李敬華 孔德慧 孫艷豐

摘要:本文從學(xué)生的需要和學(xué)習(xí)特點出發(fā),闡述了以學(xué)生為主體設(shè)計“計算機(jī)圖形學(xué)”專業(yè)課教學(xué)過程的方法。這樣的教學(xué)方法注重對學(xué)生主觀能動性的挖掘,旨在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)其學(xué)習(xí)能力,從而優(yōu)化教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞:計算機(jī)圖形學(xué);教學(xué)過程;以學(xué)生為主體

中圖分類號:G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

教學(xué)過程“三要素說”明確了教師及學(xué)生在教學(xué)過程中的作用,即教師是教學(xué)活動的主導(dǎo),學(xué)生是教學(xué)活動的主體。這就表明教師在教學(xué)過程中應(yīng)以學(xué)生為主體,從學(xué)生的需要和學(xué)生學(xué)習(xí)的特點出發(fā),進(jìn)行課程的設(shè)計和組織,從課上和課后的各環(huán)節(jié)提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性、主動性,培養(yǎng)其學(xué)習(xí)能力?！坝嬎銠C(jī)圖形學(xué)”是一門綜合性學(xué)科,對學(xué)生的代數(shù)、幾何、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序語言設(shè)計語言等基礎(chǔ)知識和基本技能有較高要求,初學(xué)者普遍有畏難情緒。不過大學(xué)生階段正是其人生邏輯記憶力發(fā)展的最高峰,教材內(nèi)容抽象深奧、學(xué)習(xí)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提高恰是促使其邏輯記憶力高度發(fā)展的動力。本文結(jié)合大學(xué)生的學(xué)習(xí)特點及教學(xué)體會,本著一切教學(xué)行為從學(xué)生角度出發(fā)的原則,積極探索、努力挖掘?qū)W生主體的參與性和主動性,針對不同的教學(xué)內(nèi)容合理安排教學(xué)方法和環(huán)境使學(xué)生參與到教學(xué)活動中,寓能力培養(yǎng)于知識傳授中。

1上好第一課,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

古人云:“知之者不如好之者,好之者不如樂之者”,可見興趣培養(yǎng)的重要性。第一課通常都是緒論課,本次課除了使學(xué)生對該課程體系有個總體了解外,更重要的任務(wù)和目標(biāo)是激發(fā)起學(xué)生對本門課的興趣。大學(xué)生的學(xué)習(xí)活動具有明確的職業(yè)定向性,它是為畢業(yè)后參加職業(yè)活動做準(zhǔn)備的。為此,第一課的教學(xué)內(nèi)容要解決好“是什么”、“有什么用”的問題,唯有使學(xué)生學(xué)有所得,學(xué)有所用,才能激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)動力。在教學(xué)方法上,教師可以當(dāng)前學(xué)生中比較盛行推崇的某游戲或軟件為例子,引出支撐該成果的計算機(jī)圖形學(xué)基本知識、基礎(chǔ)理論的重要性。此外,通過豐富的成果圖片或演示系統(tǒng)等來展示計算機(jī)圖形領(lǐng)域的最新研究成果及其發(fā)展趨勢,使學(xué)生能感受到運用所學(xué)知識會帶來的成就感和滿足感,從而激發(fā)他們的求知欲望。

2利用概念圖技術(shù),幫助學(xué)生構(gòu)建知識體系

計算機(jī)圖形學(xué)難學(xué)的原因之一就是涉及的內(nèi)容廣,難成體系。概念圖技術(shù)作為一種知識以及知識間聯(lián)系表示的強有力方法,可以深刻地揭示復(fù)雜概念之間的本質(zhì)聯(lián)系,建立新舊知識之間的融匯橋梁,從而為學(xué)習(xí)者提供理解、掌握并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建新概念的便利途徑。為此,教學(xué)研究組將概念圖技術(shù)引入到計算機(jī)圖形學(xué)課堂教學(xué)中,通過對計算機(jī)圖形學(xué)的總體教學(xué)內(nèi)容及各章節(jié)教學(xué)內(nèi)容的討論,形成各層次的認(rèn)知概念圖,如圖1及圖2所示。這樣,設(shè)計概念圖的過程就是理順計算機(jī)圖形學(xué)課程學(xué)習(xí)內(nèi)容及脈絡(luò)的過程,有利于提高學(xué)生的分析總結(jié)歸納能力,同時在教學(xué)過程中,學(xué)生會以概念圖為學(xué)習(xí)的流程圖,在學(xué)習(xí)各模塊知識時學(xué)習(xí)目標(biāo)會特別明確,有利于學(xué)生正確認(rèn)識教師的教學(xué)進(jìn)度和自己的學(xué)習(xí)進(jìn)度,同時有利于學(xué)生思考新知識、比對舊知識,建立起新舊知識之間的聯(lián)系,概念圖將知識體系化的特點有利于幫忙學(xué)生理解和掌握知識。

