陳莉

摘要：分析當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中存在的若干問(wèn)題，提出通過(guò)不斷更新和優(yōu)化課程內(nèi)容提高學(xué)生的學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)興趣；通過(guò)改進(jìn)的教學(xué)方法和手段激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力及創(chuàng)造力，同時(shí)說(shuō)明實(shí)施過(guò)程。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；教學(xué)改革；建構(gòu)主義；開(kāi)放式

0、引言

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)的一門比較重要的課程。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的是如何利用計(jì)算機(jī)生成、處理和顯示圖形的原理、方法與技術(shù)n]。它是一門復(fù)雜的綜合性新興學(xué)科，廣泛應(yīng)用在工業(yè)、科技、教育、管理、商業(yè)、藝術(shù)、娛樂(lè)等多種領(lǐng)域。這門課程理論性較強(qiáng)，內(nèi)容抽象、難懂，要求學(xué)生有一定的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)并且具有一定的編程能力，部分學(xué)生感覺(jué)學(xué)習(xí)起來(lái)吃力，學(xué)習(xí)積極性不高，教學(xué)效果不夠理想。文獻(xiàn)提出了建構(gòu)教學(xué)模式在圖形學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用；文獻(xiàn)[3]也針對(duì)已有的圖形學(xué)教學(xué)模式提出了改進(jìn)。筆者對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析探討，并對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)內(nèi)容及方法提出了改進(jìn)，在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)與實(shí)驗(yàn)中，取得了良好的效果。

1、圖形學(xué)教學(xué)及實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

1.1 內(nèi)容枯燥難懂

目前，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程講述的重點(diǎn)是圖形學(xué)技術(shù)，強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本算法的生成和實(shí)現(xiàn)，對(duì)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)要求較多，還要有一定的三維空間想象能力。這種強(qiáng)調(diào)圖形算法基礎(chǔ)的教學(xué)比較適合數(shù)學(xué)基礎(chǔ)優(yōu)秀的學(xué)生，對(duì)大多數(shù)本科學(xué)生來(lái)說(shuō)，這種理論性太強(qiáng)的課程，理解起來(lái)較難，學(xué)習(xí)起來(lái)不易，直接影響了學(xué)生的積極性，影響了教學(xué)效果。

1.2 編程語(yǔ)言環(huán)境古板陳舊

在很多高校，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的實(shí)驗(yàn)都是基于Turbo C環(huán)境下的編程練習(xí)。雖然Turbo C提供了非常優(yōu)秀的C語(yǔ)言編程環(huán)境，但是由于編程界面不夠友好，使用不方便，多數(shù)學(xué)生對(duì)它不感興趣。

1.3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一

該課程的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括最基本的實(shí)驗(yàn)環(huán)境的熟悉及像素點(diǎn)的生成，基本圖形元素（直線、圓和橢圓）生成算法的實(shí)現(xiàn)，二維圖形的填充和裁剪算法和圖形幾何變換（二維、三維變換）的實(shí)現(xiàn)等?；镜膶?shí)驗(yàn)主要是為了驗(yàn)證理論教學(xué)中學(xué)到的算法，比如直線生成算法實(shí)驗(yàn)，就是編程實(shí)現(xiàn)一條直線的生成，沒(méi)有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，學(xué)生感覺(jué)所編程序與現(xiàn)實(shí)中成熟的各類畫(huà)圖軟件差距較大，進(jìn)而失去學(xué)習(xí)興趣。

2、教學(xué)改革實(shí)踐

2.1 選擇內(nèi)容稍簡(jiǎn)單的教材

當(dāng)前圖形學(xué)的課本非常多，經(jīng)典教材中多采用c語(yǔ)言偽代碼，且講解的知識(shí)較多、難度較大，學(xué)生學(xué)習(xí)比較吃力。考慮到本校碩士專業(yè)也開(kāi)設(shè)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門課，主要講解三維的知識(shí)，所以我們將本科教學(xué)中的重點(diǎn)定位為二維知識(shí)的掌握，三維的知識(shí)作為簡(jiǎn)單介紹和了解，這樣降低了學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，為以后學(xué)習(xí)三維打好基礎(chǔ)。因此，在選擇教材時(shí)，主要考慮以二維知識(shí)為主的、包含有程序代碼的、利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)的教材。

