面向計(jì)算思維培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)探討

謝琳

摘要：本文從以計(jì)算機(jī)圖形實(shí)踐教學(xué)為核心，并就計(jì)算思維與圖形學(xué)兩者之間的關(guān)系展開了系統(tǒng)的研究和分析，提出了以培養(yǎng)計(jì)算思維能力為目標(biāo)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革方向，并探討了具體的教學(xué)內(nèi)容和方法。

關(guān)鍵詞：計(jì)算思維;計(jì)算機(jī)圖形學(xué);課程改革

中圖分類號(hào)：G424 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）33-0140-02

眾所周知，電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和計(jì)算思維越來越受到重視，計(jì)算思維能力培養(yǎng)也成為目前教育能力培養(yǎng)的內(nèi)容之一。其中，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)憑借自身優(yōu)勢(shì)逐漸成為我國高院校開設(shè)電子計(jì)算機(jī)專業(yè)課堂的教學(xué)重點(diǎn)。所謂計(jì)算思維其本質(zhì)便是借助計(jì)算機(jī)的相關(guān)運(yùn)行概念來進(jìn)行程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)計(jì)算以及解決相關(guān)現(xiàn)實(shí)問題等，計(jì)算思維從廣義的角度來看，是一種極其發(fā)散的思維活動(dòng)。在實(shí)際教學(xué)中，該項(xiàng)教學(xué)模式是不能過于依賴和相信書本知識(shí)，更多的是把計(jì)算思維作為指導(dǎo)，努力提高學(xué)生獨(dú)立思考和解決問題的能力。基于此，文章主要就面向計(jì)算思維培養(yǎng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)展開了系統(tǒng)的研究和討論，希望能夠進(jìn)一步有效地促進(jìn)計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的全面發(fā)展。

1有關(guān)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)闡述

對(duì)于電子計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)來說，其概念較為抽象、理論知識(shí)較為繁雜、具有一定的實(shí)踐性，隨著素質(zhì)教育改革的全面發(fā)展，很大程度上影響了高校電子計(jì)算機(jī)圖形教學(xué)模式的改革方向和速度，為進(jìn)一步有效地提高專業(yè)教學(xué)能力和水平，需要就固化算法的功能和固定的GPU結(jié)合編程語言展開系統(tǒng)的研究。此外，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)更重視學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理、方法和基本圖形繪制算法等知識(shí)和技能的掌握，卻忽略了對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生只能被動(dòng)地接受已有算法的功能實(shí)現(xiàn)。即便是進(jìn)行實(shí)踐教學(xué)，也僅僅是通過操作上層軟件來進(jìn)行實(shí)踐能力的培養(yǎng)和評(píng)估。該項(xiàng)教學(xué)模式的應(yīng)用，很大程度上阻礙了學(xué)生思維能力的發(fā)展，無法進(jìn)行實(shí)踐原理的有效掌握，從而使得只能從表面理解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的原理和知識(shí)，并不能深入了解到知識(shí)的本質(zhì)和來源，進(jìn)而離全面深化素質(zhì)教育改革還存在較大的差距，尤其是對(duì)于計(jì)算機(jī)專業(yè)的學(xué)生來說，在進(jìn)行專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)過程中，不僅需要學(xué)習(xí)豐富的理論知識(shí)，還要學(xué)會(huì)如何進(jìn)行知識(shí)的系統(tǒng)運(yùn)用，理解并掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)計(jì)算方法和基礎(chǔ)概念，能夠真正意義上提高學(xué)生的思維能力、計(jì)算能力以及編程能力等等。傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)圖形教學(xué)已經(jīng)無法滿足當(dāng)今的需求，尤其是隨著CPU得到快速發(fā)展的今天，加之各種高級(jí)語言的出現(xiàn)和應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形教學(xué)模式面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)那。當(dāng)前程序編程人員無法對(duì)計(jì)算機(jī)內(nèi)部圖形生成過程進(jìn)行控制，對(duì)學(xué)生的探索以及創(chuàng)新能力會(huì)造成一定影響，但針對(duì)固定CPU而言，其優(yōu)勢(shì)則在于具有較快的運(yùn)行速度以及強(qiáng)大的圖形繪制功能。

2在可編程GPU的基礎(chǔ)上進(jìn)行圖形學(xué)計(jì)算思維能力的培養(yǎng)研究

2.1教學(xué)目標(biāo)

計(jì)算機(jī)思維進(jìn)行具象的表達(dá)，需要從數(shù)據(jù)計(jì)算、抽象概念、自動(dòng)生成以及設(shè)計(jì)、協(xié)作、通信等多方面進(jìn)行有效的建設(shè)。其中“計(jì)算”和“自動(dòng)化”是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程中需要關(guān)注的重點(diǎn)，而這也是由課程內(nèi)容來決定的?？梢缘弥河?jì)算思維貫穿于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的整個(gè)學(xué)習(xí)過程，教學(xué)的主要方向是引導(dǎo)學(xué)生利用計(jì)算思維來解決計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中的各種實(shí)際問題。

