時間：2022-03-22 00:38:17
導語：在計算機圖形學課程的撰寫旅程中，學習并吸收他人佳作的精髓是一條寶貴的路徑，好期刊匯集了九篇優秀范文，愿這些內容能夠啟發您的創作靈感，引領您探索更多的創作可能。
中圖分類號：G4
文獻標識碼：A
doi：10.19311/ki.16723198.2017.01.082
0引言
隨著市場對游戲開發人才的需求越來越大。許多高校在本科階段設置了有關游戲開發方向的課程。“計算機圖形學”作為一門計算機科學方向的專業基礎課，主要講授包括：模型繪制、模型渲染、紋理和光照等內容。這些內容是構成游戲開發的主要理論基礎。然而，在實際教學過程中學生普遍反映“計算機圖形學”難學，主要體現在圖形學涉及的數學知識較多、相關算法晦澀難懂。如果沒有大量的實踐，學生會感到空洞與乏味。如何在講授“計算機圖形學”基本理論的同時，結合游戲開發的實踐，使得學生將枯燥的理論和算法與游戲開發的能力實現有機的對接，是一個值得深入探討的問題。本文在分析了目前“計算機圖形學”授課內容的基礎上，結合其內容與游戲開發之間的內在聯系，對面向游戲開發的“計算機圖形學”課程建設思路進行了探討。
1當前“計算機圖形學”授課現狀
目前大多數高校的本科“計算機圖形學”授課時間控制在50學時左右。以筆者所在的學校為例，理論與實驗學時分別是36和14學時。如圖1所示，理論授課內容主要分為二維、三維模型繪制、幾何變換和渲染，相關數學基礎和圖形引擎庫OpenGL等。傳統的課堂教學中，二維圖形學的內容占據相當大的比例。然而，在實際游戲開發實踐中，二維圖形涉及的較少，主要以包括：三維建模、幾何變換、視圖變換、材質、紋理貼圖、圖形渲染、模型動畫等三維圖形學的內容為主。如表1所示，實驗內容主要以模型的繪制、剪裁、渲染為主，實驗類型主要以驗證型為主，實現方法主要采用C++語言和OpenGL圖形庫。學生在學習這一部分內容的時候，普遍感到算法較為枯燥，而且無法和實際應用聯系起來，容易產生厭學的情緒。而且，OpenGL作為一款以C++為基礎的開源三維圖形引擎，優點是獨立于窗口系統和操作系統，以它為基礎開發的應用程序可以十分方便地在各種平臺間移植，弊端是封裝性不夠，要實現復雜的游戲動畫效果需要學生對底層的動畫原理和數學知識有較強的理解和熟練掌握C++編程技能。
在授課環節上，老師一般采用是先講授圖形學理論課，然后進行實驗課，目的是在實驗環節讓學生應用所學的理論知識，鍛煉實踐能力。但該方式也存在一些弊端：理論課和實驗課相對割裂，學生在學習圖形學算法和理論時對枯燥的內容感到較難，缺少實踐，而在實驗環節，在有限的時間內很難真正掌握開發工具并作出具有一定深度的作品。
2面向游戲開發能力的算機圖形學課程建設思路
基于上述問題，筆者結合游戲開發所需要的能力特點，從以下幾個方面入手，對“計算機圖形學”課程的改革進行了論述。
2.1課程內容
由于本門課程的學時限制，我們對目前授課內容的基礎上進行了相應的取舍，即講授重點放在三維圖形學的內容。另外，將一些游戲開發過程中較為關鍵的圖形學相關內容補充到授課內容中，例如以下兩方面的內容：
場景組織與模型渲染：場景組織是三維游戲中核心內容之一。在一個三維游戲中，需要將許多的模型用某種數據結構的方式將其組織起來，然后在繪制每一幀的時候將其渲染處理。如何合理有效地管理三維場景中物體之間的相關、從屬、互相影響的關系會對三維場景的生成效率產生重要影響。場景組織需要牽涉到數據結構中的排序算法，如：N叉樹排序、堆排序算法。現有的大多數圖形學教材并沒有將上述內容列入主要章節，而場景組織的相關算法是實現游戲開發的核心算法之一，對這一部分的內容應補充進授課內容。
模型交互與動畫算法：在游戲開發過程中，三維模型的交互是利用鼠標和鍵盤對模型的運動進行控制。三維模型的動畫包括：模型運動、碰撞檢測、人體骨骼動畫、漫游等。掌握這部分內容對于學生深入理解游戲開發來說也是極有必要的。根據筆者所知，目前的《計算機圖形學》教材中，大多數沒有涉及這部分內容，但也有一些《計算機圖形學》課本增加了三維模型動畫及動力學的內容，如潘云鶴等所著的《計算機圖形學：原理、方法及應用》一書中，就計算機動畫的應用作為專門的一章內容進行介紹。
2.2內容組織
