基于雨課堂的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革研究

楊武英 孫巧榆

（江蘇海洋大學(xué)電子工程學(xué)院，江蘇 連云港 222005）

0 引言

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是我國(guó)工科類專業(yè)普遍開設(shè)的課程之一，是一門涉及學(xué)科領(lǐng)域相當(dāng)廣的交叉性學(xué)科，對(duì)老師和學(xué)生的要求都比較高，但是這門課應(yīng)用范圍廣，對(duì)學(xué)生的益處大，所以不少學(xué)校開設(shè)了這門課。

在教學(xué)改革過程中，將雨課堂引入到本課程的教學(xué)中來，借助雨課堂的平臺(tái)將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)之前所學(xué)課程中需要用到的鋪墊知識(shí)進(jìn)行歸納整理，課前提前進(jìn)行推送。教師既可以推送相關(guān)的參考資料，如推送視頻、文獻(xiàn)等，還可以對(duì)重點(diǎn)內(nèi)容加上語(yǔ)音提醒，使得學(xué)生能夠在上課前做好準(zhǔn)備，從而解決學(xué)生課前預(yù)習(xí)中先修知識(shí)不足的問題。教師還可以通過“雨課堂”提供的后臺(tái)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)詳細(xì)了解學(xué)生預(yù)習(xí)的執(zhí)行情況，以及學(xué)生在預(yù)習(xí)過程中的反饋信息。將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)側(cè)重前沿應(yīng)用的部分通過平臺(tái)進(jìn)行拓展，使得學(xué)生可以更直觀地了解圖形學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，進(jìn)一步提升學(xué)習(xí)積極性。仔細(xì)研究計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)過程中學(xué)生需要有所了解但又沒有學(xué)習(xí)過的知識(shí)，以例題或者案例的形式使其變成學(xué)生可以理解的形式引入到課堂教學(xué)中。借助雨課堂的互動(dòng)平臺(tái)加強(qiáng)師生、生生之間的有序互動(dòng)，讓學(xué)生借助微信等手段來參加全體限時(shí)討論的題目、完成課堂作業(yè)，保持學(xué)習(xí)熱情，教師也能對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況及時(shí)掌握從而及時(shí)作出有效應(yīng)對(duì)。

1 雨課堂介紹

雨課堂是一種新型的智慧教學(xué)工具，它是由學(xué)堂在線與清華大學(xué)在線教育辦公室共同研發(fā)的，操作簡(jiǎn)單，使用方便[1]。雨課堂基于云計(jì)算技術(shù)，使用時(shí)將雨課堂作為Powerpoint的一個(gè)教學(xué)插件，可以通過微信掃描登錄方式開展教學(xué)活動(dòng)。學(xué)生在利用雨課堂學(xué)習(xí)時(shí)不需要再安裝專門的軟件，只需要利用微信登錄就可以瀏覽幻燈片、教學(xué)視頻等，并有多種互動(dòng)方式。制作雨課堂課件時(shí)，分為教師和學(xué)生功能，課件制作形式和傳統(tǒng)課件相似，借助群發(fā)公告形式為班級(jí)學(xué)生提供文字、圖片和視頻等。課件教學(xué)資源主要是學(xué)生課前課后線上知識(shí)學(xué)習(xí)，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)情況為其設(shè)置針對(duì)性試題內(nèi)容，通常包括單選、多選、主觀題等內(nèi)容，將各種資源推動(dòng)給學(xué)生，學(xué)生收到推送內(nèi)容后，使用手機(jī)微信登陸后接受推送基本信息，積極參與到教學(xué)活動(dòng)中。雨課堂可以為學(xué)生提供“課上+課下”教學(xué)功能，做好數(shù)據(jù)搜集工作，為學(xué)生提供課前預(yù)習(xí)、課堂教學(xué)和課后作業(yè)等內(nèi)容，有教師在線實(shí)時(shí)輔助學(xué)生學(xué)習(xí)?？傊?，雨課堂利用大家經(jīng)常使用的微信來幫助學(xué)生更好地進(jìn)行預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)和測(cè)試，支持作業(yè)、互動(dòng)、彈幕、數(shù)據(jù)分析等功能。本課程在教學(xué)改革過程中，將雨課堂引入到本學(xué)科的教學(xué)中來，通過雨課堂和傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合，提前解決學(xué)生課前預(yù)習(xí)中遇到的基礎(chǔ)鋪墊知識(shí)不足的問題，課前和課上可以及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，互動(dòng)性非常好。課后可以更好地實(shí)現(xiàn)復(fù)習(xí)拓展，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的熱情，進(jìn)一步提高教學(xué)效果。

