网站原创摘 要：介绍了国际先进的工程教育理念CDIO的基本含义,并分析CDIO的优越性；阐述了目前“计算机图形学”课程教学中存在的问题,并针对这些问题提出了融合CDIO教育理念的“计算机图形学”课程教学改革方案.教学实践表明,提出的教改方案有利于激发学生的学习兴趣,加深专业基础知识的理解与应用,锻炼和提高学生的工程实践能力,培养学生的团队协作精神.
关 键 词：CDIO；计算机图形学；立体化教学模式
作者简介：邹耀斌（1978-）,男,江西鹰潭人,三峡大学计算机与信息学院,讲师.（湖北 宜昌 443002）
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基金项目：本文系三峡大学人才引进项目（项目编号：KJ2011B040）、三峡大学2012-2013年度求索大学生创新活动计划重点项目课题的研究成果.
中图分类号：G642.0文献标识码：A文章编号：1007-0079（2012）31-0080-02
CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate）,CDIO教育理念是近年来国际工程教育改革的新成果,是一种将理论教育与实践教育紧密结合的创新教育理念.[1]CDIO让学生以主动的、实践的、课程之间存在有机联系的方式学习工程,引导学生主动有效地学习课程知识,并以团队的形式通过实践来提高学生对知识的应用能力.[2]
CDIO教育理念和模式的先进性和优越性集中体现在实践可操作性、全面系统性和广泛适应性这三个方面.[3]首先,CDIO系统地阐述了能力培养、全面的实施指导以及检验测评的12条标准,这些内容具有很强的实践可操作性.其次,CDIO强调培养学生的综合能力,所设计的CDIO能力大纲涵盖了学生综合能力培养的四个层面：个体的技术知识和推理能力、个体的职业技能、团队的协作和交流能力以及项目的构思、设计、实施和运作能力.最后,世界上众多高等教育机构近10年来持续不断的改革和探索表明,CDIO教育模式经过适当的调整,可以适用于绝大部分工程学科的大学生教育,其中也包括计算机专业的工程教育,[4]展现了CDIO的广泛适应性.
计算机图形学的应用范围涵盖科学、艺术、工业、商务、医药、政府、娱乐、广告、教学和培训等各个方面.[5]鉴于计算机图形学应用领域日益广泛的现实,国内外大学在计算机专业大都开设了“计算机图形学”课程,三峡大学也将其确定为主干选修课程之一.“计算机图形学”课程具有很强的理论性和实践性,在教学中不但要注重学生专业理论知识的教育,更要重视学生的工程实践能力的培养.CDIO能力大纲的四个层面完全涵盖了“计算机图形学”课程对学生能力培养的各个方面,因此将CDIO教育理念引入到“计算机图形学”课程的教学改革具有积极的指导意义.
一、“计算机图形学”课程的教学现状分析
教学实践表明,修学“计算机图形学”课程的学生,他们在学习过程中表现出的兴趣普遍呈现先高后低的特征：一开始兴趣非常浓厚,也愿意和教师交流.但随着课程的推进,学习的主动性明显退化,以至于最后成为被动接受的机器.造成这种尴尬境地的因素是多方面的,归结起来主要有以下4个方面的原因.
1.基础理论宽泛,课程难度较大
“计算机图形学”是数学、物理、计算机、心理学等多个学科交叉融合的一门学科,理解计算机图形学的许多问题往往要有很好的数学或者物理知识.三峡大学是一所省属二本院校,总体而言,学生的数理基础相对薄弱,一旦碰到复杂的数学公式推导和物理背景分析容易打退堂鼓,也就很难持续保持浓厚的学习兴趣.
2.课程内容偏多,理论课时偏少
一方面,“计算机图形学”涵盖的内容非常多,既包括图形系统介绍、二维三维图形绘制显示,又包括真实感、非真实感建模与绘制、计算机动画生成等等,而每项内容又涉及到很多细节技术.另一方面,课程的理论学时通常不到40.在偏少的学时内,计算机图形学的知识体系容易被拆分成零散的知识点,使得学生无法从全局把握该课程的知识体系,容易丧失学习目标.
3.教学观念落后,考核方式单一
传统的以“知识点为导向”的教学观念,过分强调学生对知识点的掌握,教师对教学大纲中要求的知识点作详细的讲解,容易形成一种满堂灌的教学局面,反而降低了学生的学习主动性.另外,以“知识点为导向”的教学观念产生的考核方式往往很单一,要求考试内容尽可能多地涵盖大纲中的知识点.这种考核方式容易误导学生把时间和精力放在记忆知识点上,但是实际上又无法真正考核学生对知识的应用能力.
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4.偏重理论教学,实验成摆设
“计算机图形学”是一门高等工程学科,它需要在理论的指导下和工程实践结合.或许是受课程理论基础宽泛的影响,教师往往容易将重点放在理论的讲授上,反而忽视了重要的实验环节.调查显示国内很多二本院校只开设了不到10学时的实验课,使得原本很重要的实验变成了装饰.另外,计算机图形学实验平台的搭建也被很多二本院校所忽视,很多院校没有专用的计算机图形学实验室.
二、融合CDIO教育理念的教学改革实践
“计算机图形学”课程教学中存在的上述问题,容易使学生丧失学习兴趣,学生很难掌握基础知识和专业编程技能.另一方面,CDIO理念利于激发学生的学习兴趣、加深专业基础知识的理解与应用、锻炼和提高学生的工程实践能力、培养学生的团队协作精神.据此,我们引入CDIO理念并制定了CDIO模式的“计算机图形学”课程教学改革方案,具体地涉及如下4个方面的教学改革.
1.立体化教学模式
采用多媒体课堂讲授为主,开放式讨论学习为辅,三峡大学求索网络学堂为辅的立体化教学模式,具体实施如下：
（1）多媒体课堂讲授.一方面,对于有一定难度的理论知识,可以借助传统的黑板板书来详细地讲解.另一方面,计算机图形学的很多算法输出是可视化的,因此可以充分利用多媒体课件制作工具,制作这些算法的仿真演示,使晦涩难懂的数学公式变成栩栩如生的画面.这容易让学生从感性认识中找到学习的乐趣,也有利于降低学生学习理论知识的难度.