數(shù)字媒體技術專業(yè)計算機圖形學教學措施初探

【摘要】結合數(shù)字媒體技術專業(yè)的特點，圍繞該專業(yè)計算機圖形學課程的教學目標，結合“應用型”大學教育的指導思想，探討計算機圖形學實踐教學的具體措施。

【關鍵詞】計算機圖形學 實踐教學 應用型教育 數(shù)字媒體技術專業(yè)

【基金項目】基于CDIO的數(shù)字媒體技術專業(yè)卓越型人才培養(yǎng)模式的構建與實踐（2012jyxm358）。

【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）08-0152-02

1.引言

計算機圖形學是數(shù)字媒體技術專業(yè)一門重要的核心專業(yè)課，它在虛擬現(xiàn)實、計算機輔助設計與制造（CAD/CAE）、科學計算可視化、計算機動畫、地理信息系統(tǒng)（GIS）、計算機游戲、、影視廣告計算機仿真等領域均有廣泛應用，該課程也是新一輪專業(yè)教學改革中計算機科學方向的16門主干核心課程之一。該課程一方面內(nèi)容十分豐富，涵蓋了計算機圖形學表示、生成、顯示和處理圖形的基本原理與方法，另一方面理論性強、難度大，以計算機程序設計技術為基礎，與數(shù)學、物理學等學科結合緊密，對數(shù)學、物理學的要求較高，如何教好、學好這門課程無論對教師還是學生都是一個挑戰(zhàn)[1]。

數(shù)字媒體技術專業(yè)是一個以計算機程序設計技術為主，藝術設計為輔，技術與藝術相結合，涉及多種學科交叉的新興專業(yè)。我校數(shù)字媒體技術專業(yè)依托文學院、美術學院，以游戲開發(fā)為主線，設置技術與藝術相結合的人才培養(yǎng)課程體系，探索培養(yǎng)復合型（面向應用的理論型）數(shù)字媒體技術人才的新模式。為了培養(yǎng)社會急需的高素質(zhì)數(shù)字媒體技術人才，我國高等院校紛紛開設了數(shù)字媒體技術專業(yè)，竭力在人文藝術素質(zhì)提高的同時，加強學生面向網(wǎng)絡、新型數(shù)字媒體技術的研究與開發(fā)能力[2]。

在高校計算機教學改革的推動下，在我校大學生的培養(yǎng)模式下，數(shù)字媒體技術專業(yè)的課程是本著厚基礎、重實踐、求創(chuàng)新的總體原則設置的。計算機圖形學作為一門專業(yè)基礎課，是該專業(yè)課程體系中占有重要位置的一門課。因此，如何結合當前教學改革的要求，圍繞該課程的教學目標，上好這門課是值得深入思考和研究的，本文圍繞我校數(shù)字媒體技術專業(yè)計算機圖形學的教學目標，探討了幾點計算機圖形學的具體教學措施，應用于我校該專業(yè)的計算機圖形學教學實踐中，取得較好效果。

2.專業(yè)特點與課程教學目標

數(shù)字媒體技術專業(yè)是旨在培養(yǎng)具有良好科學素養(yǎng)和創(chuàng)新精神，具備信息傳播理論、數(shù)字媒體和設計管理能力的復合型高級應用型專門人才。本專業(yè)的畢業(yè)生能從事數(shù)字媒體開發(fā)、音視頻數(shù)字化、網(wǎng)頁設計與網(wǎng)站維護、多媒體設計制作、數(shù)字媒體管理等工作。主干課程有：數(shù)字媒體技術概論、計算機科學與技術、藝術學、通信工程、C++語言程序設計、JAVA語言程序設計、計算機圖形學、數(shù)據(jù)結構、數(shù)據(jù)庫原理及應用、 數(shù)字圖像處理、網(wǎng)頁設計與制作、流媒體技術、OpenGL編程與應用、游戲開發(fā)等。該專業(yè)以基礎教育為根本，創(chuàng)新應用為提高，主要通過開設全面的專業(yè)基礎課和應用提高型選修課來實現(xiàn)這一專業(yè)特點。

計算機圖形學設在數(shù)字媒體技術專業(yè)大二下學期講授，將重點介紹計算機圖形學的基本概念、方法與算法，主要由五部分組成：第一部分是計算機圖形學的歷史、應用、發(fā)展和前沿；第二部分是二維圖形處理技術，包括基本圖元的生成、填充、裁剪、觀察與變換以及反走樣；第三部分是三維圖形處理技術，包括三維圖形的投影、表示、消隱和真實感顯示；第四部分是曲線曲面，掌握經(jīng)典的Bezier曲線/曲面、B樣條曲線/曲面、NURBS曲線/曲面的概念及生成算法；第五部分是與人機交互相結合，介紹常規(guī)交互的基礎上，了解最新的自然人機交互知識。本課程的教學目標是使學生掌握計算機圖形學的基本原理和基本方法，了解其發(fā)展方向及前沿成果，為今后從事計算機輔助設計和制造、計算機圖形處理，如虛擬現(xiàn)實、動漫設計、游戲開發(fā)等方面的工作打下良好的基礎。

3.具體教學措施

在計算機圖形學的課程教學中，對枯燥難懂的理論，教師應力求講解清楚，圖文并茂，著重加強對學生上機實踐的計劃安排與現(xiàn)場指導，以達到良好的教學效果。主要采用以下教學措施，來激勵和促進學生對計算機圖形學的學習。

