“以學(xué)生志趣為導(dǎo)向”的教學(xué)改革探索
——以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)為例

文/廣州新華學(xué)院 丁 豐 王孟博

美國教育家杜威曾經(jīng)說過：“如果我們按昨天的方式教今天的學(xué)生，就等于掠奪了他們的明天。” 在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的今天，知識獲得已經(jīng)不存在障礙，但學(xué)習(xí)動(dòng)力、注意力變成了稀缺資源。同時(shí)，新工科建設(shè)的迫切需求使工科課程教學(xué)進(jìn)入了同樣的困境，尤其是當(dāng)前教學(xué)中存在的教、學(xué)、用嚴(yán)重脫節(jié)問題。本研究提出了“新工科”背景下，“以學(xué)生志趣為導(dǎo)向” 的教學(xué)改革，以數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)為例，針對課程理論難度大、學(xué)生編程基礎(chǔ)薄弱、專業(yè)內(nèi)課程銜接不夠緊密等問題，從教材的選擇，到課程內(nèi)容的設(shè)置及考核方式，全面進(jìn)行改革。

一、學(xué)情分析

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是線性代數(shù)、計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等課程的綜合應(yīng)用，是一門理論性和實(shí)踐性都很強(qiáng)的專業(yè)必修課。本課程開設(shè)于大學(xué)二年級，對學(xué)生在大一相關(guān)課程中學(xué)習(xí)掌握的編程能力及數(shù)學(xué)基礎(chǔ)有較高的要求，但數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的大二學(xué)生普遍存在編程基礎(chǔ)薄弱，對需要編程開發(fā)的課程畏難情緒嚴(yán)重等問題。同時(shí)，專業(yè)內(nèi)課程銜接不夠，導(dǎo)致數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的大部分學(xué)生都產(chǎn)生了編程與設(shè)計(jì)無關(guān)、編程學(xué)而無用的心理，缺乏對編程類課程的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。

(一)傳統(tǒng)教學(xué)模式

在教學(xué)設(shè)計(jì)上，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程從在數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)開設(shè)以來，都是采用傳統(tǒng)的“理論+實(shí)踐”的方式，針對圖形學(xué)算法進(jìn)行逐一講授與學(xué)習(xí)。在課程的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生往往在復(fù)雜的理論學(xué)習(xí)與單調(diào)的上機(jī)實(shí)踐案例中找不到學(xué)習(xí)的樂趣，甚至出現(xiàn)抵觸、放棄等情緒。同時(shí)由于課時(shí)的局限及課程的難度，學(xué)生在學(xué)習(xí)結(jié)束時(shí)，仍無法通過編程完成一副圖形學(xué)作品，導(dǎo)致成就感缺失，加大了編程類課程學(xué)而無所用的心理。

在教材選擇上，市場上的絕大多數(shù)教材都是重理論輕實(shí)踐，針對計(jì)算機(jī)科學(xué)相關(guān)專業(yè)編訂，教師很難選擇一本難易適中且適合數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)使用的教材，學(xué)生也很難從教學(xué)內(nèi)容中發(fā)現(xiàn)與本專業(yè)其他設(shè)計(jì)類課程的緊密聯(lián)系。在考核方式上，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程通常采用傳統(tǒng)的理論筆試的考核方式，缺乏對學(xué)生的實(shí)操能力的考核，同時(shí)試卷的難易也很難把握，導(dǎo)致學(xué)生的掛科率偏高，加大了學(xué)生對基礎(chǔ)理論課程的厭學(xué)情緒。

(二)改革目標(biāo)

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的專業(yè)必修課程，針對其課程難度大、學(xué)生編程能力薄弱等問題，在“新工科”背景下，“以學(xué)生志趣為導(dǎo)向”進(jìn)行教學(xué)改革。通過與學(xué)生的深入交流溝通，結(jié)合本專業(yè)的人才培養(yǎng)方案，適當(dāng)減少理論學(xué)習(xí)，重基礎(chǔ)、算法原理的學(xué)習(xí)。減少大量的枯燥理論灌輸，加大算法編程實(shí)現(xiàn)能力的培養(yǎng)。以學(xué)生“會(huì)什么”“想學(xué)什么”“想收獲什么”為出發(fā)點(diǎn)，合理選擇教材，有效設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。結(jié)合數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)的學(xué)生 “愛設(shè)計(jì)，喜畫圖”的志趣，讓學(xué)生在學(xué)期初通過圖形學(xué)基礎(chǔ)類庫MFC自主設(shè)計(jì)案例；學(xué)期中期，圍繞案例學(xué)圖形學(xué)基礎(chǔ)算法的原理，使用C++編程實(shí)現(xiàn)圖形學(xué)算法；學(xué)期末，在期初的自主創(chuàng)造的作品中應(yīng)用自己編程實(shí)現(xiàn)的圖形學(xué)算法，并作為課程考核(大作業(yè))方式提交。在志趣的驅(qū)動(dòng)下，感受編程的魅力，了解計(jì)算機(jī)圖像的產(chǎn)生(從圖形到圖像)的基礎(chǔ)原理，并在算法的實(shí)現(xiàn)過程中，加強(qiáng)基礎(chǔ)編程語言C++的編程應(yīng)用能力。

