面向計算思維培養的計算機圖形學教學探討

謝琳

摘要：本文從以計算機圖形實踐教學為核心，并就計算思維與圖形學兩者之間的關系展開了系統的研究和分析，提出了以培養計算思維能力為目標的計算機圖形學教學改革方向，并探討了具體的教學內容和方法。

關鍵詞：計算思維;計算機圖形學;課程改革

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）33-0140-02

眾所周知，電子計算機應用技術和計算思維越來越受到重視，計算思維能力培養也成為目前教育能力培養的內容之一。其中，計算機圖形學憑借自身優勢逐漸成為我國高院校開設電子計算機專業課堂的教學重點。所謂計算思維其本質便是借助計算機的相關運行概念來進行程序設計、數據計算以及解決相關現實問題等，計算思維從廣義的角度來看，是一種極其發散的思維活動。在實際教學中，該項教學模式是不能過于依賴和相信書本知識，更多的是把計算思維作為指導，努力提高學生獨立思考和解決問題的能力。基于此，文章主要就面向計算思維培養的計算機圖形學教學展開了系統的研究和討論，希望能夠進一步有效地促進計算機應用技術的全面發展。

1有關計算機圖形學的相關闡述

對于電子計算機應用技術來說，其概念較為抽象、理論知識較為繁雜、具有一定的實踐性，隨著素質教育改革的全面發展，很大程度上影響了高校電子計算機圖形教學模式的改革方向和速度，為進一步有效地提高專業教學能力和水平，需要就固化算法的功能和固定的GPU結合編程語言展開系統的研究。此外，傳統的計算機圖形學教學更重視學生對計算機圖形學原理、方法和基本圖形繪制算法等知識和技能的掌握，卻忽略了對學生創新意識和創新能力的培養，導致學生只能被動地接受已有算法的功能實現。即便是進行實踐教學，也僅僅是通過操作上層軟件來進行實踐能力的培養和評估。該項教學模式的應用，很大程度上阻礙了學生思維能力的發展，無法進行實踐原理的有效掌握，從而使得只能從表面理解計算機圖形學的原理和知識，并不能深入了解到知識的本質和來源，進而離全面深化素質教育改革還存在較大的差距，尤其是對于計算機專業的學生來說，在進行專業知識學習過程中，不僅需要學習豐富的理論知識，還要學會如何進行知識的系統運用，理解并掌握計算機圖形學的相關計算方法和基礎概念，能夠真正意義上提高學生的思維能力、計算能力以及編程能力等等。傳統計算機圖形教學已經無法滿足當今的需求，尤其是隨著CPU得到快速發展的今天，加之各種高級語言的出現和應用，使得傳統的計算機圖形教學模式面臨著嚴峻的挑戰那。當前程序編程人員無法對計算機內部圖形生成過程進行控制，對學生的探索以及創新能力會造成一定影響，但針對固定CPU而言，其優勢則在于具有較快的運行速度以及強大的圖形繪制功能。

2在可編程GPU的基礎上進行圖形學計算思維能力的培養研究

2.1教學目標

計算機思維進行具象的表達，需要從數據計算、抽象概念、自動生成以及設計、協作、通信等多方面進行有效的建設。其中“計算”和“自動化”是計算機圖形學課程中需要關注的重點，而這也是由課程內容來決定的?？梢缘弥河嬎闼季S貫穿于計算機圖形學的整個學習過程，教學的主要方向是引導學生利用計算思維來解決計算機圖形學中的各種實際問題。

2.2教學內容

傳統的計算機圖形學教學是通過功能固定的GPU來實現一種或多種編程語言的有機結合，從而將計算機圖形學所具備的相關原理和技術進行有效的傳遞，其目的在于能夠進一步有效地推動電子計算機圖形學的發展，并將其逐步進行全面的應用，因此，針對實際教學內容所存在的局限性進行全面的調整。

2.2.1圖形繪制流水線

以可編程GPU的圖形繪制流水線為主線安排教學內容，教學的主要內容是學習計算機圖形學相關原理、方法和技術。圖形數據到圖形的有效繪制是具有一定計算機圖形學計算思維的，通過流水線形式進行數據的具象表述能夠形象的進行突出。

2.2.2圖形繪制

根據實際教學經驗可以知道，為進一步有效的擴展學生的專業知識面，需要進行傳統理論知識的有效淘汰，并引進或滲透更為先進的科學技術，在保證基礎知識掌握的情況下，結合圖形繪制硬件，充分發揮高級著色語言對可編程GPU的控制作用，以此來開展關于圖形繪制的教學。

2.2.3實踐與理論相結合

教師提前收集一些關于計算機圖形的應用案例，鼓勵學生通過運用計算機圖形學的相關知識，對圖形應用進行開發和設計。在這個過程中學生不僅能夠全面掌握計算機圖形學的基礎知識，還能提高自身明確問題、分析問題和解決問題的能力。總而言之，夯實基礎、加強專業技能實踐教學是高校進行素質教育改革的建設重點，鑒于計算機圖形學的理論知識太過抽象，學生不能深入理解和掌握其原理和技能，這就需要引導學生在平時的應用能力訓練中強化所學知識。同時利用不同的應用情境來鍛煉學生對計算思維的運用，以此帶人到解決實際生活問題中去。

2.3教學方法

計算機圖形學理論知識繁雜、實踐性較強、學習難度也是與日俱增，而傳統的以講授為主的教學模式并不能調動學生的積極性，因此需要采用多種教學手段來開展計算機圖形學教學。

2.3.1“所見即所得”

“所見即所得”教學方式是指讓學生通過最直觀的方式來獲取知識。例如設計和開發具有直觀性的教學演示軟件，并挑選一些具有創新性的實際案例，用相關課程演示軟件將圖形生成的全過程進行系統的展示，從而有效地將計算機圖形學的思維過程也由此可以表達出來。

2.3.2研究性教學

在教學過程中使用研究性教學方法，有利于提高學生發現問題、分析問題和解決問題的能力。

2.3.3角色互動

雙主互動教學模式的運用，能夠有效的促進教師與學生進行溝通渠道的建立，從而實現學生身份的轉變，有利于改變傳統、單一的教學模式，從而調動學生的能動性質和積極性。

2.3.4實驗課程

讓學生在課程實驗中獨立設計和繪制三維場景，而對OpenGL基本圖形繪制的考核除了單一的試卷考核外，學生在實踐課中學生的積極性、領導力的表現和團隊價值等都得與考核成績掛鉤。

3結束語

綜上所述，通過分析得知計算思維能力主要在計算機學科中得到培養，因此對計算思維能力培養也成為計算機相關課程的教學目標。而計算機圖形學教學改革主要以培養計算思維能力為目標，進而讓學生的綜合能力得到提升。首先要充分利用當前的計算軟硬件技術，然后根據可通過編程GPU、著色語言來進行計算機圖形學相關理論知識的傳遞和教學，進一步有效地提高學生的計算機思維能力。