談計算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)與實驗

陳莉

摘要：分析當(dāng)前計算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)和實驗中存在的若干問題，提出通過不斷更新和優(yōu)化課程內(nèi)容提高學(xué)生的學(xué)習(xí)、實驗興趣；通過改進(jìn)的教學(xué)方法和手段激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及創(chuàng)造力，同時說明實施過程。

關(guān)鍵詞：計算機(jī)圖形學(xué)；教學(xué)改革；建構(gòu)主義；開放式

0、引言

計算機(jī)圖形學(xué)課程是計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門比較重要的課程。計算機(jī)圖形學(xué)研究的是如何利用計算機(jī)生成、處理和顯示圖形的原理、方法與技術(shù)n]。它是一門復(fù)雜的綜合性新興學(xué)科，廣泛應(yīng)用在工業(yè)、科技、教育、管理、商業(yè)、藝術(shù)、娛樂等多種領(lǐng)域。這門課程理論性較強(qiáng)，內(nèi)容抽象、難懂，要求學(xué)生有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)并且具有一定的編程能力，部分學(xué)生感覺學(xué)習(xí)起來吃力，學(xué)習(xí)積極性不高，教學(xué)效果不夠理想。文獻(xiàn)提出了建構(gòu)教學(xué)模式在圖形學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用；文獻(xiàn)[3]也針對已有的圖形學(xué)教學(xué)模式提出了改進(jìn)。筆者對計算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)中存在的問題進(jìn)行了分析探討，并對計算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)內(nèi)容及方法提出了改進(jìn)，在計算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)與實驗中，取得了良好的效果。

1、圖形學(xué)教學(xué)及實驗的現(xiàn)狀及存在的問題

1.1 內(nèi)容枯燥難懂

目前，計算機(jī)圖形學(xué)課程講述的重點是圖形學(xué)技術(shù)，強(qiáng)調(diào)計算機(jī)圖形學(xué)基本算法的生成和實現(xiàn)，對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較多，還要有一定的三維空間想象能力。這種強(qiáng)調(diào)圖形算法基礎(chǔ)的教學(xué)比較適合數(shù)學(xué)基礎(chǔ)優(yōu)秀的學(xué)生，對大多數(shù)本科學(xué)生來說，這種理論性太強(qiáng)的課程，理解起來較難，學(xué)習(xí)起來不易，直接影響了學(xué)生的積極性，影響了教學(xué)效果。

1.2 編程語言環(huán)境古板陳舊

在很多高校，計算機(jī)圖形學(xué)的實驗都是基于Turbo C環(huán)境下的編程練習(xí)。雖然Turbo C提供了非常優(yōu)秀的C語言編程環(huán)境，但是由于編程界面不夠友好，使用不方便，多數(shù)學(xué)生對它不感興趣。

1.3 實驗內(nèi)容單一

該課程的實驗內(nèi)容包括最基本的實驗環(huán)境的熟悉及像素點的生成，基本圖形元素（直線、圓和橢圓）生成算法的實現(xiàn)，二維圖形的填充和裁剪算法和圖形幾何變換（二維、三維變換）的實現(xiàn)等?；镜膶嶒炛饕菫榱蓑炞C理論教學(xué)中學(xué)到的算法，比如直線生成算法實驗，就是編程實現(xiàn)一條直線的生成，沒有實際的應(yīng)用價值，學(xué)生感覺所編程序與現(xiàn)實中成熟的各類畫圖軟件差距較大，進(jìn)而失去學(xué)習(xí)興趣。

2、教學(xué)改革實踐

2.1 選擇內(nèi)容稍簡單的教材

當(dāng)前圖形學(xué)的課本非常多，經(jīng)典教材中多采用c語言偽代碼，且講解的知識較多、難度較大，學(xué)生學(xué)習(xí)比較吃力?？紤]到本校碩士專業(yè)也開設(shè)了計算機(jī)圖形學(xué)這門課，主要講解三維的知識，所以我們將本科教學(xué)中的重點定位為二維知識的掌握，三維的知識作為簡單介紹和了解，這樣降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，為以后學(xué)習(xí)三維打好基礎(chǔ)。因此，在選擇教材時，主要考慮以二維知識為主的、包含有程序代碼的、利于學(xué)生實驗的教材。

