计算机图形学的教学与实验

点赞:15662 浏览:69684 近期更新时间:2024-01-10 作者:网友分享原创网站原创

摘 要:分析当前计算机图形学课程教学和实验中存在的若干问题,提出通过不断更新和优化课程内容提高学生的学习、实验兴趣;通过改进的教学方法和手段激发学生的自主学习能力及创造力,同时说明实施过程.

关 键 词:计算机图形学;教学改革;建构主义;开放式

0、引言

计算机图形学课程是计算机科学与技术专业的一门比较重要的课程.计算机图形学研究的是如何利用计算机生成、处理和显示图形的原理、方法与技术n].它是一门复杂的综合性新兴学科,广泛应用在工业、科技、教育、管理、商业、艺术、娱乐等多种领域.这门课程理论性较强,内容抽象、难懂,要求学生有一定的数学基础并且具有一定的编程能力,部分学生感觉学习起来吃力,学习积极性不高,教学效果不够理想.文献提出了建构教学模式在图形学教学中的应用;文献[3]也针对已有的图形学教学模式提出了改进.笔者对计算机图形学课程教学中存在的问题进行了分析探讨,并对计算机图形学的教学内容及方法提出了改进,在计算机图形学教学与实验中,取得了良好的效果.

1、图形学教学及实验的现状及存在的问题

1.1内容枯燥难懂

目前,计算机图形学课程讲述的重点是图形学技术,强调计算机图形学基本算法的生成和实现,对学生的数学基础要求较多,还要有一定的三维空间想象能力.这种强调图形算法基础的教学比较适合数学基础优秀的学生,对大多数本科学生来说,这种理论性太强的课程,理解起来较难,学习起来不易,直接影响了学生的积极性,影响了教学效果.

1.2编程语言环境古板陈旧

在很多高校,计算机图形学的实验都是基于TurboC环境下的编程练习.虽然TurboC提供了非常优秀的C语言编程环境,但是由于编程界面不够友好,使用不方便,多数学生对它不感兴趣.

1.3实验内容单一

该课程的实验内容包括最基本的实验环境的熟悉及像素点的生成,基本图形元素(直线、圆和椭圆)生成算法的实现,二维图形的填充和裁剪算法和图形几何变换(二维、三维变换)的实现等.基本的实验主要是为了验证理论教学中学到的算法,比如直线生成算法实验,就是编程实现一条直线的生成,没有实际的应用价值,学生感觉所编程序与现实中成熟的各类画图软件差距较大,进而失去学习兴趣.

2.教学改革实践

2.1选择内容稍简单的教材

当前图形学的课本非常多,经典教材中多采用c语言伪代码,且讲解的知识较多、难度较大,学生学习比较吃力.考虑到本校硕士专业也开设了计算机图形学这门课,主要讲解三维的知识,所以我们将本科教学中的重点定位为二维知识的掌握,三维的知识作为简单介绍和了解,这样降低了学生的学习难度,为以后学习三维打好基础.因此,在选择教材时,主要考虑以二维知识为主的、包含有程序代码的、利于学生实验的教材.

2.2将AutoGAD等成熟软件引入图形学课堂

图形学的基本内容以二维为基础,AutoCAD是最为成熟的二维图形软件之一,它的功能非常强大,几乎囊括了图形学中的所有知识.因此,在教学过程中以AutoCAD为例给学生讲解,使本来抽象难瞳的知识变得可见,例如,在讲到矢量字符时,AutoCAD可以允许用户以形定义的方式自己创建矢量字符.学生在使用AutoCAD创建字符的同时,加深了对概念的理解.AutoCAD的交互能力是非常强大的,教师在讲解图形交互技术一章时,重点介绍AutoCAD中的对象捕捉功能、网格功能、约束技术等,使学生对图形交互有更直观的印象.在讲解曲线一章时,教师可以用Photoshop中的路径生成工具来讲解Hermit曲线,讲三维建模时引入3DMAX.这些成熟的软件给学生搭建一个对所学知识进行实践的平台,让学生更好地理解课本的内容,使难懂晦涩的内容变得生动形象起来,极大地提高了学生的学习积极性.

