信息與計算科學(xué)專業(yè)《計算機圖形學(xué)》教學(xué)之探討

【摘要】本文針對信息與計算科學(xué)專業(yè)中《計算機圖形學(xué)》的教學(xué)，分析了課程特點、課程設(shè)置和學(xué)生實際情況，從教學(xué)目標、課程內(nèi)容、理論和實踐教學(xué)環(huán)節(jié)等具體方面探討了教學(xué)思路和方法。

【關(guān)鍵詞】計算機圖形學(xué);教學(xué)理念;實踐教學(xué)

一、計算機圖形學(xué)課程特點

計算機圖形學(xué)是研究如何利用計算機算法來生成、處理和顯示圖形的一門學(xué)科[1]。目前，計算機圖形學(xué)已經(jīng)成為計算機學(xué)科中發(fā)展最活躍、應(yīng)用最廣泛的分支之一，成為許多計算機從業(yè)人員的必備素質(zhì)之一，也是本校信息與計算科學(xué)專業(yè)開設(shè)多年的一門專業(yè)選修課程。

計算機圖形學(xué)綜合性比較強，涉及內(nèi)容和應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，該課程主要講授計算機圖形中最基本、最廣泛應(yīng)用的理論和方法，包括基本圖形的掃描轉(zhuǎn)換、多邊形填充、二維變換和裁剪、三維變換和投影、自由曲線和曲面等計算機圖形學(xué)基本理論和算法等;另一方面，學(xué)好計算機圖形學(xué)對高等數(shù)學(xué)、線性代數(shù)、解析幾何等基礎(chǔ)數(shù)學(xué)有較高的要求，其先修課程還包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、計算機語言（如C++程序設(shè)計）等。計算機圖形學(xué)對于學(xué)生的理論基礎(chǔ)要求較高，課程內(nèi)容較多、理論性強，各種算法的羅列容易使學(xué)生感到乏味，不明白學(xué)習(xí)的意義，失去學(xué)習(xí)的興趣;另一方面，計算機圖形學(xué)具有很強的實踐性，需要學(xué)生將所學(xué)的理論應(yīng)用到實踐中，并在實踐的過程中發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，合理安排上機學(xué)時和內(nèi)容對培養(yǎng)學(xué)生的實踐創(chuàng)新能力非常重要，但在傳統(tǒng)的教學(xué)理念和教學(xué)模式的影響下，教師仍然在教學(xué)過程中起主導(dǎo)作用，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)意識和能力還需要加強[2-4]。如何根據(jù)信息與計算科學(xué)專業(yè)特點，提高計算機圖形學(xué)教學(xué)質(zhì)量，這些問題需要在教學(xué)實踐中不斷思考和探索。

二、教學(xué)中存在的問題

1.學(xué)生對課程認識不足，不夠重視

根據(jù)信息與計算科學(xué)專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)方案，計算機圖形學(xué)作為專業(yè)選修課在大三上學(xué)期開設(shè)，部分同學(xué)對專業(yè)課期望較高，在開課之初認為學(xué)完以后就能夠具備利用計算機做出逼真效果的圖片動畫等能力，而在實際學(xué)習(xí)中卻要從基礎(chǔ)的算法學(xué)起，與理想中的情況相差甚遠，對學(xué)習(xí)的目的和方向不明確，逐漸感到失望并失去興趣。也有一部分同學(xué)因為個人選擇的考研或就業(yè)方向與圖形學(xué)關(guān)系不大，因而對課程不夠重視，學(xué)習(xí)積極性自然受到影響，學(xué)習(xí)過程只是被動接受以完成學(xué)分。

2.學(xué)生能力參差不齊，課程設(shè)置不夠優(yōu)化

計算機圖形學(xué)知識點多，同時對數(shù)學(xué)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序設(shè)計等課程均有一定的要求，雖然培養(yǎng)方案中為信息與計算科學(xué)專業(yè)一二年級學(xué)生均開設(shè)了相關(guān)的基礎(chǔ)課程，但由于學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，有的同學(xué)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不夠扎實，一看到理論推導(dǎo)便產(chǎn)生畏難情緒失去信心;有時一些學(xué)過的知識點因為時間較長已經(jīng)忘記，任課老師不得不對之前的內(nèi)容進行補充而影響正常的教學(xué)進度;在上機實踐中，部分同學(xué)的編程能力較差，課堂時間無法完成算法的實現(xiàn)，從而使上機課時沒有實現(xiàn)其價值。

3.對實踐、創(chuàng)新能力培養(yǎng)的不足

由于受到傳統(tǒng)教學(xué)模式的影響，教學(xué)中仍然以教師教學(xué)為主，往往是教師教什么，學(xué)生學(xué)什么，學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏自主性，這也是其他本科課程和人才培養(yǎng)中普遍存在的問題，學(xué)生學(xué)完以后不知道為什么而學(xué)習(xí)，對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是不利的。計算機圖形學(xué)作為一門理論性和實踐性都很強的課程，如果在教學(xué)過程中如果按照傳統(tǒng)教材對于基礎(chǔ)理論和算法的闡述過多，往往會使學(xué)生感到枯燥乏味，缺乏實踐環(huán)節(jié)難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，也容易讓一部分同學(xué)因為畏難或感到枯燥而難以堅持下去。但如果過多偏重于算法的編程實現(xiàn)，又容易模糊本課程的主旨，使之成為程序設(shè)計課程的延伸，也難以達到良好的教學(xué)效果。

