数字媒体艺术专业程序设计课程教学研究.doc

数字媒体艺术专业程序设计课程教学研究 摘 要：数字媒体艺术专业是技术和艺术融合的新兴交叉学科，程序设计课程是计算机教学课程体系的重要组成部分。结合该专业的特点，选择动画程序设计基础课程作为程序设计的入门课程，对教学内容、教学方法的改革进行了阐述，探讨了将基础教学与能力培养相结合的教学改革措施，使学生能快速理解与应用编程知识和方法，提高学生的学习兴趣。 DOI：10.11907/rjdk.143690 作者简介：耿璐（1983-），女，安徽淮南人，硕士，上海工程技术大学中韩多媒体设计学院讲师，研究方向为数字媒体技术。 0 引言 2002年教育部正式批准设立数字媒体艺术专业，截至2013年，全国877所本科院校中有200多所学校开设了数字媒体艺术相关专业。笔者所在上海工程技术大学中韩多媒体学院在2003年创办了多媒体设计专业，2013年更名为数字媒体艺术专业。 数字媒体艺术，是将技术和艺术融合为一体的艺术。与传统艺术相比，数字媒体艺术既有自己独特的艺术特征，又加入了新时代的互动元素。数字媒体艺术凭借数字技术使艺术品和受众进行互动，这种互动性的展现往往需要使用计算机程序语言去实现。数学家、交互计算机图形学专家、计算机艺术先锋和艺术家Frieder Nake认为“数字媒体艺术需要动态图像，真正新式美学，是动态的，是交互的。这种交互式的动态图像，需要程序和算法的知识来掌控它。如果只是依靠应用类软件进行创造，那将会很无趣，而且很多想法难以实现。” 数字媒体艺术专业是技术与艺术相结合的新兴交叉学科，旨在培养具有人文艺术修养、科学素养和技术知识交叉的复合型设计人才，能综合运用所学知识与技能去分析和解决实际问题，能利用计算机新的媒体设计工具进行艺术作品的设计和创作<sup>1</sup>。因此，数字媒体艺术是艺术与技术在一定高度上的结合体，但这个“高度上的结合体”绝不是空中楼阁，是高楼就需要扎实的基础。这个“基础”既要具备传统的艺术造型和设计能力，又要具备数理基础;既要具备丰富的形象思维、创意思维，又要具备严密的逻辑思维、计算思维。因此，要加强程序设计课程在整个数字媒体艺术专业学习体系中的基础性和实用性。 1 数字媒体艺术专业程序设计课程现状分析 在数字媒体艺术专业，基本上都开设了与程序设计相关的课程，比如C语言程序设计、高级语言程序设计、面向对象程序设计、Java程序设计。笔者所在学校的数字媒体艺术专业设置在艺术学院里，招收的是艺术生，开设了程序设计基础（C语言）和C+程序设计课程，大部分学生觉得课程枯燥、难度大，教学效果不佳。分析原因主要有：教学内容理论性强，语法内容枯燥难记，教材中的案例多是对数学问题的求解，较为抽象，交互性不够，与数字媒体的实际应用结合不紧密;由于采用的软件是Turbo C或Microsoft Visual C+，这两款软件对程序结果的展现不够形象直观;教授对象是艺术生，数理基础知识薄弱，逻辑思维能力欠缺。 2 课程改革与实践 2.1 动画程序设计基础课程的设立 针对上述问题，笔者所在学院对程序设计课程进行了深入探讨，最终将程序设计的入门课程定为动画程序设计基础，采用数字媒体艺术专业学生所熟悉的Flash软件<sup>2</sup>。 首先，Flash经过近20年的发展，已经成为一款非常强大的交互内容编程工具，它具有可视化、图形设计和编程语言ActionScript（简称AS）功能，可以实现动画制作、游戏制作以及网页制作。可视化设计和编程元素的配合，增加了程序设计的趣味性，调动了学生的学习积极性。 其次，AS脚本语言经历了13年的发展，形成了一个十分精巧且功能强大的语言，目前最新的版本是ActionScript3.0（简称AS3.0），它是AS发展史上的一个里程碑，与之前的版本比较，实现了真正意义上的面向对象编程，通过对 AS3.0 的讲解，学生对面向对象的概念有了较为直观的了解。与自然语言类似，编程语言也是一种语言，能让我们和计算机进行沟通。不管是哪种程序语言，语法有很多共同点，基本的编程方法也是相通的。学生学习了AS3.0后，对其它面向对象语言或面向过程语言触类旁通，能为学习其它编程语言打下良好基础。 