針對圖形學中大多數的理論比較抽象，實驗也大多為算法的驗證型實驗。大多數學生在學習本門課之前并沒有相關計算機圖形學方面的知識儲備，因此造成學生普遍反映沒能將所學知識應用到實際應用中，從而降低學習本門課程的興趣。教師在具體講授過程中，可以按照構造游戲的流程，從角色建模講起，用游戲設計這一根主線找出各部分內容之間的聯系，使得學生對課程的內容和游戲開發之間的關系有一個全貌性的認識。本文對圖形學中相關算法與游戲開發的具體應用之間進行必要的對接。例如，在講解物體建模內容方面，可以先采用三維建模軟件（3DMAX或MAYA）實現基本物體的建模過程，并通過不同的視圖展示模型的線框或三角面片視圖。這樣可以讓學生直觀的感受圖形學中三維模型是如何構造的，從而讓其理解在OpenGL中所調函數的意義。三維模型的顯示方面，通過在三維建模軟件中設置攝像機成像原理，經過三維空間中實體的世界變換、視角變換等過程了解模型剪裁、幾何變換、投影變換的作用，從而更好的輔助學生了解相關算法的理解。真實感圖形學主要包括光照模型、紋理貼圖等，是圖形學中較為復雜和難理解的內容。老師利用三維建模軟件中的燈光、材質、質感、紋理貼圖的實現過程，讓學生直觀的了解圖形學中實現真實感的途徑與方法。欲使課堂講授的內容生動起來，必須有實際的案例支撐，因此建設面向游戲方向的圖形學案例庫，使得學生能夠快速理解和掌握相關理論和技術，對于提高圖形學課程的授課質量至關重要。
2.3圖形庫的使用
目前大多數圖形學課本都是采用OpenGL作為實驗的圖形生成庫。該圖形庫對于學生理解簡單模型的生成具有良好的作用。但是OpenGL對場景組織、模型渲染、真實感、動畫等功能的封裝不夠，從而造成需要學生對一些渲染、光照等數學模型有著較為深刻的理解，并將其用C++語言和OpenGL實現。為了讓學生掌握游戲開發中有關場景組織、模型渲染和動畫等相關功能，本文建議使用當前主流的3D圖形API，如：DirectX或者OSG（Open Screen Graph）等。DirectX是微軟開發的多媒體引擎主要用于Windows操作系統開發。Open Scene Graph是一個著名的開源三維圖形庫，被廣泛的應用在可視化仿真、游戲、虛擬現實、科學計算、三維重建。這兩個圖形庫對涉及場景組織、渲染、光照、模型交互動畫等高級算法具有良好的封裝，使得學生在使用只需要調用相關的API函數即可生成生動的游戲渲染和動畫效果。
3結論
結合圖形學教學的實際以及游戲開發專業方向的培養目標，從教學內容、內容組織、圖形庫選擇三個方面對于面向游戲開發導向的“計算機圖形學”課程教學改革進行了一些探討，希望能對游戲開發專業的教學和課程建設有所促進。
參考文獻
[1]孫家廣，胡事民.計算機圖形學基礎教程[M].北京：清華大學出版社，2005.
[2]向世明.OpenGL編程與實例[M].北京：電子工業出版社，1999.
[3]潘云鶴.計算機圖形學：原理、方法及應用[M].北京：高等教育出版社，2002.
關鍵詞：CDIO；計算機圖形學；立體化教學模式
作者簡介：鄒耀斌（1978-），男，江西鷹潭人，三峽大學計算機與信息學院，講師。（湖北 宜昌 443002）
基金項目：本文系三峽大學人才引進項目（項目編號：KJ2011B040）、三峽大學2012-2013年度求索大學生創新活動計劃重點項目課題的研究成果。
中圖分類號：G642.0?????文獻標識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）31-0080-02
CDIO代表構思（Conceive）、設計（Design）、實施（Implement）和運作（Operate），CDIO教育理念是近年來國際工程教育改革的新成果，是一種將理論教育與實踐教育緊密結合的創新教育理念。[1]CDIO讓學生以主動的、實踐的、課程之間存在有機聯系的方式學習工程，引導學生主動有效地學習課程知識，并以團隊的形式通過實踐來提高學生對知識的應用能力。[2]
CDIO教育理念和模式的先進性和優越性集中體現在實踐可操作性、全面系統性和廣泛適應性這三個方面。[3]首先，CDIO系統地闡述了能力培養、全面的實施指導以及檢驗測評的12條標準，這些內容具有很強的實踐可操作性。其次，CDIO強調培養學生的綜合能力，所設計的CDIO能力大綱涵蓋了學生綜合能力培養的四個層面：個體的技術知識和推理能力、個體的職業技能、團隊的協作和交流能力以及項目的構思、設計、實施和運作能力。最后，世界上眾多高等教育機構近10年來持續不斷的改革和探索表明，CDIO教育模式經過適當的調整，可以適用于絕大部分工程學科的大學生教育，其中也包括計算機專業的工程教育，[4]展現了CDIO的廣泛適應性。
計算機圖形學的應用范圍涵蓋科學、藝術、工業、商務、醫藥、政府、娛樂、廣告、教學和培訓等各個方面。[5]鑒于計算機圖形學應用領域日益廣泛的現實，國內外大學在計算機專業大都開設了“計算機圖形學”課程，三峽大學也將其確定為主干選修課程之一。“計算機圖形學”課程具有很強的理論性和實踐性，在教學中不但要注重學生專業理論知識的教育，更要重視學生的工程實踐能力的培養。CDIO能力大綱的四個層面完全涵蓋了“計算機圖形學”課程對學生能力培養的各個方面，因此將CDIO教育理念引入到“計算機圖形學”課程的教學改革具有積極的指導意義。
一、“計算機圖形學”課程的教學現狀分析
教學實踐表明，修學“計算機圖形學”課程的學生，他們在學習過程中表現出的興趣普遍呈現先高后低的特征：一開始興趣非常濃厚，也愿意和教師交流。但隨著課程的推進，學習的主動性明顯退化，以至于最后成為被動接受的機器。造成這種尷尬境地的因素是多方面的，歸結起來主要有以下4個方面的原因。
