时间：2022-03-22 00:38:17
导语：在计算机图形学课程的撰写旅程中，学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径，好期刊汇集了九篇优秀范文，愿这些内容能够启发您的创作灵感，引领您探索更多的创作可能。
中图分类号：G4
文献标识码：A
doi：10.19311/ki.16723198.2017.01.082
0引言
随着市场对游戏开发人才的需求越来越大。许多高校在本科阶段设置了有关游戏开发方向的课程。“计算机图形学”作为一门计算机科学方向的专业基础课，主要讲授包括：模型绘制、模型渲染、纹理和光照等内容。这些内容是构成游戏开发的主要理论基础。然而，在实际教学过程中学生普遍反映“计算机图形学”难学，主要体现在图形学涉及的数学知识较多、相关算法晦涩难懂。如果没有大量的实践，学生会感到空洞与乏味。如何在讲授“计算机图形学”基本理论的同时，结合游戏开发的实践，使得学生将枯燥的理论和算法与游戏开发的能力实现有机的对接，是一个值得深入探讨的问题。本文在分析了目前“计算机图形学”授课内容的基础上，结合其内容与游戏开发之间的内在联系，对面向游戏开发的“计算机图形学”课程建设思路进行了探讨。
1当前“计算机图形学”授课现状
目前大多数高校的本科“计算机图形学”授课时间控制在50学时左右。以笔者所在的学校为例，理论与实验学时分别是36和14学时。如图1所示，理论授课内容主要分为二维、三维模型绘制、几何变换和渲染，相关数学基础和图形引擎库OpenGL等。传统的课堂教学中，二维图形学的内容占据相当大的比例。然而，在实际游戏开发实践中，二维图形涉及的较少，主要以包括：三维建模、几何变换、视图变换、材质、纹理贴图、图形渲染、模型动画等三维图形学的内容为主。如表1所示，实验内容主要以模型的绘制、剪裁、渲染为主，实验类型主要以验证型为主，实现方法主要采用C++语言和OpenGL图形库。学生在学习这一部分内容的时候，普遍感到算法较为枯燥，而且无法和实际应用联系起来，容易产生厌学的情绪。而且，OpenGL作为一款以C++为基础的开源三维图形引擎，优点是独立于窗口系统和操作系统，以它为基础开发的应用程序可以十分方便地在各种平台间移植，弊端是封装性不够，要实现复杂的游戏动画效果需要学生对底层的动画原理和数学知识有较强的理解和熟练掌握C++编程技能。
在授课环节上，老师一般采用是先讲授图形学理论课，然后进行实验课，目的是在实验环节让学生应用所学的理论知识，锻炼实践能力。但该方式也存在一些弊端：理论课和实验课相对割裂，学生在学习图形学算法和理论时对枯燥的内容感到较难，缺少实践，而在实验环节，在有限的时间内很难真正掌握开发工具并作出具有一定深度的作品。
2面向游戏开发能力的算机图形学课程建设思路
基于上述问题，笔者结合游戏开发所需要的能力特点，从以下几个方面入手，对“计算机图形学”课程的改革进行了论述。
2.1课程内容
由于本门课程的学时限制，我们对目前授课内容的基础上进行了相应的取舍，即讲授重点放在三维图形学的内容。另外，将一些游戏开发过程中较为关键的图形学相关内容补充到授课内容中，例如以下两方面的内容：
场景组织与模型渲染：场景组织是三维游戏中核心内容之一。在一个三维游戏中，需要将许多的模型用某种数据结构的方式将其组织起来，然后在绘制每一帧的时候将其渲染处理。如何合理有效地管理三维场景中物体之间的相关、从属、互相影响的关系会对三维场景的生成效率产生重要影响。场景组织需要牵涉到数据结构中的排序算法，如：N叉树排序、堆排序算法。现有的大多数图形学教材并没有将上述内容列入主要章节，而场景组织的相关算法是实现游戏开发的核心算法之一，对这一部分的内容应补充进授课内容。
模型交互与动画算法：在游戏开发过程中，三维模型的交互是利用鼠标和键盘对模型的运动进行控制。三维模型的动画包括：模型运动、碰撞检测、人体骨骼动画、漫游等。掌握这部分内容对于学生深入理解游戏开发来说也是极有必要的。根据笔者所知，目前的《计算机图形学》教材中，大多数没有涉及这部分内容，但也有一些《计算机图形学》课本增加了三维模型动画及动力学的内容，如潘云鹤等所著的《计算机图形学：原理、方法及应用》一书中，就计算机动画的应用作为专门的一章内容进行介绍。
2.2内容组织
针对图形学中大多数的理论比较抽象，实验也大多为算法的验证型实验。大多数学生在学习本门课之前并没有相关计算机图形学方面的知识储备，因此造成学生普遍反映没能将所学知识应用到实际应用中，从而降低学习本门课程的兴趣。教师在具体讲授过程中，可以按照构造游戏的流程，从角色建模讲起，用游戏设计这一根主线找出各部分内容之间的联系，使得学生对课程的内容和游戏开发之间的关系有一个全貌性的认识。本文对图形学中相关算法与游戏开发的具体应用之间进行必要的对接。例如，在讲解物体建模内容方面，可以先采用三维建模软件（3DMAX或MAYA）实现基本物体的建模过程，并通过不同的视图展示模型的线框或三角面片视图。这样可以让学生直观的感受图形学中三维模型是如何构造的，从而让其理解在OpenGL中所调函数的意义。三维模型的显示方面，通过在三维建模软件中设置摄像机成像原理，经过三维空间中实体的世界变换、视角变换等过程了解模型剪裁、几何变换、投影变换的作用，从而更好的辅助学生了解相关算法的理解。真实感图形学主要包括光照模型、纹理贴图等，是图形学中较为复杂和难理解的内容。老师利用三维建模软件中的灯光、材质、质感、纹理贴图的实现过程，让学生直观的了解图形学中实现真实感的途径与方法。欲使课堂讲授的内容生动起来，必须有实际的案例支撑，因此建设面向游戏方向的图形学案例库，使得学生能够快速理解和掌握相关理论和技术，对于提高图形学课程的授课质量至关重要。
2.3图形库的使用
目前大多数图形学课本都是采用OpenGL作为实验的图形生成库。该图形库对于学生理解简单模型的生成具有良好的作用。但是OpenGL对场景组织、模型渲染、真实感、动画等功能的封装不够，从而造成需要学生对一些渲染、光照等数学模型有着较为深刻的理解，并将其用C++语言和OpenGL实现。为了让学生掌握游戏开发中有关场景组织、模型渲染和动画等相关功能，本文建议使用当前主流的3D图形API，如：DirectX或者OSG（Open Screen Graph）等。DirectX是微软开发的多媒体引擎主要用于Windows操作系统开发。Open Scene Graph是一个著名的开源三维图形库，被广泛的应用在可视化仿真、游戏、虚拟现实、科学计算、三维重建。这两个图形库对涉及场景组织、渲染、光照、模型交互动画等高级算法具有良好的封装，使得学生在使用只需要调用相关的API函数即可生成生动的游戏渲染和动画效果。
3结论
结合图形学教学的实际以及游戏开发专业方向的培养目标，从教学内容、内容组织、图形库选择三个方面对于面向游戏开发导向的“计算机图形学”课程教学改革进行了一些探讨，希望能对游戏开发专业的教学和课程建设有所促进。
参考文献
[1]孙家广，胡事民.计算机图形学基础教程[M].北京：清华大学出版社，2005.
