宋春霖 楊金龍 袁運(yùn)浩

摘要：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，已成為計(jì)算機(jī)科學(xué)中最為活躍的分支之一。但如何更好地指導(dǎo)教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，幫助學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)，提高教學(xué)效率仍是一個(gè)值得探討的課題。本文對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行分析，提出以學(xué)生為主體，以實(shí)踐為主導(dǎo)，拓寬思維，加強(qiáng)案例教學(xué)，科學(xué)考試模式及評(píng)價(jià)等幾個(gè)方面展開(kāi)討論，為下一步提高新時(shí)期計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)效果奠定基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；教學(xué)改革；案例教學(xué)；拓寬思維

中圖分類號(hào)：G642.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）49-0152-02

一、引言

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一種使用數(shù)學(xué)算法將二維或三維圖形轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)顯示器的柵格形式的科學(xué)。簡(jiǎn)單地說(shuō)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容是如何在計(jì)算機(jī)中表示圖形，以及利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖形的計(jì)算、處理和顯示相關(guān)原理與算法。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)虛擬了真實(shí)的現(xiàn)實(shí)環(huán)境，生成視覺(jué)感強(qiáng)的真實(shí)感圖形。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的一門必修課程，該課程主要介紹了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、構(gòu)成不同圖形所需要的元素、生成圖形的算法等，其研究?jī)?nèi)容也極其廣泛，如虛擬場(chǎng)景模擬，動(dòng)態(tài)仿真等，該課程可以讓學(xué)生加深對(duì)計(jì)算機(jī)的理解，同時(shí)又可以提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力。然而，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)強(qiáng)調(diào)學(xué)生需要具備較強(qiáng)的數(shù)學(xué)功底以及較好的編程能力，所以，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍感到枯燥無(wú)味，無(wú)法吸收，難以達(dá)到應(yīng)有效果。本文分析了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的課程特點(diǎn)及教學(xué)中存在的問(wèn)題，提出解決問(wèn)題的個(gè)人見(jiàn)解，適時(shí)引入OpenGL3D實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，有效地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，對(duì)晦澀的理論知識(shí)有了感官上的理解和認(rèn)識(shí)，降低了教學(xué)難度。

目前，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)存在以下幾個(gè)問(wèn)題。從課程理論內(nèi)容來(lái)看，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論晦澀難懂，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是建立在圖論、現(xiàn)代數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)上的一門新興學(xué)科。涉及計(jì)算幾何、圖像處理、模式識(shí)別等多個(gè)學(xué)科的相關(guān)知識(shí)。學(xué)科交叉繁雜，使該學(xué)科成為一門以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)、算法為主線的強(qiáng)理論、重實(shí)踐的課程。因此學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)理論知識(shí)抽象。計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)算法難度較大。故而漸漸地失去了學(xué)習(xí)的興趣。

從實(shí)際應(yīng)用角度來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)快速發(fā)展，越來(lái)越多的開(kāi)源圖形學(xué)項(xiàng)目被廣泛應(yīng)用到我們的生活中，其中，比較著名的有OpenGL，Direct3D，Unity3D等，這些軟件不僅僅集成了圖形學(xué)的原理及數(shù)學(xué)公式，同時(shí)具有良好的視覺(jué)效果。然而，在高校的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，C/C++作為編程工具，沿用至今，使得學(xué)生實(shí)現(xiàn)起來(lái)難度太大，特別是繪制模型的實(shí)現(xiàn)。

從學(xué)生的角度來(lái)說(shuō)，對(duì)于面向以程序員為職業(yè)的同學(xué)，復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)屬于畫蛇添足。既浪費(fèi)了學(xué)生學(xué)習(xí)的時(shí)間，也浪費(fèi)了學(xué)生學(xué)習(xí)的精力。對(duì)于面向以考研的同學(xué)來(lái)說(shuō)，這部分內(nèi)容缺乏新意，只涉及到簡(jiǎn)單的2D圖形的變換，建模，沒(méi)有深層次的研發(fā)設(shè)計(jì)，難以給學(xué)生以啟發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生迸發(fā)智慧火光。

從課程實(shí)驗(yàn)內(nèi)容來(lái)看，實(shí)驗(yàn)部分偏少。并且大部分都是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，沒(méi)有創(chuàng)新性，難以引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)需要需要大量實(shí)踐的內(nèi)容，不斷的實(shí)踐才能讓學(xué)生真正理解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的精髓。否則，就無(wú)法體驗(yàn)到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)帶給他們的神奇，更無(wú)法激起學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情，更不用說(shuō)學(xué)習(xí)的目標(biāo)性。依葫蘆畫瓢成為了學(xué)生上實(shí)驗(yàn)課程的通病，沒(méi)有實(shí)際價(jià)值，對(duì)于沒(méi)有充分實(shí)驗(yàn)的學(xué)生們來(lái)說(shuō)，沒(méi)有得到有價(jià)值的鍛煉，收益頗淺。

