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工程教育认证下的虚拟现实人才培养

2019/08/20 阅读:

【摘要】随着现代技术的发展,产业的变革和结构更新,新学习形式的不断涌现,工程教育面临着新的挑战。为了建设“双一流”的新工科,需要通过工程专业认证来促进工程教育按照国际标准进行专业建设和教学工作,提高工程人才的工程实践能力。本文在此背景下,以“产出导向”为准则,从专业能力体系构建,基于能力目标分解的课程体系建设,教学方法和模式改革,教学资源和在线学习支持系统建设四个方面进行了虚拟现实开发人才培养的教学改革实践。实践结果表明,学生的学科专业能力、工程实践能力、合作能力和创新能力得到了一定程度的提高。

【关键词】工程教育;专业认证;虚拟现实;人才培养

常州地处长江三角洲腹地,是科技文化的聚集之地,相关产业迫切需要虚拟现实技术的支撑,为其培养具有虚拟现实知识和开发能力的应用型人才。本研究的目标是从培养应用型专业人才的角度出发,分析当前专业课程教学现状与社会需求的基础上,构建虚拟现实开发专业方向的课程内容体系和人才培养模式,建设并完善课程相关的立体化教学资源,从而拓宽和细化数字媒体技术专业学生的培养途径与方法,实现高校数字媒体技术专业应用型人才培养的改革与创新。虚拟现实开发结合了数字媒体作品和软件工程开发两个过程,其工程人才的培养也工程教育的范畴。近几年,国内工程教育专业认证正全面展开,它将促进工程教育的内涵建设,使我国工程教育注重以培养毕业生“复杂问题解决”能力为目标,以“回归工程”为途径,以“成果导向教育”为抓手,全面树立学生自主学习意识,提高学生专业能力。

一、虚拟现实开发人才培养内容

基于课程组多年的专业课教学活动经验,构建层次清晰、有效衔接的虚拟现实开发课程体系及相应的人才培养模式,以满足数字媒体技术专业高水平应用型人才的需求,主要在以下三方面进行了研究。1.基于工程能力目标分解的课程体系建设结合“新工科”建设需求,以全体学生为中心,以学生的产出为核心,构建工程开发能力为导向的虚拟现实开发课程和内容体系。2.虚拟现实开发人才教学改革研究以学生特点分析为起点,构建互联网支持下的混合式教学、考核模式及与之相匹配的创新创业教育模式。(1)SPOC混合教学模式。对传统课堂教学进行变革,翻转学生和教师的角色,充分调动学生的主观能动性,拓宽知识能力获取的范围和途径。课堂从单纯的“知识讲解”向“方法提升”侧重,相应地,从考核知识向考核能力转变。(2)科技创新导向的合作化学习。合作化学习是让学生体验到一种有序可控的、协作的科技创新过程,在分析问题、解决问题、协调冲突、消除矛盾的过程中体验科技创新结果。科技创新导向是指专业课程内容不再局限于某本教材或某个案例,而是要求学生在解决某个行业或产业应用问题中综合协作创新。3.虚拟现实开发专业资源库建设精心设计教学过程,构建标准化的电子教材、课程教案、PPT、名师讲解、实训手册、项目案例、试题库和创意毕业设计等立体化教学资源。

