數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)措施初探

【摘要】結(jié)合數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的特點(diǎn)，圍繞該專業(yè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教學(xué)目標(biāo)，結(jié)合“應(yīng)用型”大學(xué)教育的指導(dǎo)思想，探討計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)踐教學(xué)的具體措施。

【關(guān)鍵詞】計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 實(shí)踐教學(xué) 應(yīng)用型教育 數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)

【基金項(xiàng)目】基于CDIO的數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)卓越型人才培養(yǎng)模式的構(gòu)建與實(shí)踐（2012jyxm358）。

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2013）08-0152-02

1.引言

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)一門重要的核心專業(yè)課，它在虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAE）、科學(xué)計(jì)算可視化、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、地理信息系統(tǒng)（GIS）、計(jì)算機(jī)游戲、、影視廣告計(jì)算機(jī)仿真等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，該課程也是新一輪專業(yè)教學(xué)改革中計(jì)算機(jī)科學(xué)方向的16門主干核心課程之一。該課程一方面內(nèi)容十分豐富，涵蓋了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)表示、生成、顯示和處理圖形的基本原理與方法，另一方面理論性強(qiáng)、難度大，以計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)技術(shù)為基礎(chǔ)，與數(shù)學(xué)、物理學(xué)等學(xué)科結(jié)合緊密，對(duì)數(shù)學(xué)、物理學(xué)的要求較高，如何教好、學(xué)好這門課程無(wú)論對(duì)教師還是學(xué)生都是一個(gè)挑戰(zhàn)[1]。

數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)是一個(gè)以計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)技術(shù)為主，藝術(shù)設(shè)計(jì)為輔，技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合，涉及多種學(xué)科交叉的新興專業(yè)。我校數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)依托文學(xué)院、美術(shù)學(xué)院，以游戲開(kāi)發(fā)為主線，設(shè)置技術(shù)與藝術(shù)相結(jié)合的人才培養(yǎng)課程體系，探索培養(yǎng)復(fù)合型（面向應(yīng)用的理論型）數(shù)字媒體技術(shù)人才的新模式。為了培養(yǎng)社會(huì)急需的高素質(zhì)數(shù)字媒體技術(shù)人才，我國(guó)高等院校紛紛開(kāi)設(shè)了數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)，竭力在人文藝術(shù)素質(zhì)提高的同時(shí)，加強(qiáng)學(xué)生面向網(wǎng)絡(luò)、新型數(shù)字媒體技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)能力[2]。

在高校計(jì)算機(jī)教學(xué)改革的推動(dòng)下，在我校大學(xué)生的培養(yǎng)模式下，數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的課程是本著厚基礎(chǔ)、重實(shí)踐、求創(chuàng)新的總體原則設(shè)置的。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，是該專業(yè)課程體系中占有重要位置的一門課。因此，如何結(jié)合當(dāng)前教學(xué)改革的要求，圍繞該課程的教學(xué)目標(biāo)，上好這門課是值得深入思考和研究的，本文圍繞我校數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)目標(biāo)，探討了幾點(diǎn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的具體教學(xué)措施，應(yīng)用于我校該專業(yè)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)實(shí)踐中，取得較好效果。

2.專業(yè)特點(diǎn)與課程教學(xué)目標(biāo)