[2]向世明.OpenGL编程与实例[M].北京：电子工业出版社，1999.
[3]潘云鹤.计算机图形学：原理、方法及应用[M].北京：高等教育出版社，2002.
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）
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。
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
【关键词】OpenGL实验平台 计算机图形学 探究
一、计算机图形学学习中的问题及其原因分析
（一）学习难度较大。由于计算机图形学涉及的知识面非常广，其中不仅有计算机知识，还有数学等其他学科的知识，因此，它的知识基础要求较高，同学们学习起来难度较大也是情理之中的事情。事实上，计算机图形学是一门新兴学科，它是建立在图论、现代数学和计算机科学基础之上的，学科交叉繁杂，其理论性很强，同时实践性又不弱，这就让大家体会到了该门课程的综合性特征和难易掌握的感觉，从而让他们在巨大的学习难度面前望而却步；
（二）学习理念较为滞后。当前的计算机图形学学习观念仍然沿用的是传统的学习观念，重视单方面的知识，片面强调对于相关知识点的掌握程度。这样的观念会使大家把计算机图形学课堂变成满堂灌，大家都是一种被动的学习状态，互动性不高，学习积极性和主动性大打折扣了。此外，传统的观念中不太重视实验环节，更不会重视实践能力的培养，大大阻碍了大家的创新精神培养与创新能力的提高；
（三）实验环节不够科学与系统。当前，计算机图形学学习过程中的实验环节，很多高校一直采用C 或 VC++来实现编程，同时，进行实验的工具与内容又较为陈旧，考核方式也颇为单调，学时又不太多，使得大家对于计算机图形学的学习兴趣大大降低，而且学习起来的真实难度又是较大的，尤其是绘制模型的实现，使得大家的实验能力不强。
二、OpenGL图形系统及其在图形学上的应用
所谓OpenGL图形系统，指的就是一个丰富的三维图形函数库，是图形系统中的一个软件接口，允许程序开发者创建一个交互性的程序，从而能够产生三维移动的物体的彩色图像。它除了具有基本的OpenGL 函数以外，还能够支持OpenGL 实用库、OpenGL 辅助库、Windows专用库函数、Win32 API 函数等其他四类函数。它还可以有双缓存的功能，主要应用于制作动画。我们可以使用OpenGL图形系统来对计算机图形技术进行相关的控制，从而产生较为逼真的图形或者虚拟出实际生活中没有的图像。一般来说，OpenGL图形系统的应用非常广泛，具体应用到计算机图形学中的话，就是说我们可以利用OpenGL 函数来顺利实现图形算法的演示。这种方法可以提高许多图形函数，让它们能够通过单独调用或者组合某些函数来实现基本的图像操作，还可以对光线进行调整。目前，随着计算机技术的不断发展，现在的OpenGL图形库中增加了不少新组件，已经可以产生形象化的三维效果。当前常用的图形设计方法有：图形生成算法、几何变换、投影变换等。此外，OpenGL图形系统函数库还可以进行纹理设置、特殊光照处理以及实现动画效果等其他方面的强大功能。
三、基于OpenGL实验平台的学习探讨
一般来说，计算机图形学具有非常广泛的应用领域，比如说信息显示、设计、仿真与动画以及用户界面等方面。如果我们应用OpenGL图形系统实验平台，将对传统的应用思想产生一定的冲击和影响。我们应该采用一种新型的图形学理论来指导我们的实验课，以增加图形的逼真程度和提高图形学课件的制作质量。在此，基于OpenGL图形系统实验平台来将不同的知识点进行课件制作，增加大家上机进行实践的兴趣和主动性，提高互动参与性，提高学习效果。但是，当前我国高校计算机图形学学习现状不容乐观，还存在着不少急需解决的问题。因此，我们应该尽快采用OpenGL实验平台来加强计算机图形学学习。我们知道，OpenGL图形系统是一个非常专业的图形程序接口，它具有非常强大的图形数据库，提供了基本库、实用库和辅助库三个方面的函数库，可以开发二维和三维图形程序所需要的多个方面。我们如果在计算机图形学的学习中很好的应用OpenGL图形系统，就可以把它作为基础开发的应用程序，独立于窗口系统和操作系统来实现不同平台之间的移植工作。
四、结语
计算机图形学有理论性与实践性紧密结合的特点，学习难度较大。为帮助计算机图形学课程的学习，可以采用控制台应用程序+OpenGL和MFC可执行程序+OpenGL两种图形编程的学习模式，作为一门新兴的学科，计算机图形学在信息化时代显得日益重要。我们要针对当前计算机图形学现状和问题，开展基于OpenGL实验平台的计算机图形学学习模式，搞好基本功练习，合理安排一体化学习任务，把握理论知识和技能教学的穿插时机，认真设计学习任务，从而提高大家的学习积极性，并采用综合性的评价体系来进行及时总结评价，激发同学们积极向上的学习热情等，使得兼具理论性和实践性的计算机专业课程，即计算机图形学课程的学习效果进一步得到提高，从而为毕业后顺利走向社会打下踏实的基础以服务于国家和人民。
参考文献：
[1]杜利峰，李竹林.基于OpenGL的计算机图形学教学改革探索[J].电子设计工程，2012（13
[2]柳海兰. 浅谈计算机图形学的发展及应用[J].电脑知识与技术，2010（3）：9551-9552.