2 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)中的問題

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門重要的專業(yè)課，是計(jì)算機(jī)圖形相關(guān)專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。該課程研究如何利用計(jì)算機(jī)表示、生成、處理和顯示圖形。該課程是一門交叉性學(xué)科，涉及到的專業(yè)知識(shí)比較廣泛，對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和計(jì)算機(jī)知識(shí)的掌握要求較高，對(duì)教師教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)要求也較高，難度較大。

目前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課堂教學(xué)還是以傳統(tǒng)教學(xué)模式為主，課時(shí)較少，理論知識(shí)和算法較多，學(xué)生學(xué)習(xí)壓力大，尤其是對(duì)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)較弱的同學(xué)來說，學(xué)習(xí)難度大。教學(xué)內(nèi)容抽象度高，單一的傳統(tǒng)教學(xué)模式難以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生課前和課后的學(xué)習(xí)情況難以把握和互動(dòng)，這些都是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀。

在教學(xué)過程中如何利用有效的教學(xué)方法，解決課時(shí)少與內(nèi)容多的矛盾、理論與實(shí)踐的矛盾、學(xué)科發(fā)展與社會(huì)應(yīng)用的矛盾，是各個(gè)高校在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)工作中必須面臨的一個(gè)重要問題。在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)中有以下幾個(gè)問題比較突出：一是學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備不夠，對(duì)之前學(xué)習(xí)的其他課程內(nèi)容的掌握不夠牢固，數(shù)學(xué)基礎(chǔ)薄弱，從而導(dǎo)致上課時(shí)對(duì)涉及這些知識(shí)的地方無法真正理解，聽不懂。有的同學(xué)即使能夠回憶起來，但是因?yàn)椴皇炀毝鴮?dǎo)致回想速度較慢，無法適應(yīng)新課的上課節(jié)奏。二是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課內(nèi)的課時(shí)有限，無法在課堂上全面復(fù)習(xí)和拓展之前其它課程中的儲(chǔ)備知識(shí)。課堂上只能簡(jiǎn)單回顧這些知識(shí)點(diǎn)，因?yàn)閷W(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)各不相同，所以每位同學(xué)的理解和掌握程度就很難統(tǒng)一把控。三是學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課的過程中，覺得部分內(nèi)容太抽象，對(duì)這些內(nèi)容在學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用和發(fā)展前景不了解，學(xué)起來接受度不高。而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門課算法較多，需要講解的知識(shí)點(diǎn)比較多，課內(nèi)難以達(dá)到較為豐富的課外知識(shí)擴(kuò)充。四是課堂提問因?yàn)闀r(shí)間有限，大多數(shù)時(shí)候只能了解少部分學(xué)生的掌握情況，不能全面了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，從而不能有側(cè)重點(diǎn)地解決問題。為了解決這些問題，探索實(shí)踐新的教學(xué)方案勢(shì)在必行[3]。

3 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的“雨課堂”實(shí)踐研究

3.1 基于雨課堂的教學(xué)模式方案設(shè)計(jì)

