淺談“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的教學(xué)改革與實(shí)踐

武丹

摘要計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要內(nèi)容是研究如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示的相關(guān)原理與算法。從學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和實(shí)驗(yàn)情況，通過(guò)采用調(diào)查法、案例教學(xué)法和案例應(yīng)用推廣的方法，“以點(diǎn)帶面” 引導(dǎo)學(xué)生積極思考，使學(xué)生熟練掌握常見的圖形學(xué)算法。同時(shí)通過(guò)考試檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)學(xué)生利用這種方法能夠比較熟練的掌握算法，并對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用，具有較好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞計(jì)算機(jī)圖形學(xué)調(diào)查法案例教學(xué)法教學(xué)改革中圖分類號(hào)：G424文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

信息與計(jì)算科學(xué)專業(yè)作為理學(xué)的一個(gè)熱門專業(yè)，其培養(yǎng)目標(biāo)是培養(yǎng)具有良好的數(shù)學(xué)知識(shí)，掌握信息科學(xué)和計(jì)算科學(xué)的基本理論和方法，受到科學(xué)研究的初步訓(xùn)練，能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和熟練的計(jì)算機(jī)技能解決實(shí)際問題，能在科技、教育和經(jīng)濟(jì)部門從事研究、教學(xué)和應(yīng)用開發(fā)和管理工作的高級(jí)專門人才。這就需要學(xué)生具有較強(qiáng)的綜合素質(zhì)。①②與其他專業(yè)相比，信算專業(yè)具有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)知識(shí)，善于發(fā)現(xiàn)問題，具備一定的創(chuàng)新意識(shí)，但是動(dòng)手能力較弱，創(chuàng)新性不強(qiáng)，綜合運(yùn)用所熟悉的數(shù)學(xué)知識(shí)和信息知識(shí)的能力不高。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（以下簡(jiǎn)稱圖形學(xué)）作為信算專業(yè)的一門選修課，是一門理論、技術(shù)與應(yīng)用相結(jié)合的技術(shù)應(yīng)用性課程。該課程是2001年美國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)科教程和2002年中國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教程的核心課程之一。③④⑤對(duì)于提高學(xué)生的動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)大有裨益。

1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)所存在的問題

信算專業(yè)的大多數(shù)學(xué)生具有學(xué)習(xí)圖形學(xué)的動(dòng)機(jī)和欲望，但目前對(duì)于圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)課程所能提供的具有動(dòng)手、創(chuàng)新的環(huán)境有限，學(xué)生無(wú)法充分發(fā)揮自己的學(xué)習(xí)潛力，同時(shí)難以提高自己的創(chuàng)新能力。同時(shí)學(xué)生也不善于利用現(xiàn)有的資源和條件，更不能創(chuàng)造出自己所需要的資源和條件。具體表現(xiàn)為：

（1）傳統(tǒng)的教學(xué)內(nèi)容。目前的圖形學(xué)課程教學(xué)主要以課堂講解、傳授知識(shí)為主。在教學(xué)過(guò)程中學(xué)生的個(gè)性，一直沿用相同的的大綱、教材和考試方式，在這種情況下，學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)和思維方式也很容易與老師相同，缺乏創(chuàng)新、缺乏創(chuàng)見。同時(shí)，對(duì)于學(xué)生的積極性有很大影響。

（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式比較單一，教學(xué)效果不夠理想。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)側(cè)重于驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從實(shí)驗(yàn)的思想到實(shí)驗(yàn)算法的確定，基本上都是由教師事先講解好，學(xué)生只是被動(dòng)的接受和模仿，讓學(xué)生自己思考的東西較少，很多學(xué)生只是盲目敲擊代碼，并不了解為什么這么做，不利于學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

（3）對(duì)學(xué)生評(píng)價(jià)考核機(jī)制還不夠科學(xué)完善。目前評(píng)價(jià)學(xué)生的標(biāo)準(zhǔn)主要是考試成績(jī)，因而在一定程度上導(dǎo)致學(xué)生片面追求考試成績(jī)，忽視其它能力尤其是實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

2 教學(xué)改革的主要內(nèi)容

2.1 改革課堂教學(xué)模式

課堂教學(xué)是教學(xué)的基本組成形式，學(xué)生能力的培養(yǎng)也必須滲透到圖形學(xué)的教學(xué)過(guò)程中。教師既要傳授知識(shí)，又要培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ鹊?。同時(shí)以此為基礎(chǔ)，要結(jié)合學(xué)生不同的認(rèn)知水平和生活體驗(yàn)，創(chuàng)設(shè)新的教學(xué)情景導(dǎo)入新課，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望。在教學(xué)中，營(yíng)造一個(gè)鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)言的課堂氛圍。采用多種多樣的課堂教學(xué)形式，鼓勵(lì)學(xué)生提出自己的看法，讓學(xué)生自覺、主動(dòng)地學(xué)習(xí)，以提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。加強(qiáng)圖形學(xué)與微分幾何、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、概率論與數(shù)理統(tǒng)計(jì)等各學(xué)科之間的交叉綜合，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高；同時(shí)融合學(xué)科前沿知識(shí)，增大課堂信息量，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神。

