計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程思政探究

杭后俊 袁興龍 李杰 俞慶英

摘要：新工科理念下的面向成果導(dǎo)向教育（OBE）不能脫離培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人這一根本任務(wù)，要將“立德樹(shù)人”貫穿于課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程為例，闡述了課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)，課程思政的目標(biāo)，思政元素的融入設(shè)計(jì)，并圍繞具體翔實(shí)的課程思政案例，就本科計(jì)算機(jī)專業(yè)課程教學(xué)中如何實(shí)施教學(xué)環(huán)節(jié)與思政元素的深度融合展開(kāi)較為深入的探討。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué);知識(shí)結(jié)構(gòu);課程思政;融入;案例

中圖分類號(hào)：G642 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2022）02-0136-03

工科背景下的計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)方案注重工科教育人才培養(yǎng)模式的轉(zhuǎn)變，要求教師改變傳統(tǒng)的課堂教學(xué)方式，強(qiáng)調(diào)以學(xué)生為主體，向?qū)W生灌輸自主學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的理念[1-3]。由于理工類學(xué)科自身具有的自然科學(xué)的特點(diǎn)，計(jì)算機(jī)專業(yè)課教師和其他理工科專業(yè)教師一樣，在教學(xué)過(guò)程中自覺(jué)不自覺(jué)地重視學(xué)生對(duì)“技術(shù)”的掌握與應(yīng)用，而忽略了育人的職責(zé)。習(xí)近平總書記說(shuō)過(guò)，“關(guān)鍵核心技術(shù)是要不來(lái)、買不來(lái)、討不來(lái)的”。科技沒(méi)有國(guó)界，但科技具有國(guó)家所有權(quán)屬性，其他國(guó)家的東西不可能無(wú)償給我們使用。因此，新工科理念下的面向成果導(dǎo)向教育（OBE）不能脫離培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人這一根本任務(wù)[4，5]。

目前我國(guó)每一所本科高校都開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)專業(yè)，每年畢業(yè)生人數(shù)就超過(guò)10萬(wàn)人。因此，如何做好“立德樹(shù)人”的根本任務(wù)，培養(yǎng)合格的社會(huì)主義接班人是我們每一位從事計(jì)算機(jī)專業(yè)教育的工作者必須時(shí)刻思考的問(wèn)題。本文以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程為例，深入探討計(jì)算機(jī)專業(yè)課程教學(xué)中如何實(shí)施課程思政。

1圖形學(xué)課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)一門重要的專業(yè)方向課程，課程內(nèi)容非常豐富，課程教學(xué)內(nèi)容緊緊圍繞三維圖形流水線展開(kāi)。目前，國(guó)內(nèi)外圖形學(xué)主流教材[6-8]除第一章（緒論）和第二章（圖形系統(tǒng)概述）外，均從第三章開(kāi)始分別覆蓋流水線的五個(gè)不同階段，如圖1所示。其中基本圖元生成算法包括線段的生成算法，（橢）圓（?。┑纳伤惴?，區(qū)域填充算法等，以及視口變換，對(duì)應(yīng)流水線的最后階段。三維觀察，包括觀察變換、觀察體及其規(guī)范化、三維裁剪、消隱技術(shù)、光照模型、紋理映射等內(nèi)容，對(duì)應(yīng)流水線的第②階段。圖形幾何變換、幾何造型技術(shù)對(duì)應(yīng)流水線的第①階段，平行投影變換、透視投影變換則對(duì)應(yīng)流水線的第③階段，而第④階段主要包括規(guī)范化變換和二維裁剪。

2圖形學(xué)課程思政的目標(biāo)

