《计算机图形学》教学改革

摘 要：本文围绕当前《计算机图形学》课程教学中存在的问题,从教学方式、实例教学以及实践教学三方面给出了较为具体的改革措施.从笔者平时的教学情况看,这些改革措施有利于激发学生的学习热情和提高学生的学习效率.

关 键 词：计算机图形学；教学改革；实例教学；实践教学

中图分类号：G642.0文献标志码：A文章编号：1674-9324（2013）38-0051-02

《计算机图形学》既是计算机科学研究领域中一门重要的学科,同时也是建立在传统图学、现代数学及计算机科学上的一门交叉学科.它已广泛应用在于计算机辅助设计与制造、计算机辅助绘图、计算机辅助教学、工业过程控制、计算机动画艺术、科学计算可视化、人机交互和虚拟现实等诸多领域[1].基于《计算机图形学》领域的巨大发展和《计算机图形学》课程教学中存在的诸多问题,有必要对该课程的教学进行改革,从而提升该课程的教学水平.《计算机图形学》的研究内容主要包括图形软硬件、光栅图形生成、真实感图形计算与显示、曲线曲面造型、人机交互技术、科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等[2].

一、目前教学中存在的问题

《计算机图形学》课程是一门理论与实践结合性强的课程,这导致在实际教学过程中存在以下四个问题.

1.教与学的目的不统一.笔者通过教学过程中与学生的交流发现,大部分学生对本课程的理解不是很正确.他们之所以选修这门课程,主要是因为他们认为通过对《计算机图形学》的学习可以处理漂亮的图片、制作炫目的动画和进行游戏编程等.然而该课程实际上是去探究实现这些操作的原理,是研究更本质的知识.学生一开始对该课程充满好奇和期待,但随着课程的深入讲解,他们会感到本课程的理论知识枯燥,导致学习兴趣不断下降.

2.学生动手能力的不足.《计算机图形学》这门课程要求学生具有较强的编程能力和动手能力,因为要掌握和实现一些图形学基本算法.而在教学中发现,大部分学生的编程能力和动手能力都一般,很多任务不能正常完成,从而间接打击了学生的积极性,使得他们对该课程的兴趣与日递减,最后转为放弃学习.

3.课程设置不合理.《计算机图形学》尽管是计算机科学的一门重要学科,但在计算机科学与技术专业并不是核心课程,因此在课程设置中只是将该课程作为高年级的方向选修课开设.很大部分选修学生不是真心想学习该课程,再加上这些学生对课程的理解也存在着偏颇.基于这个现状,任课教师也就只能在实际授课时力求简单,从而导致教师无法完成必需的教学内容.

4.实践教学重视不够.传统教学模式只重视理论而忽视实践,一方面表现在实践课时安排上（本校课堂教学的课时是实践教学的两倍）；另一方面是开设的实验更多的只是算法验证性实验.这使得原本很重要的实践活动转变为形式,这势必阻碍学生运用所学图形学理论知识提升其自身的创新能力.

二、教学改革具体措施

1.板书与多媒体相结合.多媒体教学作为现代教育的有效手段,确实具有传统教学无法比拟的优势,它信息量大、效率高、趣味性强,使教师的授课更便捷,让算法的演示更形象具体,从而有利于激发学生的学习热情,使教学效果达到最优化.因此,目前基本上所有的高校都采用多媒体方式进行授课.但其实对于图形学这门课程,由于其涉及到大量的数学推导,比如,基本图形的生成、图形几何变换和曲线曲面造型等,在多媒体教学的同时,需要运用板书进行相关数学推导,这可以使学生在教师板书的过程中学会思考,从而更好、更正确地理解各种图形算法.

2.加强实例教学.由于图形学课程需要掌握很多算法,因此在讲解图形学算法时,不能只讲理论,这样太空洞.应围绕具体的实例进行教学,借助计算机技术（比如flash）对一些算法进行动画模拟演示,从而使算法的描述更加形象化和具体化.这一方面有利于学生更快更好的掌握这些算法；另一方面也可以激发学生学习的热情和积极性.比如,在讲解“多边形填充4连通边界填充算法”时,利用flash演示像素入栈出栈原理,如图1所示,更直观地展示算法的基本思想,从而充分调动了学生的学习积极性,使其具备主动学习的能力.不过因为课时有限,演示实例不能太复杂,能把算法讲解清楚即可.

3.加强实践能力的培养.《计算机图形学》理论和算法是比较深奥和难懂的,不是很容易掌握,但其实验结果却是直观和生动的.该课程具有很强的实践性和应用性,因此上机实验是其重要环节.在教学过程中需要继续加强学生实践能力的培养,引导学生把所学的基本理论知识应用于实践操作,不断提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力.《计算机图形学》在本校的总学时数为48学时,其中的实验课时数为14学时,这14个学时7次实验基本能够满足课程实践教学的需要.本课程的实验根据难易程度可分为如下两个层次[3]：①基本实验.主要是为了锻炼学生对算法的理解能力、算法到程序的转换能力以及用VC编程实现算法的能力,主要包括基本图形（直线、圆和椭圆）算法、线型和线宽的处理、字符的生成技术、线段的裁剪、二维和三维图形的几何变换和投影变换、曲线绘制等,要求学生能够独立完成.②综合实验.这类实验包括多边形裁剪算法、多边形区域填充算法、区域图案填充算法、多面体的消影、画家隐面算法和Z-Buffer隐面算法等,它们无论从算法复杂性上还是程序编写难度上都要高于基本实验.可以考虑将学生分成若干小组,以小组的形式在规定的时间内完成.