摘要：針對計算機(jī)圖形學(xué)課程的教學(xué)困難，本文從IPR-CDIO教育理念出發(fā)，詳細(xì)分析課程教學(xué)體系設(shè)計、教學(xué)過程實(shí)施、配套教材建設(shè)等方式方法。實(shí)踐證明，該教學(xué)方式取得了良好的教學(xué)成效。
　　關(guān)鍵詞：IPR-CDIO；計算機(jī)圖形學(xué)；做中學(xué)；教材建設(shè)
　　
　　CDIO(Conceive、Design、Implement、Operate，即構(gòu)思、設(shè)計、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行)是國外高等工科教育的一種創(chuàng)新模式。它以產(chǎn)品從研發(fā)到運(yùn)行的生命周期為載體，讓學(xué)生以主動的、實(shí)踐的、課程之間存在有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程[1]。CDIO因其具有與社會需要一致性、國際先進(jìn)性、實(shí)踐可操作性、全面系統(tǒng)性和普遍適應(yīng)性等特點(diǎn)而被國際上多所院校所采納，其先進(jìn)的教育理念已被中國高等工程教育界所接受，有近40所高校正在中國化試點(diǎn)，浙江萬里學(xué)院是其中之一。我們學(xué)習(xí)CDIO教育理念，結(jié)合多年的改革實(shí)踐，創(chuàng)新地提出了IPR-CDIO(Interest、Perseverance、Responsibility，即興趣、毅力、責(zé)任)教育思路，即將學(xué)生的探索熱情與興趣、持之以恒的精神和社會責(zé)任感的培養(yǎng)，融入到不同級別項目研發(fā)過程[2]。通過項目構(gòu)思和設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維，通過項目的實(shí)現(xiàn)和測試運(yùn)行，培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)技能，同時借助項目團(tuán)隊式組織形式、角色化任務(wù)分工，激發(fā)學(xué)生的參與興趣，鍛煉其團(tuán)隊合作和溝通交流能力，培養(yǎng)其責(zé)任感。IPR-CDIO教育宗旨與國家教育方針一致，與“十二五”高等教育重點(diǎn)工作、卓越人才培養(yǎng)目的是完全吻合。
　　課程是人才培養(yǎng)的基本單元，IPR-CDIO教育理念必須通過各門課程來實(shí)施，因此課程設(shè)計非常關(guān)鍵。根據(jù)課程地位和性質(zhì)整合知識點(diǎn)，我們設(shè)計出能培養(yǎng)學(xué)生知識學(xué)習(xí)、技能訓(xùn)練、素質(zhì)成長于一體的小項目，設(shè)計為完成項目、訓(xùn)練IPR素質(zhì)而采用的教學(xué)方法，并使課程知識內(nèi)容、項目實(shí)施、教學(xué)方法、教材選擇有機(jī)融合，形成一體化的課程教學(xué)體系。下面以計算機(jī)圖形學(xué)為例，說明如何基于IPR-CDIO理念進(jìn)行課程設(shè)計、教學(xué)實(shí)施及教材建設(shè)。
　　1基于IPR-CDIO理念的課程設(shè)計
　　IPR-CDIO強(qiáng)調(diào)以興趣為先，社會責(zé)任與工程能力訓(xùn)練為本。計算機(jī)圖形學(xué)作為高年級學(xué)生的專業(yè)應(yīng)用性課程，因其算法較為繁雜、學(xué)科交叉性強(qiáng)、編程技術(shù)需求高而成為計算機(jī)專業(yè)學(xué)生的難點(diǎn)課程，加上后續(xù)的畢業(yè)實(shí)習(xí)、畢業(yè)設(shè)計、就業(yè)等因素影響，教與學(xué)都難以實(shí)施。但是課程本身的實(shí)用性和趣味性比較強(qiáng)，如果設(shè)計與引導(dǎo)好，既可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，又對后續(xù)的實(shí)習(xí)、設(shè)計或就業(yè)產(chǎn)生積極推進(jìn)作用。
　　課程前端基礎(chǔ)是具有“程序設(shè)計基本能力”，目標(biāo)是“圖形算法原理理解、編程實(shí)現(xiàn)及綜合應(yīng)用能力培養(yǎng)”，體系以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)為主線，借助知識框架構(gòu)建知識體系，通過項目實(shí)施過程完成能力培養(yǎng)途徑，使得知識學(xué)習(xí)、項目訓(xùn)練、能力培養(yǎng)融為一體。其教學(xué)體系如圖1所示。