1.基礎理論寬泛，課程難度較大
“計算機圖形學”是數學、物理、計算機、心理學等多個學科交叉融合的一門學科，理解計算機圖形學的許多問題往往要有很好的數學或者物理知識。三峽大學是一所省屬二本院校，總體而言，學生的數理基礎相對薄弱，一旦碰到復雜的數學公式推導和物理背景分析容易打退堂鼓，也就很難持續保持濃厚的學習興趣。
2.課程內容偏多，理論課時偏少
一方面，“計算機圖形學”涵蓋的內容非常多，既包括圖形系統介紹、二維三維圖形繪制顯示，又包括真實感、非真實感建模與繪制、計算機動畫生成等等，而每項內容又涉及到很多細節技術。另一方面，課程的理論學時通常不到40。在偏少的學時內，計算機圖形學的知識體系容易被拆分成零散的知識點，使得學生無法從全局把握該課程的知識體系，容易喪失學習目標。
3.教學觀念落后，考核方式單一
傳統的以“知識點為導向”的教學觀念，過分強調學生對知識點的掌握，教師對教學大綱中要求的知識點作詳細的講解，容易形成一種滿堂灌的教學局面，反而降低了學生的學習主動性。另外，以“知識點為導向”的教學觀念產生的考核方式往往很單一，要求考試內容盡可能多地涵蓋大綱中的知識點。這種考核方式容易誤導學生把時間和精力放在記憶知識點上，但是實際上又無法真正考核學生對知識的應用能力。
4.偏重理論教學，實驗成擺設
“計算機圖形學”是一門高等工程學科，它需要在理論的指導下和工程實踐結合。或許是受課程理論基礎寬泛的影響，教師往往容易將重點放在理論的講授上，反而忽視了重要的實驗環節。調查顯示國內很多二本院校只開設了不到10學時的實驗課，使得原本很重要的實驗變成了裝飾。另外，計算機圖形學實驗平臺的搭建也被很多二本院校所忽視，很多院校沒有專用的計算機圖形學實驗室。
二、融合CDIO教育理念的教學改革實踐
“計算機圖形學”課程教學中存在的上述問題，容易使學生喪失學習興趣，學生很難掌握基礎知識和專業編程技能。另一方面，CDIO理念利于激發學生的學習興趣、加深專業基礎知識的理解與應用、鍛煉和提高學生的工程實踐能力、培養學生的團隊協作精神。據此，我們引入CDIO理念并制定了CDIO模式的“計算機圖形學”課程教學改革方案，具體地涉及如下4個方面的教學改革。
1.立體化教學模式
【關鍵詞】OpenGL實驗平臺 計算機圖形學 探究
一、計算機圖形學學習中的問題及其原因分析
（一）學習難度較大。由于計算機圖形學涉及的知識面非常廣，其中不僅有計算機知識，還有數學等其他學科的知識，因此，它的知識基礎要求較高，同學們學習起來難度較大也是情理之中的事情。事實上，計算機圖形學是一門新興學科，它是建立在圖論、現代數學和計算機科學基礎之上的，學科交叉繁雜，其理論性很強，同時實踐性又不弱，這就讓大家體會到了該門課程的綜合性特征和難易掌握的感覺，從而讓他們在巨大的學習難度面前望而卻步；
（二）學習理念較為滯后。當前的計算機圖形學學習觀念仍然沿用的是傳統的學習觀念，重視單方面的知識，片面強調對于相關知識點的掌握程度。這樣的觀念會使大家把計算機圖形學課堂變成滿堂灌，大家都是一種被動的學習狀態，互動性不高，學習積極性和主動性大打折扣了。此外，傳統的觀念中不太重視實驗環節，更不會重視實踐能力的培養，大大阻礙了大家的創新精神培養與創新能力的提高；
（三）實驗環節不夠科學與系統。當前，計算機圖形學學習過程中的實驗環節，很多高校一直采用C 或 VC++來實現編程，同時，進行實驗的工具與內容又較為陳舊，考核方式也頗為單調，學時又不太多，使得大家對于計算機圖形學的學習興趣大大降低，而且學習起來的真實難度又是較大的，尤其是繪制模型的實現，使得大家的實驗能力不強。
二、OpenGL圖形系統及其在圖形學上的應用
所謂OpenGL圖形系統，指的就是一個豐富的三維圖形函數庫，是圖形系統中的一個軟件接口，允許程序開發者創建一個交互性的程序，從而能夠產生三維移動的物體的彩色圖像。它除了具有基本的OpenGL 函數以外，還能夠支持OpenGL 實用庫、OpenGL 輔助庫、Windows專用庫函數、Win32 API 函數等其他四類函數。它還可以有雙緩存的功能，主要應用于制作動畫。我們可以使用OpenGL圖形系統來對計算機圖形技術進行相關的控制，從而產生較為逼真的圖形或者虛擬出實際生活中沒有的圖像。一般來說，OpenGL圖形系統的應用非常廣泛，具體應用到計算機圖形學中的話，就是說我們可以利用OpenGL 函數來順利實現圖形算法的演示。這種方法可以提高許多圖形函數，讓它們能夠通過單獨調用或者組合某些函數來實現基本的圖像操作，還可以對光線進行調整。目前，隨著計算機技術的不斷發展，現在的OpenGL圖形庫中增加了不少新組件，已經可以產生形象化的三維效果。當前常用的圖形設計方法有：圖形生成算法、幾何變換、投影變換等。此外，OpenGL圖形系統函數庫還可以進行紋理設置、特殊光照處理以及實現動畫效果等其他方面的強大功能。
