廖彬 胡金龍

摘 要 通過分析計算機圖形學課程教學中存在的主要問題，對圖形學課程設置、理論教學、實踐教學進行改革。將理論教學與實踐教學的考核相分離，使圖形學理論課程成為實踐課程的前期課程。通過理論課程中原理、算法的針對性講解，實現(xiàn)理論向實踐的平穩(wěn)過渡，由此激發(fā)學生的學習興趣并培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力。

關鍵詞 計算機圖形學；圖形學理論教學；圖形學實踐教學

中圖分類號：G642.44 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2016）04-0162-03

Teaching Research of Theory and Practice in Course of Com-puter Graphics//LIAO Bin， HU Jinlong

Abstract Through analyzing the main problems in the course of computer graphics， the teaching reform of the computer graphics course is proposed about theoretical teaching and practical teaching. We divide the course of computer graphics into theory course and practice course， and make the theory course of computer graphics become the pre-course for the practice course of computer graphics. Students learning interest is stimulated and their ability to contact the theory with practice is improved through integration the theory and practice of the computer graphics course.

Key words computer graphics； graphics theoretical teaching； graphics practical teaching

1 引言

計算機圖形學是研究如何利用計算機生成、處理和顯示圖形的原理、方法與技術的一門學科[1]。它以圖形用戶界面和可視化技術為典型應用，是信息技術中不可缺少的部分。近年來，國內(nèi)外大學逐漸將其列為計算機應用類課程中的專業(yè)課?，F(xiàn)在，計算機圖形學已經(jīng)在諸如影視動漫、軍事仿真、醫(yī)學圖像處理、氣象等科學可視化領域獲得成功運用，在帶來經(jīng)濟效益的同時，也給計算機圖形學的發(fā)展提供了機遇與挑戰(zhàn)。

本文通過分析計算機圖形學傳統(tǒng)教學中存在的問題，提出改革思路。在教學中，將課程設置為理論教學與實踐教學兩門獨立課程，針對理論教學與實踐教學分別進行教學設計，轉變傳統(tǒng)教學中實驗教學的附屬性質，使理論知識為實踐教學鋪路，增強教學效果，促使學生積極動手操作、思考，促進新舊知識的結合，通過教學過程的探索與總結，增強計算機圖形學的教學效果。

2 計算機圖形學課程教學中存在的問題

傳統(tǒng)的計算機圖形學教學重點一般側重于考核學生對知識點的掌握[2]，課程實踐所占比例較低。然而計算機圖形學課程本身的特點不適于傳統(tǒng)的教學模式，若仍采用傳統(tǒng)教學模式，不僅不利于維持學生的學習興趣，更不利于學生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

計算機圖形學教學內(nèi)容與學生的學習興趣 傳統(tǒng)的計算機圖形學內(nèi)容主要有[3]計算機圖形系統(tǒng)概述、二維圖形生成和變換技術、三維圖形生成和變換技術、真實感圖形生成技術、計算機動畫技術與實踐。該課程入門階段需要的數(shù)學知識主要涉及代數(shù)、三角學和線性代數(shù)，數(shù)學原理與圖形的結合在理論教學中占據(jù)了一定比重。

傳統(tǒng)的計算機圖形學教學目標側重于培養(yǎng)學生對計算機圖形學理論知識的了解與掌握，在教學內(nèi)容的設置上主要強調(diào)圖形學知識、概念的系統(tǒng)性與整體性，重點是概念解釋與原理講解，體現(xiàn)為大量的公式推導。

未進入圖形學教學前，學生對該課程的理解主要分為兩類：一類認為該課程主要講述游戲開發(fā)，學完本課程后就可立即完成諸如游戲編程、動畫設計、特效處理等任務；另一類認為是藝術設計，主要為廣告?zhèn)髅降刃袠I(yè)服務。實際上，在本科階段開設的計算機圖形學課程，通常立足于計算機圖形學科的入門，教學內(nèi)容主要是理解與掌握基本的圖形繪制原理及其實現(xiàn)算法，能進行基本圖形的程序設計。由此，圖形學課程認知的不全面將導致學生學習興趣的下降。學習內(nèi)容的枯燥、教學內(nèi)容與現(xiàn)實應用的巨大落差會導致部分學生的學習興趣隨課程的深入而進一步下降。

計算機圖形學課程實驗的設置 計算機圖形學的實驗內(nèi)容主要集中于基本圖形算法的實現(xiàn)，需要學生運用高級程序語言進行編程，然而作為專業(yè)基礎課程學習的此類高級程序設計課程，往往以基本知識、程序設計、數(shù)據(jù)組織三方面為主要內(nèi)容，一般不涉及圖形庫編程接口（API）。這導致在本課程的實驗教學時，需要針對授課學生原先所學的高級程序語言，補充對應的圖形庫編程知識，這使得實際的有效實驗學時被縮減，而且增大了學生實現(xiàn)算法的難度，以至于進一步加劇了理論與實踐脫節(jié)的現(xiàn)象。

