基于多時(shí)空一體化教學(xué)資源的計(jì)算機(jī)圖形圖像系列課程教學(xué)改革

陸玲 李麗華 王蕾

摘要：針對(duì)計(jì)算機(jī)圖形圖像系列課程教學(xué)資源不完善及教學(xué)方法與教學(xué)手段單一性問題，構(gòu)建了能夠推廣應(yīng)用的多維空間的教學(xué)資源和多時(shí)段教學(xué)資源。提出了系列課程的教學(xué)方法的改革和系列課程的教學(xué)手段的改革，將科研成果和創(chuàng)新方法融入理論教學(xué)，自動(dòng)評(píng)閱和自動(dòng)反饋融入管理軟件，有效地提高了計(jì)算機(jī)圖形圖像系列課程的教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：教學(xué)資源；多時(shí)空；系列課程

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）41-0100-02

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的發(fā)展，教學(xué)資源的建設(shè)成為高校課程建設(shè)的一個(gè)重要內(nèi)容。許多教師針對(duì)教學(xué)資源的建設(shè)提出了相應(yīng)的方法與措施，于超等[1]提出了立體化教學(xué)資源平臺(tái)的組成要素。劉亞豐等[2]對(duì)虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)原則與標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了論述，也有針對(duì)具體課程的教學(xué)資源進(jìn)行建設(shè)與研究的建議。本文針對(duì)系列課程教學(xué)資源進(jìn)行多方位的教學(xué)改革。

一、計(jì)算機(jī)圖形圖像系列課程教學(xué)資源設(shè)計(jì)

1.系列課程簡(jiǎn)介。該系列課程的組合是根據(jù)圖形圖像處理的特點(diǎn)而形成，主要包括《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》、《數(shù)字圖像處理》和《人工智能》三門計(jì)算機(jī)類的專業(yè)課程，《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》主要是通過計(jì)算機(jī)根據(jù)數(shù)學(xué)模型生成圖形的系列方法及算法；《數(shù)字圖像處理》主要是對(duì)已有圖像進(jìn)行增強(qiáng)、分割、編碼、復(fù)原等內(nèi)容，圖形與圖像都是圖像工程中的內(nèi)容；《人工智能》主要內(nèi)容是智能算法，其最直接的應(yīng)用就是圖像處理。圖形學(xué)與圖像處理交叉的部分基礎(chǔ)內(nèi)容是圖形的圖像紋理映射、圖像空間的深度緩存消隱等；圖像處理與人工智能交叉的部分基礎(chǔ)內(nèi)容是基于神經(jīng)網(wǎng)的圖像識(shí)別；圖形學(xué)與人工智能交叉的部分基礎(chǔ)內(nèi)容是圖形數(shù)據(jù)的圖搜索等。

2.教學(xué)資源設(shè)計(jì)。計(jì)算機(jī)圖形圖像系列課程教學(xué)資源設(shè)計(jì)如圖1所示，其中電子資源指直接利用現(xiàn)有軟件制作的課件、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、教學(xué)設(shè)計(jì)等，這種資源大多數(shù)教師都能制作，建設(shè)的重點(diǎn)是內(nèi)容的提煉，沒有正式印刷的教學(xué)資源都可歸為這一類。軟件資源是需要進(jìn)行程序設(shè)計(jì)的軟件，大部分必須由主講教師或熟悉課程內(nèi)容的教師制作，如演示程序、應(yīng)用案例軟件、實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件、學(xué)習(xí)訓(xùn)練軟件等。多時(shí)段主要是指教學(xué)資源第一次使用的時(shí)間段，因?yàn)榻虒W(xué)資源在整個(gè)教學(xué)過程中都在起作用。

二、以程序設(shè)計(jì)為主導(dǎo)的系列課程的教學(xué)方法改革，提高學(xué)生編程能力

1.統(tǒng)一系列課程程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。計(jì)算機(jī)圖形圖像系列課程的教學(xué)效果與課程中所選用的算法實(shí)現(xiàn)軟件密切相關(guān)，目前我國(guó)高校在《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程常用OpenGL或Visual C++；在《數(shù)字圖像處理》課程中常用MATLAB或Visual C++；在《人工智能》課程中常用PROLOG或Visual C++。我們將系列課程的算法實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言逐步從Visual Basic都統(tǒng)一到Visual C++環(huán)境，不使用任何函數(shù)或控件，從底層編程，使學(xué)生鞏固所學(xué)理論知識(shí)，深刻理解與掌握計(jì)算機(jī)圖形圖像系列課程的方法與算法。對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生，同時(shí)也會(huì)提高學(xué)生的編程能力。

2.系列課程算法演示軟件設(shè)計(jì)。在課堂上除了介紹圖形圖像系列課程的方法原理外，還需要介紹基本算法的程序設(shè)計(jì)思路，使學(xué)生能夠提高學(xué)生編程能力，并開發(fā)相應(yīng)的算法演示教學(xué)軟件將系列課程中基本算法的實(shí)際效果演示出來(lái)，從而將枯燥的理論概念轉(zhuǎn)為可見的圖形圖像結(jié)果，使學(xué)生能夠感受到系列課程的魅力所在，可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)也可以提高課堂教學(xué)的效率。

