項目驅動模式下計算機圖形學實踐教學過程研究

孫陽光

摘要：針對項目驅動模式下計算機圖形學課程的實踐教學過程，本文分析了該課程教學重點難點及其教學方法問題，給出了項目案例設計的五個基本模塊，構建了四階段教學過程框架模式。該教學過程明確教師和學生的定位，促進教和學的互動，提升實踐教學效果。

關鍵詞：項目驅動；計算機圖形學；實踐教學；教學過程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2017）05-0187-02

一、引言

隨著計算機和信息通信近十幾年來的蓬勃發展，計算機可視化技術及其相關應用得到了廣泛的社會普及和高度重視。作為專門研究計算機圖形的學科方向，計算機圖形學迅速發展成為計算機科學中應用廣泛的新興學科和研究活躍的前沿領域。計算機圖形學課程是計算機相關專業本科教學中重要的專業課程，在專業教學體系中占有重要地位和作用[1]。由于計算機圖形學的研究對象是一個新興的研究領域，具有發展快、學科交叉、實踐性強等特點，其理論和技術都在不斷地快速發展和更新，使得該課程內容豐富、算法眾多、理論和實踐并重[2，3]，這就要求在教學過程中需要根據不斷更新的教學內容及時對教學方法進行調整和革新。

二、教學重點難點及教學過程中問題分析

計算機圖形學是計算機技術、圖形學及應用數學相結合的一門不斷發展的新興學科，主要研究如何在計算機環境下生成、處理和顯示圖形，其相關的一整套硬件和軟件組成了計算機圖形系統[4]。在課程的教學過程中，明確課程的教學重點難點對于教學計劃的制定和教學體系的建設尤為重要[5]。本課程教學的重點在于講授計算機圖形學的基本概念、原理和方法，計算機圖形系統的組成及其相應圖形設備的工作原理，以及各種經典算法實現的基本原理。課程教學的難點在于計算機圖形學學科具有發展速度快、研究范圍廣、學科交叉性和實踐性強等特點，在課程教學過程中，需要幫助學生理解和掌握相應的基礎理論和算法，并具有能夠解決計算機圖形學相關具體實際問題的能力。

結合課程教學的重點和難點，通過大量的教學實踐，我們發現采用傳統的計算機圖形學實踐教學方法，學生在學習過程中不能取得理想的學習效果，其教學過程中主要存在以下四個方面的問題：1）該課程對理論基礎要求高，這給教學帶來了客觀上的難度；2）側重課程基礎理論和經典算法教學，學科應用前沿涉及較少，使得學生的上課積極性不高；3）知識點的多學科交叉普遍，給課堂教學和學生學習帶來了一定的阻礙；4）傳統教學重理論而輕實踐，知識點的理解多是停留在書本上，使得學生所需知識未能得到充分了理解和掌握。因此，了解課程教學的重點和難點，分析傳統教學過程中的問題，有助于我們設計更為合理的教學過程，制定更為完善的課程教學體系。

三、課程實踐教學過程研究

本文將基于項目驅動模式的實踐教學引入到課堂理論教學，構建多階段層次化的課程實踐教學過程，把課堂理論教學和實踐教學緊密結合，促進學生實踐創新能力的提高。

1.教學定位合理化。計算機圖形學具有較強的理論性和實踐性，其理論知識包含大量的經典算法及其相應的基本概念和算法原理。傳統的教學模式是以教師課堂講解為主，缺少教和學的雙向互動。基于項目驅動模式的實踐教學是側重互動的引導式教學，教學過程可引導學生由淺入深，由易到難，循序漸進的學習，激發學生學習的主動性，促進課堂理論教學和實踐教學的緊密結合。

2.案例設計模塊化。模塊化的項目案例設計方式有助于提高學生創新實踐的主動性，逐步培養學生建立科學的學習習慣和學習方法。在項目教學案例的設計過程中，每個案例應具有以下五個基本模塊：

模塊一：案例的實驗要求和實驗目標。設計具有目標導向的實驗任務，這樣可以在教學過程中使學生對整個項目案例有清晰的認識，同時教學方法沿著主線循序漸進地展開，也有助于學生對所講知識點的理解。

