《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》教學(xué)改革初探

摘要：本文圍繞當(dāng)前《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程教學(xué)中存在的問題，從教學(xué)方式、實(shí)例教學(xué)以及實(shí)踐教學(xué)三方面給出了較為具體的改革措施。從筆者平時(shí)的教學(xué)情況看，這些改革措施有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；教學(xué)改革；實(shí)例教學(xué)；實(shí)踐教學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2013）38-0051-02

《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》既是計(jì)算機(jī)科學(xué)研究領(lǐng)域中一門重要的學(xué)科，同時(shí)也是建立在傳統(tǒng)圖學(xué)、現(xiàn)代數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)上的一門交叉學(xué)科。它已廣泛應(yīng)用在于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造、計(jì)算機(jī)輔助繪圖、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、工業(yè)過程控制、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫藝術(shù)、科學(xué)計(jì)算可視化、人機(jī)交互和虛擬現(xiàn)實(shí)等諸多領(lǐng)域[1]。基于《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》領(lǐng)域的巨大發(fā)展和《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程教學(xué)中存在的諸多問題，有必要對(duì)該課程的教學(xué)進(jìn)行改革，從而提升該課程的教學(xué)水平。《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》的研究?jī)?nèi)容主要包括圖形軟硬件、光柵圖形生成、真實(shí)感圖形計(jì)算與顯示、曲線曲面造型、人機(jī)交互技術(shù)、科學(xué)計(jì)算可視化、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、自然景物仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等[2]。

一、目前教學(xué)中存在的問題

《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程是一門理論與實(shí)踐結(jié)合性強(qiáng)的課程，這導(dǎo)致在實(shí)際教學(xué)過程中存在以下四個(gè)問題。

1.教與學(xué)的目的不統(tǒng)一。筆者通過教學(xué)過程中與學(xué)生的交流發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生對(duì)本課程的理解不是很正確。他們之所以選修這門課程，主要是因?yàn)樗麄冋J(rèn)為通過對(duì)《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》的學(xué)習(xí)可以處理漂亮的圖片、制作炫目的動(dòng)畫和進(jìn)行游戲編程等。然而該課程實(shí)際上是去探究實(shí)現(xiàn)這些操作的原理，是研究更本質(zhì)的知識(shí)。學(xué)生一開始對(duì)該課程充滿好奇和期待，但隨著課程的深入講解，他們會(huì)感到本課程的理論知識(shí)枯燥，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣不斷下降。

2.學(xué)生動(dòng)手能力的不足。《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》這門課程要求學(xué)生具有較強(qiáng)的編程能力和動(dòng)手能力，因?yàn)橐莆蘸蛯?shí)現(xiàn)一些圖形學(xué)基本算法。而在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生的編程能力和動(dòng)手能力都一般，很多任務(wù)不能正常完成，從而間接打擊了學(xué)生的積極性，使得他們對(duì)該課程的興趣與日遞減，最后轉(zhuǎn)為放棄學(xué)習(xí)。

3.課程設(shè)置不合理。《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》盡管是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一門重要學(xué)科，但在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)并不是核心課程，因此在課程設(shè)置中只是將該課程作為高年級(jí)的方向選修課開設(shè)。很大部分選修學(xué)生不是真心想學(xué)習(xí)該課程，再加上這些學(xué)生對(duì)課程的理解也存在著偏頗。基于這個(gè)現(xiàn)狀，任課教師也就只能在實(shí)際授課時(shí)力求簡(jiǎn)單，從而導(dǎo)致教師無法完成必需的教學(xué)內(nèi)容。

4.實(shí)踐教學(xué)重視不夠。傳統(tǒng)教學(xué)模式只重視理論而忽視實(shí)踐，一方面表現(xiàn)在實(shí)踐課時(shí)安排上（本校課堂教學(xué)的課時(shí)是實(shí)踐教學(xué)的兩倍）；另一方面是開設(shè)的實(shí)驗(yàn)更多的只是算法驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。這使得原本很重要的實(shí)踐活動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾问剑@勢(shì)必阻礙學(xué)生運(yùn)用所學(xué)圖形學(xué)理論知識(shí)提升其自身的創(chuàng)新能力。