三、基于OpenGL實驗平臺的學習探討
一般來說，計算機圖形學具有非常廣泛的應用領域，比如說信息顯示、設計、仿真與動畫以及用戶界面等方面。如果我們應用OpenGL圖形系統實驗平臺，將對傳統的應用思想產生一定的沖擊和影響。我們應該采用一種新型的圖形學理論來指導我們的實驗課，以增加圖形的逼真程度和提高圖形學課件的制作質量。在此，基于OpenGL圖形系統實驗平臺來將不同的知識點進行課件制作，增加大家上機進行實踐的興趣和主動性，提高互動參與性，提高學習效果。但是，當前我國高校計算機圖形學學習現狀不容樂觀，還存在著不少急需解決的問題。因此，我們應該盡快采用OpenGL實驗平臺來加強計算機圖形學學習。我們知道，OpenGL圖形系統是一個非常專業的圖形程序接口，它具有非常強大的圖形數據庫，提供了基本庫、實用庫和輔助庫三個方面的函數庫，可以開發二維和三維圖形程序所需要的多個方面。我們如果在計算機圖形學的學習中很好的應用OpenGL圖形系統，就可以把它作為基礎開發的應用程序，獨立于窗口系統和操作系統來實現不同平臺之間的移植工作。
四、結語
計算機圖形學有理論性與實踐性緊密結合的特點，學習難度較大。為幫助計算機圖形學課程的學習，可以采用控制臺應用程序+OpenGL和MFC可執行程序+OpenGL兩種圖形編程的學習模式，作為一門新興的學科，計算機圖形學在信息化時代顯得日益重要。我們要針對當前計算機圖形學現狀和問題，開展基于OpenGL實驗平臺的計算機圖形學學習模式，搞好基本功練習，合理安排一體化學習任務，把握理論知識和技能教學的穿插時機，認真設計學習任務，從而提高大家的學習積極性，并采用綜合性的評價體系來進行及時總結評價，激發同學們積極向上的學習熱情等，使得兼具理論性和實踐性的計算機專業課程，即計算機圖形學課程的學習效果進一步得到提高，從而為畢業后順利走向社會打下踏實的基礎以服務于國家和人民。
參考文獻：
[1]杜利峰，李竹林.基于OpenGL的計算機圖形學教學改革探索[J].電子設計工程，2012（13
[2]柳海蘭. 淺談計算機圖形學的發展及應用[J].電腦知識與技術，2010（3）：9551-9552.
[3]張筱蘭.信息技術與課程整合的理論與方法[M].北京：民族出版社，2004：144
關鍵詞：計算機圖形學 教學模式 教學效果
文章編號：1672-5913(2011)18-0020-03 中圖分類號：G642 文獻標識碼：A
1 應用型本科院校的辦學特色
作為一所工科應用型本科院校的教師，筆者一直在思考“應用型本科與普通本科的教學模式有何聯系與區別？”應用型本科教育是普通本科教育與高職教育的“交集”，這個交集中的元素既有普通本科教育的特征，也有高職教育的特征。應用型本科人才培養要遵循本科人才培養自身的教育規律，同時也要突出實踐、強化應用，既不能因為培養本科層次人才就沿襲普通本科的教育模式，辦成學科型、研究型的本科；也不能因為突出應用而削弱基礎理論的教學，辦成高職教育。應用型工科院校的教學模式應該是精簡本科的理論教學內容，突出高職的工程特色，培養既有基本的理論素養，又有很強動手能力的應用型人才。根據我院所招收的本科生“形象思維強于邏輯思維”的特點，應擺脫傳統的“學術型”、“研究型”人才培養模式的影響以及客觀環境的約束，積極探索以市場需求為導向，突出強化工程實踐能力的教學模式。我們率先計算機圖形學課程進行了教學模式改革與探索。
2 教學現狀分析
“計算機圖形學”是一門理論與實踐緊密聯系的專業課程，其主要教學目標[1]是使學生掌握計算機圖形生成與處理方面的基本理論，具備解決科學研究、工程設計與制造中有關圖形處理的能力，為后續的課
程學習及畢業設計奠定堅實基礎。然而在實際教學工作中，筆者發現由于計算機圖形學課程對空間想象能力的要求很高，僅僅是依據教材對原理算法的描述，很難抽象出實際的處理過程。同時，計算機圖形學課程對數學理論和編程能力的要求很高，導致學生在學習時產生畏難心理，更談不上對算法的深刻理解，嚴重影響教學質量，達不到預期的教學目標。另外，傳統的計算機圖形學教材在對算法的描述中，通常只給出基本算法步驟，缺少數字化的教學資源。要改變目前現狀，必須得從教學模式改革入手，開發出針對每個原理的算法，開發出可視化的教學案例。同時改革教學內容，以工作過程為導向編寫適合應用型工科院校的案例化教材，將理論教學與實踐資源緊密結合，打造全新的教學體系。
3 教學模式改革
針對傳統教學模式存在的不足之處，為了激發學生的學習興趣，提高學生實踐動手及學習效果，從課程的目標出發，為學生搭建可視化課程的整體構架，按照情景教學的方法，把握課程的教學要求，總結并提出了教學過程中“教材建設系列化、理論教學目標化，教學過程案例化，實踐資源數字化”的教學理念，精心打造“省級精品課程＋系列化教材＋數字化教學資源”立體化教學平臺。
3.1 教材建設系列化