從課程教學(xué)時(shí)間來(lái)看，這門課程被安排在了大四上學(xué)期。這一學(xué)期是大學(xué)生最為忙碌的一段時(shí)間。一部分學(xué)生為考研究生而努力，一部分學(xué)生為出國(guó)留學(xué)在艱苦奮斗，還有一部分學(xué)生為實(shí)習(xí)找工作而焦頭爛額，真正一心一意、認(rèn)認(rèn)真真來(lái)上課的學(xué)生鳳毛麟角。掙得學(xué)分、順利畢業(yè)成為了學(xué)生來(lái)上這門課程的主要?jiǎng)訖C(jī)。學(xué)生自主學(xué)習(xí)的態(tài)度不端正，學(xué)習(xí)的目標(biāo)性不明確，動(dòng)力自然不足，學(xué)習(xí)效果可想而知。

針對(duì)上述問(wèn)題，文章將從自身課堂教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，探討如何有效指導(dǎo)教學(xué)，以提高學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的學(xué)習(xí)興趣，更好明確學(xué)生學(xué)習(xí)方向和目標(biāo)，提高教學(xué)質(zhì)量。

二、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革模式

（一）精簡(jiǎn)理論內(nèi)容，增加實(shí)踐機(jī)會(huì)

理論是實(shí)踐的基礎(chǔ)，任何一件事情總必先有理論，后有實(shí)踐，缺乏理論，實(shí)踐就像是失去控制的方向盤；缺乏實(shí)踐，一切都將只是紙上談兵。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，是一門實(shí)踐重于理論的學(xué)科。換句話說(shuō)，以學(xué)生熟練使用為目的，以能將理論應(yīng)用于實(shí)踐為行動(dòng)方針，簡(jiǎn)單闡述復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式推導(dǎo)，圖形學(xué)原理，將更多的時(shí)間花費(fèi)在軟件的編程，效果圖的呈現(xiàn)上?，F(xiàn)有計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)大多采用傳統(tǒng)的教學(xué)方法，這僅適合于“面向理論”的教學(xué)目標(biāo)與內(nèi)容，而有悖于新時(shí)期的人才培養(yǎng)目標(biāo)與趨勢(shì)。因此，在教學(xué)內(nèi)容上，主要需要從圖形學(xué)的使用者角度來(lái)講解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的必備理論與概念，摒棄不必要的數(shù)學(xué)知識(shí)與公式推導(dǎo)，不追求“羅列式的全面”，而追求“使用型的精煉”。

（二）拓寬思維，合理分配實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

實(shí)驗(yàn)是增強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手操作能力的重要途徑?，F(xiàn)階段的教學(xué)實(shí)驗(yàn)以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，枯燥無(wú)味，打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)這一門課程的積極性。因此，因材施教，在增加實(shí)驗(yàn)課程學(xué)時(shí)的同時(shí)，將實(shí)驗(yàn)課程分為課程驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及課程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。這對(duì)教師備課有了更高的要求。驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)只需要照本宣科，但是課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及課程創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)需要老師非常熟悉計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展前沿，啟發(fā)學(xué)生獲得他們的課程題目，從而有目的地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)更加自主，學(xué)習(xí)效果更好。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以培養(yǎng)學(xué)生圖形學(xué)算法的設(shè)計(jì)能力、圖形軟件的開(kāi)發(fā)能力為原則，合理分配實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。在實(shí)驗(yàn)環(huán)境上，采用國(guó)際流行的開(kāi)源平臺(tái)，幫助學(xué)生跟深入理解圖形學(xué)。

（三）啟發(fā)教學(xué)，思路新穎

大學(xué)是學(xué)生的舞臺(tái)，在這里教師做引路人，培養(yǎng)他們創(chuàng)新思維能力，學(xué)生做舞臺(tái)上的表演者，展現(xiàn)他們的個(gè)性，留下精彩。以建構(gòu)主義為指導(dǎo)思想，提倡將問(wèn)題還給學(xué)生，讓他們經(jīng)歷完整的問(wèn)題探究—分析—解決過(guò)程，并在此過(guò)程中建構(gòu)知識(shí)，培養(yǎng)能力。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)需要學(xué)生在了解掌握其基本思想理念之后，結(jié)合自己的想法，找到學(xué)習(xí)這門課程的興趣與運(yùn)用這門課程的竅門。使用啟發(fā)式的教學(xué)模式能夠讓學(xué)生腦洞打開(kāi)，從不同的角度去詮釋計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，更好地掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的精髓。教師本身有自己的研究領(lǐng)域，將其應(yīng)用于教學(xué)固然很好，但是，這一研究領(lǐng)域需要突破，采用頭腦風(fēng)暴式的形式既有利于拓寬計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究范圍，找到新的思路，也可以引領(lǐng)新一代大學(xué)生帶著滿腔熱血走向科學(xué)研究之路，為國(guó)家新興產(chǎn)業(yè)貢獻(xiàn)自己的一份力量。