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关键词：计算机图形学 教学模式 教学效果
文章编号：1672-5913(2011)18-0020-03 中图分类号：G642 文献标识码：A
1 应用型本科院校的办学特色
作为一所工科应用型本科院校的教师，笔者一直在思考“应用型本科与普通本科的教学模式有何联系与区别？”应用型本科教育是普通本科教育与高职教育的“交集”，这个交集中的元素既有普通本科教育的特征，也有高职教育的特征。应用型本科人才培养要遵循本科人才培养自身的教育规律，同时也要突出实践、强化应用，既不能因为培养本科层次人才就沿袭普通本科的教育模式，办成学科型、研究型的本科；也不能因为突出应用而削弱基础理论的教学，办成高职教育。应用型工科院校的教学模式应该是精简本科的理论教学内容，突出高职的工程特色，培养既有基本的理论素养，又有很强动手能力的应用型人才。根据我院所招收的本科生“形象思维强于逻辑思维”的特点，应摆脱传统的“学术型”、“研究型”人才培养模式的影响以及客观环境的约束，积极探索以市场需求为导向，突出强化工程实践能力的教学模式。我们率先计算机图形学课程进行了教学模式改革与探索。
2 教学现状分析
“计算机图形学”是一门理论与实践紧密联系的专业课程，其主要教学目标[1]是使学生掌握计算机图形生成与处理方面的基本理论，具备解决科学研究、工程设计与制造中有关图形处理的能力，为后续的课
程学习及毕业设计奠定坚实基础。然而在实际教学工作中，笔者发现由于计算机图形学课程对空间想象能力的要求很高，仅仅是依据教材对原理算法的描述，很难抽象出实际的处理过程。同时，计算机图形学课程对数学理论和编程能力的要求很高，导致学生在学习时产生畏难心理，更谈不上对算法的深刻理解，严重影响教学质量，达不到预期的教学目标。另外，传统的计算机图形学教材在对算法的描述中，通常只给出基本算法步骤，缺少数字化的教学资源。要改变目前现状，必须得从教学模式改革入手，开发出针对每个原理的算法，开发出可视化的教学案例。同时改革教学内容，以工作过程为导向编写适合应用型工科院校的案例化教材，将理论教学与实践资源紧密结合，打造全新的教学体系。
3 教学模式改革
针对传统教学模式存在的不足之处，为了激发学生的学习兴趣，提高学生实践动手及学习效果，从课程的目标出发，为学生搭建可视化课程的整体构架，按照情景教学的方法，把握课程的教学要求，总结并提出了教学过程中“教材建设系列化、理论教学目标化，教学过程案例化，实践资源数字化”的教学理念，精心打造“省级精品课程＋系列化教材＋数字化教学资源”立体化教学平台。
3.1 教材建设系列化
目前课题组主持两门省级精品课程――“C++程序设计”和“计算机图形学”。将计算机图形学的编程工具选用为Visual C++，充分利用了“C++程序设计”省级精品课程的建设成果。从2006年开始，课题组使用Visual C++的MFC框架，已经开发了近200个计算机图形学教学源程序。在此基础上，课题组编写了《计算机图形学基础教程(Visual C++版)》、《计算机图形学实践教程(Visual C++版)》和《计算机图形学基础教程(Visual C++版)习题解答与编程实践》、《计算机图形学课程设计教程(Visual C++版)》等系列教材(清华大学出版社出版)，从教学内容、实验项目、习题训练、课程设计等角度全方位地解答教学中存在的疑难问题。
我们以《计算机图形学基础教程(Visual C++版)》
作为主教材，以生成真实感光照模型为主线，重点讲解直线的扫描转换、有效边表填充、三维变换和投影、动态消隐、真实感光照等原理内容。《计算机图形学实践教程(Visual C++版)》给出了与主教材讲解的原理相对应的所有源程序，可作为课堂教学的验证性案例，《计算机图形学基础教程(Visual C++版)习题解答与编程实践》针对主讲教材中的课后编程习题给出了实现的源程序，同时给出了拓展技能要求的可执行程序。《计算机图形学课程设计教程(Visual C++版)》突出工程实践能力的培养，以类的形式对算法进行封装，创建了三维光照场景，所建立的开发平台可直接应用于科研项目的开发。计算机图形学系列教材由于提供了众多的源程序代码，应用特色明显，教学效果良好，目前已被国内上海大学等近50所本科院校和高职院校选为主讲教材。
3.2 教学内容目标化
计算机图形学原理众多、算法复杂。教学内容系统化，就是按照工作过程来进行教学内容的排序，而不是简单地按照学科知识来排序。以真实感光照模型为主线，课题组精选直线的扫描转换、有效边表填充、三维变换和投影、建模与消隐、真实感光照等作为教学内容。学生沿着教学主线学习后能够掌握开发一个图形平台的具体步骤和必要的方法，可以动态为场景中的物体添加光源、指定材质、设置纹理，渲染出精美的三维图形。沿着这条教学主线培养出的学生不仅能熟练胜任高级图形的开发任务，而且对所涉及的理论知识也有较深的理解。不在这条主线上的计算机图形学原理，可以在以后的实践教学中，根据任务的需要来单独学习。
3.3 教学过程案例化
从2006年开始，课题组开始尝试将微软的Visual C++ 6.0引入到计算机图形学教学过程中。提出了在计算机图形学教学过程中，以真实案例为引导，开展可视化教学的改革，让学生真切感受到“所见即所得”优秀案例，既可以充分领会到算法的精髓[2]，又激发了学习的兴趣，提高了教学效果。课堂教学采用案例
