“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下《計算機(jī)圖形學(xué)》課程建設(shè)的研究及實(shí)踐

季潔 黃少年 施游

摘要：隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”深度滲入到各行各業(yè)，“互聯(lián)網(wǎng)+教育”成為教育現(xiàn)代化的重要推力，且在2020年新冠疫情期間迅猛發(fā)展。本文提出了“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下小規(guī)模限制性高校在線開放課程創(chuàng)新性教學(xué)設(shè)計“四維雙向”方案，并以《計算機(jī)圖形學(xué)》課程為例進(jìn)行MOOC資源平臺建設(shè)，梳理課程知識體系，同時因地制宜開展課程思政。

關(guān)鍵詞：互聯(lián)網(wǎng)+教育，MOOC平臺建設(shè)，課程思政，SPOC教學(xué)模式

中圖分類號：TP311? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）36-0160-03

2012年，教育部印發(fā)的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃（2011-2020年）》提出，到2020年基本建成人人都可以去享有優(yōu)質(zhì)的教育資源的信息化環(huán)境[1]。2018年9月，習(xí)近平總書記在全國教育大會上對加快推進(jìn)教育現(xiàn)代化、建設(shè)教育強(qiáng)國做出總體部署和戰(zhàn)略設(shè)計，中國在“十三五”期間也大力實(shí)施“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃，2020年是“十三五”規(guī)劃的末期年，高等教育如何應(yīng)對和適應(yīng)“互聯(lián)網(wǎng)+”的思維方式，是個巨大的挑戰(zhàn)。2020年初，一場突如其來的新冠肺炎疫情，使得各大高校以網(wǎng)絡(luò)教育為主要陣地的“互聯(lián)網(wǎng)+教育”戰(zhàn)役進(jìn)行得如火如荼。在當(dāng)代，教育資源的現(xiàn)代化以及優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源共建共享已成為不可阻擋的潮流，同時在教育教學(xué)中與時俱進(jìn)的教學(xué)方法、教學(xué)手段才能在互聯(lián)網(wǎng)的大時代立足于新工科的建設(shè)要求，培養(yǎng)出具有愛國意識、專業(yè)意識、工程意識以及創(chuàng)新意識的人才。

隨著大規(guī)模開放網(wǎng)絡(luò)課程MOOC的發(fā)展[2]，各種在線開放課程得到了越來越廣泛的應(yīng)用，并在人才培養(yǎng)方面發(fā)揮了越來越重要的作用。MOOC在全球范圍的迅猛發(fā)展為高校的教學(xué)和在線教育帶來了新的挑戰(zhàn)和契機(jī)。數(shù)量的急劇加速引發(fā)了質(zhì)量危機(jī)，為克服其監(jiān)管問題、考核問題等存在的弊端，一種更小而精的網(wǎng)絡(luò)開放課程SPOC教學(xué)模式應(yīng)運(yùn)而生[3]。SPOC教學(xué)模式針對面向工程應(yīng)用類的專業(yè)課程案例式分組教學(xué)適應(yīng)良好，能作為課堂教學(xué)良好的補(bǔ)充，形成課堂教學(xué)與在線教學(xué)相結(jié)合的混合式教學(xué)模式，同時也可形成“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下一種獨(dú)特的新型教育模式。

1 《計算機(jī)圖形學(xué)》課程建設(shè)的重要性及意義

課程建設(shè)是專業(yè)建設(shè)的核心內(nèi)容，在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”的大背景下，課程建設(shè)要緊貼時代脈搏與時俱進(jìn)，在教學(xué)內(nèi)容上由經(jīng)典中推陳出新，在教學(xué)手段和方法上大膽創(chuàng)新，積極運(yùn)用新科技和新技術(shù)，讓學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容和課堂授課感興趣，愿意學(xué)，主動學(xué)，從而提高教學(xué)質(zhì)量。