模塊二：案例的基本原理和技術路線。介紹與項目案例相關知識點的基本原理和實驗方法，尤其是項目實現過程中會涉及的關鍵技術，讓學生對所講解項目案例的相關理論知識有充分的了解，增加學生對整個案例教學重點的掌握。

模塊三：案例的實驗步驟和實現方法。給出詳細的實驗步驟和算法流程，對所采用的實現方法要有細致的講解，讓學生不僅了解所采用的具體方法，更要讓學生清楚選用該實現方法的原因，積極教學引導達到舉一反三、靈活應用的目的。

模塊四：案例的實驗結果和實驗分析。展示全面完整的實驗結果，結合中間的實驗過程進行詳細的實驗分析，尤其是在實驗過程中反映出來的易錯易混問題，讓學生對知識點概念及其實現細節有更為全面的認識和把握。

模塊五：案例的總結討論和實驗思考。開展課堂互動討論，挖掘和總結實驗過程中的關鍵問題，以目標為導向啟發學生對整個項目案例進行教學思考，引導學生學習的自主性，從而形成完整的實踐教學項目案例設計。

3.基礎訓練系統化。在課程實踐教學過程中，基礎性的項目實踐訓練是學生開展創新實踐的前提。該階段主要是側重訓練學生對所學基礎知識掌握的熟練程度，鍛煉學生利用已有知識解決基本問題的能力。課程項目案例的設計在保證知識點覆蓋率的同時應具有整體的系統性，不同的項目案例之間應具有知識點的關聯性，尤其重點選取和設計經典算法相關的應用實踐項目案例。

對于項目案例的具體系統化設計，以實際訓練目標為導向，按照循序漸進的教學原則，開展項目實踐基礎性訓練。首先，有明確的任務需求分析和具體要求，強調所涉及的指定算法或技術的實現難點和關鍵點；其次，給出清晰的開發步驟、實現流程和詳細的過程解決方案，尤其是編碼和調式過程中易錯點；最后，對實驗結果給出嚴格的校驗和針對性的評價，尤其對于實驗過程中產生的共性問題加以重點強調和詳細講解。通過系統化的基礎訓練，可加深學生對知識點的理解和掌握，為進一步提升學生的創新能力打下基礎。

4.創新實踐自主化。在創新實踐教學階段，學生按照自身的興趣選擇具體的項目，通過自主性較強的綜合實踐項目，著重培養其實踐創新能力。該階段可調動學習的積極性和自主性，保證學生充分的學習自由空間，而教師主要起到引導作用，整個項目訓練由學生自行設計和完成，包含給出項目需求分析、算法設計、編程實現、系統調式和總結分析。通過項目驅動模式下的自主性創新實踐，實現專業課程學習對實踐項目開發能力的提高，又促進項目訓練帶動專業課程的學習，提高學生的學習主動性和創新能力，培養學生樹立嚴謹的科研態度和正確的科研方法。

四、結束語

針對計算機圖形學課程的實踐教學過程中引入項目驅動的教學模式，本文結合該課程教學的特點，通過明確合理化的教學定位，激發學生的學習興趣，提高學生學習的主動性。通過模塊化案例設計和系統化的基礎訓練，逐步培養學生建立科學的學習習慣和學習方法。通過自主化的創新實踐，鍛煉學生的綜合運用能力，培養學生的實踐創新能力。在整個教學過程中，學生處于主體地位，教師主要是通過設計教學任務、指導學習方法和解答問題難點等方面來引導學生學習，注重學生對知識的理解、掌握和綜合應用能力，從而促進教學質量的提高。

參考文獻：

[1]魏海濤，俞志強，魯漢榕，等.計算機圖形學教學改革與教學體系創新[J].計算機教育，2012，（6）：26-29.

[2]許燕.計算機圖形學教學過程改革研究與實踐[J].吉林省教育學院學報，2014，（2）：93-94.

[3]李紅，吳粉俠，張琳娜.計算機圖形學教學改革研究[J].現代計算機（專業版），2015，（29）：66-68.

[4]張彩明.計算機圖形學簡明教程[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5]李敬華，孔德慧，孫艷豐.以學生為主體的教學過程設計——“計算機圖形學”教學方法研究與探討[J].計算機教育，2009，（23）：74-76.