2.2 动画程序设计基础课程教学实践 2.2.1 通过案例制作讲解知识点 使用Flash软件来教授程序设计，最大的好处就是可以通过非常形象的动画来感受程序的魅力。动画程序设计基础课程的知识点主要分为AS3.0动画知识点和语法知识点<sup>3</sup>。AS3.0动画知识点是用程序来实现动画的一些技巧，如对象的显示和消失、速度、加速度、角速度、摩擦力、弹力、碰撞检测等。AS3.0语法知识除了要掌握所有编程语言都具有的常量、变量、数据类型、运算符、三大结构外，更重要的是学习AS3.0独特的事件侦听机制、AS3.0内置事件类等。讲授这些知识点最好的教学方法就是案例教学，让学生在典型案例的驱动下开展教学活动。这里案例的选取至关重要。案例既要能涵盖知识点，又要具有连贯性、典型性和扩展性。动画程序设计基础课程选取了贯穿课程始终的小球动画，通过变化无穷的小球将知识点从浅入深地融入到案例中。比如，刚开始可以让一个静止的小球滚动起来，如果觉得这样还缺少互动，可以通过键盘、鼠标控制小球的运动;可以加入一些数学和物理知识，比如三角学、重力、摩擦力、弹力;现实世界中还有许多物体和边界，可以模拟出小球与这些物体和边界发生碰撞后的效果，还可以加入随机函数与游戏规则。除了小球案例外，还可以选取一些辅助案例开阔思路，灵活运用所学知识点，达到举一反三、抛砖引玉的效果。 2.2.2 将枯燥的语法概念形象化，理解直观化 AS3.0是面向对象的编程语言，面向对象通过Flash非常好理解。在Flash中，对象就是可以通过程序代码来控制的元素，这些元素可以是图形、动画、视频、按钮或者是声音，是一种以事物为中心的编程思想。比如在Flash中将绘制的图形转换成影片剪辑（MovieClip）类型元件，这个存放在库中的影片剪辑元件就是MovieClip类的子类，子类继承父类的一切属性和方法，拖动元件放置到舞台上之后，就生成一个实例对象，这个实例对象可以使用MovieClip类中定义的属性和方法。MovieClip是AS3.0自带的内建类，也可以自定义类，不论是父类还是子类都是一种标准模具，你可以用这种标准模具制作该类的具体对象，随你所需，无论多少都可以。 再比如程序设计中有个很重要的算法叫递归，函数内自参照的概念被称为递归。可以利用递归写一个呼叫自身阶乘的函数。 在C语言程序设计中用以下例子说明： int factorial（int n） if （n = 1） return 1; else return n * factorial（n-1）; 那么fractorial（4）的结果是多少？ fractorial（4）=4* fractorial（3）=4*3* fractorial（2）=4*3*2* fractorial（1）=4*3*2*1=4！=24 这个过程感觉像是在解一道数学题，为了能让递归算法形象地展现出来，可以通过绘制一个分形几何图案。分形几何图案的特点就是整体和局部在形态上具有自相似性，适当地放大或缩小几何尺寸，整个结构不变，递归可以产生这些自相似形状。通过AS3.0语言中的绘制函数就能将这个分形几何图案绘制出来，将抽象的概念形象化，学生理解起来也更加直观。 function circle（xx：Number，yy：Number，r：Number） graphics.lineStyle（2，0xff0000）; graphics.drawCircle（xx，yy，r）; if （r>4） circle（xx+r，yy，r/2）; circle（xx-r，yy，r/2）; circle（stage.stageWidth/2，stage.stageHeight/2，100）; graphics.drawCircle（）是利用Drawing API函数绘制一个圆，然后通过微调参数值，呼叫自身两次，绘制两个圆，显示的图形就是一个圆形，在其左右两边分别绘制两个大小为其一半的圆，并如此重复下去，如图1所示。注意以上函数仅在半径大于4时递归呼叫自身，这是一个关键点。所有递归函数必须拥有一个退出条件！像for和while循环一样，如果没有停止的条件，则很可能会出现死循环，最后导致程序崩溃。 讲解完上面的案例，可以给学生布置一个课后扩展练习，在上例的基础上给每个圆的上下各增加一个圆，最终实现的效果很美，像窗花一样，如图2所示。 