“计算机图形学”课程的教学改革与实践

摘 要计算机图形学的主要内容是研究如何在计算机中表示图形以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法.从学生的学习情况和实验情况,通过采用调查法、案例教学法和案例应用推广的方法,“以点带面”引导学生积极思考,使学生熟练掌握常见的图形学算法.同时通过考试检验,发现学生利用这种方法能够比较熟练的掌握算法,并对其进行应用,具有较好的教学效果.

关 键 词计算机图形学调查法案例教学法教学改革中图分类号：G424文献标识码：A

信息与计算科学专业作为理学的一个热门专业,其培养目标是培养具有良好的数学知识,掌握信息科学和计算科学的基本理论和方法,受到科学研究的初步训练,能运用所学知识和熟练的计算机技能解决实际问题,能在科技、教育和经济部门从事研究、教学和应用开发和管理工作的高级专门人才.这就需要学生具有较强的综合素质.①②与其他专业相比,信算专业具有一定的数学基础和计算机知识,善于发现问题,具备一定的创新意识,但是动手能力较弱,创新性不强,综合运用所熟悉的数学知识和信息知识的能力不高.计算机图形学（以下简称图形学）作为信算专业的一门选修课,是一门理论、技术与应用相结合的技术应用性课程.该课程是2001年美国计算机学科教程和2002年中国计算机科学与技术学科教程的核心课程之一.③④⑤对于提高学生的动手能力,培养学生的综合素质大有裨益.

1计算机图形学所存在的问题

信算专业的大多数学生具有学习图形学的动机和,但目前对于图形学实验课程所能提供的具有动手、创新的环境有限,学生无法充分发挥自己的学习潜力,同时难以提高自己的创新能力.同时学生也不善于利用现有的资源和条件,更不能创造出自己所需要的资源和条件.具体表现为：

（1）传统的教学内容.目前的图形学课程教学主要以课堂讲解、传授知识为主.在教学过程中学生的个性,一直沿用相同的的大纲、教材和考试方式,在这种情况下,学生的知识结构和思维方式也很容易与老师相同,缺乏创新、缺乏创见.同时,对于学生的积极性有很大影响.

（2）实验教学模式比较单一,教学效果不够理想.传统的实验教学侧重于验证性的实验教学,从实验的思想到实验算法的确定,基本上都是由教师事先讲解好,学生只是被动的接受和模仿,让学生自己思考的东西较少,很多学生只是盲目敲击代码,并不了解为什么这么做,不利于学生创新能力和综合素质的培养.

（3）对学生评价考核机制还不够科学完善.目前评价学生的标准主要是考试成绩,因而在一定程度上导致学生片面追求考试成绩,忽视其它能力尤其是实验动手能力和创新能力的培养.

2教学改革的主要内容

2.1改革课堂教学模式

课堂教学是教学的基本组成形式,学生能力的培养也必须渗透到图形学的教学过程中.教师既要传授知识,又要培养学生的动手能力、创新能力、实验能力等等.同时以此为基础,要结合学生不同的认知水平和生活体验,创设新的教学情景导入新课,激发学生学习的.在教学中,营造一个鼓励学生发言的课堂氛围.采用多种多样的课堂教学形式,鼓励学生提出自己的看法,让学生自觉、主动地学习,以提高学生的创新能力.加强图形学与微分几何、数据结构、概率论与数理统计等各学科之间的交叉综合,有利于学生综合素质的提高；同时融合学科前沿知识,增大课堂信息量,激发学生的创新精神.

2.2改革实验课教学模式

针对目前《计算机图形学》实验中内容比较单一、编程环境比较旧的问题,使得多数学生为了验证理论教学中学到的算法,刚实验成功一个算法会比较有成就感,但是对后面的实验会在某种程度上失去兴趣,感觉枯燥无趣,对它不感兴趣.充分利用理学院实验室的仪器设备和师资力量,探索和完善实施新的实验教学的方法.

2.3改革和完善学生的考核体系

评价是教育管理中实施控制的特殊手段,是教育管理的重要环节.传统的培养模式并不利于培养学生的动手能力,主要原因是学生考核过程中采用统一的闭卷考试方式,不能反映出学生的真实的水平和能力,尤其是创新能力和实验能力很难在一张试卷中进行全面考察.因此我们可以采用多样化的考试方式,以及相对比较自由的考试时间,或不采用考试形式考评学生,如通过独立撰写专题报告、课堂演讲、撰写相关的学术性文章、参与相关的科研项目以及相关的程序设计大赛等多种形式进行评价.

3实施的步骤与方案

（1）通过对2007级、2008级学生进行调查,了解学生为什么选修图形学这门课程?希望通过该课程学到什么?以及学生比较擅长的编程语言,给学生创造良好的编程环境,使得学生先利用自己熟悉的语言实现结果.

（2）通过网上查询及实地考察,借鉴国内外著名大学的经验,结合理学院信算专业的专业特色对教学内容进行改革,使得教学内容与时俱进,与当前的SIGGRAPH中的热门图形学专题相结合,开阔学生的视野.

（3）完善网络课程以期协调好“教师教”与“学生学”的关系.采用多样化的教学方法,从图示内容的渐进性到图形的欣赏性,再到图形的交互性循序渐进,同时将多媒体教学与程序现场演示相结合.

（4）通过课堂实践完成将传授知识与培养能力相结合,采用“以点带面”的方法,每个算法在班内选择1~2个代表学生,讲述自己的算法,修正其编程过程中遇到的问题,以及其他同学有可能遇到的问题,将该过程集结成录像上传到网上共享.

4教学效果

通过对于2007级、2008级信算专业的学生进行教学改革,我们发现与2006级相比,学生对于实验算法的理解更加深入,成绩优秀的学生比例提高了15%,考试中对于考察算法的题目学生的得分率比较高,多数学生对于计算机图形学的认识有了进一步的提高.

注释

①陈国军.工科《计算机图形学》教学改革探索[J].中国石油大学胜利学院学报,2009.23(2):81-83.

②张荣华.高校“计算机图形学”实验教学改革探析[J].中国电力教育,2007(3):134-136.

③张瑞秋等.计算机图形学发展现状与教育改革[J].机械管理开发,2007(4):6-8.

④王栋等.“计算机图形学”课程教学探讨[J].教学与研究,2008(14).

⑤王玉琨等.“计算机图形学”课程改革与创新探究[J].高等理科教育,2008(1):