2.2 將AutoGAD等成熟軟件引入圖形學(xué)課堂

圖形學(xué)的基本內(nèi)容以二維為基礎(chǔ)，AutoCAD是最為成熟的二維圖形軟件之一，它的功能非常強(qiáng)大，幾乎囊括了圖形學(xué)中的所有知識。因此，在教學(xué)過程中以AutoCAD為例給學(xué)生講解，使本來抽象難瞳的知識變得可見，例如，在講到矢量字符時，AutoCAD可以允許用戶以形定義的方式自己創(chuàng)建矢量字符。學(xué)生在使用AutoCAD創(chuàng)建字符的同時，加深了對概念的理解。AutoCAD的交互能力是非常強(qiáng)大的，教師在講解圖形交互技術(shù)一章時，重點介紹AutoCAD中的對象捕捉功能、網(wǎng)格功能、約束技術(shù)等，使學(xué)生對圖形交互有更直觀的印象。在講解曲線一章時，教師可以用Photoshop中的路徑生成工具來講解Hermit曲線，講三維建模時引入3DMAX。這些成熟的軟件給學(xué)生搭建一個對所學(xué)知識進(jìn)行實踐的平臺，讓學(xué)生更好地理解課本的內(nèi)容，使難懂晦澀的內(nèi)容變得生動形象起來，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2.3 將最新的研究成果帶入課堂

圖形學(xué)是當(dāng)前研究的熱點問題，它應(yīng)用廣泛，每一個應(yīng)用方面都有最新的研究成果。在講解課本知識之外，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們搜集了一些介紹圖形學(xué)知識的紀(jì)錄片。比如在講到分形時，播放分形在影視特效中的應(yīng)用；在講到真實感圖形時，播放工業(yè)光魔在這方面的研究歷史，從最初起步到現(xiàn)在技術(shù)日益成熟。這些紀(jì)錄片豐富了學(xué)生的知識，開闊了學(xué)生的視野，加深了學(xué)生對課本知識的理解。

3、實驗改革實踐

3.1 選擇可視化編程語言環(huán)境

針對Turbo C編程環(huán)境的死板和界面不夠友好的情況，我們在選擇教材時，選擇的是用VC編程的教材。學(xué)生可按照教材完成實驗。因為VC開發(fā)環(huán)境是可視化的，編寫的程序執(zhí)行結(jié)果明顯，學(xué)生很有成就感，對完成實驗更有自信。學(xué)生也可以通過實驗，來學(xué)習(xí)實用的編程語言，促進(jìn)了對新知識的學(xué)習(xí)。

3.2 明確實驗?zāi)繕?biāo)，整合實驗效果

教師在新課剛剛開始講解時就以Windows自帶的畫圖軟件為目標(biāo)，鼓勵學(xué)生在實驗的時候以其為模板。在講解實驗的時候，老師一開始就引入了添加菜單、工具欄、鼠標(biāo)畫圖、橡皮筋技術(shù)以及調(diào)色板，這樣在實驗中學(xué)生就可以自己編出用鼠標(biāo)畫出直線、設(shè)置顏色的程序，因為非常貼近現(xiàn)有的成熟軟件，所以學(xué)生很有成就感。

整個學(xué)期的實驗內(nèi)容的設(shè)計圍繞畫圖軟件，使其與課程進(jìn)展相結(jié)合，由簡入繁。

有了畫圖軟件這個目標(biāo)，學(xué)生在實驗中會主動地考慮一些功能的實現(xiàn)，比如用鼠標(biāo)實現(xiàn)鉛筆畫功能，是學(xué)生自己考慮出來的。學(xué)生通過自己去想、去嘗試、去實現(xiàn)，提高了學(xué)習(xí)的主動性、積極性，最后不僅完成了課本上要求的任務(wù)，還自己增加了一些實驗內(nèi)容，提高了編程能力。學(xué)生將每次所學(xué)的課程內(nèi)容都添加在一個程序中，最后自然就完成了教材中所要求的綜合性實驗內(nèi)容，而且所實現(xiàn)的功能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于教材中的要求。