3從典型習(xí)題入手加深對重點難點的理解,啟迪學(xué)生思維

加涅的信息加工學(xué)習(xí)論認(rèn)為,學(xué)習(xí)是一個有始有終的過程,對學(xué)生習(xí)得信息的復(fù)述、強化有利于提高信息的保持程度。為此,對重點難點問題來說,習(xí)題課的安排是特別必要的。以Bezier曲線學(xué)習(xí)為例,這部分知識點涉及的數(shù)學(xué)概念多,數(shù)學(xué)公式復(fù)雜,對于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)本不扎實的工科學(xué)生來說,“連續(xù)、一階連續(xù)、二階連續(xù)、主法向量、副法向量、曲率、撓率” 等概念容易混肴,學(xué)生學(xué)習(xí)起來有一定難度。題海戰(zhàn)術(shù)一貫是高考生的殺手锏,我們在重點難點的講授上,同樣引入這一殺手锏,通過學(xué)生做題、討論、師生互動來復(fù)述、強化幫助學(xué)生獲得知識。當(dāng)然習(xí)題的選擇要有代表性,對于計算機(jī)圖形學(xué)來說,機(jī)械工業(yè)出版社ZhiGang Xiang,Roy Plastock著的“計算機(jī)圖形學(xué)習(xí)題與解答”是一本全美經(jīng)典的學(xué)習(xí)指導(dǎo)系列叢書,非常有代表性且典型、面面俱到、重點突出。我們通常結(jié)合授課時學(xué)生的反應(yīng)及課后調(diào)研選擇恰當(dāng)?shù)牧?xí)題安排習(xí)題課,習(xí)題課盡量讓學(xué)生先獨立思考、然后小組討論來完成,教師在這一過程中注重把握觀察學(xué)生解題情況,對普遍存在的問題和難點,給予啟發(fā)式的點撥,引導(dǎo)其解題思路。

4恰當(dāng)選擇、適度安排自學(xué)內(nèi)容,幫助學(xué)生擴(kuò)展專業(yè)信息的深廣度

大學(xué)生學(xué)習(xí)除課堂教學(xué)這一主要途徑外,還要按照教學(xué)大綱要求在課外完成一些任務(wù)。課外任務(wù)的布置有利于培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力,使他們學(xué)會在明確目標(biāo)的情況下,合理安排時間完成預(yù)期任務(wù)。為了使學(xué)生及時了解該學(xué)科領(lǐng)域的發(fā)展動向,開闊其眼界,我們通常在課前有針對性地提供一些來自ACM SIGGRAPH等圖形學(xué)領(lǐng)域的頂級國際會議論文成果或相關(guān)經(jīng)典文獻(xiàn)供學(xué)生閱讀。由于大學(xué)生的表現(xiàn)欲和好勝心都特別強,所以我們安排其在課前用5～10分鐘的時間把閱讀的資料概述講給其他學(xué)生,一方面抽查了學(xué)生的自學(xué)效果,另一方面也滿足了學(xué)生的成就心理,實踐表明學(xué)生對這些課本外的算法背景和應(yīng)用資料很感興趣,也提高了他們課程學(xué)習(xí)的積極性。

此外,我們會結(jié)合下次課的教學(xué)內(nèi)容適當(dāng)布置復(fù)習(xí)相關(guān)數(shù)學(xué)知識,為下次課的順利進(jìn)行做準(zhǔn)備,比如在介紹梁友棟-Barsky線段裁剪法時,涉及到直線的參數(shù)表示這一數(shù)學(xué)知識,根據(jù)教學(xué)經(jīng)驗,學(xué)生對直線的參數(shù)表示法記憶不扎實影響了后續(xù)的聽課質(zhì)量;再比如二維基本變換涉及大量的關(guān)于矢量和矩陣的有關(guān)內(nèi)容,課上回顧舊知識是相當(dāng)耗時的,為保證課上能開篇講授新知識,講授前安排大家復(fù)習(xí)是必要的。此外,在講授了直線段掃描轉(zhuǎn)換算法后,圓、橢圓的掃描轉(zhuǎn)換這一節(jié)的教學(xué)內(nèi)容也可以安排學(xué)生自學(xué)。因為中點畫圓算法、中點畫橢圓算法與中點畫線算法的基本思想是相同的。這樣,既保證了在有限的學(xué)時內(nèi)傳授給學(xué)生最大量的新知識,又培養(yǎng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和自學(xué)能力。