目前課題組主持兩門省級精品課程――“C++程序設計”和“計算機圖形學”。將計算機圖形學的編程工具選用為Visual C++，充分利用了“C++程序設計”省級精品課程的建設成果。從2006年開始，課題組使用Visual C++的MFC框架，已經開發了近200個計算機圖形學教學源程序。在此基礎上，課題組編寫了《計算機圖形學基礎教程(Visual C++版)》、《計算機圖形學實踐教程(Visual C++版)》和《計算機圖形學基礎教程(Visual C++版)習題解答與編程實踐》、《計算機圖形學課程設計教程(Visual C++版)》等系列教材(清華大學出版社出版)，從教學內容、實驗項目、習題訓練、課程設計等角度全方位地解答教學中存在的疑難問題。
我們以《計算機圖形學基礎教程(Visual C++版)》
作為主教材，以生成真實感光照模型為主線，重點講解直線的掃描轉換、有效邊表填充、三維變換和投影、動態消隱、真實感光照等原理內容。《計算機圖形學實踐教程(Visual C++版)》給出了與主教材講解的原理相對應的所有源程序，可作為課堂教學的驗證性案例，《計算機圖形學基礎教程(Visual C++版)習題解答與編程實踐》針對主講教材中的課后編程習題給出了實現的源程序，同時給出了拓展技能要求的可執行程序。《計算機圖形學課程設計教程(Visual C++版)》突出工程實踐能力的培養，以類的形式對算法進行封裝，創建了三維光照場景，所建立的開發平臺可直接應用于科研項目的開發。計算機圖形學系列教材由于提供了眾多的源程序代碼，應用特色明顯，教學效果良好，目前已被國內上海大學等近50所本科院校和高職院校選為主講教材。
3.2 教學內容目標化
計算機圖形學原理眾多、算法復雜。教學內容系統化，就是按照工作過程來進行教學內容的排序，而不是簡單地按照學科知識來排序。以真實感光照模型為主線，課題組精選直線的掃描轉換、有效邊表填充、三維變換和投影、建模與消隱、真實感光照等作為教學內容。學生沿著教學主線學習后能夠掌握開發一個圖形平臺的具體步驟和必要的方法，可以動態為場景中的物體添加光源、指定材質、設置紋理，渲染出精美的三維圖形。沿著這條教學主線培養出的學生不僅能熟練勝任高級圖形的開發任務，而且對所涉及的理論知識也有較深的理解。不在這條主線上的計算機圖形學原理，可以在以后的實踐教學中，根據任務的需要來單獨學習。
3.3 教學過程案例化
從2006年開始，課題組開始嘗試將微軟的Visual C++ 6.0引入到計算機圖形學教學過程中。提出了在計算機圖形學教學過程中，以真實案例為引導，開展可視化教學的改革，讓學生真切感受到“所見即所得”優秀案例，既可以充分領會到算法的精髓[2]，又激發了學習的興趣，提高了教學效果。課堂教學采用案例
演示原理講解算法實現實踐拓展4個步驟，即從可視化的案例中，抽象出圖形學基本原理，對照程序理解算法，再結合工程中的項目要求，對學生提出課后訓練目標。
3.4 實踐資源數字化
計算機圖形學實踐教學過程劃分為驗證性實驗、綜合性實驗和創新性實驗三個實踐環節，漸進地強化學生的實際編程能力。其中，驗證性實驗是與主教材中所講授的原理一一對應的教學實驗，共開發43個源程序；“綜合性實驗”是在每一個實驗項目點，綜合應用前面已經學到的相關原理編寫的實驗項目，共開發18個源程序；創新性實驗是將所學原理的運用到工程項目中抽象出具有創新點的實驗項目，共開發18個源程序。教師在實踐環節中以“驗證性實驗、綜合性實驗、創新性實驗”三個層次組織實踐教學，知識的難度系數逐級遞增，學生的實踐技能逐步增強。目前，課題組開發的所有教學資源，已經上傳到計算機圖形學精品課程網站，供師生免費下載，擴大了省級精品課程的受益面。
4 教學效果
2007年，2005級的一名同學的“龍城虛擬現實
股份有限公司”獲山西省第三屆興晉挑戰杯大學生創業計劃競賽金獎，并于2009年，申報全國大學生科學創業項目“中國大洲虛擬現實股份有限公司”，成為我院唯一獲得項目支持孵化的項目。
5 結語
根據應用型工科院校的辦學特色，我們提出了“應用型工科院校計算機圖形學教學模式改革”的課題，從教學內容、教學方法、教學過程和教學資源等方面進行有益的改革探索，取得了良好的教學效果。課題組所在的計算機工程系于2009年被山西省教育廳授予山西省第十屆“育人杯”先進單位的稱號，課題項目于2010年榮獲山西省教學成果二等獎。筆者對教改經驗進行總結，以期進一步深化圖形圖像處理方向的系列課程建設。目前，課題組申報的“圖形圖像處理系列課程實踐教學資源與平臺的建設”已經被列為山西省“十二五”重點教改項目，下一步的工作將是按照專業特色方向的要求，對“C++程序設計”、“面向對象程序設計”、“數據結構”、“計算機圖形學”以及“游戲開發基礎”等系列課程的教學目標、教學大綱以及教學方法進行整體建設，打造面向游戲開發方向的優質實踐教學資源與管理平臺。
參考文獻：
[1] 孔令德. 計算機圖形學基礎教程(Visual C++版)[M]. 北京:清華大學出版社,2008:4-5.
