淺談“計算機圖形學”課程的教學改革與實踐

武丹

摘要計算機圖形學的主要內(nèi)容是研究如何在計算機中表示圖形以及利用計算機進行圖形的計算、處理和顯示的相關原理與算法。從學生的學習情況和實驗情況，通過采用調查法、案例教學法和案例應用推廣的方法，“以點帶面” 引導學生積極思考，使學生熟練掌握常見的圖形學算法。同時通過考試檢驗，發(fā)現(xiàn)學生利用這種方法能夠比較熟練的掌握算法，并對其進行應用，具有較好的教學效果。

關鍵詞計算機圖形學調查法案例教學法教學改革中圖分類號：G424文獻標識碼：A

信息與計算科學專業(yè)作為理學的一個熱門專業(yè)，其培養(yǎng)目標是培養(yǎng)具有良好的數(shù)學知識，掌握信息科學和計算科學的基本理論和方法，受到科學研究的初步訓練，能運用所學知識和熟練的計算機技能解決實際問題，能在科技、教育和經(jīng)濟部門從事研究、教學和應用開發(fā)和管理工作的高級專門人才。這就需要學生具有較強的綜合素質。①②與其他專業(yè)相比，信算專業(yè)具有一定的數(shù)學基礎和計算機知識，善于發(fā)現(xiàn)問題，具備一定的創(chuàng)新意識，但是動手能力較弱，創(chuàng)新性不強，綜合運用所熟悉的數(shù)學知識和信息知識的能力不高。計算機圖形學（以下簡稱圖形學）作為信算專業(yè)的一門選修課，是一門理論、技術與應用相結合的技術應用性課程。該課程是2001年美國計算機學科教程和2002年中國計算機科學與技術學科教程的核心課程之一。③④⑤對于提高學生的動手能力，培養(yǎng)學生的綜合素質大有裨益。

1 計算機圖形學所存在的問題

信算專業(yè)的大多數(shù)學生具有學習圖形學的動機和欲望，但目前對于圖形學實驗課程所能提供的具有動手、創(chuàng)新的環(huán)境有限，學生無法充分發(fā)揮自己的學習潛力，同時難以提高自己的創(chuàng)新能力。同時學生也不善于利用現(xiàn)有的資源和條件，更不能創(chuàng)造出自己所需要的資源和條件。具體表現(xiàn)為：

（1）傳統(tǒng)的教學內(nèi)容。目前的圖形學課程教學主要以課堂講解、傳授知識為主。在教學過程中學生的個性，一直沿用相同的的大綱、教材和考試方式，在這種情況下，學生的知識結構和思維方式也很容易與老師相同，缺乏創(chuàng)新、缺乏創(chuàng)見。同時，對于學生的積極性有很大影響。

（2）實驗教學模式比較單一，教學效果不夠理想。傳統(tǒng)的實驗教學側重于驗證性的實驗教學，從實驗的思想到實驗算法的確定，基本上都是由教師事先講解好，學生只是被動的接受和模仿，讓學生自己思考的東西較少，很多學生只是盲目敲擊代碼，并不了解為什么這么做，不利于學生創(chuàng)新能力和綜合素質的培養(yǎng)。

（3）對學生評價考核機制還不夠科學完善。目前評價學生的標準主要是考試成績，因而在一定程度上導致學生片面追求考試成績，忽視其它能力尤其是實驗動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 教學改革的主要內(nèi)容

2.1 改革課堂教學模式

課堂教學是教學的基本組成形式，學生能力的培養(yǎng)也必須滲透到圖形學的教學過程中。教師既要傳授知識，又要培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)新能力、實驗能力等等。同時以此為基礎，要結合學生不同的認知水平和生活體驗，創(chuàng)設新的教學情景導入新課，激發(fā)學生學習的欲望。在教學中，營造一個鼓勵學生發(fā)言的課堂氛圍。采用多種多樣的課堂教學形式，鼓勵學生提出自己的看法，讓學生自覺、主動地學習，以提高學生的創(chuàng)新能力。加強圖形學與微分幾何、數(shù)據(jù)結構、概率論與數(shù)理統(tǒng)計等各學科之間的交叉綜合，有利于學生綜合素質的提高；同時融合學科前沿知識，增大課堂信息量，激發(fā)學生的創(chuàng)新精神。