3 理論教學與實踐教學的改革方法與目標

在大學本科第7學期開設計算機圖形學課程，并將其分為理論課與實驗課兩門課程，兩門課程單獨核算成績。其中，理論課為32學時，2.0學分；實驗課為16學時，0.5學分。在理論課程完成后開始實驗課程，計算機圖形學的實驗不再是傳統(tǒng)教學中對理論課上知識點的簡單重復與驗證，而是對所學知識的綜合運用與深化。由此，需要合理選擇理論課教學內(nèi)容，以完成與實驗課程的銜接。同時，設計合適的實驗項目使學生掌握課程基礎知識，提高學生的動手能力，以提升計算機圖形學的教學質量。

理論課教學內(nèi)容設計 計算機圖形學技術在快速發(fā)展，與之相適應，圖形學課程的教學也發(fā)生變化[4]?，F(xiàn)階段，在計算機圖形學教學中主要有3種教學體系，大致分為理論為主、編程為主、問題為主。

1）理論為主是傳統(tǒng)的教學體系，強調(diào)對計算機圖形學理論的理解與掌握，以公式推導為主要呈現(xiàn)方式，國內(nèi)外此類教材有Floey的《計算機圖形學原理及實踐——C語言描述》（原書第2版）、孫家廣的《計算機圖形學》等。

2）編程為主的教學體系側重于培養(yǎng)學生初步掌握一種典型的圖形學API，以圖形學使用者的角度講授計算機圖形學所需的理論與概念，去除非必需的數(shù)學原理與公式推導。國內(nèi)外此類教材有Donald的《計算機圖形學》（第四版）、徐文鵬的《計算機圖形學基礎（OpenGL版）》等。

3）問題為主的教學體系的教學目標著重于培養(yǎng)利用計算機圖形學知識建立與用戶交流的能力，從而實現(xiàn)問題的圖形化建模并解決問題。相應的教學內(nèi)容既涵蓋了圖形學中的基本概念和技術，也涉及了實現(xiàn)這些概念和技術的圖形學工具，然而重點在于介紹如何使用計算機圖形學知識來解決實際問題以及如何有效地進行結果展示。Steve Cunningham的《計算機圖形學》是此類教學體系的典型教材。此類問題為主的教學體系近年來在美國興起。

在本科教學中，考慮到學生前期課程的設置與掌握情況，采用結合OpenGL實現(xiàn)算法的編程為主的教學體系。在實際教學中，既要保證計算機圖形學基本概念、理論的完整講述，也為后續(xù)的實踐課程做鋪墊，有針對性地介紹圖形支撐軟件，使學生在掌握圖形學基本知識的同時，能夠在一定程度上自主實踐，保持與激發(fā)學生的學習興趣。

實驗課教學內(nèi)容的設計 計算機圖形學傳統(tǒng)教學中的實踐一般使用C++來實現(xiàn)相關算法[5]，實現(xiàn)難度過大，導致學生沒有時間和興趣去完成[6]。實踐教學的本意是對理論教學的鞏固、完善與提高，為實現(xiàn)理論與實踐教學的平穩(wěn)銜接，在實踐教學環(huán)節(jié)中采用OpenGL作為圖形算法接口，讓學生有針對性地完成若干實驗項目。

OpenGL是一個工業(yè)標準的三維計算機圖形接口軟件，其具有的功能基本上涵蓋了圖形系統(tǒng)要求提供的所有功能。此外，OpenGL具有的跨平臺性、可擴展性、繪制專一性、網(wǎng)絡透明性等特點使其應用廣泛，降低了對學生編程能力的要求，且由于其開源的特性，使得學生可通過參考其中的算法實現(xiàn)獲得編程能力的提高。

結合圖形學的實際應用與學生的實踐能力，設置如表1所示的實踐項目。

4 小結

計算機圖形學隨著計算機理論與技術的進步、社會應用的需要而有了迅速發(fā)展，是理論與實踐并重的學科，對教學有較高要求。本文從計算機圖形學的學科特點出發(fā)，分析了計算機圖形學傳統(tǒng)教學中存在的問題，提出將理論與實驗相融合的教學思路，改變傳統(tǒng)教學中實驗教學的附屬地位，從實踐的角度出發(fā)，在理論教學中進行概念、理論向實踐的平穩(wěn)過渡，一定程度上降低了學生完成課程實驗的難度，激發(fā)了學生的學習興趣。從教學效果來看，本文提出的教學方法取得較好的成效，同時對計算機專業(yè)的類似課程也具有一定的參考意義。

參考文獻

[1]徐文鵬，王玉琨.計算機圖形學基礎（OPENGL版）[M].北京：清華大學出版社，2014.

[2]杜利峰，李竹林.基于OpenGL的計算機圖形學教學改革探索[J].電子設計工程，2012（13）：6-8.

[3]王汝傳，黃海平，林巧民，等.計算機圖形學教程[M].3版.北京：人民郵電出版社，2014.

[4]劉貴松，房秀芬，陳文宇.基于計算思維能力培養(yǎng)的計算機圖形學知識體系[J].實驗科學與技術，2015，13（2）：

160-162.

[5]胡彬.計算機圖形學實踐教學法改革研究[J].電腦知識與技術：學術交流，2015（4）：115-116.

[6]梁麗香，梁劍波.計算機圖形學課程教學改革探索[J].電腦知識與技術，2015（8）：199-200.