基于計(jì)算思維的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革探討

李谷偉

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的高速發(fā)展，現(xiàn)已成為一門(mén)獨(dú)立的學(xué)科，而現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)方法依然守舊，由于計(jì)算思維的理念愈加成熟，因此，把計(jì)算思維應(yīng)用到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的課程教學(xué)中去，能夠更好的讓學(xué)生掌握實(shí)際技能。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維 計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）05（b）-0152-01

1 計(jì)算思維的理念和表達(dá)體系

1.1 計(jì)算思維的理念

2006年3月，美國(guó)卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國(guó)計(jì)算機(jī)權(quán)威期刊《Communicat

ions of the ACM》雜志上給出，并定義的計(jì)算思維（Computational Thinking）。周教授認(rèn)為：計(jì)算思維是運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的基礎(chǔ)概念進(jìn)行問(wèn)題求解、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、以及人類(lèi)行為理解等涵蓋計(jì)算機(jī)科學(xué)之廣度的一系列思維活動(dòng)[1]。通俗點(diǎn)來(lái)理解，計(jì)算思維就是面對(duì)任何一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，對(duì)它進(jìn)行求解方法分析、過(guò)程設(shè)計(jì)、最終解決問(wèn)題的一種思維。

1.2 計(jì)算思維的表達(dá)體系

計(jì)算思維在宏觀層面，揭示了計(jì)算機(jī)的泛在特性；大自然中的萬(wàn)物都存在計(jì)算屬性，社會(huì)、人物之間也存在計(jì)算屬性；計(jì)算是人工科學(xué)，也是自然科學(xué)。在微觀層面，它挖掘了計(jì)算的內(nèi)涵特性；整理一個(gè)學(xué)科的本質(zhì)特征和核心方法以及原理的歸類(lèi)、分析。我們通過(guò)分類(lèi)的“核心概念”方法來(lái)構(gòu)建計(jì)算思維的表述體系：計(jì)算、抽象、自動(dòng)化、設(shè)計(jì)、通信、協(xié)作、記憶、評(píng)估。如圖1所示

2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革的需求

2.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（Computer Graphics，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為CG）是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)[2]。它包含了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）、三維建模（3D）以及實(shí)物仿真等等內(nèi)容，范圍涉及面非常廣泛，而現(xiàn)有的教學(xué)模式仍然停留在非常守舊的階段。

2.2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革需求

需求：（1）我們需要構(gòu)建相對(duì)穩(wěn)定、能夠體現(xiàn)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)思想和方法的核心內(nèi)容。（2）我們需要更加突出思維方法的訓(xùn)練。

滿(mǎn)足：（1）有限的課時(shí)應(yīng)對(duì)教學(xué)改革的壓力和不斷更新的技術(shù)。（2）更好地詮釋課程建設(shè)的目標(biāo)，更好地體現(xiàn)學(xué)科特征。

3 圍繞計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革的實(shí)施模式

3.1 對(duì)計(jì)算思維的基礎(chǔ)認(rèn)識(shí)

計(jì)算思維強(qiáng)調(diào)的是培養(yǎng)計(jì)算能力，但它并不是要顛覆原本的課程內(nèi)容，而是通過(guò)對(duì)內(nèi)容的再組織與優(yōu)化，甚至二次優(yōu)化，突出核心內(nèi)容和方法；而在教學(xué)方法改革方面強(qiáng)調(diào)的是加強(qiáng)思維方法的訓(xùn)練。

3.2 計(jì)算思維如何在課程中被融入

首先要讓廣大教師理解計(jì)算思維的理念，并且讓教師能夠體會(huì)計(jì)算思維的先進(jìn)性，從而對(duì)學(xué)生進(jìn)行分類(lèi)培養(yǎng)定位。其次過(guò)程需要分類(lèi)分層次的逐步進(jìn)行，不可一步促成。