2.2 改革實驗課教學模式

針對目前《計算機圖形學》實驗中內(nèi)容比較單一、編程環(huán)境比較舊的問題，使得多數(shù)學生為了驗證理論教學中學到的算法，剛實驗成功一個算法會比較有成就感，但是對后面的實驗會在某種程度上失去興趣，感覺枯燥無趣，對它不感興趣。充分利用理學院實驗室的儀器設備和師資力量，探索和完善實施新的實驗教學的方法。

2.3 改革和完善學生的考核體系

評價是教育管理中實施控制的特殊手段，是教育管理的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式并不利于培養(yǎng)學生的動手能力，主要原因是學生考核過程中采用統(tǒng)一的閉卷考試方式，不能反映出學生的真實的水平和能力，尤其是創(chuàng)新能力和實驗能力很難在一張試卷中進行全面考察。因此我們可以采用多樣化的考試方式，以及相對比較自由的考試時間，或不采用考試形式考評學生，如通過獨立撰寫專題報告、課堂演講、撰寫相關的學術性文章、參與相關的科研項目以及相關的程序設計大賽等多種形式進行評價。

3 實施的步驟與方案

（1）通過對2007級、2008級學生進行調查，了解學生為什么選修圖形學這門課程？希望通過該課程學到什么？以及學生比較擅長的編程語言，給學生創(chuàng)造良好的編程環(huán)境，使得學生先利用自己熟悉的語言實現(xiàn)結果。

（2）通過網(wǎng)上查詢及實地考察，借鑒國內(nèi)外著名大學的經(jīng)驗，結合理學院信算專業(yè)的專業(yè)特色對教學內(nèi)容進行改革，使得教學內(nèi)容與時俱進，與當前的SIGGRAPH中的熱門圖形學專題相結合，開闊學生的視野。

（3）完善網(wǎng)絡課程以期協(xié)調好“教師教”與“學生學”的關系。采用多樣化的教學方法，從圖示內(nèi)容的漸進性到圖形的欣賞性，再到圖形的交互性循序漸進，同時將多媒體教學與程序現(xiàn)場演示相結合。

（4）通過課堂實踐完成將傳授知識與培養(yǎng)能力相結合，采用“以點帶面”的方法，每個算法在班內(nèi)選擇1~2個代表學生，講述自己的算法，修正其編程過程中遇到的問題，以及其他同學有可能遇到的問題，將該過程集結成錄像上傳到網(wǎng)上共享。

4 教學效果

通過對于2007級、2008級信算專業(yè)的學生進行教學改革，我們發(fā)現(xiàn)與2006級相比，學生對于實驗算法的理解更加深入，成績優(yōu)秀的學生比例提高了15%，考試中對于考察算法的題目學生的得分率比較高，多數(shù)學生對于計算機圖形學的認識有了進一步的提高。

注釋

①陳國軍.工科《 計算機圖形學》 教學改革探索[J].中國石油大學勝利學院學報,2009.23(2):81-83.

②張榮華.高校“計算機圖形學”實驗教學改革探析[J].中國電力教育,2007(3):134-136.

③張瑞秋等.計算機圖形學發(fā)展現(xiàn)狀與教育改革[J].機械管理開發(fā),2007(4):6-8.

④王棟等.“計算機圖形學”課程教學探討[J].教學與研究,2008(14).

⑤王玉琨等.“計算機圖形學”課程改革與創(chuàng)新探究[J].高等理科教育,2008(1):