演示原理讲解算法实现实践拓展4个步骤，即从可视化的案例中，抽象出图形学基本原理，对照程序理解算法，再结合工程中的项目要求，对学生提出课后训练目标。
3.4 实践资源数字化
计算机图形学实践教学过程划分为验证性实验、综合性实验和创新性实验三个实践环节，渐进地强化学生的实际编程能力。其中，验证性实验是与主教材中所讲授的原理一一对应的教学实验，共开发43个源程序；“综合性实验”是在每一个实验项目点，综合应用前面已经学到的相关原理编写的实验项目，共开发18个源程序；创新性实验是将所学原理的运用到工程项目中抽象出具有创新点的实验项目，共开发18个源程序。教师在实践环节中以“验证性实验、综合性实验、创新性实验”三个层次组织实践教学，知识的难度系数逐级递增，学生的实践技能逐步增强。目前，课题组开发的所有教学资源，已经上传到计算机图形学精品课程网站，供师生免费下载，扩大了省级精品课程的受益面。
4 教学效果
2007年，2005级的一名同学的“龙城虚拟现实
股份有限公司”获山西省第三届兴晋挑战杯大学生创业计划竞赛金奖，并于2009年，申报全国大学生科学创业项目“中国大洲虚拟现实股份有限公司”，成为我院唯一获得项目支持孵化的项目。
5 结语
根据应用型工科院校的办学特色，我们提出了“应用型工科院校计算机图形学教学模式改革”的课题，从教学内容、教学方法、教学过程和教学资源等方面进行有益的改革探索，取得了良好的教学效果。课题组所在的计算机工程系于2009年被山西省教育厅授予山西省第十届“育人杯”先进单位的称号，课题项目于2010年荣获山西省教学成果二等奖。笔者对教改经验进行总结，以期进一步深化图形图像处理方向的系列课程建设。目前，课题组申报的“图形图像处理系列课程实践教学资源与平台的建设”已经被列为山西省“十二五”重点教改项目，下一步的工作将是按照专业特色方向的要求，对“C++程序设计”、“面向对象程序设计”、“数据结构”、“计算机图形学”以及“游戏开发基础”等系列课程的教学目标、教学大纲以及教学方法进行整体建设，打造面向游戏开发方向的优质实践教学资源与管理平台。
参考文献：
[1] 孔令德. 计算机图形学基础教程(Visual C++版)[M]. 北京:清华大学出版社,2008:4-5.
[2] 唐世纲. 论案例教学的实施及功用[J]. 教学管理,2005(2):4-7.
The Reform of Graphics Teaching Mode in Applied Engineering Colleges
KONG Lingde, LIU Jingang
(Computer Engineering Department, Taiyuan Institute of Technology, Taiyuan 030008, China)
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Turbo C，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。
参考文献
[1]孙家广，胡事民.计算机图形学基础教程[M].北京：清华大学出版社，2009.
[2]张义宽.计算机图形学[M].西安：电子科技大学出版社，2006.
[3]鲁敏，于慧颖，郑平刚.信息工程专业计算机图形学教学模式思考[J].高等教育研究学报，2006，29（3）：31-33.
关键词：高校计算机课程;新形势;改革途径
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）42-0110-02
如今，计算机技术随着电脑、手机和网络的普及，越来越多地在社会生产和生活中得到应用，相比过去而言，人们，特别是青少年，对于信息技术的了解和熟悉都远超过去。不论是否接受高校教育，人们都有各种机会接触和熟悉一部分计算机基础知识。这对高校的计算机课程来说是一种新的形势。面对新形势，改革乃是一种必然。高等院校计算机基础课程的教学必当定位为如何适应和满足新形势的变化。
一、新形势下高效计算机课程教学所面临的新问题
1.原有教学内容不足以满足学生大幅提高的总体水平。教学实践表明，学生的计算机水平总是新一届比上一届高，许多学生在操作方面已经相当熟练，能够掌握简单的办公软件、邮件收发等，甚至有些还学会了电脑绘画、网页设计和动画制作等技术。而于此相应，目前的计算机基础课程显然太过简单、基础和单薄，学生的求知欲望不能得到满足。
2.对等级考试的过分强调不足以满足学生的求职需求。对考试的强调，以考试成绩衡量教学效果，偏向应试教育，是传统教学模式的特征，这点仍束缚着目前高校的计算机基础课程。学生无法认识到这门学科的实效性，觉得学校所教授的计算机基础课程脱离实际应用，只能用来烤等级证书。因此学习课程毫无用处，对这门课的投入相对较少。
3.学生计算机基础水平参差不齐。虽然近年来人们生活水平大幅提高，手机电脑大幅普及，高校学生在入学前也往往有一定的计算机基础知识，但仍有学生因为家境等原因，可能在之前没有接触或使用过电脑，仍然对计算机基础知识较为缺乏。而对于接触过河使用过的学生当中，也有的学生计算机知识基础也并不稳固，往往只懂得上网聊天看电影、打游戏等。
4.教师知识储备更新缓慢。某些教师并不善于学习，也不积极对照计算机科学和技术的发展而更新自己的知识储备，所教授的内容则往往陈旧，无法适应教学改革的新形势。
5.学生缺乏自主学习意识和能力。受传统教育观念的影响，某些教师仍以课堂灌输为主，学生也因此习惯被动接受知识。学生因此缺乏必要的自主学生的意识更没能培养出良好的学习习惯，不知道去寻找自己适用的学习方式方法。因此，许多学生对计算机知识缺乏必要的热情和渴望，将学习等同于考试。课堂学习过于功利化，不能意识到学习的真正意义。