2.2 改革實(shí)驗(yàn)課教學(xué)模式

針對(duì)目前《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》實(shí)驗(yàn)中內(nèi)容比較單一、編程環(huán)境比較舊的問題，使得多數(shù)學(xué)生為了驗(yàn)證理論教學(xué)中學(xué)到的算法，剛實(shí)驗(yàn)成功一個(gè)算法會(huì)比較有成就感，但是對(duì)后面的實(shí)驗(yàn)會(huì)在某種程度上失去興趣，感覺枯燥無(wú)趣，對(duì)它不感興趣。充分利用理學(xué)院實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備和師資力量，探索和完善實(shí)施新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方法。

2.3 改革和完善學(xué)生的考核體系

評(píng)價(jià)是教育管理中實(shí)施控制的特殊手段，是教育管理的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的培養(yǎng)模式并不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，主要原因是學(xué)生考核過(guò)程中采用統(tǒng)一的閉卷考試方式，不能反映出學(xué)生的真實(shí)的水平和能力，尤其是創(chuàng)新能力和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰茈y在一張?jiān)嚲碇羞M(jìn)行全面考察。因此我們可以采用多樣化的考試方式，以及相對(duì)比較自由的考試時(shí)間，或不采用考試形式考評(píng)學(xué)生，如通過(guò)獨(dú)立撰寫專題報(bào)告、課堂演講、撰寫相關(guān)的學(xué)術(shù)性文章、參與相關(guān)的科研項(xiàng)目以及相關(guān)的程序設(shè)計(jì)大賽等多種形式進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3 實(shí)施的步驟與方案

（1）通過(guò)對(duì)2007級(jí)、2008級(jí)學(xué)生進(jìn)行調(diào)查，了解學(xué)生為什么選修圖形學(xué)這門課程？希望通過(guò)該課程學(xué)到什么？以及學(xué)生比較擅長(zhǎng)的編程語(yǔ)言，給學(xué)生創(chuàng)造良好的編程環(huán)境，使得學(xué)生先利用自己熟悉的語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)結(jié)果。

（2）通過(guò)網(wǎng)上查詢及實(shí)地考察，借鑒國(guó)內(nèi)外著名大學(xué)的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合理學(xué)院信算專業(yè)的專業(yè)特色對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行改革，使得教學(xué)內(nèi)容與時(shí)俱進(jìn)，與當(dāng)前的SIGGRAPH中的熱門圖形學(xué)專題相結(jié)合，開闊學(xué)生的視野。

（3）完善網(wǎng)絡(luò)課程以期協(xié)調(diào)好“教師教”與“學(xué)生學(xué)”的關(guān)系。采用多樣化的教學(xué)方法，從圖示內(nèi)容的漸進(jìn)性到圖形的欣賞性，再到圖形的交互性循序漸進(jìn)，同時(shí)將多媒體教學(xué)與程序現(xiàn)場(chǎng)演示相結(jié)合。

（4）通過(guò)課堂實(shí)踐完成將傳授知識(shí)與培養(yǎng)能力相結(jié)合，采用“以點(diǎn)帶面”的方法，每個(gè)算法在班內(nèi)選擇1~2個(gè)代表學(xué)生，講述自己的算法，修正其編程過(guò)程中遇到的問題，以及其他同學(xué)有可能遇到的問題，將該過(guò)程集結(jié)成錄像上傳到網(wǎng)上共享。

4 教學(xué)效果

通過(guò)對(duì)于2007級(jí)、2008級(jí)信算專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行教學(xué)改革，我們發(fā)現(xiàn)與2006級(jí)相比，學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)算法的理解更加深入，成績(jī)優(yōu)秀的學(xué)生比例提高了15%，考試中對(duì)于考察算法的題目學(xué)生的得分率比較高，多數(shù)學(xué)生對(duì)于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的認(rèn)識(shí)有了進(jìn)一步的提高。

注釋

①陳國(guó)軍.工科《 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》 教學(xué)改革探索[J].中國(guó)石油大學(xué)勝利學(xué)院學(xué)報(bào),2009.23(2):81-83.

②張榮華.高校“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探析[J].中國(guó)電力教育,2007(3):134-136.

③張瑞秋等.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展現(xiàn)狀與教育改革[J].機(jī)械管理開發(fā),2007(4):6-8.

④王棟等.“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程教學(xué)探討[J].教學(xué)與研究,2008(14).

⑤王玉琨等.“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程改革與創(chuàng)新探究[J].高等理科教育,2008(1):