2.2 將AutoGAD等成熟軟件引入圖形學(xué)課堂

圖形學(xué)的基本內(nèi)容以二維為基礎(chǔ)，AutoCAD是最為成熟的二維圖形軟件之一，它的功能非常強(qiáng)大，幾乎囊括了圖形學(xué)中的所有知識(shí)。因此，在教學(xué)過(guò)程中以AutoCAD為例給學(xué)生講解，使本來(lái)抽象難瞳的知識(shí)變得可見(jiàn)，例如，在講到矢量字符時(shí)，AutoCAD可以允許用戶以形定義的方式自己創(chuàng)建矢量字符。學(xué)生在使用AutoCAD創(chuàng)建字符的同時(shí)，加深了對(duì)概念的理解。AutoCAD的交互能力是非常強(qiáng)大的，教師在講解圖形交互技術(shù)一章時(shí)，重點(diǎn)介紹AutoCAD中的對(duì)象捕捉功能、網(wǎng)格功能、約束技術(shù)等，使學(xué)生對(duì)圖形交互有更直觀的印象。在講解曲線一章時(shí)，教師可以用Photoshop中的路徑生成工具來(lái)講解Hermit曲線，講三維建模時(shí)引入3DMAX。這些成熟的軟件給學(xué)生搭建一個(gè)對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐的平臺(tái)，讓學(xué)生更好地理解課本的內(nèi)容，使難懂晦澀的內(nèi)容變得生動(dòng)形象起來(lái)，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

2.3 將最新的研究成果帶入課堂

圖形學(xué)是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，它應(yīng)用廣泛，每一個(gè)應(yīng)用方面都有最新的研究成果。在講解課本知識(shí)之外，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，我們搜集了一些介紹圖形學(xué)知識(shí)的紀(jì)錄片。比如在講到分形時(shí)，播放分形在影視特效中的應(yīng)用；在講到真實(shí)感圖形時(shí)，播放工業(yè)光魔在這方面的研究歷史，從最初起步到現(xiàn)在技術(shù)日益成熟。這些紀(jì)錄片豐富了學(xué)生的知識(shí)，開(kāi)闊了學(xué)生的視野，加深了學(xué)生對(duì)課本知識(shí)的理解。

3、實(shí)驗(yàn)改革實(shí)踐

3.1 選擇可視化編程語(yǔ)言環(huán)境

針對(duì)Turbo C編程環(huán)境的死板和界面不夠友好的情況，我們?cè)谶x擇教材時(shí)，選擇的是用VC編程的教材。學(xué)生可按照教材完成實(shí)驗(yàn)。因?yàn)閂C開(kāi)發(fā)環(huán)境是可視化的，編寫(xiě)的程序執(zhí)行結(jié)果明顯，學(xué)生很有成就感，對(duì)完成實(shí)驗(yàn)更有自信。學(xué)生也可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)，來(lái)學(xué)習(xí)實(shí)用的編程語(yǔ)言，促進(jìn)了對(duì)新知識(shí)的學(xué)習(xí)。

3.2 明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，整合實(shí)驗(yàn)效果

教師在新課剛剛開(kāi)始講解時(shí)就以Windows自帶的畫(huà)圖軟件為目標(biāo)，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的時(shí)候以其為模板。在講解實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，老師一開(kāi)始就引入了添加菜單、工具欄、鼠標(biāo)畫(huà)圖、橡皮筋技術(shù)以及調(diào)色板，這樣在實(shí)驗(yàn)中學(xué)生就可以自己編出用鼠標(biāo)畫(huà)出直線、設(shè)置顏色的程序，因?yàn)榉浅ＹN近現(xiàn)有的成熟軟件，所以學(xué)生很有成就感。

整個(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)圍繞畫(huà)圖軟件，使其與課程進(jìn)展相結(jié)合，由簡(jiǎn)入繁。