我們自行開發(fā)了系列課程課堂教學(xué)資源的算法演示軟件，演示軟件盡量將系列課程算法中的各種可變參數(shù)作為用戶的輸入數(shù)據(jù)，使學(xué)生可以真正體會(huì)到各種算法中的可變參數(shù)的實(shí)際意義。系列課程算法演示軟件部分功能包括：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的二維直線曲線生成、區(qū)域填充多種方法、點(diǎn)陣與矢量字符、幾何與投影多種變換、三維消隱處理、真實(shí)感圖形顯示等；數(shù)字圖像處理中的圖像灰度多種變換、空間濾波多種處理、圖像的多種幾何變換、圖像的頻率域處理、圖像的多種編碼方法、圖像的復(fù)原處理等；人工智能中的圖搜索多種方法、博弈樹搜索、遺傳算法、基于產(chǎn)生式的推理、決策樹學(xué)習(xí)算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法等。算法的程序設(shè)計(jì)在我們出版的教材及參考書中都有描述。

三、以應(yīng)用案例為主線的系列課程的教學(xué)方式改革，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

在教學(xué)過程中，特別要注重理論聯(lián)系實(shí)際，努力將一些抽象的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際的案例中，可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使學(xué)生樂學(xué)、易學(xué)并會(huì)學(xué)。

系列課程的應(yīng)用案例的選擇可以從以下幾個(gè)方面考慮：

1.與日常生活相關(guān)：案例可與學(xué)生熟悉的日常生活相關(guān)，這些案例雖然不“新”，但與基本理論知識(shí)結(jié)合較緊密，使學(xué)生學(xué)以致用。數(shù)字圖像處理中的車牌定位涉及灰度變換、灰度投影等知識(shí)點(diǎn)，十字繡圖案的生成涉及彩色變換等知識(shí)點(diǎn)。人工智能中的迷宮搜索和八數(shù)碼移動(dòng)涉及圖的搜索等知識(shí)點(diǎn)，一字棋游戲涉及博弈樹搜索等知識(shí)點(diǎn)，動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)涉及產(chǎn)生式推理等知識(shí)點(diǎn)。

2.與科研成果相關(guān)：從我們的科研成果中提煉出算法簡(jiǎn)單易行的部分內(nèi)容作為教學(xué)案例，這類案例一般是綜合型案例，適用于課程設(shè)計(jì)，可使學(xué)生感覺科學(xué)研究并不是高深莫測(cè)的，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)。

3.與圖像APP軟件相關(guān)：手機(jī)APP軟件經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)一些與拍照有關(guān)的圖像應(yīng)用軟件，而且用戶也較多，這些軟件大都與圖形圖像課程有關(guān)。軟件中的一些功能可作為課程的應(yīng)用案例。

以上案例程序既不能太大，又要步驟簡(jiǎn)潔，即利用課程中的基本知識(shí)就可以基本實(shí)現(xiàn)，學(xué)生易理解而且大部分學(xué)生可以獨(dú)立完成。部分應(yīng)用案例內(nèi)容在我們出版的參考書中有描述。

四、以學(xué)生為中心的系列課程的教學(xué)手段改革，提高學(xué)生實(shí)踐能力

1.以學(xué)生動(dòng)手為核心的實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段改革。系列課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)就是要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成一定工作量的程序編寫、調(diào)試與運(yùn)行結(jié)果，它是系列課程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。由于部分學(xué)生的程序設(shè)計(jì)能力并不很強(qiáng)，一些學(xué)生在每次實(shí)驗(yàn)過程中，花費(fèi)了大量時(shí)間在界面設(shè)置上；另外每次實(shí)驗(yàn)教師也要花一定時(shí)間點(diǎn)名和檢查學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率與教師的工作效率，我們開發(fā)了基于C/S的網(wǎng)絡(luò)版與單機(jī)版的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)軟件資源。使用實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)，可以提高學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力，提高教學(xué)質(zhì)量及教學(xué)工作效率。

2.以學(xué)生學(xué)習(xí)為中心的課外學(xué)生練習(xí)改革。學(xué)生課外練習(xí)采用學(xué)習(xí)訓(xùn)練的方式，訓(xùn)練平臺(tái)是以學(xué)生為中心的課外教學(xué)軟件資源，學(xué)生課后可以在平臺(tái)上進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與練習(xí)。例如我們開發(fā)的《人工智能》課程訓(xùn)練平臺(tái)，學(xué)生通過基本方法的訓(xùn)練，可以讓學(xué)生自己分析問題與解決問題，挖掘?qū)W生的潛力，提高創(chuàng)新能力。

結(jié)束語(yǔ)：

系列課程多維空間多時(shí)段教學(xué)資源豐富多樣，既有教材與參考書，也有電子資源，還有多種類型的教學(xué)軟件資源。教師與學(xué)生在課前、課中、課后中都有相應(yīng)資源可以使用。教學(xué)資源形式多樣、內(nèi)容豐富，我們將科研成果融入教材資源、創(chuàng)新方法融入案例教學(xué)、自動(dòng)評(píng)閱融入實(shí)驗(yàn)管理、自動(dòng)反饋融入學(xué)習(xí)軟件，對(duì)于提高計(jì)算機(jī)圖形圖像系列課程的教學(xué)質(zhì)量有一定的指導(dǎo)意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]于超，時(shí)慶濤，等.計(jì)算機(jī)專業(yè)立體化教學(xué)資源平臺(tái)構(gòu)建，當(dāng)代教育實(shí)踐與教學(xué)研究，2017.11：9

[2]劉亞豐，蘇莉，等.虛擬仿真教學(xué)資源建設(shè)原則與標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2017（34）.5：8-10