6.不够重视教学实践。尽管当前许多高校已经注意到计算机课程的理论与实践的对应关系，也针对学生实际操作能力的培养安排了相应的教学力度和教学课程，但仍有高校缺乏这种意识。即便有，具体教学中也往往采取理论课与实践课分离的简单方式。
7.没能利用网络的发展进行现代化教学。由于计算机课程本身具有较强的实践性，很难在一次性的讲授中就令学生掌握，许多实践性的细节需要学生在课后实践和巩固。下课之后无从学习和练习，使学生在实践中难以动手，容易打击学生学习的积极性。
二、新形势下影响高校计算机课程教学的相关因素
1.影响教学内容的有关因素。目前，计算机科学与技术一直在不停地高速发展，软硬件以及系统等设备设施一直处快的更新换代之中。而大多数高教计算机课程教学内容都表现为过于陈旧，跟不上信息的告诉发展。显然，要想紧跟和把握最新的计算机发展动态，现阶段计算机教材的编写修订方面还处于缓慢和落后的状态，其教材内容远远落后于计算机更新的速度。这样就无法学生对计算机形成较为深入的理解和认识。
2.影响教学手段的有关因素。高校计算机课程比其他课程更注重学科理论和实践的结合，而当前高校计算机教学手段的单一无法满足这一需求。教师不重视科学教学的应用，也没有采取新鲜的手段来激发和引导学生的学习兴趣，更鲜有鼓励学生的创新。知识的灌输通常是唯一的课堂教学方式，教师也通常忽略介绍相关背景和延伸知识，忽视引导，忽视培养学生的实践操作技能。
3.影响教学管理的有关因素。在教学内容的安排上，现有高校的计算机教学过于脱离实际。比如安排学生较为熟悉的计算机普及性课程作为主要课程，重新将学生在日常生活中早就已经熟悉的知识灌输到学生的头脑之中，这势必引起学生的反感，降低学生学习的兴趣。在教学管理的方式上受传统教育模式的影响过于强烈，简单粗放，没有科学地管理计算机课程的设置，也对高校教学实际情况不加考虑，相应的考核评价制度也没有制定和落实到位，这些原因都使计算机课程教学的目标形式化、表面化严重。它们或多或少压抑了学生的个性，影响了计算机教学质量的提高。
三、新形势下高校计算机课程教学改革的具体内容
1.仔细选择教材内容，优化课程细节。高校计算机教学应当以社会需求为导向，满足市场的需求，其目的在于培养理论知识扎实、操作能力强的人才，为达到这个目的，就要求在选择教材之前，首先能够了解企业和用人单位对于人才的需求，要深入调研并研究使高校计算机课程及其应用能够面向社会发展的需求，继而选择能够适应市场需求的教材。计算机课程应当符合专业的需求，能够在教学实践中形成专业特色。
2.层次化教学，培养学生的操作能力。根据大学生在计算机基础方面所具有的差异，可以针对不同层次水平的学生制定不同的教学计划和实施手段。因材施教，进而缩小学生间的差距。在实际教学过程中，层次性的教育实施起来难度较大，这是因为很难个别化地具体地制定每个学生的教学方案。这时候，显示出网络教学的优越性来。可以利用网络资源研究和设计全体学生的教学方案，针对学生的实际情况实施具体的操作能力的培养，这次能够使层次教学有效展开，学生学习计算机的兴趣和能力也得到了培养。
3.完善计算机水平的考核和评价机制。随着时代的发展和科技的进步，传统笔试的考试方式很难全面反映学生真正的计算机水平。这种沿用多年的考试方式容易培养出理论知识丰富，但动手操作能力不强的学生。因此，应当推广目前上机考试的经验，与笔试适当结合，可以同时反映学生的理论水平和操作能力。
4.全面提高计算机教师的整体素养。目前部分高校的计算机教师存在整体素质不高、师资水平薄弱的情况。为此，针对这些特点，应当整合高校的师资力量。可以招收更多专业出身的计算机教师，补充新鲜力量，并对现有教师进行培训，以提高教师队伍的整体水平。时刻加强教师队伍的专业学习，提高教学技巧，从而提升计算机教师的教学教育水平，这是人才培养的基础。
四、新形势下高校计算机课程教学改进的有关途径
1.创新教学观念。高校计算机课程教学应当与时俱进，满足市场需求，向社会输送高素质人才，这就需要创新教学观念。应当转变传统的教育模式，切实考虑计算机技术在学生今后工作过程中的重要性，并能够认识到计算机教学的本质和意义。改变过去理论与实践不平衡的状况，针对学生的实际操作能力，进行加强，令学生在计算机方面的素质和能力有充分的提高，让学生能够使用计算机，去解决实际的问题。
2.针对专业需求开设对应的计算机课程。计算机课程的教学内容可与学生的具体专业结合起来，针对当前学科的特点，制定最符合本专业需要的计算机专业培养计划，使学生能够利用计算机完成其本专业的工作，使计算机技术真正成为一项必不可少的工具。
3.利用现代化手段完善教学模式。多媒体教学能够为教学过程带来丰富多彩的体验，可以方便地将新鲜事物纳入日常教学生活中来。计算机课堂改革可以增加更多的多媒体课件，将抽象的理论知识具体化、实物化，让知识的讲授更加生动形象，更简单地说明事物的来源和现状。可以利用电子邮件、QQ、校园网站等各种方式，加强师生间的交流互助，促进师生间的和谐关系，提高教学质量。
4.努力营造良好的课堂氛围。计算机的教学往往是一个双向性的过程。良好的学习氛围能够使课堂变得生动有趣。良好的学习环境能够培养良好的学习习惯。事实表明，良好的学习氛围和环境有助于培养学生的求知欲和创造能力。
参考文献：
[1]王红玉.浅谈高校计算机教学状况[J].电脑知识与技术，2014，（05）.