針對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)現(xiàn)狀，現(xiàn)借助雨課堂的優(yōu)勢(shì)，將雨課堂和傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行融合，提出混合式教學(xué)模式方案設(shè)計(jì)：一是針對(duì)學(xué)生對(duì)之前修讀的科目知識(shí)儲(chǔ)備不夠的問題，借助雨課堂的平臺(tái)將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)過程中需要用到的先修知識(shí)進(jìn)行整理歸納，將本次課需要的先修內(nèi)容通過平臺(tái)推送給對(duì)應(yīng)班級(jí)的學(xué)生。具體實(shí)施可以以PPT課件的方式整合在一起推送給學(xué)生，也可以以視頻、文獻(xiàn)資料的方式發(fā)給學(xué)生，對(duì)于重點(diǎn)內(nèi)容，還可以加上適當(dāng)?shù)恼Z(yǔ)音說明。學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)這些課件、視頻，來實(shí)現(xiàn)對(duì)其他科目鋪墊知識(shí)的復(fù)習(xí)和回顧，這樣就可以使得學(xué)生在上課前做好準(zhǔn)備，可以解決學(xué)生因?yàn)橄刃拗R(shí)不足而聽不懂本次課的問題。學(xué)生對(duì)于自己不理解的內(nèi)容可以及時(shí)在“雨課堂”中進(jìn)行各種反饋，如果有學(xué)生疑問比較多的知識(shí)點(diǎn)，教師可以以語(yǔ)音方式進(jìn)行講解，也可以在后續(xù)線下課上分配一定的時(shí)間進(jìn)行重點(diǎn)解答。本課程采用傳統(tǒng)模式講課時(shí)，經(jīng)常遇到部分學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)不扎實(shí)的問題，引入雨課堂之后，在預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中會(huì)推送本次上課用到的內(nèi)容，大大改善了上課質(zhì)量，并且縮短了上課時(shí)對(duì)鋪墊知識(shí)的重復(fù)講解時(shí)間。二是仔細(xì)研究計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)過程中學(xué)生需要有所了解的拓展知識(shí)及應(yīng)用，以具體案例的形式使其變成學(xué)生可以理解的形式引入到教學(xué)中來，進(jìn)一步提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。三是將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)背景、熱點(diǎn)與前沿進(jìn)行整理，推送給學(xué)生，使得學(xué)生可以更直觀地了解圖形學(xué)發(fā)展的現(xiàn)狀和應(yīng)用前景，增加學(xué)習(xí)興趣，拓展專業(yè)領(lǐng)域的知識(shí)面，提高對(duì)專業(yè)的前瞻性。這一部分內(nèi)容在傳統(tǒng)教學(xué)模式中因課時(shí)關(guān)系，占比重較少，和雨課堂良好結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)的有益補(bǔ)充。四是借助雨課堂的互動(dòng)平臺(tái)加強(qiáng)師生、生生之間的有序互動(dòng)，讓學(xué)生參加限時(shí)討論題目、完成課堂作業(yè)，保持學(xué)習(xí)熱情，教師也能對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況及時(shí)掌握，及時(shí)作出有效應(yīng)對(duì)。五是對(duì)于“雨課堂”中提供的“彈幕”功能，采取的方法是在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)講課過程中關(guān)閉彈幕，講完之后定時(shí)開放彈幕，以方便學(xué)生提問和交流。這樣既利用了“雨課堂”中提供的“彈幕”互動(dòng)功能，也能夠保證講課過程中過多的彈幕信息不會(huì)影響教學(xué)活動(dòng)的正常進(jìn)行。

3.2 課前預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)具體實(shí)施

本課程需要用到數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)語(yǔ)言等選修課的知識(shí)，但是在之前的教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)有部分學(xué)生對(duì)于選修知識(shí)掌握不牢固，上課的時(shí)候回憶起來速度較慢或已經(jīng)忘記，比如常見圖形的參數(shù)化表示、矩陣的運(yùn)算等內(nèi)容，在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)有的同學(xué)因?yàn)闆]有掌握牢固而放棄了后續(xù)的學(xué)習(xí)，影響了教學(xué)質(zhì)量。但是課內(nèi)課時(shí)又很有限，不能再詳細(xì)系統(tǒng)地講解先修知識(shí)。引入“雨課堂”之后，就可以在課前把這些先修知識(shí)和背景資料推送給學(xué)生，讓學(xué)生在課前及時(shí)補(bǔ)充這些內(nèi)容[4]。以往講授裁剪算法時(shí)，很多同學(xué)對(duì)于梁友棟-Barskey裁剪算法理解起來有困難，需要教師占用較多的課堂時(shí)間來結(jié)合實(shí)例幫助學(xué)生理解這個(gè)算法。用“雨課堂”進(jìn)行課前知識(shí)補(bǔ)充和預(yù)習(xí)之后，課堂教學(xué)效果得到了明顯提升?！坝暾n堂”還為PPT課件提供了語(yǔ)音的支持，有需要提醒的重難點(diǎn)可以提醒學(xué)生。教師可以通過“雨課堂”提供的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)掌握學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，學(xué)生也可以及時(shí)在“雨課堂”中進(jìn)行反饋，對(duì)于學(xué)生普遍已經(jīng)會(huì)了的知識(shí)點(diǎn)，課上可以以考察為主，對(duì)于學(xué)生不會(huì)較多的知識(shí)點(diǎn)，就可以多分配時(shí)間進(jìn)行進(jìn)一步的講解。

