计算机图形学教学改革方法

摘 要：针对计算机图形学的课程特点,分析教学中出现的系列问题,从教学模式、案例材料设计、教学内容调整、启发式教学等角度给出具体的教学改革措施并探讨其在教学环节中的实际应用.实践教学表明,这些措施对提高教学质量,加深课程内容理解,激发学生的学习兴趣并培养学生综合能力有积极的作用.

关 键 词：计算机图形学；教学改革；教学模式；案例材料；启发式教学

中图分类号：TP391.41-4文献标识码：A文章编号：1007-9599（2012）16-0000-02

1引言

计算机图形学是研究如何在计算机中生成、显示和处理图形的一门学科[1-2],国内高等院校均设置了相关的本科课程.计算机图形学具有较高的实用价值,掌握它不但需要较高的数学基础,而且要求学生有很好的实际编程能力,这使得学生在学习过程中普遍感到枯燥无味、晦涩难懂,难以达到应有的教学效果.本文分析了计算机图形学的课程特点及教学中存在的问题,对计算机图形学的教学改革进行了一些有益探讨.

2课程教学特点及存在问题

计算机图形学是一门理论和实践兼顾、发展日新月异、综合性很强的交叉学科,涉及内容和应用领域非常广泛.它涵盖了数学、物理学、计算机科学等相关学科的知识.同时,该课程以数据结构、计算机高级语言、图形基本原理等为先导课程,并且对高等数学、线性代数等基础数学有较高的要求.以下笔者根据自身的教学实践来阐述该课程教学过程中存在的一些问题.

2.1学习的积极性

对于经常接触计算机的学生,能够较为直观深刻地感受计算机图形学的具体应用,例如逼真的游戏场景、令人炫目的动画等等.学生初学本课程时,一般抱有较高的兴趣.但随着学习的深入开展,发现课程理论艰深、晦涩难学,与心目中期望值偏差较大,畏难情绪逐步积累,会逐渐丧失学习的积极性.

2.2先修课程

学生对于先修课程内容是否具有良好的基础直接影响着对计算机图形学课程的学习.先修课包括高等数学、线性代数、数据结构和程序设计课程.由于开课多安排在大学四年级,因而数学知识对学生学习该课程而言已经够用.本门课程实践性很强,程序设计课程知识对学生理解图形学算法并进行实验非常重要,掌握不好会使学生无法完成算法的实验验证,使学生产生挫败感.数据结构则用于描述图形内部结构,使用得当可由基本形体构建复杂图形.

2.3课堂教学偏理论化

图形学课程内容庞杂,理论内容丰富,数学公式繁多.为了使学生理解一个算法,需要从算法来源、图形建模到算法推导等方面着手,老师的大部分精力耗费在了课程内容的讲授上,无法客观有效地获知学生的接受情况.由于学时有限,学生不能全面动手进行实践巩固所学,因此最后对于课程的理解就只限于泛泛的概念了.计算机图形学是一门实践性很强的学科,上机实践是学好这门课的必要手段[3-4].但是,由于课程学时的限制,使原本很重要的实践活动无法按时完成.上机平台采用的多是非主流平台的TurboC,致使学生无法在实验中学到将来就业时需要掌握的编程知识,大幅降低学生的上机兴趣.

3教学改革

3.1教学模式的科学使用

在计算机图形学课程教学中,教学内容的选择是核心,其次是教学模式的选用.加强可视化多媒体教学,运用PPT、flash制作经典算法的仿真演示.运用多媒体教学不仅可以使学生形象直观地理解教学内容,而且还可以增加教学的信息量.电子教案的制作应尽可能生动有趣,尽可能多的准备与教学内容相关的多媒体素材.通过flash动画演示,把复杂枯燥的数学推导和算法描述成生动有趣的动画,激发学生的学习兴趣.此外,传统的“粉笔+黑板”讲课模式也有优势,教师可通过肢体语言感染学生,提高师生之间的互动性.对于本门课程而言,传统教学模式适用于需要严谨逻辑推导证明以及需要学生思考的教学内容.例如,在讲解经典图形生成算法时,对数学推导过程,可以采用传统教学模式,这样便于学生理解,并能给学生留出足够的思考时间.师生之间的课下交流则可通过网络教学平台来进行.通过该平台,教师可以进行课下在线答疑.为此,根据学校的实际教学条件,可采取以多媒体教学模式为主,辅之以传统教学模式,并注重利用课下网络教学平台的模式.

3.2案例材料设计

为了培养学生的实践能力,有必要编写一套与教学内容、教学进度相适宜、与教材相配套的教学案例材料.该案例教材可以设计一个游戏场景为目标,贯穿整门课程从基本经典图形生成算法到高级光照渲染等内容,使得学生一步步通过编程实践,从易到难,有针对性的掌握教学内容.

3.3调整授课内容和方法

由于课程学时短,内容多,算法推导繁琐,因此可在教学过程中对于基本经典内容重点讲授,而相似性内容在课堂上指出要点,其余细节留给学生自己消化.这样一来,不仅有助于学生掌握重点,而且有助于培养学生独立学习的能力.计算机图形学课程高级主题部分均具有一定的深度和广度,每一个相关部分都可看做一个独立的研究分支,如果全部面面俱到,重点教授,不但学时不允许,学生也难于接受.对这部分内容,可选择少量内容深入讲,而对其它内容采用专题讨论的形式.在专题讨论中,教师给出最新搜集的演示图片或视频,指出该部分内容的应用背景及局限性,帮助学生扩大知识面,以备将来应用之需.这样一来,既可以做到有点有面,适当地加大深度,又能够确保教学任务的高效完成.学生不仅学到了必要的知识和方法,体会到基本原理的应用过程,而且开阔了视野

3.4启发式教学

对于计算机图形学教学,由于其存在大量数学公式和算法,照本宣科的教学方法会让学生感到枯燥、乏味,进而影响到他们的学习积极性和主动性.可考虑启发式教学方法,首先由教师针对教授内容提出问题并由学生初步进行解答.接下来,通过深入分析问题给出解决问题的多种方法.最后,为学生分析各种解决方法的优缺点.这么做,可以引导学生逐步展开,层层深入,积极思考,充分调动学生的学习积极性.

4结束语

针对计算机图形学的课程特点及教学过程中存在的问题,本文从教学模式、案例材料设计、课程内容调整以及启发式教学等方面进行教学改革的探索.从教学反馈结果看,本文所提出的方法和措施学生普遍能够接受,明显地提高了学生学习的积极性,取得了较好的教学效果.