基于SPOC模式的圖形學和可視化授課設計

馬天

摘 要

本文分析了MOOC和SOPC的優(yōu)缺點，并結(jié)合SPOC模式的授課特點，以圖形學和可視化課程中“直線反走樣”內(nèi)容為例，設計了線上理論準備、線下講解實踐、課后考核加強、評估反饋的持續(xù)改進模式。本文研究對該課程的混合式教學改革具有一定的指導意義。

關(guān)鍵詞

SPOC;授課設計;圖形學;可視化

中圖分類號： G642.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.09.009

Abstract

In this paper，it is analyzed that the advantages and disadvantages between the MOOC and SOPC. Based on the teaching characteristics of SPOC mode， taking"anti-aliasing of Straight Line"in Graphics and Visualization courses as an Example in，a continuous improvement mode is designed，which include online theoretical preparation，offline explanation and practice， after-school assessment and evaluation feedback.This papers work has a certain guiding significance for the mixed teaching reform of the course.

Key Words

Small Private Online Course;Teaching design;Computer Graphics; Data Visualization

0 引言

計算機圖形學和數(shù)據(jù)可視化課程是我校計算機學院的計算機科學與技術(shù)和軟件工程等專業(yè)研究生的專業(yè)基礎(chǔ)選修課，也是信息與計算科學、計算機科學與技術(shù)、軟件工程等本科生的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，其理論性和實踐性都強。直線繪制技術(shù)是整個課程中二維和三維圖形繪制的基礎(chǔ)，而直線反走樣技術(shù)又是真實感直線繪制效果的重要支撐，因此選擇該部分為例進行授課設計探討。由于其理論和算法內(nèi)容抽象，而且隨著新的培養(yǎng)方案修訂的課時壓縮的趨勢，迫切需要結(jié)合新的授課方式，進行混合式教學方式的改革。

目前，傳統(tǒng)的課堂授課方式還是在高校課堂中占有絕大部分的比例，章夏芬等[1]針對《計算機圖形學》課程中仿射變換的內(nèi)容，提出淺入深出的傳統(tǒng)授課的理論講解法，以變換的數(shù)學原理為基礎(chǔ)，從二維變換到三維變換，再到綜合實踐拓展法相，進而啟發(fā)學生對仿射變換內(nèi)容的興趣。王衍等[2]針對課程基礎(chǔ)要求高、理論型強和實踐性強的特點，提出運用任務驅(qū)動的教學思路，并設計促使學生主動思考的“學生課件”。隨著大規(guī)模網(wǎng)絡在線課程（MOOC）慕課[3]的出現(xiàn)，學生可以通過線上微課、作業(yè)、討論、考核等MOOC平臺資源，直接獲得國內(nèi)外著名教師的授課，對傳統(tǒng)課堂教學帶來了很大的沖擊[4]。各高校也紛紛圍繞MOOC開展了多維、綜合的教學改革研究。但是，隨著MOOC平臺上課程數(shù)量和學生數(shù)量增加，也引起了這種單一網(wǎng)絡模式下的課程完成率低、教學質(zhì)量無法控制等問題[5]。因此，近年來出現(xiàn)了更多圍繞小規(guī)模在線課程（SPOC）的教學模式改革研究，SPOC本質(zhì)上就是MOOC和傳統(tǒng)課堂結(jié)合的一種混合式教學模式，可以限制生源的數(shù)量和范圍[6]，更加符合國內(nèi)高校的教學實際，可以彌補MOOC和傳統(tǒng)課堂的不足，為開展翻轉(zhuǎn)課堂的教學改革打下基礎(chǔ)。徐小平等[6]以線下與線上課程的翻轉(zhuǎn)教學為例，探討了課堂教學、在線教學和交流討論形成的三位一體教學模式。王云霞等[7]根據(jù)SPOC模式分析了數(shù)字電路的課程教學，課前準備利用線上MOOC，課上教學采用翻轉(zhuǎn)課堂，課后延伸采用在線測試。雷洪濤等[8]根據(jù)授課對象特征細分了三個子群體，針對不同群體設計了不同的自主互動式混合教學模式。