3.3 課堂教學(xué)環(huán)節(jié)具體實(shí)施

在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的課上教學(xué)環(huán)節(jié)中，“雨課堂”也可以發(fā)揮其重要作用。因?yàn)樯险n班級(jí)人數(shù)較多，每次點(diǎn)名考勤需要花較多時(shí)間，選擇“雨課堂”授課后，“雨課堂”會(huì)為本次課程生成班級(jí)二維碼或暗號(hào)，學(xué)生通過手機(jī)微信就可以完成考勤簽到，教師通過“雨課堂”可以掌握每位學(xué)生的出勤情況，非常方便。

在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的講課過程中，采用了混合式教學(xué)模式，教師可以根據(jù)平臺(tái)提供的學(xué)生預(yù)習(xí)數(shù)據(jù)和反饋情況，有針對(duì)性地進(jìn)行講解和考察。對(duì)于學(xué)生預(yù)習(xí)后反饋理解較好的內(nèi)容，就可以少講多考察，看學(xué)生是否真正掌握。通過“雨課堂”在課件中插入隨堂測(cè)試題目，所有學(xué)生都可以參與，以便了解學(xué)生的實(shí)際掌握情況，這比傳統(tǒng)的課堂提問更節(jié)省時(shí)間，同時(shí)了解的范圍也更廣。對(duì)于學(xué)生理解有困難的部分，則是采用了PPT課件和板書相結(jié)合的方式，進(jìn)一步重點(diǎn)講解。因?yàn)閳D形學(xué)中很多算法需要圖表，這些圖放在PPT課件上展示比較方便，學(xué)生也可以在“雨課堂”課件上查看圖表。在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，因?yàn)閷W(xué)生手機(jī)屏幕較小，所有內(nèi)容放在課件上的話，學(xué)生需要不斷操作手機(jī)，影響上課聽講，所以這里采取的是在PPT課件上展示圖表，講解相關(guān)算法的時(shí)候用板書一步步分解推導(dǎo)，根據(jù)學(xué)生的聽課反應(yīng)調(diào)整講解速度，收到了較好的效果。

“雨課堂”中提供的“彈幕”功能，可以在一定程度上增加課堂互動(dòng)性，但是在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，如果上課時(shí)一直開放該功能，有的學(xué)生會(huì)即時(shí)發(fā)布一些信息，信息過多時(shí)會(huì)對(duì)老師上課進(jìn)程有一定干擾，所以采取的方法是在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)講課過程中關(guān)閉彈幕，講完之后會(huì)定時(shí)開放彈幕，以方便學(xué)生提問和交流。這樣既利用了“雨課堂”中提供的“彈幕”互動(dòng)功能，也能夠保證教學(xué)活動(dòng)的正常進(jìn)行。

3.4 課后環(huán)節(jié)具體實(shí)施

因?yàn)橛?jì)算機(jī)圖形學(xué)課內(nèi)以理論講解為主，部分學(xué)生在學(xué)習(xí)這門課的過程中，覺得內(nèi)容太抽象，學(xué)起來接受度不高，如果能夠利用“雨課堂”的課后推送功能，將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的有關(guān)應(yīng)用內(nèi)容和拓展知識(shí)以更加豐富有趣的方式介紹給學(xué)生，則可以讓學(xué)生更好地學(xué)以致用。如曲線和曲面這一部分的內(nèi)容，采用了參數(shù)化的表示方法，較為抽象，部分學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高，而通過“雨課堂”平臺(tái)，使學(xué)生看到看似抽象的理論可以繪制出生動(dòng)的圖形，從而進(jìn)一步理解曲線的參數(shù)含義，提升學(xué)習(xí)的興趣。還可以在課后推送拓展內(nèi)容，使得學(xué)生可以更直觀地了解圖形學(xué)相關(guān)理論的發(fā)展現(xiàn)狀和應(yīng)用前景。教師還可以通過“雨課堂”的作業(yè)環(huán)節(jié)來考察學(xué)生的課后復(fù)習(xí)掌握情況，通過學(xué)生的答題和作業(yè)情況進(jìn)行有針對(duì)性的答疑，并對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)表現(xiàn)進(jìn)行考核。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)過程中存在的問題，提出了基于雨課堂的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革研究，給出了主要思路、方案設(shè)計(jì)和具體實(shí)施方法。在具體實(shí)施過程中，結(jié)合實(shí)際教學(xué)情況，將“雨課堂”和傳統(tǒng)教學(xué)手段相結(jié)合，解決了學(xué)生選修課知識(shí)不足以及課上互動(dòng)、課后拓展等問題，提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)自主性，對(duì)課內(nèi)教學(xué)形成了有益支撐，進(jìn)一步保證了教學(xué)質(zhì)量。