1.1 《計算機(jī)圖形學(xué)》課程的學(xué)科重要性分析

《計算機(jī)圖形學(xué)》是計算機(jī)以及相關(guān)專業(yè)高年級本科教學(xué)的一門專業(yè)必修課程，主要研究圖形在計算機(jī)中的呈現(xiàn)及相關(guān)的算法，為圖像處理方向本科教育和研究生教育的橋梁課程，也為從事計算機(jī)視覺、科學(xué)計算可視化等相關(guān)工作提供基礎(chǔ)。

《計算機(jī)圖形學(xué)》課程之所以安排在高年級開設(shè)，是因?yàn)樵撜n程對學(xué)生既有抽象算法和理論的要求，又有圖形軟硬件實(shí)現(xiàn)的編程能力的要求，更有圖形學(xué)前沿先進(jìn)技術(shù)的攝入要求，因此學(xué)生需要以線性代數(shù)、高等數(shù)學(xué)、程序設(shè)計基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)以及算法等本科學(xué)科必修課程為基礎(chǔ)課程。另一方面該課程要求的知識范圍甚廣，為數(shù)學(xué)、圖像處理，計算機(jī)視覺等其他學(xué)科的交叉性課程，知識體系更新較快。因此在教學(xué)中既要注重基礎(chǔ)理論知識的梳理與講解，更要注重學(xué)生利用圖形學(xué)知識解決工程實(shí)踐具體問題能力的培養(yǎng)。同時，在高年級學(xué)生中，教書、育人同向同行，創(chuàng)新思維、愛國情懷融匯其中，也是教師們需要思考的問題。

1.2 《計算機(jī)圖形學(xué)》課程改革的必要性

以湖南工商大學(xué)計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)及軟件工程專業(yè)為例，《計算機(jī)圖形學(xué)》課程于本科階段第7學(xué)期開設(shè)，總教學(xué)學(xué)時為32課時，其中實(shí)驗(yàn)課時僅8課時，教學(xué)總學(xué)時較短，實(shí)驗(yàn)教學(xué)相對不足。若只依賴課堂教學(xué)，則很難全面培養(yǎng)學(xué)生計算機(jī)圖形學(xué)的理論和實(shí)踐知識體系。因此在“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下，利用MOOC資源和SPOC教學(xué)模式相結(jié)合，堅(jiān)持改革創(chuàng)新，以學(xué)生為中心，對提高辦學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)水平，有著重要的理論價值和現(xiàn)實(shí)意義。《計算機(jī)圖形學(xué)》作為前沿專業(yè)課程，綜合化進(jìn)行課程改革，重塑課程體系和實(shí)踐手段，建立一個線上線下相結(jié)合的立體化教學(xué)模式，有助于拓寬課程教學(xué)的寬度，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和創(chuàng)新性。

1.3 面向課程思政進(jìn)行課程改革的緊迫性

2019年習(xí)近平在學(xué)校思想政治理論課教師座談會上強(qiáng)調(diào) “要堅(jiān)持顯性教育和隱性教育相統(tǒng)一，挖掘其他課程的教學(xué)方式中蘊(yùn)含的思想政治教育資源，實(shí)現(xiàn)全員全程全方位育人”[4]。目前，思政課程作為大學(xué)生思想政治教育的主渠道，具有一定的單一性，為了讓思政教育貫穿學(xué)生大學(xué)學(xué)習(xí)的整個過程，作為高校專業(yè)課教師在課堂傳授專業(yè)知識，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)素養(yǎng)的同時，有必要適時開展課程思政。

專業(yè)課程是學(xué)生能力培養(yǎng)和教育的主陣地，如何讓專業(yè)課程教育也成為意識形態(tài)的主陣地，就是要教師“守好一段渠，種好責(zé)任田”，深挖專業(yè)課程的隱性教育資源。新工科專業(yè)的學(xué)生培養(yǎng)注重問題導(dǎo)向和創(chuàng)新教育理念培養(yǎng)，在專業(yè)課程的教育中把握學(xué)生的思維脈絡(luò)，提煉專業(yè)課程中包含的文化元素和價值元素，在專業(yè)課程知識學(xué)習(xí)的同時加強(qiáng)價值層面的引導(dǎo)顯得尤為重要。因此，在MOOC資源和SPOC教學(xué)模式相結(jié)合的基礎(chǔ)上，面向課程思政進(jìn)行《計算機(jī)圖形學(xué)》教學(xué)改革，有助于引導(dǎo)學(xué)生把專業(yè)理論知識認(rèn)知轉(zhuǎn)化為信念和信仰的追求，養(yǎng)成優(yōu)良的道德品行，培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的時代新人。