二、教學(xué)改革具體措施

1.板書與多媒體相結(jié)合。多媒體教學(xué)作為現(xiàn)代教育的有效手段，確實(shí)具有傳統(tǒng)教學(xué)無法比擬的優(yōu)勢(shì)，它信息量大、效率高、趣味性強(qiáng)，使教師的授課更便捷，讓算法的演示更形象具體，從而有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使教學(xué)效果達(dá)到最優(yōu)化。因此，目前基本上所有的高校都采用多媒體方式進(jìn)行授課。但其實(shí)對(duì)于圖形學(xué)這門課程，由于其涉及到大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，比如，基本圖形的生成、圖形幾何變換和曲線曲面造型等，在多媒體教學(xué)的同時(shí)，需要運(yùn)用板書進(jìn)行相關(guān)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，這可以使學(xué)生在教師板書的過程中學(xué)會(huì)思考，從而更好、更正確地理解各種圖形算法。

2.加強(qiáng)實(shí)例教學(xué)。由于圖形學(xué)課程需要掌握很多算法，因此在講解圖形學(xué)算法時(shí)，不能只講理論，這樣太空洞。應(yīng)圍繞具體的實(shí)例進(jìn)行教學(xué)，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)（比如flash）對(duì)一些算法進(jìn)行動(dòng)畫模擬演示，從而使算法的描述更加形象化和具體化。這一方面有利于學(xué)生更快更好的掌握這些算法；另一方面也可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性。比如，在講解“多邊形填充4連通邊界填充算法”時(shí)，利用flash演示像素入棧出棧原理，如圖1所示，更直觀地展示算法的基本思想，從而充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使其具備主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。不過因?yàn)檎n時(shí)有限，演示實(shí)例不能太復(fù)雜，能把算法講解清楚即可。

3.加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)。《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》理論和算法是比較深?yuàn)W和難懂的，不是很容易掌握，但其實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻是直觀和生動(dòng)的。該課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性，因此上機(jī)實(shí)驗(yàn)是其重要環(huán)節(jié)。在教學(xué)過程中需要繼續(xù)加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生把所學(xué)的基本理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐操作，不斷提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》在本校的總學(xué)時(shí)數(shù)為48學(xué)時(shí)，其中的實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)為14學(xué)時(shí)，這14個(gè)學(xué)時(shí)7次實(shí)驗(yàn)基本能夠滿足課程實(shí)踐教學(xué)的需要。本課程的實(shí)驗(yàn)根據(jù)難易程度可分為如下兩個(gè)層次[3]：①基本實(shí)驗(yàn)。主要是為了鍛煉學(xué)生對(duì)算法的理解能力、算法到程序的轉(zhuǎn)換能力以及用VC編程實(shí)現(xiàn)算法的能力，主要包括基本圖形（直線、圓和橢圓）算法、線型和線寬的處理、字符的生成技術(shù)、線段的裁剪、二維和三維圖形的幾何變換和投影變換、曲線繪制等，要求學(xué)生能夠獨(dú)立完成。②綜合實(shí)驗(yàn)。這類實(shí)驗(yàn)包括多邊形裁剪算法、多邊形區(qū)域填充算法、區(qū)域圖案填充算法、多面體的消影、畫家隱面算法和Z-Buffer隱面算法等，它們無論從算法復(fù)雜性上還是程序編寫難度上都要高于基本實(shí)驗(yàn)。可以考慮將學(xué)生分成若干小組，以小組的形式在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸楓，何云峰.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)（第2版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2]曲福恒，胡雅婷.“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”教學(xué)改革初探[J].長(zhǎng)春理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，6（9）：184-185.

[3]杭后俊.計(jì)算機(jī)專業(yè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)實(shí)踐探討[J].計(jì)算機(jī)教育，2012，17：76-79.