教師在圖形學(xué)課程教學(xué)中要善于根據(jù)所講授內(nèi)容的特點(diǎn)挖掘課程思政元素，一方面要注重提升學(xué)生的責(zé)任擔(dān)當(dāng)，增強(qiáng)民族自豪感，強(qiáng)化感恩奉獻(xiàn)意識(shí)，另一方面還要培養(yǎng)他們的工匠精神，追求精益求精的品質(zhì)以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)。要始終明確我們?cè)谂囵B(yǎng)什么人，怎樣培養(yǎng)人以及為誰(shuí)培養(yǎng)人等問(wèn)題，這關(guān)系黨和國(guó)家的未來(lái)，關(guān)系到高等教育培養(yǎng)社會(huì)主義建設(shè)者和接班人這一根本任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。要用好課堂教學(xué)這個(gè)主環(huán)節(jié)，要將思政元素與圖形學(xué)課程內(nèi)容做到自然融合，把成人成才的基本道理、社會(huì)主義核心價(jià)值觀、實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興的理想和責(zé)任融入教學(xué)中，真正做好學(xué)生奉獻(xiàn)祖國(guó)的引路人。要讓學(xué)生知道為何而學(xué)，形成專業(yè)自豪感和國(guó)家大局觀，能夠以成為國(guó)家棟梁、在中華民族偉大復(fù)興征程中實(shí)現(xiàn)人生價(jià)值為目標(biāo)。

3 思政元素的融入設(shè)計(jì)

3.1 基于課程教學(xué)內(nèi)容的思政元素融入

圖形學(xué)課程的課堂講授采用啟發(fā)式教學(xué)和探究型教學(xué)，依托知識(shí)載體，傳授相關(guān)的思想和方法，引導(dǎo)學(xué)生探索技術(shù)前沿，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)通過(guò)實(shí)踐和自學(xué)獲得自己想學(xué)到的知識(shí)。通過(guò)課程實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生熟練運(yùn)用VC++實(shí)現(xiàn)各種基本圖形算法，具有運(yùn)用OpenGL實(shí)現(xiàn)基本三維圖形流水線的初步能力。而教學(xué)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)就是針對(duì)不同的教學(xué)內(nèi)容靈活融入思政元素，如圖2所示。表1給出了圖形學(xué)課程主要教學(xué)內(nèi)容與思政元素的融入設(shè)計(jì)策略。

3.2 基于課程線上平臺(tái)的思政元素融入

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程采用線上線下混合式教學(xué)，要求學(xué)生通過(guò)“學(xué)習(xí)通”平臺(tái)進(jìn)行課程的預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)，積極完成互動(dòng)區(qū)的討論，完成作業(yè)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、測(cè)試等過(guò)程性考核任務(wù)。通過(guò)在課程的線上平臺(tái)靈活融入思政元素，讓育人環(huán)節(jié)無(wú)處不在。例如在課程平臺(tái)資源庫(kù)中，教師通過(guò)精心設(shè)計(jì)蘊(yùn)含思政元素的文獻(xiàn)資料，供學(xué)生自主學(xué)習(xí)。如圖3所示。

4課程思政的案例設(shè)計(jì)

案例1：講三維觀察，強(qiáng)化感恩奉獻(xiàn)品格

三維觀察是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重要內(nèi)容，主要包括觀察坐標(biāo)系、觀察變換、觀察體、觀察體規(guī)范化、投影變換、二維及三維裁剪、（投影）窗口到視區(qū)的變換等知識(shí)，是三維圖形流水線的核心環(huán)節(jié)。教師在教學(xué)中應(yīng)當(dāng)結(jié)合具體的游戲或虛擬現(xiàn)實(shí)引擎進(jìn)行講解，如圖4所示。并在教學(xué)內(nèi)容的講解過(guò)程中自然融入思政元素：要想以后成為一名出色的游戲軟件虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)師，必須熟練掌握三維圖形流水線。告訴學(xué)生盡管目前在我國(guó)也有許多從事這方面設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)的技術(shù)隊(duì)伍，但與國(guó)外相比還有很大的差距。我們現(xiàn)在使用的主流VR引擎（比如Unity）都是別人的產(chǎn)品，在使用上還是受制于人的，曾有一段時(shí)間國(guó)內(nèi)用戶上不了Unity官網(wǎng)，不能正常使用其免費(fèi)資源。希望同學(xué)們不要辜負(fù)國(guó)家的培養(yǎng)，發(fā)揚(yáng)刻苦學(xué)習(xí)的精神，夯實(shí)專業(yè)基礎(chǔ)，筑牢專業(yè)根基，將來(lái)不僅要成為出色的游戲設(shè)計(jì)師，更要成為一名出色的引擎開(kāi)發(fā)師，有能力去開(kāi)發(fā)屬于我們自己的游戲或VR引擎，報(bào)效國(guó)家，奉獻(xiàn)社會(huì)，為實(shí)現(xiàn)中國(guó)夢(mèng)貢獻(xiàn)自己的力量。