2 “互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下《計算機(jī)圖形學(xué)》課程建設(shè)研究

2.1 “四維雙向”實(shí)施方案

“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下《計算機(jī)圖形學(xué)》課程建設(shè)的改革研究主要分為理論研究與教學(xué)實(shí)踐兩個部分，理論研究包括了“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景、SPOC教學(xué)模式的特點(diǎn)及實(shí)施方案，進(jìn)而形成了“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下計算機(jī)類專業(yè)在線開放課程建設(shè)整體實(shí)施方案，如圖1所示：

1）結(jié)合“互聯(lián)網(wǎng)+教育”思維，研究SPOC教學(xué)模式在教育內(nèi)容、教育體驗(yàn)、教育管理以及教育評價四個橫向維度，“教”與“學(xué)”兩個縱向維度，全過程、各環(huán)節(jié)的運(yùn)用和監(jiān)督，形成“四維雙向”的建設(shè)方案，這種“四維雙向”的建設(shè)方案是計算機(jī)專業(yè)課程甚至于高校其他專業(yè)課程都可以通用借鑒的教學(xué)改革建設(shè)方案。

2）提出適用于計算機(jī)類專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)的小規(guī)模限制性在線開放課程創(chuàng)新性教學(xué)設(shè)計方案，建立基于SPOC的在線開放課程設(shè)計框架和開發(fā)模板;SPOC教學(xué)模式比傳統(tǒng)的MOOC教學(xué)更適合高校專業(yè)課程建設(shè)，線下課堂與線上資源擴(kuò)展同步而行，因此更貼近于這種教學(xué)模式的教學(xué)設(shè)計方案迫在眉睫。

3）利用網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源不受時間空間限制的特點(diǎn)，加大力度建設(shè)課程MOOC平臺，彌補(bǔ)課堂教學(xué)學(xué)時的不足，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的廣度和維度。全面梳理《計算機(jī)圖形學(xué)》的知識體系，建設(shè)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)資源，與此同時，提煉專業(yè)課程中包含的文化元素和價值元素，挖掘課程中蘊(yùn)含的思想政治教育資源，實(shí)現(xiàn)全員全程全方位育人[4]。

2.2層次化教學(xué)內(nèi)容設(shè)計方案

為了凝練出適應(yīng)信息時代要求的教學(xué)資源，首先對教育內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)化梳理，細(xì)究知識點(diǎn)的特點(diǎn)及屬性，對其進(jìn)行線上線下分布，以提升學(xué)生的教學(xué)體驗(yàn)。總體上對教學(xué)內(nèi)容分層次進(jìn)行規(guī)劃：

第一層次，主要針對計算機(jī)圖形學(xué)概念的基本知識，包括經(jīng)典問題如：直線、橢圓、圓等基本圖形的生成、裁剪以及填充、圖形的空間變換、曲線曲面等;該層次以線下課堂教學(xué)為主，線上知識補(bǔ)充及習(xí)題鞏固為輔，同時引導(dǎo)學(xué)生多讀國內(nèi)外經(jīng)典教材。

第二層次，重點(diǎn)為掌握經(jīng)典算法并思索創(chuàng)新改進(jìn)之道[5]，著重以案例式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生針對面向計算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)問題的程序設(shè)計能力和軟件工程開發(fā)能力;通過理論課堂和實(shí)踐課堂讓學(xué)生扎實(shí)學(xué)習(xí)經(jīng)典算法并實(shí)現(xiàn)，運(yùn)用線上課堂開拓新算法的學(xué)習(xí)渠道。此外，圖形化編程需要調(diào)用OPENGL的各種接口函數(shù)，這部分新知識可由學(xué)生在線上平臺學(xué)習(xí)完成，并通過實(shí)踐課堂小而精的分組討論教學(xué)來完成。鼓勵學(xué)生自學(xué)、互學(xué)，提高獨(dú)立分析問題、創(chuàng)新解決問題以及團(tuán)隊(duì)合作的能力。