數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)是旨在培養(yǎng)具有良好科學(xué)素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，具備信息傳播理論、數(shù)字媒體和設(shè)計(jì)管理能力的復(fù)合型高級(jí)應(yīng)用型專門人才。本專業(yè)的畢業(yè)生能從事數(shù)字媒體開(kāi)發(fā)、音視頻數(shù)字化、網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)與網(wǎng)站維護(hù)、多媒體設(shè)計(jì)制作、數(shù)字媒體管理等工作。主干課程有：數(shù)字媒體技術(shù)概論、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)、藝術(shù)學(xué)、通信工程、C++語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、JAVA語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)庫(kù)原理及應(yīng)用、 數(shù)字圖像處理、網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)與制作、流媒體技術(shù)、OpenGL編程與應(yīng)用、游戲開(kāi)發(fā)等。該專業(yè)以基礎(chǔ)教育為根本，創(chuàng)新應(yīng)用為提高，主要通過(guò)開(kāi)設(shè)全面的專業(yè)基礎(chǔ)課和應(yīng)用提高型選修課來(lái)實(shí)現(xiàn)這一專業(yè)特點(diǎn)。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)設(shè)在數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)大二下學(xué)期講授，將重點(diǎn)介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、方法與算法，主要由五部分組成：第一部分是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的歷史、應(yīng)用、發(fā)展和前沿；第二部分是二維圖形處理技術(shù)，包括基本圖元的生成、填充、裁剪、觀察與變換以及反走樣；第三部分是三維圖形處理技術(shù)，包括三維圖形的投影、表示、消隱和真實(shí)感顯示；第四部分是曲線曲面，掌握經(jīng)典的Bezier曲線/曲面、B樣條曲線/曲面、NURBS曲線/曲面的概念及生成算法；第五部分是與人機(jī)交互相結(jié)合，介紹常規(guī)交互的基礎(chǔ)上，了解最新的自然人機(jī)交互知識(shí)。本課程的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本原理和基本方法，了解其發(fā)展方向及前沿成果，為今后從事計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和制造、計(jì)算機(jī)圖形處理，如虛擬現(xiàn)實(shí)、動(dòng)漫設(shè)計(jì)、游戲開(kāi)發(fā)等方面的工作打下良好的基礎(chǔ)。

3.具體教學(xué)措施

在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的課程教學(xué)中，對(duì)枯燥難懂的理論，教師應(yīng)力求講解清楚，圖文并茂，著重加強(qiáng)對(duì)學(xué)生上機(jī)實(shí)踐的計(jì)劃安排與現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)，以達(dá)到良好的教學(xué)效果。主要采用以下教學(xué)措施，來(lái)激勵(lì)和促進(jìn)學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的學(xué)習(xí)。

（1）“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)

現(xiàn)代教育思想強(qiáng)調(diào)以培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題的能力為主要目的，首先發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，這是認(rèn)識(shí)和解決問(wèn)題的起點(diǎn)，所以“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)是許多現(xiàn)代教育家所提倡、推崇的教學(xué)方法，“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)法的正確使用對(duì)于提高學(xué)生的素質(zhì)，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力有積極作用，在教學(xué)過(guò)程中，我們自始至終都圍繞問(wèn)題而展開(kāi)教學(xué)活動(dòng)，激勵(lì)學(xué)生自覺(jué)思考、主動(dòng)探索，引導(dǎo)學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、分析問(wèn)題并最終解決問(wèn)題，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。在專業(yè)教學(xué)中遵循這一自然規(guī)律，通過(guò)不斷的提出與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)，再通過(guò)課程實(shí)際算法的講授，解決每個(gè)教學(xué)內(nèi)容之初提出的問(wèn)題，不僅有利于同學(xué)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的掌握，而且培養(yǎng)了學(xué)生針對(duì)實(shí)際問(wèn)題的計(jì)算思維。

例如，在三維圖形處理技術(shù)部分內(nèi)容的講授之初，提出“真實(shí)感茶杯的繪制”問(wèn)題，該問(wèn)題以前面所學(xué)的二維圖形處理技術(shù)為基礎(chǔ)，涉及茶杯三維模型的建立、投影變換、消隱技術(shù)以及真實(shí)感顯示等內(nèi)容，圍繞該簡(jiǎn)單易實(shí)現(xiàn)的實(shí)例來(lái)講解該部分內(nèi)容，將打消學(xué)生的畏難情緒，提起學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生實(shí)現(xiàn)后又能增強(qiáng)自信心。

圖1 學(xué)生實(shí)現(xiàn)的茶杯效果圖

（2）真實(shí)題目的實(shí)踐教學(xué)

充分利用計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院的實(shí)驗(yàn)資源，采用課間實(shí)驗(yàn)和集中實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)安排，其中課間實(shí)驗(yàn)和相應(yīng)課程同步進(jìn)行，集中實(shí)驗(yàn)一般在相應(yīng)課程結(jié)束后集中進(jìn)行，以綜合性、設(shè)計(jì)型為主，旨在鍛煉綜合運(yùn)用知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在學(xué)院的帶領(lǐng)下，不斷加強(qiáng)數(shù)字媒體技術(shù)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力。提出切合學(xué)生知識(shí)水平的實(shí)際題目，結(jié)合課程知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)。

