计算机图形学课程中的游戏化评估：Meiro环境的创新应用

### 计算机图形学课程中的游戏化评估：Meiro环境的创新应用 #### 1. Meiro教育环境概述 Meiro是为索非亚大学数学与信息学院计算机图形学基础（FCG）课程的学生打造的具有游戏体验的教育环境，它被直观呈现为一个复杂度可配置的迷宫。 最初，Meiro用于两项活动： - 课堂上对计算机图形学领域概念的演示。 - 课外对这些概念的探索，以支持自主学习。 这些活动由位于迷宫内部的虚拟模型提供支持。当在课堂上使用时，可以单独分离出各个模型并将其融入演示材料中。为了完成游戏化进程，还引入了10个用于学生评估的模型。目前，Meiro拥有近300个交互式3D模型，涵盖了FCG课程讲座中的所有主题。 #### 2. 游戏化评估的实现 将Meiro转变为评估环境，通过以下几个方面完成： - **评估模型**：扩展其架构，引入评估模型，这些模型与其他3D模型支持相同的接口。 - **模型配置器**：可将模型定制到所需的难度级别。 - **流式评估**：将学生的交互转化为可用于评估的值。 游戏化评估对分数体系提出了改变。一次游戏会在17个预定义的能力上生成连续的分数流，并存储为向量。这个向量用于捕捉、存储和处理学生与问题的能力。通过其中一个评估模型，将其可视化为雷达能力图。 由于向量分数的流式特性，学生在每个能力上可能会有多个（数百个或更多）单独的分数。为了聚合这些分数，采用了名为“时间平均”的聚合函数，其公式为：$X_n = (1 - \alpha)x_n + \alpha X_{n - 1}$，其中$X_0 = 0$，$\alpha \in (0, 1)$控制对波动的敏感度和时间距离的影响。时间平均适用于同一学生多次解决具有兼容能力配置文件的一个或多个问题时的流式向量分数聚合，但不适用于一组学生分数的聚合。 #### 3. 评估模型介绍 评估模型的设计需要在与Meiro的接口兼容性和游戏化评估目标之间取得平衡。这些模型是交互式3D模型，类似于现实生活中的物体并继承了它们的一些功能。从教学角度来看，评估模型具有以下四个互补的特点： - 提供微妙的线索，激发决策创造力。 - 在可控难度内支持随机配置。 - 基于游戏玩法提供向量分数的流式反馈。 - 构建和测试理论知识、实践技能和直觉。 以下是部分评估模型的介绍： |模型名称|模型描述| | ---- | ---- | |CMY水库|一个带有彩色管道的水箱，可添加青色、品红色或黄色的水，还有一个排水管道。挑战是将水箱中的水填充到与水箱内一个板的颜色相同。模型设计有一些微妙的提示，如颜色环、瓷砖尺和水箱玻璃上的标记。学生可以通过实验不同墨水或计算其比例来解决挑战，验证解决方案正确性的一种方法是检查颜色板的可见性。| |差异穹顶|一个装有几个跳跃果冻球的玻璃罐。目标是识别哪个球与其他球不同，差异可能体现在球的大小、跳跃高度或弹跳频率上。学生可以使用空气塞冻结