　　圖1基于IPR-CDIO理念的計算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)體系
　　其中，課程教學(xué)內(nèi)容抽取了核心知識框架：課程概述(地位、性質(zhì)、用途、目標(biāo))、二維圖形核心知識、三維圖形設(shè)計核心知識、真實(shí)感圖形處理原理等。這些知識的理解是支撐CDIO項目實(shí)施的基礎(chǔ)。同時，課程設(shè)計了兩個綜合性項目：一是“計算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用研究與綜述”，鼓勵學(xué)生以小組為單位查閱文獻(xiàn)資料，對圖形技術(shù)在某一領(lǐng)域的應(yīng)用發(fā)展情況進(jìn)行綜述，撰寫提交綜述報告。目的是激發(fā)學(xué)生對某領(lǐng)域的研究興趣，同時鍛煉文獻(xiàn)綜述的寫作能力，為畢業(yè)設(shè)計中的文獻(xiàn)綜述奠定基礎(chǔ)；二是“基于圖形技術(shù)的作品設(shè)計”，要求每組完成一個完整的CDIO項目過程，即從需求分析(C)、方案設(shè)計(D)、代碼編寫(I)，到作品測試(O)、答辯驗(yàn)收。目的是訓(xùn)練學(xué)生按照軟件工程的思想經(jīng)受一次項目研發(fā)歷程，并體會過程中的合作精神、責(zé)任意識及成就感。
　　課程項目設(shè)計是IPR-CDIO教學(xué)實(shí)施的核心，針對不同性質(zhì)和級別的課程，項目內(nèi)涵不一樣，前沿領(lǐng)域的研究、核心算法的分析與實(shí)現(xiàn)、模擬小項目實(shí)施、綜合課程知識的作品等，均可成為項目；課程級項目也要有研究的內(nèi)涵，具有啟發(fā)引導(dǎo)的目的和意義，而且要大小適中，太大了難以完成，會挫傷學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，太小了又起不到訓(xùn)練的作用?？茖W(xué)合理的項目設(shè)計一定是經(jīng)過課程組精心研究、多輪實(shí)踐而逐漸形成。
　　2教學(xué)實(shí)施
　　教學(xué)方法是激發(fā)學(xué)生興趣的源泉。CDIO倡導(dǎo)“做中學(xué)”教學(xué)法，目的是調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性、積極性和創(chuàng)新性。美國著名哲學(xué)家、教育學(xué)家和心理學(xué)家杜威指出：“從做中學(xué)是比從聽中學(xué)更好的學(xué)習(xí)方法”，“學(xué)與做相結(jié)合的教育將會取代傳授他人學(xué)問的被動的教育[3]”。CDIO項目設(shè)計的目的就是將學(xué)生分成小組置于“做項目”的情景之中，為了完成課程學(xué)習(xí)任務(wù)，他們必須去做，去學(xué)習(xí)探索，去討論解決問題，在堅持完成整個項目生命周期的過程中，達(dá)到項目實(shí)施能力和IPR素養(yǎng)的鍛煉與提高。
　　在第一次課堂教學(xué)中要講述課程教學(xué)目標(biāo)、布置項目任務(wù)、公布評價指標(biāo)、設(shè)計學(xué)生分組等環(huán)節(jié)，充分展示課程學(xué)習(xí)藍(lán)圖，激發(fā)學(xué)生想“做”的愿望和興趣，抓住興奮點(diǎn)。該課程在項目實(shí)施過程中，設(shè)有幾次大討論：應(yīng)用綜述、需求分析、方案設(shè)計、作品預(yù)演、結(jié)果匯報等，使所有學(xué)生都有展示、表達(dá)的機(jī)會，特別是最后的作品匯報中，完全模擬畢業(yè)設(shè)計答辯過程，全體課程組教師和部分學(xué)生代表作為評委，目的是鍛煉學(xué)生對問題的描述水平，口頭表達(dá)及應(yīng)變能力。
　　CDIO把“不求人人成功，但求人人進(jìn)步”作為教學(xué)所追求的一種境界，同時也將之作為教學(xué)評價的目標(biāo)和尺度[2]。以各個小組在達(dá)成目標(biāo)過程中的表現(xiàn)與效果作為評價與獎勵的標(biāo)準(zhǔn)，這種機(jī)制可以把個人之間的競爭轉(zhuǎn)化為小組之間的競爭，從而促使小組內(nèi)部的合作，增強(qiáng)成員的責(zé)任感。
　　計算機(jī)圖形學(xué)設(shè)計了如表1所示的多元評價指標(biāo)，即評價內(nèi)容、主體及方法都是多元化的。從表中看出項目合作過程的成績占總成績的70%，有50%的成績是對整個小組進(jìn)行評價，促進(jìn)學(xué)生增強(qiáng)團(tuán)隊協(xié)作精神和集體榮譽(yù)意識。