[2]周晓东.关于计算机课程教学质量提高的具体分析[J].民营科技，2011，（11）.
On the Way of Teaching Reform of Computer Courses in Colleges and Universities Under the New Situation
LIN Chun-qiang
（College of information Security Engineering of CUIT，Chengdu University of Information Technology，Chengdu，Sichuan 610225，China）
计算机科学的很多分支，比如：程序设计、信息技术、网络技术、信息安全等，基本上都要依靠一定的数学功底。因此对于一个计算机专业的学生来说，数学修养是非常重要的。推理、创新、逻辑思维、分析问题解决问题等方面的能力都得到了一定的体现。
一、数学在计算机图形学中的应用
1、三角学和代数
三角学和代数是计算机图形学中最基础的知识。高中时期所学的数学，最重要的内容就是三角学和代数了，它们可以帮助我们解决类似求几何图形边长等简单的问题，也可以帮助我们从方程中解答出一个或者多个的根。
2、线性代数
只要想在计算机图形学领域中工作，扎实的线性代数基础是必需的。而线性方程组与矩阵是其基础与核心。图形学自始至终离不开矢量，我们常常抽象出的几何数值表示法，比如坐标X＼Y＼Z，就被称之为矢量。一般我们也可以用矢量来描述平移、缩放或者旋转。在图形学里矩阵的表述也相当流行，许多问题都要用到矩阵方程组的数值解法。由此我们可以看出线性代数的思想贯穿于整个计算机图形学中。
3、微积分学
数学中的基础分支。内容主要包括函数、极限、微分学、积分学及其应用。求曲线的切线问题，求长度、面积、体积、重心问题等都需要用到微积分。它是一种很有用的工具，是高级计算机图形学的重要成分。也有许多研究者用微积分学的术语来描述他们的问题和解决方法。微积分学是一能为你打开计算机图形学与后继的数学学习之门的课程。
4、微分几何学
数学的一个分支学科，应用微分学来研究空间中的曲线、曲面等图形性质的数学分支。以光滑曲线、曲面作为研究对象，由曲线的弧线长、曲线上一点的切线等概念展开。讨论的重点内容则是平面曲线在一点的曲率和空间的曲线在一点的曲率等。如果需要建模，也就是说用曲线和曲面来创造形体，则微分几何学是基础。
5、概率论与统计学
概率论是研究随机现象数量规律的数学分支。统计学是通过搜索、整理、分析数据等手段，以达到推断所测对象的本质，甚至预测对象未来的一门综合性科学。概率论与统计学则涉足到计算机图形学的许多领域。比如：计算机图形学涉及人类学科等的相关领域，例如虚拟现实和人机交互（HCI），就需要统计学来分析数据。计算机描绘真实世界牵涉到各种未知事件的概率问题，就需要用到概率论进行分析。
二、数学在编程中的应用
关键词：小组合作学习法；职高；“计算机图形图像处理”
一、引言
目前，通过对职高学生在平面广告岗位就业反馈的情况分析，暴露出学生的专业知识技能浅窄，实践能力不强，岗位职业能力与企事业单位实际岗位所需人才的能力严重脱节，究其原因主要是：专业技术课程不能较好地将理论教学与实践教学相统一，教学方法单一与教学模式陈旧不利于学生岗位职业能力的养成。为此，我在传统的讲授、演示教学法的基础上，大胆尝试使用小组合作学习法，激发学生的学习兴趣，使学生由被动学习变为主动学习。
二、“计算机图形图像处理”课堂中如何开展小组合作学习 1小组合作学习的流程
（1）创设情境。其目的就是激发学生的学习兴趣。职高“计算机图形图像处理”课开设的时间一般都是高一下半学期，这个时期的学生年轻有朝气，思维活跃，对新鲜事物充满了好奇，有着较强的探知欲望，性格比较独立，喜欢创造富有个性的设计。例如在讲选区和移动工具的应用时，通过展示日常生活中常见的图标标志，譬如肯德基图标、奔驰图标、QQ图像等，由此提出：如何制作这些标志？诱导激发学生探知欲望。总之，通过创设情境，可以将计算机图形图像处理教学知识融入学生的生活，学生乐于接受，由被动学习变为主动学习。
（2）明确学习目标和学习任务。为了让学生的小组合作学习开展有序、有效，必须使他们有明确的学习目标。这就要求老师向学生说明学习任务的内容、目标、完成的方法以及评价的标准等。具体任务老师可以帮忙分解布置或者学生自主分解布置，让小组中的所有成员共同参与，每个人都有事可做。 通过明确学习目标任务，可以避免小组合作学习的盲目性，充分体现小组合作学习的实效性。在讲选区和移动工具的应用时，向学生提出任务：利用选区工具制作欧陆风景―帅洋汽车标志。通过分析汽车标志，联系所学的选区工具的知识，由各组小组长分工，合理利用选区工具完成汽车标志制作任务。
（3）交流、评价。这个交流、评价不仅是小组成员之间相互交流评价，也是小组与小组之间相互交流评价。交流、评价环节主要包括学生总结学习成果、教师接受信息反馈并做出判断两个方面的内容。在学生之间相互交流时，我不断地鼓励他们，并要求他们最大化地阐述个人或小组的意见，同时还要求学生学会虚心征求其他组的意见或者真诚、实事求是地评价其他组，取长补短，不断完善合作学习成果。在听完了学生的交流、汇报后，老师对各小组做出恰当合适的评价。通过交流，学生的语言表达能力和胆量得到了锻炼和提高；通过评价，学生之间产生了竞争，在设计创作作品时由原来的追求速度转变为追求质量，并且很多同学在设计创作中大胆尝试加入创新元素，创作原创作品。这些变化不就是我们职业教育所追求的目标吗？