二、教學(xué)改革

項(xiàng)目立足當(dāng)前教學(xué)環(huán)境，以“新工科”為背景，以學(xué)生志趣為導(dǎo)向，創(chuàng)新工程教育方式與手段，以數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程為樣本，落實(shí)以學(xué)生為中心的理念，進(jìn)行教學(xué)改革。

(一)課程目標(biāo)

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形的學(xué)科。它的重要性體現(xiàn)在人們越來越強(qiáng)烈地需要和諧的人機(jī)交互環(huán)境，以圖形的方式來表示抽象的概念或數(shù)據(jù)已經(jīng)成為信息領(lǐng)域的一個(gè)重要發(fā)展趨勢。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本原理和基本方法，掌握基本的二維圖形的計(jì)算機(jī)繪制方法，理解光柵圖形生成基本算法、幾何造型技術(shù)、真實(shí)感圖形生成、圖形標(biāo)準(zhǔn)與圖形變換等概念和知識。學(xué)會(huì)圖形程序設(shè)計(jì)的基本方法，為圖形算法的設(shè)計(jì)、圖形軟件的開發(fā)打下基礎(chǔ)。

(二)教學(xué)設(shè)計(jì)

以數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)學(xué)生 “愛設(shè)計(jì)，喜畫圖”的志趣為出發(fā)點(diǎn)，設(shè)計(jì)如下。

課程初期：引入圖形學(xué)基礎(chǔ)類庫MFC，讓學(xué)生在較少的課時(shí)內(nèi)，學(xué)會(huì)使用MFC工具編程，結(jié)合圖像設(shè)計(jì)工具(PS等)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一幅原創(chuàng)有特色的圖形學(xué)作品。課程中期：通過“反饋式案例教學(xué)法：運(yùn)行案例看效果-講解原理學(xué)算法-算法編碼畫圖形-圍繞案例做擴(kuò)展”，針對圖形學(xué)中的基礎(chǔ)算法進(jìn)行逐一講解，并采用面向?qū)ο笳Z言(C++)進(jìn)行編碼實(shí)現(xiàn)。課程后期：將課程中期編程實(shí)現(xiàn)的算法類應(yīng)用于課程初期所設(shè)計(jì)作品中，修改并完善其圖形學(xué)作品。具體實(shí)施方案如表1所示。

表1 教學(xué)方案實(shí)施表

三、改革效果

經(jīng)過兩個(gè)學(xué)期的教學(xué)改革，學(xué)生都能通過圖形學(xué)基礎(chǔ)類庫(MFC)設(shè)計(jì)個(gè)性化的圖形作品，并在作品中應(yīng)用C++語言自主編程實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)圖形學(xué)算法。編程實(shí)現(xiàn)作品示意圖如圖1所示。

圖1 C++編程實(shí)現(xiàn)圖形作品示意圖

從學(xué)生最后提交的作品中(優(yōu)秀作品如圖2所示)可以發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性有了顯著的提高，編程能力也得到加強(qiáng)。

圖2 優(yōu)秀作品展示圖

四、總結(jié)

在“新工科”的背景下，通過“以學(xué)生志趣為導(dǎo)向”的課程探索是一種教學(xué)上的創(chuàng)新與嘗試，緊密結(jié)合數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)學(xué)生“愛設(shè)計(jì)，喜畫圖”的特點(diǎn)，對課程設(shè)計(jì)、教學(xué)方式、考核方式進(jìn)行全面的探索。兩個(gè)學(xué)期的實(shí)踐證明對數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)學(xué)生編程能力的培養(yǎng)確實(shí)有促進(jìn)作用，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、主動(dòng)性，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)踐能力普遍提高。