另外，通過(guò)校內(nèi)、校外實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合的方式培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新和實(shí)踐動(dòng)手能力。在實(shí)踐教學(xué)中，加強(qiáng)工程實(shí)踐、課程設(shè)計(jì)、畢業(yè)設(shè)計(jì)等環(huán)節(jié)中的工程訓(xùn)練，帶領(lǐng)學(xué)生到相關(guān)企業(yè)、研究所和高校參觀學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步接觸實(shí)際工程，從宏觀上理解數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的架構(gòu)和發(fā)展方向。積極鼓勵(lì)和指導(dǎo)學(xué)生參加校級(jí)、省級(jí)、國(guó)家級(jí)各類學(xué)科競(jìng)賽，如數(shù)學(xué)建模、電子設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、挑戰(zhàn)杯和信息技術(shù)技能等大賽，鼓勵(lì)學(xué)有余力的學(xué)生根據(jù)學(xué)校合作企業(yè)的需求參加業(yè)余科研活動(dòng)。

例如，結(jié)合校企合作項(xiàng)目，在課程實(shí)踐上設(shè)置三維游戲場(chǎng)景、角色設(shè)計(jì)、游戲綜合創(chuàng)作等圍繞游戲開(kāi)發(fā)的綜合性實(shí)踐。應(yīng)用圖形學(xué)的基本圖元生成算法、掃描線填充算法、種子填充算法、坐標(biāo)變換等創(chuàng)建模型，并利用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言設(shè)計(jì)小型動(dòng)畫作品，如蝴蝶花間飛舞、茶葉沉降動(dòng)畫等。

圖2 學(xué)生設(shè)計(jì)作品抓圖

（3）培養(yǎng)興趣的前沿技術(shù)介紹

興趣是學(xué)習(xí)的原動(dòng)力，因此應(yīng)充分利用該專業(yè)豐富多彩的多媒體作品激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)和創(chuàng)作興趣，鼓勵(lì)學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐。運(yùn)用啟發(fā)式、討論式等先進(jìn)的教學(xué)方法提高學(xué)生獨(dú)立思考和綜合分析問(wèn)題的能力，給學(xué)生方法論、發(fā)散思維、多維思想等啟迪，給學(xué)生開(kāi)設(shè)本學(xué)科前沿知識(shí)講座，開(kāi)闊學(xué)生的視野，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并注重學(xué)生應(yīng)用技能的培養(yǎng)和提高，在應(yīng)用中反思基本的原理和知識(shí)。

例如，最新的數(shù)字電影和視頻展示、新穎的平面廣告設(shè)計(jì)、先進(jìn)的工業(yè)品造型設(shè)計(jì)、環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)及建筑表現(xiàn)，Kinect在虛擬現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用，交互感知技術(shù)發(fā)展，AR增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。

4.結(jié)語(yǔ)

總之，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作為一門基本的理論算法類課程，在教學(xué)中不能過(guò)多地強(qiáng)調(diào)理論問(wèn)題，而應(yīng)結(jié)合其在數(shù)字媒體技術(shù)中的應(yīng)用來(lái)講，明確計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)目的是與后面的游戲引擎相結(jié)合，在內(nèi)容的取舍上側(cè)重OpenGL的應(yīng)用，結(jié)合實(shí)際問(wèn)題，在實(shí)際應(yīng)用中激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，以“問(wèn)題驅(qū)動(dòng)式”教學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)，面向項(xiàng)目的案例教學(xué)模式，開(kāi)展綜合性實(shí)踐教學(xué)，為優(yōu)秀學(xué)生提供發(fā)展平臺(tái)。在教學(xué)過(guò)程中，不斷收集整理學(xué)生作品，作為課程實(shí)例進(jìn)行展示和講解，提高學(xué)生的自我認(rèn)同感和自信心；以學(xué)生作品或課程素材形式放在課程網(wǎng)站上，為打造有專業(yè)特色的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程服務(wù)，在原有教學(xué)基礎(chǔ)上針對(duì)性地提高。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

閆勝昝，1978年生，女，漢族，河北籍，講師，博士，主要研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、CAD/CAE。