基于多時空一體化教學資源的計算機圖形圖像系列課程教學改革

陸玲 李麗華 王蕾

摘要：針對計算機圖形圖像系列課程教學資源不完善及教學方法與教學手段單一性問題，構建了能夠推廣應用的多維空間的教學資源和多時段教學資源。提出了系列課程的教學方法的改革和系列課程的教學手段的改革，將科研成果和創新方法融入理論教學，自動評閱和自動反饋融入管理軟件，有效地提高了計算機圖形圖像系列課程的教學質量。

關鍵詞：教學資源；多時空；系列課程

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）41-0100-02

隨著計算機信息技術的發展，教學資源的建設成為高校課程建設的一個重要內容。許多教師針對教學資源的建設提出了相應的方法與措施，于超等[1]提出了立體化教學資源平臺的組成要素。劉亞豐等[2]對虛擬仿真教學資源建設原則與標準進行了論述，也有針對具體課程的教學資源進行建設與研究的建議。本文針對系列課程教學資源進行多方位的教學改革。

一、計算機圖形圖像系列課程教學資源設計

1.系列課程簡介。該系列課程的組合是根據圖形圖像處理的特點而形成，主要包括《計算機圖形學》、《數字圖像處理》和《人工智能》三門計算機類的專業課程，《計算機圖形學》主要是通過計算機根據數學模型生成圖形的系列方法及算法；《數字圖像處理》主要是對已有圖像進行增強、分割、編碼、復原等內容，圖形與圖像都是圖像工程中的內容；《人工智能》主要內容是智能算法，其最直接的應用就是圖像處理。圖形學與圖像處理交叉的部分基礎內容是圖形的圖像紋理映射、圖像空間的深度緩存消隱等；圖像處理與人工智能交叉的部分基礎內容是基于神經網的圖像識別；圖形學與人工智能交叉的部分基礎內容是圖形數據的圖搜索等。

2.教學資源設計。計算機圖形圖像系列課程教學資源設計如圖1所示，其中電子資源指直接利用現有軟件制作的課件、實驗指導、教學設計等，這種資源大多數教師都能制作，建設的重點是內容的提煉，沒有正式印刷的教學資源都可歸為這一類。軟件資源是需要進行程序設計的軟件，大部分必須由主講教師或熟悉課程內容的教師制作，如演示程序、應用案例軟件、實驗教學軟件、學習訓練軟件等。多時段主要是指教學資源第一次使用的時間段，因為教學資源在整個教學過程中都在起作用。

二、以程序設計為主導的系列課程的教學方法改革，提高學生編程能力

1.統一系列課程程序設計語言。計算機圖形圖像系列課程的教學效果與課程中所選用的算法實現軟件密切相關，目前我國高校在《計算機圖形學》課程常用OpenGL或Visual C++；在《數字圖像處理》課程中常用MATLAB或Visual C++；在《人工智能》課程中常用PROLOG或Visual C++。我們將系列課程的算法實現語言逐步從Visual Basic都統一到Visual C++環境，不使用任何函數或控件，從底層編程，使學生鞏固所學理論知識，深刻理解與掌握計算機圖形圖像系列課程的方法與算法。對于計算機專業的學生，同時也會提高學生的編程能力。

2.系列課程算法演示軟件設計。在課堂上除了介紹圖形圖像系列課程的方法原理外，還需要介紹基本算法的程序設計思路，使學生能夠提高學生編程能力，并開發相應的算法演示教學軟件將系列課程中基本算法的實際效果演示出來，從而將枯燥的理論概念轉為可見的圖形圖像結果，使學生能夠感受到系列課程的魅力所在，可以提高學生的學習興趣，同時也可以提高課堂教學的效率。