3.3 教師在實(shí)際課程中如何應(yīng)用計(jì)算思維

在任何課程的學(xué)習(xí)中，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣是最為重要的，因此計(jì)算思維運(yùn)用的第一步就是觸發(fā)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)興趣，然后使學(xué)生了解相關(guān)內(nèi)容的核心問(wèn)題和核心解決方法；通過(guò)對(duì)問(wèn)題的引入、尋求解決問(wèn)題的思路、引出問(wèn)題的解決方法或?qū)崿F(xiàn)方法、進(jìn)一步的拓展和思考。其中，選取合適的案例非常重要，案例必須能夠體現(xiàn)本知識(shí)點(diǎn)的運(yùn)用并且全面具體?；镜膶?shí)施模式有下列三種模式：（1）教學(xué)方法驅(qū)動(dòng)：不改變內(nèi)容，而改變或者改進(jìn)具體的教學(xué)方法。（2）內(nèi)容整合或重組：對(duì)內(nèi)容進(jìn)行局部調(diào)整，突出其核心和重點(diǎn)，并適當(dāng)?shù)倪M(jìn)行刪減。（3）全面整改：擴(kuò)大內(nèi)容面，全面提升，大面積更新。

4 案例分析：浙江東方職業(yè)技術(shù)學(xué)院“3Ds Max三維制作”課程建設(shè)

4.1 提出問(wèn)題

（1）現(xiàn)有教學(xué)內(nèi)容如何組織和梳理。（2）實(shí)踐教學(xué)如何安排。（3）計(jì)算思維核心概念如何滲透和掌握。（4）如何讓學(xué)生更好的理解課本知識(shí)點(diǎn)。

4.2 核心—教學(xué)方法推進(jìn)（教學(xué)方法驅(qū)動(dòng)模式）

（1）針對(duì)高職學(xué)生的理解力和掌握計(jì)算機(jī)能力的程度，將內(nèi)容進(jìn)行刪減，確定課程內(nèi)容由基礎(chǔ)+應(yīng)用組成，而把高級(jí)工業(yè)設(shè)計(jì)部分進(jìn)行刪減。（2）傳統(tǒng)的3D課程模式一般有兩種：一是前半部分課時(shí)講解理論知識(shí)點(diǎn)，后半部分進(jìn)行實(shí)際操作課安排；二是任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)，一講一練的模式；而基于計(jì)算思維的教學(xué)安排，應(yīng)該采取發(fā)散的思維去安排課程模式。（3）通過(guò)課程講解過(guò)程中適當(dāng)?shù)囊胗?jì)算思維的概念，并按照計(jì)算思維的理念去引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生主動(dòng)自發(fā)的去滲透其理念。（4）通過(guò)計(jì)算思維的引入，合理的利用案例，能夠讓學(xué)生更好的理解和掌握知識(shí)點(diǎn)。然而教學(xué)方法如何推進(jìn)？新方法又有何優(yōu)勢(shì)？這里將它和傳統(tǒng)的任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)方法進(jìn)行對(duì)比（舉例制作雪人模型）。

任務(wù)驅(qū)動(dòng)式的教學(xué)過(guò)程：首先給學(xué)生講解演練一次雪人模型。其次讓學(xué)生克隆制作一次雪人模型。最后接著讓學(xué)生制作一個(gè)類(lèi)似的雪人模型進(jìn)行擴(kuò)展練習(xí)。融入了計(jì)算思維的教學(xué)過(guò)程：首先給學(xué)生演練一次雪人模型的制作。其次對(duì)雪人模型中可以加入的其他元素以及知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解。最后讓學(xué)生制作一個(gè)自己認(rèn)為更加形象的雪人模型。

兩者的區(qū)別：計(jì)算思維教學(xué)過(guò)程由于對(duì)雪人模型可以添加修改的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行講解，可以讓學(xué)生將一系列的知識(shí)點(diǎn)通過(guò)一個(gè)實(shí)例來(lái)掌握，而且還可以讓學(xué)生進(jìn)行發(fā)散的思考和設(shè)計(jì)雪人模型，最后不但提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也更加好的掌握了一系列的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生設(shè)計(jì)的模型更加靈活多樣，使學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)在課堂上得到了鍛煉。而不像傳統(tǒng)教學(xué)過(guò)程，限定了學(xué)生的設(shè)計(jì)空間，只能照著書(shū)本案例進(jìn)行克隆復(fù)制，容易導(dǎo)致學(xué)生失去學(xué)習(xí)興趣，對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行死記硬背，不能靈活掌握。

參考文獻(xiàn)

[1] 董衛(wèi)軍.計(jì)算機(jī)導(dǎo)論—— 以計(jì)算思維為導(dǎo)向[M].電子工業(yè)出版社，2014，2.

[2] （美）赫恩.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)[M].電子工業(yè)出版社，2010，7.endprint