3.3 教學(xué)與實驗結(jié)合，變被動復(fù)習(xí)為主動復(fù)習(xí)

在教學(xué)中，我們引入建構(gòu)主義教育思想，將期末設(shè)計改為圖形學(xué)教學(xué)網(wǎng)站的設(shè)計。建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)者的知識是在一定情境下，借助他人的幫助，人與人之間的協(xié)作、交流，利用必要的信息等，通過意義的建構(gòu)而獲得的。以往的復(fù)習(xí)，就是學(xué)生個人死記硬背概念，學(xué)生不愿意背，也不容易記住。期末設(shè)計以小組團(tuán)隊為單位，在設(shè)計過程中，借助開放式實驗思想，不限制實驗地點，不限制實驗時間，不限制實驗小組，由學(xué)生自己決定團(tuán)隊，團(tuán)隊內(nèi)部自主分配任務(wù)，通過網(wǎng)上指導(dǎo)，隨時有問題隨時解決，這是對學(xué)生將以往所學(xué)的網(wǎng)絡(luò)知識與計算機(jī)圖形學(xué)知識的一次整合，使學(xué)生充分體會到每門課都是息息相關(guān)的。學(xué)生們需要將所學(xué)的知識在網(wǎng)上重現(xiàn)，在重現(xiàn)的過程中，就是對所學(xué)知識的一次鞏固、一次主動的復(fù)習(xí)。教學(xué)網(wǎng)站的設(shè)計包括各種圖形學(xué)的基礎(chǔ)知識、算法代碼、當(dāng)前圖形學(xué)的研究熱點、著名圖形學(xué)網(wǎng)站的鏈接等。學(xué)生們根據(jù)自己在學(xué)習(xí)圖形學(xué)中遇到的問題，借鑒現(xiàn)在網(wǎng)上已有的教學(xué)網(wǎng)站，設(shè)計出自己風(fēng)格的網(wǎng)站，將枯燥的死記硬背改為有效的主動復(fù)習(xí)。圖1是某小組實現(xiàn)的關(guān)于“當(dāng)前研究的熱點問題”這個方面的網(wǎng)頁，他們搜集、查閱了大量資料，豐富了其圖形學(xué)知識，在搜集過程中更提高了對圖形學(xué)的興趣。

圖2中某小組搜集了各類圖形學(xué)題目，在此給出了答案。在出題過程中，不會題的同學(xué)之間相互討論，問老師，更好地掌握了所學(xué)知識，加深了對所學(xué)知識的理解。

通過期末設(shè)計，老師不僅可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)思維的方式，而且從中也能發(fā)現(xiàn)自己的不足，從而為以后的教學(xué)改進(jìn)提供依據(jù)，在以后的教學(xué)中也應(yīng)多從學(xué)生的角度來考慮教授內(nèi)容，應(yīng)將演示軟件、網(wǎng)站等引入教學(xué)中，實現(xiàn)多方面、多維的立體化教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并通過各種途徑與學(xué)生交流和討論。

4、結(jié)語

計算機(jī)圖形學(xué)是一門比較重要的專業(yè)課程，它具有較強(qiáng)的理論性和實踐性，但是在教師的教與學(xué)生的學(xué)之間存在著各種各樣的問題。我們對該課程教學(xué)、實驗中遇到的問題進(jìn)行了分析，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)和實驗方法等方面對該課程進(jìn)行了探討，改進(jìn)了傳統(tǒng)的實驗任務(wù)，調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，并使老師從中找到自身教學(xué)的不足，也提高了老師的教學(xué)水平，達(dá)到了雙贏的效果。endprint