[2] 唐世綱. 論案例教學的實施及功用[J]. 教學管理,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)
關鍵詞：計算機圖形學；教學改革；教學模式；案例材料；啟發式教學
中圖分類號：TP391.41-4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9599 （2012） 16-0000-02
1 引言
計算機圖形學是研究如何在計算機中生成、顯示和處理圖形的一門學科[1-2]，國內高等院校均設置了相關的本科課程。計算機圖形學具有較高的實用價值，掌握它不但需要較高的數學基礎，而且要求學生有很好的實際編程能力，這使得學生在學習過程中普遍感到枯燥無味、晦澀難懂，難以達到應有的教學效果。本文分析了計算機圖形學的課程特點及教學中存在的問題，對計算機圖形學的教學改革進行了一些有益探討。
2 課程教學特點及存在問題
計算機圖形學是一門理論和實踐兼顧、發展日新月異、綜合性很強的交叉學科，涉及內容和應用領域非常廣泛。它涵蓋了數學、物理學、計算機科學等相關學科的知識。同時，該課程以數據結構、計算機高級語言、圖形基本原理等為先導課程，并且對高等數學、線性代數等基礎數學有較高的要求。以下筆者根據自身的教學實踐來闡述該課程教學過程中存在的一些問題。
2.1 學習的積極性
對于經常接觸計算機的學生，能夠較為直觀深刻地感受計算機圖形學的具體應用，例如逼真的游戲場景、令人炫目的動畫等等。學生初學本課程時，一般抱有較高的興趣。但隨著學習的深入開展，發現課程理論艱深、晦澀難學，與心目中期望值偏差較大，畏難情緒逐步積累，會逐漸喪失學習的積極性。
2.2 先修課程
學生對于先修課程內容是否具有良好的基礎直接影響著對計算機圖形學課程的學習。先修課包括高等數學、線性代數、數據結構和程序設計課程。由于開課多安排在大學四年級，因而數學知識對學生學習該課程而言已經夠用。本門課程實踐性很強，程序設計課程知識對學生理解圖形學算法并進行實驗非常重要，掌握不好會使學生無法完成算法的實驗驗證，使學生產生挫敗感。 數據結構則用于描述圖形內部結構，使用得當可由基本形體構建復雜圖形。
2.3 課堂教學偏理論化
圖形學課程內容龐雜，理論內容豐富，數學公式繁多。為了使學生理解一個算法，需要從算法來源、圖形建模到算法推導等方面著手，老師的大部分精力耗費在了課程內容的講授上，無法客觀有效地獲知學生的接受情況。由于學時有限，學生不能全面動手進行實踐鞏固所學，因此最后對于課程的理解就只限于泛泛的概念了。計算機圖形學是一門實踐性很強的學科，上機實踐是學好這門課的必要手段[3-4]。但是，由于課程學時的限制，使原本很重要的實踐活動無法按時完成。上機平臺采用的多是非主流平臺的Turbo C，致使學生無法在實驗中學到將來就業時需要掌握的編程知識，大幅降低學生的上機興趣。
3 教學改革
3.1 教學模式的科學使用
在計算機圖形學課程教學中， 教學內容的選擇是核心，其次是教學模式的選用。加強可視化多媒體教學，運用PPT、flash制作經典算法的仿真演示。運用多媒體教學不僅可以使學生形象直觀地理解教學內容，而且還可以增加教學的信息量。電子教案的制作應盡可能生動有趣，盡可能多的準備與教學內容相關的多媒體素材。通過 flash 動畫演示，把復雜枯燥的數學推導和算法描述成生動有趣的動畫，激發學生的學習興趣。此外，傳統的“粉筆+黑板”講課模式也有優勢，教師可通過肢體語言感染學生，提高師生之間的互動性。對于本門課程而言，傳統教學模式適用于需要嚴謹邏輯推導證明以及需要學生思考的教學內容。例如，在講解經典圖形生成算法時，對數學推導過程，可以采用傳統教學模式，這樣便于學生理解，并能給學生留出足夠的思考時間。師生之間的課下交流則可通過網絡教學平臺來進行。通過該平臺，教師可以進行課下在線答疑。為此，根據學校的實際教學條件，可采取以多媒體教學模式為主，輔之以傳統教學模式，并注重利用課下網絡教學平臺的模式。
3.2 案例材料設計
為了培養學生的實踐能力，有必要編寫一套與教學內容、教學進度相適宜、與教材相配套的教學案例材料。該案例教材可以設計一個游戲場景為目標，貫穿整門課程從基本經典圖形生成算法到高級光照渲染等內容，使得學生一步步通過編程實踐，從易到難，有針對性的掌握教學內容。
3.3 調整授課內容和方法