2.3将最新的研究成果带入课堂

图形学是当前研究的热点问题,它应用广泛,每一个应用方面都有最新的研究成果.在讲解课本知识之外,为了提高学生的学习兴趣,我们搜集了一些介绍图形学知识的纪录片.比如在讲到分形时,播放分形在影视特效中的应用;在讲到真实感图形时,播放工业光魔在这方面的研究历史,从最初起步到现在技术日益成熟.这些纪录片丰富了学生的知识,开阔了学生的视野,加深了学生对课本知识的理解.

3.实验改革实践

3.1选择可视化编程语言环境

针对TurboC编程环境的死板和界面不够友好的情况,我们在选择教材时,选择的是用VC编程的教材.学生可按照教材完成实验.因为VC开发环境是可视化的,编写的程序执行结果明显,学生很有成就感,对完成实验更有自信.学生也可以通过实验,来学习实用的编程语言,促进了对新知识的学习.

3.2明确实验目标,整合实验效果

教师在新课刚刚开始讲解时就以Windows自带的画图软件为目标,鼓励学生在实验的时候以其为模板.在讲解实验的时候,老师一开始就引入了添加菜单、工具栏、鼠标画图、橡皮筋技术以及调色板,这样在实验中学生就可以自己编出用鼠标画出直线、设置颜色的程序,因为非常贴近现有的成熟软件,所以学生很有成就感.

整个学期的实验内容的设计围绕画图软件,使其与课程进展相结合,由简入繁.

有了画图软件这个目标,学生在实验中会主动地考虑一些功能的实现,比如用鼠标实现铅笔画功能,是学生自己考虑出来的.学生通过自己去想、去尝试、去实现,提高了学习的主动性、积极性,最后不仅完成了课本上要求的任务,还自己增加了一些实验内容,提高了编程能力.学生将每次所学的课程内容都添加在一个程序中,最后自然就完成了教材中所要求的综合性实验内容,而且所实现的功能要远远大于教材中的要求.

3.3教学与实验结合,变被动复习为主动复习

在教学中,我们引入建构主义教育思想,将期末设计改为图形学教学网站的设计.建构主义认为学习者的知识是在一定情境下,借助他人的帮助,人与人之间的协作、交流,利用必要的信息等,通过意义的建构而获得的.以往的复习,就是学生个人死记硬背概念,学生不愿意背,也不容易记住.期末设计以小组团队为单位,在设计过程中,借助开放式实验思想,不限制实验地点,不限制实验时间,不限制实验小组,由学生自己决定团队,团队内部自主分配任务,通过网上指导,随时有问题随时解决,这是对学生将以往所学的网络知识与计算机图形学知识的一次整合,使学生充分体会到每门课都是息息相关的.学生们需要将所学的知识在网上重现,在重现的过程中,就是对所学知识的一次巩固、一次主动的复习.教学网站的设计包括各种图形学的基础知识、算法代码、当前图形学的研究热点、著名图形学网站的链接等.学生们根据自己在学习图形学中遇到的问题,借鉴现在网上已有的教学网站,设计出自己风格的网站,将枯燥的死记硬背改为有效的主动复习.图1是某小组实现的关于“当前研究的热点问题”这个方面的网页,他们搜集、查阅了大量资料,丰富了其图形学知识,在搜集过程中更提高了对图形学的兴趣.

图2中某小组搜集了各类图形学题目,在此给出了答案.在出题过程中,不会题的同学之间相互讨论,问老师,更好地掌握了所学知识,加深了对所学知识的理解.

通过期末设计,老师不仅可以了解学生的学习思维的方式,而且从中也能发现自己的不足,从而为以后的教学改进提供依据,在以后的教学中也应多从学生的角度来考虑教授内容,应将演示软件、网站等引入教学中,实现多方面、多维的立体化教学,提高学生的学习兴趣,并通过各种途径与学生交流和讨论.

计算机图形学的教学与实验参考属性评定
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4.结语

计算机图形学是一门比较重要的专业课程,它具有较强的理论性和实践性,但是在教师的教与学生的学之间存在着各种各样的问题.我们对该课程教学、实验中遇到的问题进行了分析,从教学内容、教学和实验方法等方面对该课程进行了探讨,改进了传统的实验任务,调动了学生的学习积极性,提高了学生的学习能力,并使老师从中找到自身教学的不足,也提高了老师的教学水平,达到了双赢的效果.