2小组合作学习的注意事项
（1）要突出“以人为本”的生本教育教学思想。 在小组合作学习中，确立学生的主体地位。设计一些带有竞争性质的活动，让学生动起来，让课堂活起来，通过学生动脑、动手、动口，使课堂气氛活跃。激发学生求真、向善、爱美的潜能，使他们积极主动、合理有效地参与到教学过程中来。
（2）合作学习要选择最佳时机。合作学习什么时候为佳？我认为，一是在学生意见不统一，有争论时；二是有了新知识，需要新能力时；三是遇到个人能力不够或无法解决的问题时。在合作学习中，教师应将教材中的结论性知识改造成具有“可学习”特征的材料，这种“可学习”特征的材料往往能唤醒学生学习的意识，激发小组合作的需求，产生小组合作行为。
三、结论
在职高“计算机图形图像处理”课程中运用“小组合作学习”模式具有极大的意义。通过小组合作学习，以学生为本，促进他们潜能的发展，使学生更自信，真正做到授学生以“渔”。我们相信每一位学生都能成为一名成功的“渔夫”，在毕业时能够适应工作岗位的需要，能为企业所用。
参考文献：
关键词:计算机图形学;选修课教学;知识导航链;知识屏蔽;自我成就感
中图分类号:G642 文献标识码:B
1引言
计算机图形学(以下简称CG)是研究如何利用计算机显示、生成和处理图形的学科。目前它已经成为一门发展最活跃、应用最广泛的前沿学科。CG涉及物理学、数学、计算机科学、心理学及艺术等诸多方面的内容,因此,该课程的特点是综合性较强,多学科交叉,课程本身具有极强的理论性和实践性。
由于CG自身的特点,使得它的讲授有别于其他课程。在讲授这门课程时,经常会遇到下面几个问题:
(1) 由于学科本身涉及的内容多、变化快、应用广,容易使学生在学习过程中混淆所学知识、疲于应付。
(2) 由于课程本身具有极强的理论性和实践性,教学过程中较难把握两者的轻重。作为选修课时,以上几个问题显得尤为严重。学生往往对选修课不够重视,难以提起学习兴趣。另外,作为选修课,学时相对较少,学生又来自不同专业,基础参差不齐,给教师授课内容的组织及进度安排也带来了困难。
针对该课程特点及选修课学生的特点,我们对教学中的一些问题进行了深入思考并提出了新的教学思路,即“五要”,要重视第一次课,要让学生始终保持思路清晰,要注意知识屏蔽,要强调实用性,要能增强学生自我成就感。实践表明,这些教学新思路对培养学生学习兴趣,提高学习热情,改进教学质量具有很好的指导和促进作用。
2教学中的思考
2.1要重视第一次课
很多学生在选修CG这门课时,不知道它是讲什么的,往往会误以为只是介绍一种图形软件的课程,因此就没有很明确的学习目标,这也直接导致学生有怠慢的情绪。作为教师,应该在第一次课的时候就纠正学生的错误理解,强调该课程所学习的内容,那就是“我们是做一个图形软件,而不是用一个图形软件”。
“万事开头难!”在给学生讲第一次课的时候,如果能让学生对这门课有一个正确的认识,不产生厌烦、畏惧心理,而是建立起学习激情、学习兴趣,确立较清晰明确的学习目标,那么对今后学习这门课的其他内容是有很好的指导作用的。
CG已有40多年的历史,其应用已经深入到方方面面。就人们经常可以接触到的广告、游戏、动画等而言,无一不用到它的知识,将这些实际应用以图示、动画等形式充分展示在学生面前,让学生看到CG的魅力所在,不但可以激发学生的学习兴趣,而且可以让学生了解到学习这门课的用处。在举例子时,不要只考虑到炫目,应该让这些
应用在后继的学习中与相关内容有联系,否则如果出现学生的强烈期望与枯燥现实的矛盾时,会挫伤学生的学习热情。课上,教师可以让学生列举他所认为的用到了CG知识来解决的问题,采用讨论的形式,活跃课堂气氛。课下还可以要求学生利用网络资源、图书馆资源等,去了解如何用CG技术制作诸如羽毛、雪景、水、海面、火焰等效果,加深学生对CG的认识。
总之,第一次课下来,应能达到以下两个目标:
(1) 学生明确知道了这门课的学习内容,确立了学习目标。
(2) 激发学生学习CG的兴趣和热情。
2.2要让学生始终保持思路清晰
在教授这门课的过程中,我们发现有些学生在学习了几种算法之后,竟然混淆了各算法所解决的问题。究其原因,学生在学习过程中没有一个清晰的学习框架和路线,在学习一个知识点的时候,不知道它所处的位置,造成了“只见树木,不见森林”的情况。
CG其实就是研究如何利用计算机“逼真”地模拟现实世界景物,而模拟景物的过程可以用图形流水线来给出如图1所示。依次将利用流水线上各技术处理的典型示例及效果图展示出来,让学生知道各部分大致完成的功能,并且要让学生知道,在学习过程中,他们也可以利用所学知识做出同样的效果,完成同样的功能,这样学生就会有清晰的学习思路,不会感到混乱,也有了学习兴趣。采用图形流水线的顺序组织课程内容,符合学生理解问题的逻辑顺序,有利于学生理解课程的知识结构,便于掌握各知识点间的关系,可以解决“只见树木,不见森林”的问题,使学生始终保持思路清晰,提高学习效果。
整体的学习思路按照上述流水线来进行,而在实际讲解各知识点时,可以通过加入导航的方式来给学生提供学习线索。如对Bresenham算法而言,既有画圆的Bresenham算法,也有的画直线的Bresenham算法,如果它是在图2所示的一个知识导航链上的,学生就会很清楚它所处的位置和完成的功能了。这种方式使学生无论在学习哪一个知识点的时候,都知道自己身处何地,不至于迷失在CG这座“森林”里。