1 線上線下協(xié)同分析

根據(jù)以上分析，在進行基于SPOC模式的授課設計時，一定要把握好教學節(jié)奏，并處理好線上和線下授課的協(xié)調(diào)問題，明確一個大原則：線上MOOC負責理論知識講解，線下課堂負責教學實踐鞏固，注重過程評估和反饋。為適應SPOC的教學模式，首先需要對計算機圖形學和數(shù)據(jù)可視化課程的教學設計、單元內(nèi)容、知識結(jié)構(gòu)重新組織，精煉每節(jié)課教學內(nèi)容，設計精悍獨立的內(nèi)容模塊。然后，以問題實例來引導，以知識點開展教學，從而提高每節(jié)課的學習興趣和效率。最后，如圖1所示，設計了線上理論準備、線下講解實踐、課后考核加強、評估反饋的持續(xù)改進模式，其中課堂的講解實踐是承上啟下的重要環(huán)節(jié)，需要精心設計其進程。

對于“直線反走樣”內(nèi)容模塊，根據(jù)教學大綱，明確能夠分析和應用直線距離加權(quán)反走樣算法的教學目的，以直線掃描轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的“階梯鋸齒”問題引導。課前發(fā)布直線掃描轉(zhuǎn)換、反走樣理論的MOOC視頻學習清單，并按照時間點檢查完成情況;課中根據(jù)線上學習情況，有針對性的講解線上問題、斜率大于1的核心算法流程，以及分組討論實踐;課后布置其他斜率情況的延伸練習作業(yè);根據(jù)各環(huán)節(jié)線上考核情況，及時根據(jù)評估反饋調(diào)整線上和線下的教學組織。

2 課堂進程設計

課堂的講解實踐是整個持續(xù)改進模式的核心環(huán)節(jié)，必須能夠有效地承接好線上的理論準備，并引導好后續(xù)的加強延伸訓練，切實提高學生對教學目標的達成。對于“直線反走樣”內(nèi)容模塊，授課進程主要分為以下四個步驟：

（1）首先，根據(jù)線上學習情況，有針對性的復習強調(diào)直線掃描轉(zhuǎn)換產(chǎn)生階梯鋸齒的原因，反走樣技術(shù)的分類和基本原理，掛圖展示W(wǎng)indows系統(tǒng)基本畫圖工具和Visio等專業(yè)畫圖工具繪制直線的反走樣效果的對比，引發(fā)學生對反走樣技術(shù)的興趣。

（2）然后，講解直線距離加權(quán)反走樣算法的原理和步驟，結(jié)合PPT進行分步動畫展示，以斜率大于1的情況為例，詳細分析距離判別式的構(gòu)造。

（3）分組討論與直線中點Bresenham掃描轉(zhuǎn)換算法的過程的對比，并設計反走樣算法的整個處理流程的程序化步驟，并直接進行分組上機實踐。

（4）最后，挑選1個小組演示上機實踐效果，引導學生課后分析其他斜率情況的距離判別式的構(gòu)造，并布置課后線上考核作業(yè)。

3 結(jié)語

MOOC和傳統(tǒng)課堂結(jié)合的混合式SPOC教學模式的教學改革已成為主流趨勢，本文以圖形學和可視化課程中“直線反走樣”內(nèi)容為例，設計了線上理論準備、線下講解實踐、課后考核加強、評估反饋的持續(xù)改進模式。后續(xù)，將依托圖形學和可視化課程的MOOC建設，把持續(xù)改進模式付諸實踐探索，并根據(jù)教學反饋結(jié)果不斷完善。

參考文獻

[1]章夏芬，朱昌明.計算機圖形學中仿射變換的教學[J].計算機教育，2017（02）： 136-140.

[2]王衍，訾克明，鄧曉紅等.機械設計課程授課方法與考試形式并行改革思路探討[J].輕工科技，2019，35（04）：176-177.

[3]薛璐，鄧芳芳.2000-2018年我國慕課（MOOC）研究動態(tài)分析[J].現(xiàn)代商貿(mào)工業(yè)， 2020，41（05）：201-204.

[4]鄭淑芳.慕課在高等教育發(fā)展中的優(yōu)劣勢研究[J].學周刊，2019（04）：6-7.

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[7]王云霞，柴志軍，劉明亮.基于SPOC教學模式的數(shù)字電路課程教學探索[J].黑龍江科學，2020，11（01）：40-41.

[8]雷洪濤，張濤.授課對象特征導向的混合式教學模式設計研究——以改訓學員“系統(tǒng)工程原理”課程為例[J].高等教育研究學報，2019，42（01）：56-63.