二、虚拟现实开发人才培养策略

从产业人才需求出发,通过对招聘企业的需求信息等大数据进行抓取和分析确定虚拟现实开发人才的能力标准,拟定人才培养方案,建设专业课程体系,构建人才培养模式,开发标准的专业资源库,搭建在线教学管理系统并进行人才培养实践。1.课程体系的建设如表1所示,课程组采用“逆向课程设计”方法,结合IEEE最新发布的知识体系为基础,将工程能力分解到每一门课程的课程目标中,并做到每门课程的教学内容承前启后,层次递进,有效衔接。2.专业能力目标的构建在基础能力、应用能力、创新能力三个层次上,以指导学生基于工程项目、学科竞赛等多模式下的开发实战,形成常规教学和科技创新活动相结合的,多维度的虚拟现实开发人才培养模式,通过激发学生兴趣达到最佳教学效果。每门课程和实践环节都能达到上述能力要求,例如编程基础/面向对象程序设计/数据结构/计算机图形学和计算机图形学课程设计能培养基础能力;动画造型与建模/网络虚拟现实与交互/Unity3D开发和虚拟现实作品开发等能培养应用能力;游戏策划与设计/迭代式开发和专业实训/毕业设计等能培养职业/创新能力。(1)基础能力:要求学生掌握虚拟现实开发的基础软硬件知识,具备场景建模、动画制作、编写程序和使用开发引擎的能力,掌握常见模型和动画的制作方法,掌握常用算法的实现,掌握常用数据结构的实现,实现基础的虚拟现实交互功能,例如漫游等。(2)应用能力:以Unity3D为代表的游戏开发引擎为开发平台,C#为编程语言,按照统一开发过程为指导,融入企业的最佳实践和实际案例,覆盖IEEE的软件工程标准以及RUP、RationalRose、CVS、Junit等软件工程工具和环境,使学生掌握最新的虚拟现实开发方法、工具与技术。(3)创新能力:要求学生以解决行业应用问题为出发点,以开发团队的方式协作开发一个具有创意和实用性的虚拟现实项目,建立支持小组开发的软件开发环境,让学生在“创新创业”中提升虚拟现实的工程应用能力。3.教学改革研究常规教学主要包括课堂教学和实践教学。采用信息化的教学手段改革常规教学模式和学生评价模式。(1)构建在线学习支持系统。提供教学资源和专业资源,构建在线学习服务交互功能,以数据驱动在线学习服务的优化。(2)翻转式课堂,开放式授课。为激发学生的学习动机,让学生自主掌握专业基础知识和技能,课堂上主要以问答、讨论、启发等教学方法进行基础能力的培养。同时,授课内容随时由行业专家补充行业最新的动态和问题解决的思维。(3)实践教学的模块化集训。模块化思想能够通过抽象、封装、分解、层次化等基本的科学方法,对虚拟现实开发中相关开发构件和开源模块进行快速集成,提高应用的灵活性。4.科技创新活动的开展开展第二课堂,组织课外科技活动小组或学生工作坊,广泛开展各类科技作品创新活动。让学生主持或参与各类纵向、横向项目和各级别的学科竞赛。开展第三课堂,让企业来校讲授职业素养与就业指导课程,让学生去企业参观和工作实习。5.专业资源库和教学管理系统平台的建设企业、教师、专家在一起形成课程小组,对课程内容的前后逻辑性,难度递进性进行设计,对教学过程和教学资源进行设计,形成标准化的教学过程和配套的教学资源。对专业教学和学生基本信息、教学过程管理信息和教学评价信息进行信息化的管理,构建科学规范、便捷高效、直观人性化的教学管理监控系统。

三、虚拟现实开发人才培养实践

在工程教育专业认证指导下,课程组以上述培养策略进行人才培养实践。在课程教学中严格要求学生,全面考核学生的能力,随时随地为学生提供专业学习辅导和支持,学生主观能动性得到了很大的提高,学生专业能力得到了发展,社会服务和创新创业能力得到了提高。1.支撑能力发展的立体化教学模式:(1)明确教学目标,严格要求学生。在每门课程的每一章都提供了详细的学习指南,阐释本章重点难点,明确学习过程和要求。每门课程都要求将所学知识融会贯通,形成一个综合的作品。能够基于原理和方法,对设计和开发过程中的复杂问题进行研究,选择研究路线,设计可行的解决方案;能够针对特定需求,在设计的过程中体现创新意识。(2)全方位混合式教学。教学主要分为线上自学、线下授课、课内实验和课外拓展实训四个环节。目前,课程组在校数字化学习中心开设课程九门,累计访问量达到百万次。形成翻转式课堂教学设计方案288份,实验教学指导项目五十四项,课程设计指导书九本,课外实训项目九项。教师都采用移动学习平台辅导答疑,四年以来共发展学生助教二十四人次。(3)学科竞赛、产品创作和创新创业活动。学生的能力在真实作品创作和解决行业需求、问题的过程中得到了输出和升华,学生的自学和合作能力也得到了提高。四年以来,课程组共培育了造型与建模、游戏开发和虚拟现实交互三个学生工作坊;引入教育部产学合作协同育人项目两项。学生参与各级教学委员会组织的学科竞赛十余类,开发实际商业项目二十余项。2.培养成效《STAR护卫联盟》等获中国大学生动漫游戏创意设计、全国3D大赛一、二等奖共五项,省级比赛获奖十几项。《云谷小镇规划建设》等方案被公司采纳使用近十项。每年毕业生大都在“E都市”等虚拟现实技术相关公司和游戏开发公司从事工程技术工作,获得用人单位一致好评。

四、结语

工程教育专业认证促使工程教育更聚焦“学生能力发展和产出”,需要重点激发学生的学习兴趣,构建以学生能力发展为本位的立体化人才培养模式和教学模式,理论与实践相结合,学生能动性与教师全时空讲授和辅导相结合,教学竞赛与科技作品创新创业活动相结合,以培养出国家所需的高素质工程技术人才。

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作者:习海旭 戴仁俊 白凤娥 史航 高伟 单位:江苏理工学院计算机工程学院

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