第三層次，為新技術(shù)前沿拔高層次，讓學(xué)生了解計算機(jī)圖形學(xué)與當(dāng)前主流新技術(shù)相交叉的前沿知識，如虛擬現(xiàn)實(shí)、機(jī)器學(xué)習(xí)、目標(biāo)識別等。本部分不需細(xì)學(xué)具體算法知識，可通過精選少許經(jīng)典案例，通過案例演示的方法來加深學(xué)生的認(rèn)知，提高學(xué)生的興趣。例如，可將“港珠澳大橋”橋梁設(shè)計案例作為計算機(jī)輔助設(shè)計的運(yùn)用實(shí)例，并納入“工匠精神”的隱性課程思政資源。案例式教學(xué)可由線下課堂講述，也可按教學(xué)安排進(jìn)行線上視頻學(xué)習(xí)。

層次化的教學(xué)內(nèi)容安排，有益于幫助學(xué)生弱化單一課堂填鴨式教學(xué)的被動性，提升了學(xué)生的教學(xué)體驗(yàn)，也有益于幫助教師擺脫有限學(xué)時對于知識傳授的限制，充分發(fā)揮碎片式學(xué)習(xí)時間，有助于精準(zhǔn)定位新時代計算機(jī)類專業(yè)人才面向工程實(shí)踐的培養(yǎng)目標(biāo)，可以為相關(guān)專業(yè)建設(shè)、教學(xué)改革提供技術(shù)和方法支持。

2.3 加大教學(xué)管理，深化教學(xué)評價改革

在《計算機(jī)圖形學(xué)》課程中，因?yàn)橹R體系的深度和廣度，常常會出現(xiàn)教師課堂教學(xué)內(nèi)容過于緊湊，學(xué)生疲于理解，學(xué)習(xí)效果不佳的狀況。基于SPOC的在線開放課程設(shè)計框架以及層次化教學(xué)內(nèi)容的安排，可以使教師能更宏觀地將視野放在整體教學(xué)環(huán)節(jié)的管理上。理論教學(xué)部分，還是以課堂到課率為主要評價標(biāo)準(zhǔn)，適當(dāng)增加小組教學(xué)中個人匯報的整體表現(xiàn)評價;實(shí)踐教學(xué)部分，以小而精的項(xiàng)目為主要考核對象，學(xué)生通過團(tuán)隊(duì)形式完成實(shí)踐項(xiàng)目，綜合考核項(xiàng)目整體完成情況、團(tuán)隊(duì)協(xié)作以及個人特色發(fā)揮;線上學(xué)習(xí)部分作為平時成績的一部分，以目標(biāo)式進(jìn)行任務(wù)下達(dá)，主要考核線上作業(yè)的完成情況，以及反哺于理論課堂和實(shí)踐課堂的學(xué)習(xí)效果。

“四維雙向”的課程改革建設(shè)方案，夯實(shí)了教育內(nèi)容、教育體驗(yàn)、教育管理以及教育評價四個橫向維度，加強(qiáng)了課程基礎(chǔ)建設(shè)，深化了“教”與“學(xué)”兩個縱向維度的溝通渠道，采用多指標(biāo)綜合評價法，促進(jìn)教師從問題導(dǎo)入技能、教學(xué)語言技能、課堂組織技能、教學(xué)資源建設(shè)技能等多個指標(biāo)層次化進(jìn)行評價。在《計算機(jī)圖形學(xué)》MOOC課程網(wǎng)站上設(shè)立專題模塊，學(xué)生、教師、教學(xué)管理部門均可設(shè)立主題進(jìn)行發(fā)帖，可采用德爾菲法通過線上調(diào)研、線下問卷相結(jié)合的方式進(jìn)行教學(xué)滿意度的實(shí)時了解，便于以評促教。

