试成绩（占60%）”。其中，平时成绩的组成及占比为：作业55%、课堂互动15%、课堂签到10%、章节学习次数和进度10%、章节测验5%、交流讨论5%。这种多元化的过程性评价与传统的教学评价相比，更全面、客观。

3.3.2  教学反思

课堂教学结束后，教师根据学生的课堂表现和作业情况等进行教学反思，总结本节课做得比较好的和不足的地方，重新修订、完善教学设计和教学资源，引导学生积极、主动进行相关知识的学习，完善作业，做好个人学习反思，重点攻破不会、不懂的内容，加强实践动手能力的训练，为后续学习打下良好的基础。

4  教学改革成效

为了更好地验证本课程的学习效果，笔者将学校2016级数字媒体技术方向班级（简称16软1）作为对照班，采用传统的教学模式，2018级数字媒体技术方向班级（简称18软1）作为实验班，采用首要教学原理为指导的学习模式。对学生在各个学习时段的学习次数作了问卷调查，从调查问卷数据统计的结果以及学习通上记录的学习轨迹来看，18软1的学生学习总次数比较多，学习积极性整体比较高；从各个时段所反映的章节学习次数来看，18软1的学生在课堂与课下时间的学习参与性和自主学习的主动性比较高。

从本课程学生的期末综合成绩来看，18软1的平均分、优秀率和及格率均高于采用传统授课方法的班级，标准差和方差也优于对照班，详情如

表1所示。

5  结束语

首要教学原理在三维动画设计课程中的应用可以适应“互联网+”的教学环境。本文以“关键帧动画”教学内容为例，构建了基于首要教学原理的三维动画设计课程学习模式，以学生为中心，在教学过程中形成了“以问题解决为中心—激活旧知识，引入新知识—示证新知识—应用新知识—融会贯通—教学反馈”的学习闭环，整体上增强了学生的学习效果，希望可以为同类课程的教学改革提供有价值的借鉴。

6  参考文献

[1] Merrill M D. First principles of instruction[J].

Educational Technology Research and Development，

2002，50（3）：43-59.

[2] 盛群力，马兰.“首要教学原理”新认识[J].远程教育

杂志，2005（4）：16-20.

[3] 盛群力，马兰.走向3E教学：三述首要教学原理[J].

远程教育杂志，2006（4）：17-24.

[4] 盛群力，宋洵.五星教学模式的应用探讨：兼及一堂课

的分析[J].湖南师范大学教育科学学报，2008（1）：69-

72.

[5] 秦瑾若，傅钢善.基于五星教学原理的SPOC教学设计模

式构建研究[J].中國远程教育，2017（6）：23-29，79-80.

[6] Lo Chung Kwan， Lie Chi Wai，Hew Khe Foon. Applying

“First Principles of Instruction” as a design

theory of the flipped classroom： Findings from a

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[J].Computers & Education，2018（118）：150-165.

[7] 亓玉慧，高盼望.基于首要教学原理的翻转课堂教学设

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[8] 陆一琳.基于五项首要教学原理的微课教学设计浅探

[J].教育理论与实践，2017，37（36）：43-45.

[9] 葛伊莉，何瑜，党雪平，等.基于微课的“化工专业英

语”多元化有效教学研究与实践[J].化学教育，2021，

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基金项目：本文系教育部高等教育司2021年第一批产学合作协同育人项目“三维动画设计课程混合学习模式研究”（202101055030）；2021年河南省高等教育学会高等教育研究项目“新工科背景下混合式课程思政系统化设计研究与实施”（2021SXHLX084）；周口师范学院2021年教育教学研究资助项目“三维动画设计课程混合教学模式研究”（J2021045）；周口师范学院2021年课程思政专题项目“计算机课程教学中思政元素的挖掘与思政工作的实现（SZJG-2021023）”的研究成果。

作者简介：丁新慧，讲师；董仕、牛玲，副教授；彭榕，教授。