（1）“問題驅(qū)動式”教學

現(xiàn)代教育思想強調(diào)以培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)、分析、解決問題的能力為主要目的，首先發(fā)現(xiàn)問題，這是認識和解決問題的起點，所以“問題驅(qū)動式”教學是許多現(xiàn)代教育家所提倡、推崇的教學方法，“問題驅(qū)動式”教學法的正確使用對于提高學生的素質(zhì)，強化學生學習興趣，調(diào)動學生主觀能動性，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力有積極作用，在教學過程中，我們自始至終都圍繞問題而展開教學活動，激勵學生自覺思考、主動探索，引導學生不斷發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題并最終解決問題，培養(yǎng)了學生的創(chuàng)造性思維。在專業(yè)教學中遵循這一自然規(guī)律，通過不斷的提出與教學內(nèi)容相關的問題，引導學生的課程學習，再通過課程實際算法的講授，解決每個教學內(nèi)容之初提出的問題，不僅有利于同學對基礎知識的掌握，而且培養(yǎng)了學生針對實際問題的計算思維。

例如，在三維圖形處理技術部分內(nèi)容的講授之初，提出“真實感茶杯的繪制”問題，該問題以前面所學的二維圖形處理技術為基礎，涉及茶杯三維模型的建立、投影變換、消隱技術以及真實感顯示等內(nèi)容，圍繞該簡單易實現(xiàn)的實例來講解該部分內(nèi)容，將打消學生的畏難情緒，提起學習興趣，學生實現(xiàn)后又能增強自信心。

圖1 學生實現(xiàn)的茶杯效果圖

（2）真實題目的實踐教學

充分利用計算機與信息學院的實驗資源，采用課間實驗和集中實驗相結合的方式進行實驗安排，其中課間實驗和相應課程同步進行，集中實驗一般在相應課程結束后集中進行，以綜合性、設計型為主，旨在鍛煉綜合運用知識，解決實際問題的能力。在學院的帶領下，不斷加強數(shù)字媒體技術實驗室的建設，培養(yǎng)學生動手操作能力。提出切合學生知識水平的實際題目，結合課程知識進行實踐教學。

另外，通過校內(nèi)、校外實踐環(huán)節(jié)相結合的方式培養(yǎng)和發(fā)展學生創(chuàng)新和實踐動手能力。在實踐教學中，加強工程實踐、課程設計、畢業(yè)設計等環(huán)節(jié)中的工程訓練，帶領學生到相關企業(yè)、研究所和高校參觀學習，使學生初步接觸實際工程，從宏觀上理解數(shù)字媒體技術專業(yè)的架構和發(fā)展方向。積極鼓勵和指導學生參加校級、省級、國家級各類學科競賽，如數(shù)學建模、電子設計、工業(yè)設計、挑戰(zhàn)杯和信息技術技能等大賽，鼓勵學有余力的學生根據(jù)學校合作企業(yè)的需求參加業(yè)余科研活動。

例如，結合校企合作項目，在課程實踐上設置三維游戲場景、角色設計、游戲綜合創(chuàng)作等圍繞游戲開發(fā)的綜合性實踐。應用圖形學的基本圖元生成算法、掃描線填充算法、種子填充算法、坐標變換等創(chuàng)建模型，并利用程序設計語言設計小型動畫作品，如蝴蝶花間飛舞、茶葉沉降動畫等。

圖2 學生設計作品抓圖

（3）培養(yǎng)興趣的前沿技術介紹

興趣是學習的原動力，因此應充分利用該專業(yè)豐富多彩的多媒體作品激發(fā)學生的學習和創(chuàng)作興趣，鼓勵學生動手實踐。運用啟發(fā)式、討論式等先進的教學方法提高學生獨立思考和綜合分析問題的能力，給學生方法論、發(fā)散思維、多維思想等啟迪，給學生開設本學科前沿知識講座，開闊學生的視野，培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，培養(yǎng)學生的學習興趣，并注重學生應用技能的培養(yǎng)和提高，在應用中反思基本的原理和知識。

例如，最新的數(shù)字電影和視頻展示、新穎的平面廣告設計、先進的工業(yè)品造型設計、環(huán)境藝術設計及建筑表現(xiàn)，Kinect在虛擬現(xiàn)實中的應用，交互感知技術發(fā)展，AR增強現(xiàn)實技術等。

4.結語

總之，計算機圖形學作為一門基本的理論算法類課程，在教學中不能過多地強調(diào)理論問題，而應結合其在數(shù)字媒體技術中的應用來講，明確計算機圖形學的教學目的是與后面的游戲引擎相結合，在內(nèi)容的取舍上側重OpenGL的應用，結合實際問題，在實際應用中激發(fā)學生學習興趣，以“問題驅(qū)動式”教學方法，促進學生的基礎知識學習，面向項目的案例教學模式，開展綜合性實踐教學，為優(yōu)秀學生提供發(fā)展平臺。在教學過程中，不斷收集整理學生作品，作為課程實例進行展示和講解，提高學生的自我認同感和自信心；以學生作品或課程素材形式放在課程網(wǎng)站上，為打造有專業(yè)特色的計算機圖形學課程服務，在原有教學基礎上針對性地提高。

參考文獻：

[1]杭后俊. 計算機專業(yè)計算機圖形學教學實踐探討[J]. 計算機教育，2012（17）：76—79.

[2]葉福軍，潘瑞芳，張帆. 復合型數(shù)字媒體技術專業(yè)人才培養(yǎng)探討[J]. 新聞界，2009（4）：126—127轉(zhuǎn)125.

作者簡介：

閆勝昝，1978年生，女，漢族，河北籍，講師，博士，主要研究方向為計算機技術應用、計算機圖形學、CAD/CAE。