2.2教學(xué)內(nèi)容

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)是通過功能固定的GPU來實(shí)現(xiàn)一種或多種編程語言的有機(jī)結(jié)合，從而將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)所具備的相關(guān)原理和技術(shù)進(jìn)行有效的傳遞，其目的在于能夠進(jìn)一步有效地推動(dòng)電子計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展，并將其逐步進(jìn)行全面的應(yīng)用，因此，針對(duì)實(shí)際教學(xué)內(nèi)容所存在的局限性進(jìn)行全面的調(diào)整。

2.2.1圖形繪制流水線

以可編程GPU的圖形繪制流水線為主線安排教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)的主要內(nèi)容是學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)原理、方法和技術(shù)。圖形數(shù)據(jù)到圖形的有效繪制是具有一定計(jì)算機(jī)圖形學(xué)計(jì)算思維的，通過流水線形式進(jìn)行數(shù)據(jù)的具象表述能夠形象的進(jìn)行突出。

2.2.2圖形繪制

根據(jù)實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)可以知道，為進(jìn)一步有效的擴(kuò)展學(xué)生的專業(yè)知識(shí)面，需要進(jìn)行傳統(tǒng)理論知識(shí)的有效淘汰，并引進(jìn)或滲透更為先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，在保證基礎(chǔ)知識(shí)掌握的情況下，結(jié)合圖形繪制硬件，充分發(fā)揮高級(jí)著色語言對(duì)可編程GPU的控制作用，以此來開展關(guān)于圖形繪制的教學(xué)。

2.2.3實(shí)踐與理論相結(jié)合

教師提前收集一些關(guān)于計(jì)算機(jī)圖形的應(yīng)用案例，鼓勵(lì)學(xué)生通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)知識(shí)，對(duì)圖形應(yīng)用進(jìn)行開發(fā)和設(shè)計(jì)。在這個(gè)過程中學(xué)生不僅能夠全面掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)，還能提高自身明確問題、分析問題和解決問題的能力?？偠灾粚?shí)基礎(chǔ)、加強(qiáng)專業(yè)技能實(shí)踐教學(xué)是高校進(jìn)行素質(zhì)教育改革的建設(shè)重點(diǎn)，鑒于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論知識(shí)太過抽象，學(xué)生不能深入理解和掌握其原理和技能，這就需要引導(dǎo)學(xué)生在平時(shí)的應(yīng)用能力訓(xùn)練中強(qiáng)化所學(xué)知識(shí)。同時(shí)利用不同的應(yīng)用情境來鍛煉學(xué)生對(duì)計(jì)算思維的運(yùn)用，以此帶人到解決實(shí)際生活問題中去。

2.3教學(xué)方法

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論知識(shí)繁雜、實(shí)踐性較強(qiáng)、學(xué)習(xí)難度也是與日俱增，而傳統(tǒng)的以講授為主的教學(xué)模式并不能調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，因此需要采用多種教學(xué)手段來開展計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)。

2.3.1“所見即所得”

“所見即所得”教學(xué)方式是指讓學(xué)生通過最直觀的方式來獲取知識(shí)。例如設(shè)計(jì)和開發(fā)具有直觀性的教學(xué)演示軟件，并挑選一些具有創(chuàng)新性的實(shí)際案例，用相關(guān)課程演示軟件將圖形生成的全過程進(jìn)行系統(tǒng)的展示，從而有效地將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的思維過程也由此可以表達(dá)出來。

2.3.2研究性教學(xué)

在教學(xué)過程中使用研究性教學(xué)方法，有利于提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

2.3.3角色互動(dòng)

雙主互動(dòng)教學(xué)模式的運(yùn)用，能夠有效的促進(jìn)教師與學(xué)生進(jìn)行溝通渠道的建立，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生身份的轉(zhuǎn)變，有利于改變傳統(tǒng)、單一的教學(xué)模式，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的能動(dòng)性質(zhì)和積極性。

2.3.4實(shí)驗(yàn)課程

讓學(xué)生在課程實(shí)驗(yàn)中獨(dú)立設(shè)計(jì)和繪制三維場景，而對(duì)OpenGL基本圖形繪制的考核除了單一的試卷考核外，學(xué)生在實(shí)踐課中學(xué)生的積極性、領(lǐng)導(dǎo)力的表現(xiàn)和團(tuán)隊(duì)價(jià)值等都得與考核成績掛鉤。

3結(jié)束語

綜上所述，通過分析得知計(jì)算思維能力主要在計(jì)算機(jī)學(xué)科中得到培養(yǎng)，因此對(duì)計(jì)算思維能力培養(yǎng)也成為計(jì)算機(jī)相關(guān)課程的教學(xué)目標(biāo)。而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革主要以培養(yǎng)計(jì)算思維能力為目標(biāo)，進(jìn)而讓學(xué)生的綜合能力得到提升。首先要充分利用當(dāng)前的計(jì)算軟硬件技術(shù)，然后根據(jù)可通過編程GPU、著色語言來進(jìn)行計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)理論知識(shí)的傳遞和教學(xué)，進(jìn)一步有效地提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維能力。