信息與計算科學專業《計算機圖形學》教學之探討

【摘要】本文針對信息與計算科學專業中《計算機圖形學》的教學，分析了課程特點、課程設置和學生實際情況，從教學目標、課程內容、理論和實踐教學環節等具體方面探討了教學思路和方法。

【關鍵詞】計算機圖形學;教學理念;實踐教學

一、計算機圖形學課程特點

計算機圖形學是研究如何利用計算機算法來生成、處理和顯示圖形的一門學科[1]。目前，計算機圖形學已經成為計算機學科中發展最活躍、應用最廣泛的分支之一，成為許多計算機從業人員的必備素質之一，也是本校信息與計算科學專業開設多年的一門專業選修課程。

計算機圖形學綜合性比較強，涉及內容和應用領域比較廣泛，該課程主要講授計算機圖形中最基本、最廣泛應用的理論和方法，包括基本圖形的掃描轉換、多邊形填充、二維變換和裁剪、三維變換和投影、自由曲線和曲面等計算機圖形學基本理論和算法等;另一方面，學好計算機圖形學對高等數學、線性代數、解析幾何等基礎數學有較高的要求，其先修課程還包括數據結構、計算機語言（如C++程序設計）等。計算機圖形學對于學生的理論基礎要求較高，課程內容較多、理論性強，各種算法的羅列容易使學生感到乏味，不明白學習的意義，失去學習的興趣;另一方面，計算機圖形學具有很強的實踐性，需要學生將所學的理論應用到實踐中，并在實踐的過程中發現問題、分析問題、解決問題，合理安排上機學時和內容對培養學生的實踐創新能力非常重要，但在傳統的教學理念和教學模式的影響下，教師仍然在教學過程中起主導作用，學生的自主學習意識和能力還需要加強[2-4]。如何根據信息與計算科學專業特點，提高計算機圖形學教學質量，這些問題需要在教學實踐中不斷思考和探索。

二、教學中存在的問題

1.學生對課程認識不足，不夠重視

根據信息與計算科學專業學生培養方案，計算機圖形學作為專業選修課在大三上學期開設，部分同學對專業課期望較高，在開課之初認為學完以后就能夠具備利用計算機做出逼真效果的圖片動畫等能力，而在實際學習中卻要從基礎的算法學起，與理想中的情況相差甚遠，對學習的目的和方向不明確，逐漸感到失望并失去興趣。也有一部分同學因為個人選擇的考研或就業方向與圖形學關系不大，因而對課程不夠重視，學習積極性自然受到影響，學習過程只是被動接受以完成學分。

2.學生能力參差不齊，課程設置不夠優化

計算機圖形學知識點多，同時對數學基礎、數據結構和程序設計等課程均有一定的要求，雖然培養方案中為信息與計算科學專業一二年級學生均開設了相關的基礎課程，但由于學生基礎參差不齊，有的同學數學基礎不夠扎實，一看到理論推導便產生畏難情緒失去信心;有時一些學過的知識點因為時間較長已經忘記，任課老師不得不對之前的內容進行補充而影響正常的教學進度;在上機實踐中，部分同學的編程能力較差，課堂時間無法完成算法的實現，從而使上機課時沒有實現其價值。

3.對實踐、創新能力培養的不足

由于受到傳統教學模式的影響，教學中仍然以教師教學為主，往往是教師教什么，學生學什么，學生學習缺乏自主性，這也是其他本科課程和人才培養中普遍存在的問題，學生學完以后不知道為什么而學習，對培養學生的創新能力是不利的。計算機圖形學作為一門理論性和實踐性都很強的課程，如果在教學過程中如果按照傳統教材對于基礎理論和算法的闡述過多，往往會使學生感到枯燥乏味，缺乏實踐環節難以激發學生的學習熱情，也容易讓一部分同學因為畏難或感到枯燥而難以堅持下去。但如果過多偏重于算法的編程實現，又容易模糊本課程的主旨，使之成為程序設計課程的延伸，也難以達到良好的教學效果。

三、教學思路和方法探討

1.上好緒論課，提高學生學習興趣，明確學習目標

第一節課對于整個學期的教學至關重要，首先要讓學生認識到計算機圖形學究竟是什么，為了提高學生興趣，通?？梢岳枚嗝襟w展示一些前沿成果，如siggraph會議最新的視頻展示、動畫游戲特效等，讓大家更直觀的感受到圖形學的魅力，同時引導學生自己發現生活中圖形學的廣泛應用，充分認識到圖形學學習的重要性。接下來要將課程的教學內容和安排做一個整體的介紹，讓學生了解在課堂內能夠學到哪些知識，演示一些課程中要求學生自己能夠完成的實踐案例，幫助學生明確學習目標，能夠腳踏實地從基礎的算法學起，以免開始期望過高而逐漸感到厭煩。

2.調整教學理念，提高學生參與的主動性

教學的目的是為了培養學生的學習能力、實踐能力、創新能力，因此在教學中教師要注意加強學生在教學過程中的主體意識，比起知識的傳授，學生能力的全面發展更加重要。在算法講授之前先提出問題讓同學們自己思考，鼓勵學生在互相討論的過程中自己分析問題、解決問題，再通過與經典算法的比較，分析算法的優缺點，避免單調的講授。基礎較差的學生可以在討論的過程中向同學請教，比起教師在課堂上補充要更加有效。對于基礎較好的學生，可以引導其查閱最新的文獻，了解學科前沿和研究進展，嘗試對算法進一步改進等一系列科技創新活動，逐步培養科研能力。

3.根據專業特點合理設置授課內容，優化實踐環節

信息與計算科學專業對學生的數學基礎要求比較高，在教學中應強化針對具體問題建立數學模型并解決的能力，教學中應該以重點理解像素級繪制算法，掌握基本概念和算法的思想，理解算法能解決的問題和能達到的效果。對于Bresenham算法、掃描線填充算法、幾何變換和裁剪等基本算法原理要重點講授，課堂上可以通過案例演示使問題更加具體形象，并通過上機實現三、四個算法來加強理解。對于曲線生成可以重點介紹Bezier曲線和B樣條曲線等，并對比其應用特點，曲面生成由于理解起來難度相對較大，可根據學生的具體情況介紹原理并演示具體的生成效果。動態消隱、真實感圖形等涉及概念和算法較多，不要求學生去掌握和實現算法的具體細節，只要求掌握基本概念和經典的算法原理。上機實踐的除了直線生成算法等容易實現的簡單題目外，還可以增加一個綜合性較強的課程設計題目提供給學生鍛煉動手能力。

4.通過全面考核引導學生主動學習

在課程考核中要重視對學習過程控制，將平時的課堂討論、上機實踐成果演示等情況計入平時成績，主要目的在于提高學生平時學習的積極性，起到一個督促的作用。計算機圖形學是不斷發展的交叉學科，也是信息與計算科學專業一門重要的專業課程，既要強調扎實的理論基礎，也要具備一定的動手實踐能力，需要在教學中不斷探索更有效的教學手段和方法，以適應學科的發展和人才培養的需求。

參考文獻

[1]孔令德.計算機圖形學基礎教程（VC++版）[M].北京：清華大學出版社，2008，5.

[2]魯敏，于慧穎，鄭平剛.信息工程專業計算機圖形學教學模式思考[J].高等教育研究學報，2006（3）：31-33.

[3]潘革生，何援軍，趙峻穎.計算機圖形學教學理念的研究與實踐[R].煙臺：第一屆中國圖學大會，2007：476-479.

[4]王艷春，張金政，李紹靜.計算機圖形學課程教學思考[J].計算機教育，2011（14）：63-66.