我們自行開發了系列課程課堂教學資源的算法演示軟件，演示軟件盡量將系列課程算法中的各種可變參數作為用戶的輸入數據，使學生可以真正體會到各種算法中的可變參數的實際意義。系列課程算法演示軟件部分功能包括：計算機圖形學中的二維直線曲線生成、區域填充多種方法、點陣與矢量字符、幾何與投影多種變換、三維消隱處理、真實感圖形顯示等；數字圖像處理中的圖像灰度多種變換、空間濾波多種處理、圖像的多種幾何變換、圖像的頻率域處理、圖像的多種編碼方法、圖像的復原處理等；人工智能中的圖搜索多種方法、博弈樹搜索、遺傳算法、基于產生式的推理、決策樹學習算法、神經網絡算法等。算法的程序設計在我們出版的教材及參考書中都有描述。

三、以應用案例為主線的系列課程的教學方式改革，提高學生學習興趣

在教學過程中，特別要注重理論聯系實際，努力將一些抽象的理論知識應用到實際的案例中，可以激發學生的學習熱情，使學生樂學、易學并會學。

系列課程的應用案例的選擇可以從以下幾個方面考慮：

1.與日常生活相關：案例可與學生熟悉的日常生活相關，這些案例雖然不“新”，但與基本理論知識結合較緊密，使學生學以致用。數字圖像處理中的車牌定位涉及灰度變換、灰度投影等知識點，十字繡圖案的生成涉及彩色變換等知識點。人工智能中的迷宮搜索和八數碼移動涉及圖的搜索等知識點，一字棋游戲涉及博弈樹搜索等知識點，動物識別系統涉及產生式推理等知識點。

2.與科研成果相關：從我們的科研成果中提煉出算法簡單易行的部分內容作為教學案例，這類案例一般是綜合型案例，適用于課程設計，可使學生感覺科學研究并不是高深莫測的，激發學生的創新意識。

3.與圖像APP軟件相關：手機APP軟件經常會出現一些與拍照有關的圖像應用軟件，而且用戶也較多，這些軟件大都與圖形圖像課程有關。軟件中的一些功能可作為課程的應用案例。

以上案例程序既不能太大，又要步驟簡潔，即利用課程中的基本知識就可以基本實現，學生易理解而且大部分學生可以獨立完成。部分應用案例內容在我們出版的參考書中有描述。

四、以學生為中心的系列課程的教學手段改革，提高學生實踐能力

1.以學生動手為核心的實驗教學手段改革。系列課程的實驗教學就是要求學生在規定時間內完成一定工作量的程序編寫、調試與運行結果，它是系列課程的一個重要環節。由于部分學生的程序設計能力并不很強，一些學生在每次實驗過程中，花費了大量時間在界面設置上；另外每次實驗教師也要花一定時間點名和檢查學生的實驗結果，為了提高學生的學習效率與教師的工作效率，我們開發了基于C/S的網絡版與單機版的實驗教學平臺軟件資源。使用實驗教學平臺，可以提高學生的實際動手能力，提高教學質量及教學工作效率。

2.以學生學習為中心的課外學生練習改革。學生課外練習采用學習訓練的方式，訓練平臺是以學生為中心的課外教學軟件資源，學生課后可以在平臺上進行自主學習與練習。例如我們開發的《人工智能》課程訓練平臺，學生通過基本方法的訓練，可以讓學生自己分析問題與解決問題，挖掘學生的潛力，提高創新能力。

結束語：

系列課程多維空間多時段教學資源豐富多樣，既有教材與參考書，也有電子資源，還有多種類型的教學軟件資源。教師與學生在課前、課中、課后中都有相應資源可以使用。教學資源形式多樣、內容豐富，我們將科研成果融入教材資源、創新方法融入案例教學、自動評閱融入實驗管理、自動反饋融入學習軟件，對于提高計算機圖形圖像系列課程的教學質量有一定的指導意義。

參考文獻：

[1]于超，時慶濤，等.計算機專業立體化教學資源平臺構建，當代教育實踐與教學研究，2017.11：9

[2]劉亞豐，蘇莉，等.虛擬仿真教學資源建設原則與標準，實驗技術與管理，2017（34）.5：8-10