5注重實踐環(huán)節(jié),學(xué)以致用

“計算機(jī)圖形學(xué)”作為一門專業(yè)課一般是面向大學(xué)三年級的學(xué)生開設(shè)的,該階段的大學(xué)生面臨著職業(yè)選擇和就業(yè),因此實踐能力的培養(yǎng)具有特別重要的意義,特別地計算機(jī)圖形學(xué)的特點及教學(xué)目標(biāo)也決定了實踐是必不可少的重要環(huán)節(jié)。通過對圖形系統(tǒng)硬件設(shè)備及軟件實現(xiàn)算法的實踐,完成的可視化的用戶圖形界面及各種應(yīng)用系統(tǒng)有利于學(xué)生從實踐中體會到成就感,進(jìn)而有利于培養(yǎng)其學(xué)習(xí)興趣。課程組根據(jù)教學(xué)內(nèi)容,設(shè)計了若干綜合各個知識點的上機(jī)實踐課,旨在使學(xué)生掌握圖形學(xué)的方法,增強解決實際問題的能力。課程設(shè)計了8學(xué)時實踐環(huán)節(jié),題目如:交互式用戶界面設(shè)計、二維圖元的掃描轉(zhuǎn)換算法設(shè)計與實現(xiàn)、二維圖形裁剪算法、真實感圖形設(shè)計、計算機(jī)動畫程序設(shè)計等并以一個綜合的大作業(yè)來評價學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。在實踐這一環(huán)節(jié)中,無論是程序代碼還是課設(shè)報告撰寫,都以模版或教學(xué)案例方法促使學(xué)生養(yǎng)成良好的科研規(guī)范性和嚴(yán)謹(jǐn)性。

6建設(shè)網(wǎng)絡(luò)資源庫,為學(xué)生提供便捷豐富的學(xué)習(xí)資源

大學(xué)生的課程排得不是很滿,有較多的自學(xué)時間,教師在課堂教學(xué)中也不可能講授教材有關(guān)內(nèi)容的一切方面,因此教師應(yīng)努力為學(xué)生創(chuàng)設(shè)各種學(xué)習(xí)平臺,方便學(xué)生課后自學(xué)。為此,我們進(jìn)行了計算機(jī)圖形學(xué)網(wǎng)絡(luò)資源庫建設(shè),計算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)研究組的全體教師共同努力,收集整理計算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)資料,內(nèi)容涵蓋課程介紹、教學(xué)大綱、教學(xué)課件、課堂教學(xué)、課程評價、演示系統(tǒng)、教師隊伍、教師獲獎各方面。該資源庫的建立為學(xué)生在任何時間任何地點自學(xué)圖形學(xué)提供了資料查詢的便利條件。為了使學(xué)生了解計算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的最新研究成果及其發(fā)展趨勢,為了使學(xué)生對感興趣的內(nèi)容有深入了解和鉆研,文獻(xiàn)整理、完善網(wǎng)站工作還在進(jìn)行中,擬增加經(jīng)典論文、著名學(xué)術(shù)報告、SIGGRAPH等圖形學(xué)方向頂級會議文獻(xiàn)、推薦參考書等內(nèi)容。同時擬增加師生互動平臺,方便教師及時了解學(xué)生學(xué)習(xí)動態(tài)、及時解答學(xué)生問題。

7結(jié)束語

提高學(xué)生培養(yǎng)的質(zhì)量,歸根結(jié)底還是要堅持“以學(xué)生為主體”不動搖,堅持一切從學(xué)生需要出發(fā),并結(jié)合學(xué)生特點因材施教。通過在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方式、教學(xué)過程等各方面的改革調(diào)動學(xué)生的主體能動性,培養(yǎng)其學(xué)習(xí)能力。實踐表明,上述教學(xué)過程提高了學(xué)生的參與度,外延了其課外自學(xué)時間和內(nèi)容,其自學(xué)創(chuàng)新能力和動手實踐能力都有相應(yīng)提高。

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The Design of the Student-Subjected Teaching Process

——Research and Investigation of Computer Graphics Teaching Method

LI Jing-hua, KONG De-hui, SUN Yan-feng

(Beijing Key Laboratory of Multimedia and Intelligent Software Technology, College of Computer Science and Technology,

Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

Abstract: This paper designed the student-subjected teaching process of computer Graphics according to students needs and learning characteristics, emphasized digging the subjective initiative of the students, and aimed to increase the learning interest of the students and cultivated their learning ability, thereby optimized teaching effect.

Key Words: computer graphics; teaching process; student-subjected