　　這種多元評價方式，杜絕了部分學(xué)生靠投機(jī)取巧獲取高分的現(xiàn)象，有利于促進(jìn)學(xué)生自覺地參與小組項目合作過程，腳踏實(shí)地完成自己的任務(wù)，有利于增強(qiáng)學(xué)生的自信心和小組集體榮譽(yù)感，促進(jìn)學(xué)生反思不足、認(rèn)識差距，不斷進(jìn)步與發(fā)展。
　　教師(或工程師)在課程項目實(shí)施過程中，主要起引導(dǎo)或指導(dǎo)作用。針對項目實(shí)現(xiàn)中涉及的數(shù)學(xué)知識、編程技巧、藝術(shù)修養(yǎng)等，教師首先鼓勵學(xué)生自主學(xué)習(xí)、小組討論，或與相關(guān)專業(yè)同學(xué)協(xié)作等方式去解決問題，通過做中學(xué)、在討論中成長的教學(xué)方法，鍛煉學(xué)生自主解決問題的能力，最后教師要給予評價、總結(jié)與后續(xù)提升的引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生向更高的目標(biāo)邁進(jìn)。
　　3教材建設(shè)
　　課程教學(xué)改革的最好成果是教材，良好的教材又能喚起學(xué)習(xí)欲望、提示探究課題、引導(dǎo)學(xué)習(xí)方法、促進(jìn)個性發(fā)展、鞏固知識掌握等。教材內(nèi)容必須具備“易用、時新、精煉、適用”的特點(diǎn)。即教材內(nèi)容能反映本學(xué)科基本原理、思想、技術(shù)和方法在相關(guān)現(xiàn)實(shí)領(lǐng)域的典型應(yīng)用，展示具體環(huán)境、條件、方法和效果，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)現(xiàn)實(shí)問題選擇合適的科學(xué)理論、概念、思想、技術(shù)和方法去分析、解決實(shí)際問題的意識和能力[4]；教材內(nèi)容要及時反映本學(xué)科的最新發(fā)展、最新技術(shù)成就及其最新應(yīng)用，保證學(xué)生“學(xué)以致用”；教材內(nèi)容要精煉，緊密結(jié)合人才培養(yǎng)及課程教學(xué)目標(biāo)的需求，精選有益于學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)與發(fā)展的核心知識和技能要點(diǎn)，優(yōu)化整合、去粗取精、詳略得當(dāng)；教材內(nèi)容與課程教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)改革思路以及教學(xué)對象相適宜，例子要具體實(shí)用，而且具有引導(dǎo)啟發(fā)性，使學(xué)生能夠“看得見、摸得著”，且能促進(jìn)學(xué)生“深下去、見成效”。
　　
　　多年來，老師對計算機(jī)圖形學(xué)教材的選擇一直比較困難。最早是從國外引進(jìn)原版教材，然后是由孫家廣教授編寫、清華大學(xué)出版社的《計算機(jī)圖形學(xué)》一版、二版、三版、新版，幾乎統(tǒng)領(lǐng)了國內(nèi)該課程的教材，直至現(xiàn)在還是考研的參考書，后有潘云鶴院士的《計算機(jī)圖形學(xué)——原理、方法及應(yīng)用》經(jīng)典教材等等，這些教材普遍特點(diǎn)是內(nèi)容非常系統(tǒng)、內(nèi)容描述全面，頁碼較多。其主要思想是以理論原理、算法分析為重點(diǎn)，較少的算法實(shí)現(xiàn)例子也是偽碼說明，使得數(shù)學(xué)基礎(chǔ)較差、編程能力不強(qiáng)的普通高校學(xué)生望而生畏，不適合作為他們的教材使用。后來有一些薄本教材面市，但大多以算法實(shí)現(xiàn)為主，書內(nèi)大多是程序代碼，相當(dāng)于程序設(shè)計類教材，也不適用。