三、教學(xué)思路和方法探討

1.上好緒論課，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，明確學(xué)習(xí)目標

第一節(jié)課對于整個學(xué)期的教學(xué)至關(guān)重要，首先要讓學(xué)生認識到計算機圖形學(xué)究竟是什么，為了提高學(xué)生興趣，通?？梢岳枚嗝襟w展示一些前沿成果，如siggraph會議最新的視頻展示、動畫游戲特效等，讓大家更直觀的感受到圖形學(xué)的魅力，同時引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)生活中圖形學(xué)的廣泛應(yīng)用，充分認識到圖形學(xué)學(xué)習(xí)的重要性。接下來要將課程的教學(xué)內(nèi)容和安排做一個整體的介紹，讓學(xué)生了解在課堂內(nèi)能夠?qū)W到哪些知識，演示一些課程中要求學(xué)生自己能夠完成的實踐案例，幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標，能夠腳踏實地從基礎(chǔ)的算法學(xué)起，以免開始期望過高而逐漸感到厭煩。

2.調(diào)整教學(xué)理念，提高學(xué)生參與的主動性

教學(xué)的目的是為了培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、實踐能力、創(chuàng)新能力，因此在教學(xué)中教師要注意加強學(xué)生在教學(xué)過程中的主體意識，比起知識的傳授，學(xué)生能力的全面發(fā)展更加重要。在算法講授之前先提出問題讓同學(xué)們自己思考，鼓勵學(xué)生在互相討論的過程中自己分析問題、解決問題，再通過與經(jīng)典算法的比較，分析算法的優(yōu)缺點，避免單調(diào)的講授。基礎(chǔ)較差的學(xué)生可以在討論的過程中向同學(xué)請教，比起教師在課堂上補充要更加有效。對于基礎(chǔ)較好的學(xué)生，可以引導(dǎo)其查閱最新的文獻，了解學(xué)科前沿和研究進展，嘗試對算法進一步改進等一系列科技創(chuàng)新活動，逐步培養(yǎng)科研能力。

3.根據(jù)專業(yè)特點合理設(shè)置授課內(nèi)容，優(yōu)化實踐環(huán)節(jié)

信息與計算科學(xué)專業(yè)對學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求比較高，在教學(xué)中應(yīng)強化針對具體問題建立數(shù)學(xué)模型并解決的能力，教學(xué)中應(yīng)該以重點理解像素級繪制算法，掌握基本概念和算法的思想，理解算法能解決的問題和能達到的效果。對于Bresenham算法、掃描線填充算法、幾何變換和裁剪等基本算法原理要重點講授，課堂上可以通過案例演示使問題更加具體形象，并通過上機實現(xiàn)三、四個算法來加強理解。對于曲線生成可以重點介紹Bezier曲線和B樣條曲線等，并對比其應(yīng)用特點，曲面生成由于理解起來難度相對較大，可根據(jù)學(xué)生的具體情況介紹原理并演示具體的生成效果。動態(tài)消隱、真實感圖形等涉及概念和算法較多，不要求學(xué)生去掌握和實現(xiàn)算法的具體細節(jié)，只要求掌握基本概念和經(jīng)典的算法原理。上機實踐的除了直線生成算法等容易實現(xiàn)的簡單題目外，還可以增加一個綜合性較強的課程設(shè)計題目提供給學(xué)生鍛煉動手能力。

4.通過全面考核引導(dǎo)學(xué)生主動學(xué)習(xí)

在課程考核中要重視對學(xué)習(xí)過程控制，將平時的課堂討論、上機實踐成果演示等情況計入平時成績，主要目的在于提高學(xué)生平時學(xué)習(xí)的積極性，起到一個督促的作用。計算機圖形學(xué)是不斷發(fā)展的交叉學(xué)科，也是信息與計算科學(xué)專業(yè)一門重要的專業(yè)課程，既要強調(diào)扎實的理論基礎(chǔ)，也要具備一定的動手實踐能力，需要在教學(xué)中不斷探索更有效的教學(xué)手段和方法，以適應(yīng)學(xué)科的發(fā)展和人才培養(yǎng)的需求。

參考文獻

[1]孔令德.計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)教程（VC++版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2008，5.

[2]魯敏，于慧穎，鄭平剛.信息工程專業(yè)計算機圖形學(xué)教學(xué)模式思考[J].高等教育研究學(xué)報，2006（3）：31-33.

[3]潘革生，何援軍，趙峻穎.計算機圖形學(xué)教學(xué)理念的研究與實踐[R].煙臺：第一屆中國圖學(xué)大會，2007：476-479.

[4]王艷春，張金政，李紹靜.計算機圖形學(xué)課程教學(xué)思考[J].計算機教育，2011（14）：63-66.