案例2：講紋理映射，培養(yǎng)精益求精態(tài)度

真實(shí)感圖形生成技術(shù)主要講解對(duì)三維場(chǎng)景對(duì)象進(jìn)行消隱處理、光照處理和紋理映射等內(nèi)容。而這一過(guò)程是在觀察坐標(biāo)系下（投影變換之前）進(jìn)行的。如圖5所示。

案例以凹凸紋理映射技術(shù)為例。

教師：給出一個(gè)如圖6（a）所示的桶白模，問(wèn)學(xué)生能不能確定這只桶是什么材質(zhì)的？

學(xué)生：不能確定。

教師：真實(shí)感圖形生成技術(shù)主要任務(wù)是研究如何用二維顯示器真實(shí)逼真地顯示三維場(chǎng)景，但僅僅通過(guò)消隱、添加顏色、設(shè)置光照是不能實(shí)現(xiàn)的，還需要通過(guò)紋理映射技術(shù)。出示對(duì)桶實(shí)施顏色紋理映射后的模型效果，如圖6（b）所示。

學(xué)生：（一致地回答）這是一只木桶。

教師：這只桶只是看起來(lái)像木桶，還達(dá)不到逼真的效果。顏色紋理映射技術(shù)只是將一幅紋理映射到物體表面上，而不考慮表面的凹凸細(xì)節(jié)，對(duì)模擬光滑表面比較適合，但對(duì)于粗糙不平的表面需要進(jìn)一步使用凹凸紋理映射。

（思政元素的自然融入：）我們做任何事情都不能僅僅滿足于差不多就行，要努力做到更好，養(yǎng)成精益求精的態(tài)度。

教師：出示對(duì)桶實(shí)施凹凸紋理映射后的模型效果，如圖6（c）所示，讓學(xué)生體會(huì)不一樣的逼真效果。

（思政元素的自然融入：）精益求精態(tài)度和卓越品質(zhì)是我們計(jì)算機(jī)專業(yè)同學(xué)應(yīng)當(dāng)具有的一種追求，應(yīng)當(dāng)努力達(dá)到的一種境界。這個(gè)時(shí)代屬于我們每一個(gè)人，在今后的工作崗位上，如果我們每一位同學(xué)都能夠擁有這種態(tài)度和品質(zhì)，心懷感恩心態(tài)和無(wú)私奉獻(xiàn)的精神，我們的國(guó)家將會(huì)變得更加富裕和強(qiáng)大。

5 結(jié)束語(yǔ)

計(jì)算機(jī)專業(yè)人才培養(yǎng)不能脫離培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人這一根本任務(wù)，要將“立德樹(shù)人”貫穿于課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。同時(shí)也要認(rèn)識(shí)到，課程思政是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，沒(méi)有現(xiàn)成的方法可以借鑒，需要廣大教師自覺(jué)做課程思政的踐行者和探究者。課程思政元素是隱含在課程的每一個(gè)章節(jié)、每一個(gè)知識(shí)單元中，需要我們?cè)趯I(yè)課程的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行有效挖掘。通過(guò)思政元素和計(jì)算機(jī)專業(yè)課程內(nèi)容的有機(jī)融合，不僅夯實(shí)學(xué)生的學(xué)科專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)、培養(yǎng)學(xué)生的刻苦學(xué)習(xí)精神，而且強(qiáng)化他們的使命感和責(zé)任感、知行合一的實(shí)踐能力、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神和自覺(jué)奉獻(xiàn)的愛(ài)國(guó)情懷，從而真正實(shí)現(xiàn)全程育人、全方位育人。

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【通聯(lián)編輯：王力】

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