　　課程組編寫的講義經(jīng)過幾年使用后，于2008年由機(jī)械工業(yè)出版社正式出版，書名為《計算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)及實(shí)用教程》，被多所院校所選用。目前，借助于寧波市特色教材項目資助，我們正在對這本教材進(jìn)行改編，知識點(diǎn)更加優(yōu)化，將前期不太系統(tǒng)的案例進(jìn)行集成等。該書特點(diǎn)是基于CDIO工程教育理念，設(shè)計一個完整的案例——圖形學(xué)算法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)以分散的形式貫穿于整個章節(jié)，串起課程的核心理論知識點(diǎn)及算法實(shí)現(xiàn)的技術(shù)要點(diǎn)；學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，又可將分散的系統(tǒng)進(jìn)行集成。每章的知識與算法實(shí)現(xiàn)自成一體，目的是使學(xué)生借助于教材的引導(dǎo)進(jìn)行“學(xué)中做”，將主要章節(jié)的實(shí)驗(yàn)都完成時，系統(tǒng)的完整性就體現(xiàn)出來了，使得學(xué)生體會到“做中學(xué)”所帶來的成就感。而且在每章之后都有帶提示和引導(dǎo)的“超越與提高”，目的是啟發(fā)學(xué)生深入探究下去，鍛煉其自主學(xué)習(xí)意識與創(chuàng)新能力。
　　該教材有效推進(jìn)了以CDIO教育理念指導(dǎo)的課程教學(xué)改革，有效地將理論知識與實(shí)驗(yàn)項目、知識學(xué)習(xí)與項目研發(fā)、自主學(xué)習(xí)與小組研討有機(jī)結(jié)合。對基于項目的一體化教學(xué)起到了有力的支撐作用，學(xué)生從簡單的模仿、模擬入手，由少及多地對原系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，最后達(dá)到自主設(shè)計，完成一個獨(dú)立的系統(tǒng)研發(fā)作品，并作為課程學(xué)習(xí)考核的主要依據(jù)，大大激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)創(chuàng)作熱情，取得了良好的教學(xué)成效。
　　4結(jié)語
　　CDIO式項目化訓(xùn)練在計算機(jī)專業(yè)已經(jīng)實(shí)施五年，教學(xué)效果明顯，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識、項目研發(fā)與設(shè)計能力等都得到加強(qiáng)，極大地鍛煉了學(xué)生的合作意識、溝通交流能力，畢業(yè)生就業(yè)質(zhì)量普遍提高。就計算機(jī)圖形學(xué)課程而言，我們將IPR-CDIO
　　項目融入課程教學(xué)的全過程已經(jīng)4屆，在畢業(yè)設(shè)計中有40余人次選擇與圖形學(xué)相關(guān)的課題，做出了30余件畢業(yè)設(shè)計作品，有的作品成為教學(xué)案例，有的作品成為學(xué)生就業(yè)的敲門磚，有作品獲得了省、市級學(xué)科競賽獎，有的學(xué)生在教師指導(dǎo)下發(fā)表了論文等。大多數(shù)畢業(yè)生在上海、杭州等大型軟件公司做游戲開發(fā)、動畫設(shè)計工作，有些已經(jīng)成為項目經(jīng)理、部門負(fù)責(zé)人，還有已遠(yuǎn)涉日本從事外包軟件設(shè)計等工作。
　　計算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革，不僅挖掘了課程本身的效力，培養(yǎng)出高質(zhì)量的學(xué)生，而且也促進(jìn)了該課程的有效建設(shè)。課程性質(zhì)從選修到必修，再到核心；課程立項為校級精品建設(shè)；課程組成員職稱與學(xué)歷不斷提升，科研和教研能力較強(qiáng)，主持國家級自然科學(xué)基金項目1項、省級和市級3項，主持省教學(xué)成果二等獎1項、科研成果三等獎1項。該課程改革大力推進(jìn)了計算機(jī)專業(yè)的改革與發(fā)展，在學(xué)校創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)區(qū)的基礎(chǔ)上，我院計算機(jī)專業(yè)被立為教育部CDIO課題組的試點(diǎn)專業(yè)、浙江省軟件服務(wù)外包試點(diǎn)專業(yè)。
　　總之，IPR-CDIO教學(xué)思想已經(jīng)深入到多門課程教學(xué)，計算機(jī)圖形學(xué)只是其中的一例，隨著課程教學(xué)改革的深入開展，基于能力和素質(zhì)培養(yǎng)為目標(biāo)的IPR-CDIO教學(xué)理念必將體現(xiàn)出其科學(xué)性、實(shí)用性、先進(jìn)性與推廣性，我們將堅持不懈，為探索培養(yǎng)社會必需的優(yōu)秀人才而努力。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]查建中. 面向經(jīng)濟(jì)全球化的工程教育改革戰(zhàn)略[J]. 高等工程教