由于課程學時短，內容多，算法推導繁瑣，因此可在教學過程中對于基本經典內容重點講授，而相似性內容在課堂上指出要點，其余細節留給學生自己消化。這樣一來，不僅有助于學生掌握重點，而且有助于培養學生獨立學習的能力。計算機圖形學課程高級主題部分均具有一定的深度和廣度，每一個相關部分都可看做一個獨立的研究分支，如果全部面面俱到，重點教授，不但學時不允許，學生也難于接受。對這部分內容，可選擇少量內容深入講，而對其它內容采用專題討論的形式。在專題討論中，教師給出最新搜集的演示圖片或視頻，指出該部分內容的應用背景及局限性，幫助學生擴大知識面，以備將來應用之需。這樣一來，既可以做到有點有面，適當地加大深度，又能夠確保教學任務的高效完成。學生不僅學到了必要的知識和方法，體會到基本原理的應用過程，而且開闊了視野，。
3.4 啟發式教學
對于計算機圖形學教學，由于其存在大量數學公式和算法，照本宣科的教學方法會讓學生感到枯燥、乏味，進而影響到他們的學習積極性和主動性。可考慮啟發式教學方法，首先由教師針對教授內容提出問題并由學生初步進行解答。接下來，通過深入分析問題給出解決問題的多種方法。最后，為學生分析各種解決方法的優缺點。這么做，可以引導學生逐步展開，層層深入，積極思考，充分調動學生的學習積極性。
4 結束語
針對計算機圖形學的課程特點及教學過程中存在的問題，本文從教學模式、案例材料設計、課程內容調整以及啟發式教學等方面進行教學改革的探索。從教學反饋結果看，本文所提出的方法和措施學生普遍能夠接受，明顯地提高了學生學習的積極性，取得了較好的教學效果。
參考文獻
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關鍵詞：高校計算機課程;新形勢;改革途徑
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）42-0110-02
如今，計算機技術隨著電腦、手機和網絡的普及，越來越多地在社會生產和生活中得到應用，相比過去而言，人們，特別是青少年，對于信息技術的了解和熟悉都遠超過去。不論是否接受高校教育，人們都有各種機會接觸和熟悉一部分計算機基礎知識。這對高校的計算機課程來說是一種新的形勢。面對新形勢，改革乃是一種必然。高等院校計算機基礎課程的教學必當定位為如何適應和滿足新形勢的變化。
一、新形勢下高效計算機課程教學所面臨的新問題
1.原有教學內容不足以滿足學生大幅提高的總體水平。教學實踐表明，學生的計算機水平總是新一屆比上一屆高，許多學生在操作方面已經相當熟練，能夠掌握簡單的辦公軟件、郵件收發等，甚至有些還學會了電腦繪畫、網頁設計和動畫制作等技術。而于此相應，目前的計算機基礎課程顯然太過簡單、基礎和單薄，學生的求知欲望不能得到滿足。
2.對等級考試的過分強調不足以滿足學生的求職需求。對考試的強調，以考試成績衡量教學效果，偏向應試教育，是傳統教學模式的特征，這點仍束縛著目前高校的計算機基礎課程。學生無法認識到這門學科的實效性，覺得學校所教授的計算機基礎課程脫離實際應用，只能用來烤等級證書。因此學習課程毫無用處，對這門課的投入相對較少。
3.學生計算機基礎水平參差不齊。雖然近年來人們生活水平大幅提高，手機電腦大幅普及，高校學生在入學前也往往有一定的計算機基礎知識，但仍有學生因為家境等原因，可能在之前沒有接觸或使用過電腦，仍然對計算機基礎知識較為缺乏。而對于接觸過河使用過的學生當中，也有的學生計算機知識基礎也并不穩固，往往只懂得上網聊天看電影、打游戲等。
4.教師知識儲備更新緩慢。某些教師并不善于學習，也不積極對照計算機科學和技術的發展而更新自己的知識儲備，所教授的內容則往往陳舊，無法適應教學改革的新形勢。
5.學生缺乏自主學習意識和能力。受傳統教育觀念的影響，某些教師仍以課堂灌輸為主，學生也因此習慣被動接受知識。學生因此缺乏必要的自主學生的意識更沒能培養出良好的學習習慣，不知道去尋找自己適用的學習方式方法。因此，許多學生對計算機知識缺乏必要的熱情和渴望，將學習等同于考試。課堂學習過于功利化，不能意識到學習的真正意義。
6.不夠重視教學實踐。盡管當前許多高校已經注意到計算機課程的理論與實踐的對應關系，也針對學生實際操作能力的培養安排了相應的教學力度和教學課程，但仍有高校缺乏這種意識。即便有，具體教學中也往往采取理論課與實踐課分離的簡單方式。
7.沒能利用網絡的發展進行現代化教學。由于計算機課程本身具有較強的實踐性，很難在一次性的講授中就令學生掌握，許多實踐性的細節需要學生在課后實踐和鞏固。下課之后無從學習和練習，使學生在實踐中難以動手，容易打擊學生學習的積極性。
二、新形勢下影響高校計算機課程教學的相關因素