2.2.3 培养逻辑思维能力和解决问题的能力 教学中，程序编写常常按照“分析归纳编写调试”过程进行，这一过程是培养学生逻辑思维能力。逻辑思维能力其实每个人都有，只是强弱的问题，逻辑思维能力强的人更善于用逻辑学的观点去思考问题，能够准确、迅速地将事物抽象化。比如在程序设计过程中，我们要让学生知道，在一个程序设计中哪些量需要设置为变量？哪些需要设置为常量？变量的变化会对其它变量值或程序的运行结果产生怎样的影响？逻辑思维需要一定的知识积累，理解与灵活运用基础知识的能力是逻辑推理能力的基础。因此，需要梳理教学知识点，合理组织教学案例，将逻辑思维的培养融入到教学实践中。 图1 利用递归算法 图2 扩展练习实现的 实现的分形图形 分形几何图案 对于艺术生学习程序设计，编程自信心的建立也是非常重要的，建立自信心的基础就是培养解决问题的能力。在程序执行过程中，不可能总是一帆风顺，程序在编译过程中报错是经常的事情，有错误并不可怕，编程经验丰富与否，就在于能否找到快速解决问题的方法。为了让学生意识到这一点，笔者在进行案例教学时经常会在程序编写中故意犯些典型性错误，这时可以将解决问题的思路和方法告诉学生，他们会非常有兴趣看你如何将程序调试成功。比如教会学生使用描述性的标识符名称，使用规范的命名方式，使程序可读性更强;再比如Flash脚本编辑窗口中AS3.0代码颜色，默认情况下自定义的变量名、实例名称和函数名是黑色的，关键字是蓝色，字符串是绿色，注释是灰色，如果有的不是默认情况，则很明显拼写有错误。要教会学生看编译器错误窗口中收到的错误消息，有时针对错误消息能准确指出问题所在，但通常情况下它只告诉应该找寻的问题及大致的寻找方向。有了方向，就可以在出现问题的地方放置AS3.0提供的trace方法来检查某些变量的值是否正确，然后通过耐心分析解决问题。 2.2.4 加强实践环节，将知识点融会贯通 学习动画程序设计基础课程之前，学生已经具备一定的计算机基础知识和数字媒体软件应用能力。与其它计算机系列课程相比，该课程更多涉及的是应用程序来实现动画制作。从系统设计的角度，比较简单的动画也会涉及角色设计、场景设计、音频、代码编写等各个方面;如果是一个交互动画（小游戏），设计的面更广，比如交互方式、游戏规则、关卡设计等，所以必须进行系统的代码设计才能保证其准确运行<sup>4</sup>。在教学过程中，有必要通过具体的实践项目将系统设计的思维方式展示给学生。例如，针对某个具体的交互动画，角色动画如何设计？不同对象之间如何调用？如何实现交互？如何通过代码将不同内容集成起来？这就需要通过逐步分解、细化的方式，将较为复杂庞大的问题转换成详细精确的描述，并有机结合起来。通过交互动画的设计开发，可以培养学生系统设计的思维能力。 笔者在动画程序设计课程中给出3个实验项目，加强了实践环节，以培养学生交互动画设计与制作的能力。每个项目都先进行功能分析，然后分解成课程中学习过的知识点，再用程序设计的思想进行组合，绘制程序流程图，最后完成程序的编写和调试运行。 课程考核摒弃了笔试方式，采用实验和项目考核相结合的方式。实验考核主要是根据课程进度编写实验报告，考查学生知识的掌握程度。项目考核要求学生分组完成一个完整的交互动画项目。学生自由分组，每组不超过2个人，交互动画项目要涵盖较多的课程知识点，最终采用PPT的形式展示作品创意、作品涉及的知识点、制作过程。要求最终提交设计文档、源代码、可执行文件、PPT等材料。游戏项目分数评定采用共同打分方式，由教师和其它小组成员对其进行评分。 图3所示是数字媒体艺术专业两位学生设计制作的白蛇传交互动画。先将故事背景和人物做成开场动画，然后进入交互环节，设计闯关游戏。制作了地图、人物、道具等，利用AS3.0脚本语言将各个游戏元素集成起来，实现游戏逻辑，通过键盘实现交互控制。 图3 白蛇传游戏的开场动画和游戏界面 3 结语 将动画程序设计基础课程作为数字媒体艺术专业的程序设计入门课程是非常合适的，能够使学生形象直观地了解面向对象的编程语言，课程内容也更贴近专业的实际应用，培养了学生的逻辑思维能力、问题解决能力和实践应用能力。程序设计课程能为数字媒体艺术这个复合型专业的学生打下良好的计算机基础，使技术更好地为艺术创作服务。