有了畫(huà)圖軟件這個(gè)目標(biāo)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中會(huì)主動(dòng)地考慮一些功能的實(shí)現(xiàn)，比如用鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)鉛筆畫(huà)功能，是學(xué)生自己考慮出來(lái)的。學(xué)生通過(guò)自己去想、去嘗試、去實(shí)現(xiàn)，提高了學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，最后不僅完成了課本上要求的任務(wù)，還自己增加了一些實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，提高了編程能力。學(xué)生將每次所學(xué)的課程內(nèi)容都添加在一個(gè)程序中，最后自然就完成了教材中所要求的綜合性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而且所實(shí)現(xiàn)的功能要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于教材中的要求。

3.3 教學(xué)與實(shí)驗(yàn)結(jié)合，變被動(dòng)復(fù)習(xí)為主動(dòng)復(fù)習(xí)

在教學(xué)中，我們引入建構(gòu)主義教育思想，將期末設(shè)計(jì)改為圖形學(xué)教學(xué)網(wǎng)站的設(shè)計(jì)。建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)習(xí)者的知識(shí)是在一定情境下，借助他人的幫助，人與人之間的協(xié)作、交流，利用必要的信息等，通過(guò)意義的建構(gòu)而獲得的。以往的復(fù)習(xí)，就是學(xué)生個(gè)人死記硬背概念，學(xué)生不愿意背，也不容易記住。期末設(shè)計(jì)以小組團(tuán)隊(duì)為單位，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，借助開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)思想，不限制實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)，不限制實(shí)驗(yàn)時(shí)間，不限制實(shí)驗(yàn)小組，由學(xué)生自己決定團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)內(nèi)部自主分配任務(wù)，通過(guò)網(wǎng)上指導(dǎo)，隨時(shí)有問(wèn)題隨時(shí)解決，這是對(duì)學(xué)生將以往所學(xué)的網(wǎng)絡(luò)知識(shí)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)的一次整合，使學(xué)生充分體會(huì)到每門課都是息息相關(guān)的。學(xué)生們需要將所學(xué)的知識(shí)在網(wǎng)上重現(xiàn)，在重現(xiàn)的過(guò)程中，就是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一次鞏固、一次主動(dòng)的復(fù)習(xí)。教學(xué)網(wǎng)站的設(shè)計(jì)包括各種圖形學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、算法代碼、當(dāng)前圖形學(xué)的研究熱點(diǎn)、著名圖形學(xué)網(wǎng)站的鏈接等。學(xué)生們根據(jù)自己在學(xué)習(xí)圖形學(xué)中遇到的問(wèn)題，借鑒現(xiàn)在網(wǎng)上已有的教學(xué)網(wǎng)站，設(shè)計(jì)出自己風(fēng)格的網(wǎng)站，將枯燥的死記硬背改為有效的主動(dòng)復(fù)習(xí)。圖1是某小組實(shí)現(xiàn)的關(guān)于“當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問(wèn)題”這個(gè)方面的網(wǎng)頁(yè)，他們搜集、查閱了大量資料，豐富了其圖形學(xué)知識(shí)，在搜集過(guò)程中更提高了對(duì)圖形學(xué)的興趣。

圖2中某小組搜集了各類圖形學(xué)題目，在此給出了答案。在出題過(guò)程中，不會(huì)題的同學(xué)之間相互討論，問(wèn)老師，更好地掌握了所學(xué)知識(shí)，加深了對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解。

通過(guò)期末設(shè)計(jì)，老師不僅可以了解學(xué)生的學(xué)習(xí)思維的方式，而且從中也能發(fā)現(xiàn)自己的不足，從而為以后的教學(xué)改進(jìn)提供依據(jù)，在以后的教學(xué)中也應(yīng)多從學(xué)生的角度來(lái)考慮教授內(nèi)容，應(yīng)將演示軟件、網(wǎng)站等引入教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)多方面、多維的立體化教學(xué)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并通過(guò)各種途徑與學(xué)生交流和討論。

4、結(jié)語(yǔ)

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門比較重要的專業(yè)課程，它具有較強(qiáng)的理論性和實(shí)踐性，但是在教師的教與學(xué)生的學(xué)之間存在著各種各樣的問(wèn)題。我們對(duì)該課程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題進(jìn)行了分析，從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)和實(shí)驗(yàn)方法等方面對(duì)該課程進(jìn)行了探討，改進(jìn)了傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)任務(wù)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，并使老師從中找到自身教學(xué)的不足，也提高了老師的教學(xué)水平，達(dá)到了雙贏的效果。endprint