2.3要注意知识屏蔽
CG涉及到很多方面的知识,如果不采取一定的“知识屏蔽”措施,学生会觉得自己掉进了一个知识的深渊,变得毫无目标,这会极大地影响学习热情。
比如,CG涉及很多数学知识,有些学生数学基础比较差,看到这种情况就会产生畏惧心理。其实就CG基础部分来说,涉及到的数学知识是有限的、简单的。老师在讲授涉及数学知识的部分时,要进行必要的数学知识的复习,但不必讲太深。如在学习几何变换时,要涉及到矩阵运算,主要是矩阵乘法,那么就可以通过下面的提问方式来做复习:“求矩阵T12×3和矩阵T23×4的乘法?结果矩阵的行数列数分别是多少?能否求T2×T1?”这个例子涉及了几个知识点,然而都是相当基本简单的,“第一个矩阵的列数要和第二个矩阵的行数相同才能进行矩阵乘法运算”,稍微提示一下学生就可以回忆起来,这样学生就有信心了。千万不要长篇细研,能不讲就不讲,毕竟在有限的时间能接受的知识也是有限的。
CG还涉及到人类视觉系统,这是一个复杂的系统,至今人类也没有完全搞清楚它是怎样工作的,所以也不要给学生详细讲解这个系统,而是能避则避。比如抖动技术的实现,本来只是两种颜色的图形简单地交错拼接在一起,怎么人眼就会看到另外一种颜色呢?如图3所示,黑白方格交错,从远处看就是灰色。这种情况只讲实际人们的经历体会,而不要太细地去探究人眼的工作机理。日常发生的情况,一说学生就会知道有这种现象,至于为什么,不去管它,这种情况只要“想当然”地接受就好了。
CG涉及的知识面太广,选修课课时又相对较少,因此对很多知识进行“知识屏蔽”,并“想当然”地接受并不是坏事,反而可以让学生专注于必要知识的学习。这就像人们想要走过一条路,走到一半时,发现路面发生了一些变化,但并不会影响继续行走,与其停下来探究路为什么发生变化,不如继续走下去,毕竟路的问题不是我们要解决的事,这条路我们只是用而已。
2.4要强调实用性
学习知识的最终目的是为了解决实际问题。如果不知道学的东西会有什么用、怎么用,学生就会感觉到很盲目,没有目标,会丧失学习兴趣和热情。“学这有什么用啊?我以后用得着吗?”,这几句话是学生经常会问的问题。有些课程的内容可能确实很难给出具体的应用,但CG不同,它是一门实践性很强的课,应用非常广泛,应用实例随手可得,教师应该充分利用这种资源,让学生看到学所用,这是调动学习积极性、明确学习目标的一个非常好的途径。
如何强调实用性呢?在介绍CG理论和算法时,要配合它们在流行的图形设计和动画制作软件(如AutoCAD、3D MAX、MAYA等)中的应用来讲解,促进理论学习和软件使用形成互动。如在介绍真实感图形时,播放由计算机绘制出来的各种云彩、山峰、海绵等效果,动画片中的各种变形效果等等,这样本显枯燥的理论内容通过实际应用展示出来,非常有利于学生理解和接受,也容易激发学习兴趣,进一步明确学习目标。
2.5要能增强学生自我成就感
这一点放在最后讲,是因为相对其他几点来讲,它是更加重要的。
通过分析有关心理因素认为:成就感是学习动机的基础,是建立主动学习动机的保证,是被动学习转化为主动学习的桥梁。因此,形成不同程度的成就感,是提高学习效果的有效手段。
现在许多学生为什么厌学?因为他们找不到“成就感”。在学习上看不到收获,感到的只是挫折和疲倦,如此这般,想让他们自觉努力地学习,是不可能的。所以一个明智的老师,应该研究一下学生的学习心理,想办法让他们不断找到“自我成就感”,保持学习的积极性。
对CG来说,由于实践性强、应用广泛,因而讲起来其实更容易些。在讲理论课时,充分利用现有的CG应用资源,尽量用实际应用中的图、动画、游戏等来展示,学生更易接受。一张图所能传达信息的内容和速度都是言语所不及的,学生一看一听就明白,也就会愿意继续学习下去。课上课下还要提供氛围,加强教学互动,可以让学生分组讨论,让学生有时间思考,也要让学生及时展示他的理解、他的想法,如果能得到肯定,自我成就感油然而生,一定会鼓舞学生的学习士气。
在实践教学方面时,实验的内容应是学生力所能及的,并且鼓励创新。当学生发现自己也能有新的想法时,学习的快乐会像一缕温暖的阳光激励他继续前进。实验内容的安排上还要考虑系统性,将每次实验内容、实现的程序综合到一个系统上(这个系统框架最好先由老师事先架设好)。到学期末,学生就会看到自己的作品――一个简单的图形系统,这无疑是一个最大的鼓励和肯定,也会让学生有继续深入学习的期望和热情。
当然增强学生自我成就感并不就是盲目的肯定和夸奖,不能让学生产生怠慢的心理,认为这门课好学。必须适当增加需要认真思考,甚至多人合作、讨论才能解决的问题,这样有伸有缩,才会既不减学习热情,又不使有怠慢情绪。
3小结
CG是一门综合性学科,有其自身不同于其他课程的特点,教授起来会有一定困难,特别是作为选修课时,会面临更多问题。依据课程特点及教授过程中的心得体会,我们总结出了以上教学思路。教学实践表明,学生普遍反映较好,教学效果明显提高。教学过程中,“学生是主体”这一点是毋庸置疑的,文中每一个想法和思路都以学生为出发点来思考问题,相信对学生的学习是有帮助的,当然这也对教师的教学工作提出了挑战。
参考文献:
[1] 覃雄派. 计算机专业本科的图形学实践教学[J]. 计算机教育,2007(11):80-83.
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