（四）案例教學(xué)，學(xué)以致用

學(xué)習(xí)是為了更好地服務(wù)社會(huì)，服務(wù)國(guó)家。僅僅知道計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理，僅僅學(xué)會(huì)公式的推導(dǎo)，僅僅能夠做一些簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，離國(guó)家旨在培養(yǎng)高水平人才的目標(biāo)相差甚遠(yuǎn)。目前，我們需要培養(yǎng)的是學(xué)生能夠?qū)⑺鶎W(xué)用于實(shí)際，解決實(shí)際問(wèn)題，創(chuàng)造性地生產(chǎn)出有利于人民生產(chǎn)生活的產(chǎn)品或服務(wù)。案例教學(xué)，將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域最新的研究成果和最先進(jìn)的研究思維注入教學(xué)過(guò)程中，結(jié)合OpenGL，用實(shí)際案例熏陶學(xué)生，學(xué)習(xí)已有先進(jìn)技術(shù)，激發(fā)學(xué)生對(duì)于科學(xué)研究的熱情，自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)探索，充分調(diào)動(dòng)數(shù)以億計(jì)的腦細(xì)胞，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，能再創(chuàng)奇跡。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)核心應(yīng)該是重視基礎(chǔ)，增強(qiáng)應(yīng)用，聯(lián)系實(shí)際。步步遞升，一切為科學(xué)技術(shù)發(fā)展。

（五）調(diào)整學(xué)習(xí)時(shí)間，避開(kāi)忙碌學(xué)期

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門實(shí)用性非常強(qiáng)的學(xué)科，需要學(xué)生集中精力與時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)。大四的上學(xué)期是學(xué)生四年以來(lái)最為忙碌的一個(gè)學(xué)期，各種想法在此時(shí)都會(huì)在頭腦中閃現(xiàn)。集中精力學(xué)習(xí)一門新的課程成為了一件奢侈品。相反，大三的上學(xué)期，正是學(xué)生們找到自己的未來(lái)方向，各門基礎(chǔ)課程都已學(xué)習(xí)完畢的時(shí)候，此時(shí)，學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是最佳時(shí)期，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)說(shuō)需要的輔助學(xué)科不需要重新鞏固，省時(shí)，省力；學(xué)生此時(shí)也正逢一門心思的學(xué)習(xí)，正是培養(yǎng)學(xué)習(xí)方向的時(shí)候。學(xué)好計(jì)算機(jī)圖形學(xué)對(duì)學(xué)生將來(lái)的就業(yè)也是不小的幫助。

（六）靈活考試模式，科學(xué)考試評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

目前，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的考試模式仍然采用閉卷考試的形式。這一形式束縛了學(xué)生學(xué)習(xí)這一門課程的學(xué)習(xí)空間，只能考核學(xué)生的記憶能力和簡(jiǎn)單的推理能力。容易導(dǎo)致學(xué)生一味追求考前突擊，臨時(shí)抱佛腳，而不注重平時(shí)知識(shí)的積累和實(shí)質(zhì)性掌握。導(dǎo)致學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)不成體系，難以應(yīng)用。如果以創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)取代傳統(tǒng)的考試，要求學(xué)生利用整個(gè)學(xué)習(xí)時(shí)間，完成一創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)，學(xué)習(xí)效果必將會(huì)事半功倍。無(wú)可厚非的是，創(chuàng)新設(shè)計(jì)的考題需要教師在教學(xué)過(guò)程中充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動(dòng)性，不然，考試答案必將以雷同的形式收?qǐng)?，達(dá)不到最初設(shè)定這種考試形式的初衷。另外，創(chuàng)新課程設(shè)計(jì)沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的考試答案，只需要有創(chuàng)新點(diǎn)，以學(xué)生能力培養(yǎng)為導(dǎo)向，鼓勵(lì)創(chuàng)新，鼓勵(lì)思維的擴(kuò)散。

三、結(jié)論

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門發(fā)展速度很快的交叉性學(xué)科。文章針對(duì)目前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)過(guò)程中存在的一些問(wèn)題，分別從教學(xué)內(nèi)容體系完善方面，案例設(shè)計(jì)方面，時(shí)間調(diào)整，考試模式方面做了初步研究，結(jié)合自身教學(xué)實(shí)踐，給出了簡(jiǎn)單建議。目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)模式還存在許多不足，還需要相關(guān)的研究人員做進(jìn)一步的研究。

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