3 《計算機(jī)圖形學(xué)》課程MOOC平臺的構(gòu)建

基于“互聯(lián)網(wǎng)+教育”背景下“四維雙向”的課程改革建設(shè)方案，開發(fā)《計算機(jī)圖形學(xué)》課程MOOC平臺。建設(shè)《計算機(jī)圖形學(xué)》MOOC課程網(wǎng)站[6]，加強(qiáng)線上教學(xué)資源建設(shè)，也為課程思政提供因地制宜的平臺。

本平臺以Java作為開發(fā)語言，以SSH相關(guān)的技術(shù)框架，用JSP編寫網(wǎng)頁，使用B/S構(gòu)架模式實(shí)現(xiàn)用戶和服務(wù)器的響應(yīng)，用MYSQL建立數(shù)據(jù)庫[7]。其中前臺由用戶的注冊和登錄模塊、視頻教程模塊、課程介紹模塊、教師團(tuán)隊(duì)模塊、教學(xué)管理模塊和學(xué)習(xí)資源模塊構(gòu)成，學(xué)生注冊和登錄后，可以對課程的大致情況進(jìn)行瀏覽，并通過學(xué)習(xí)資源模塊進(jìn)行學(xué)習(xí)和測試?！队嬎銠C(jī)圖形學(xué)》課程MOOC平臺前端結(jié)構(gòu)如圖2所示：

后臺有管理員權(quán)限和教師用戶權(quán)限兩種，因此設(shè)計兩個不同身份的登陸操作界面。查看及修改個人信息、編輯教師團(tuán)隊(duì)資料等功能都一致，管理員權(quán)限增加管理學(xué)生用戶和教師用戶的功能，即對學(xué)生和老師進(jìn)行增刪改查的操作。教師用戶則有上傳發(fā)布編輯好的課程內(nèi)容、上傳教學(xué)視頻、發(fā)布在線作業(yè)、查看批改學(xué)生作業(yè)并給其打分等功能，《計算機(jī)圖形學(xué)》課程MOOC平臺后端結(jié)構(gòu)如圖3所示：

該平臺功能劃分合理，交互性良好，穩(wěn)定性和安全性較高，不但能夠延展課堂教學(xué)的寬度，構(gòu)建多元化、多樣化及層次化的學(xué)習(xí)模式，還能對學(xué)生線上教學(xué)過程進(jìn)行全程管理，也能使課程思政有承載的平臺和基地，滿足《計算機(jī)圖形學(xué)》課程教學(xué)改革的相關(guān)要求。

4 結(jié)束語

《計算機(jī)圖形學(xué)》是計算機(jī)及相關(guān)本科專業(yè)的必修課程，該課程對理論知識體系以及實(shí)踐操作能力均要求較高，教師需要思考如何結(jié)合線下課堂教學(xué)和線上SPOC教學(xué)相結(jié)合，開展更加有效的教學(xué)活動。本文中提出了一種“四維雙向”的課程建設(shè)方案，在教學(xué)的全過程、各環(huán)節(jié)運(yùn)用和監(jiān)督，良好解決傳統(tǒng)MOOC教學(xué)監(jiān)管不夠的弊端。同時，構(gòu)建課程MOOC平臺，為線上教學(xué)提供場地，并拓展教學(xué)的寬度和廣度，同時深挖《計算機(jī)圖形學(xué)》課程中的課程思政因素，利用該平臺作為計算機(jī)類專業(yè)學(xué)生課程思政的陣地，做到全方位育人。經(jīng)實(shí)踐，本文中的教學(xué)改革模式取得了較好的教學(xué)效果，后期可將本科生的《計算機(jī)圖形學(xué)》課程和研究生的《圖形圖像處理》課程形成相關(guān)聯(lián)的課程群，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的獨(dú)立課程，以期形成聯(lián)動效應(yīng)，使課程建設(shè)達(dá)到事半功倍的效果。

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【通聯(lián)編輯：唐一東】