1.影響教學內容的有關因素。目前，計算機科學與技術一直在不停地高速發展，軟硬件以及系統等設備設施一直處快的更新換代之中。而大多數高教計算機課程教學內容都表現為過于陳舊，跟不上信息的告訴發展。顯然，要想緊跟和把握最新的計算機發展動態，現階段計算機教材的編寫修訂方面還處于緩慢和落后的狀態，其教材內容遠遠落后于計算機更新的速度。這樣就無法學生對計算機形成較為深入的理解和認識。
2.影響教學手段的有關因素。高校計算機課程比其他課程更注重學科理論和實踐的結合，而當前高校計算機教學手段的單一無法滿足這一需求。教師不重視科學教學的應用，也沒有采取新鮮的手段來激發和引導學生的學習興趣，更鮮有鼓勵學生的創新。知識的灌輸通常是唯一的課堂教學方式，教師也通常忽略介紹相關背景和延伸知識，忽視引導，忽視培養學生的實踐操作技能。
3.影響教學管理的有關因素。在教學內容的安排上，現有高校的計算機教學過于脫離實際。比如安排學生較為熟悉的計算機普及性課程作為主要課程，重新將學生在日常生活中早就已經熟悉的知識灌輸到學生的頭腦之中，這勢必引起學生的反感，降低學生學習的興趣。在教學管理的方式上受傳統教育模式的影響過于強烈，簡單粗放，沒有科學地管理計算機課程的設置，也對高校教學實際情況不加考慮，相應的考核評價制度也沒有制定和落實到位，這些原因都使計算機課程教學的目標形式化、表面化嚴重。它們或多或少壓抑了學生的個性，影響了計算機教學質量的提高。
三、新形勢下高校計算機課程教學改革的具體內容
1.仔細選擇教材內容，優化課程細節。高校計算機教學應當以社會需求為導向，滿足市場的需求，其目的在于培養理論知識扎實、操作能力強的人才，為達到這個目的，就要求在選擇教材之前，首先能夠了解企業和用人單位對于人才的需求，要深入調研并研究使高校計算機課程及其應用能夠面向社會發展的需求，繼而選擇能夠適應市場需求的教材。計算機課程應當符合專業的需求，能夠在教學實踐中形成專業特色。
2.層次化教學，培養學生的操作能力。根據大學生在計算機基礎方面所具有的差異，可以針對不同層次水平的學生制定不同的教學計劃和實施手段。因材施教，進而縮小學生間的差距。在實際教學過程中，層次性的教育實施起來難度較大，這是因為很難個別化地具體地制定每個學生的教學方案。這時候，顯示出網絡教學的優越性來。可以利用網絡資源研究和設計全體學生的教學方案，針對學生的實際情況實施具體的操作能力的培養，這次能夠使層次教學有效展開，學生學習計算機的興趣和能力也得到了培養。
3.完善計算機水平的考核和評價機制。隨著時代的發展和科技的進步，傳統筆試的考試方式很難全面反映學生真正的計算機水平。這種沿用多年的考試方式容易培養出理論知識豐富，但動手操作能力不強的學生。因此，應當推廣目前上機考試的經驗，與筆試適當結合，可以同時反映學生的理論水平和操作能力。
4.全面提高計算機教師的整體素養。目前部分高校的計算機教師存在整體素質不高、師資水平薄弱的情況。為此，針對這些特點，應當整合高校的師資力量。可以招收更多專業出身的計算機教師，補充新鮮力量，并對現有教師進行培訓，以提高教師隊伍的整體水平。時刻加強教師隊伍的專業學習，提高教學技巧，從而提升計算機教師的教學教育水平，這是人才培養的基礎。
四、新形勢下高校計算機課程教學改進的有關途徑
1.創新教學觀念。高校計算機課程教學應當與時俱進，滿足市場需求，向社會輸送高素質人才，這就需要創新教學觀念。應當轉變傳統的教育模式，切實考慮計算機技術在學生今后工作過程中的重要性，并能夠認識到計算機教學的本質和意義。改變過去理論與實踐不平衡的狀況，針對學生的實際操作能力，進行加強，令學生在計算機方面的素質和能力有充分的提高，讓學生能夠使用計算機，去解決實際的問題。
2.針對專業需求開設對應的計算機課程。計算機課程的教學內容可與學生的具體專業結合起來，針對當前學科的特點，制定最符合本專業需要的計算機專業培養計劃，使學生能夠利用計算機完成其本專業的工作，使計算機技術真正成為一項必不可少的工具。
3.利用現代化手段完善教學模式。多媒體教學能夠為教學過程帶來豐富多彩的體驗，可以方便地將新鮮事物納入日常教學生活中來。計算機課堂改革可以增加更多的多媒體課件，將抽象的理論知識具體化、實物化，讓知識的講授更加生動形象，更簡單地說明事物的來源和現狀。可以利用電子郵件、QQ、校園網站等各種方式，加強師生間的交流互助，促進師生間的和諧關系，提高教學質量。
4.努力營造良好的課堂氛圍。計算機的教學往往是一個雙向性的過程。良好的學習氛圍能夠使課堂變得生動有趣。良好的學習環境能夠培養良好的學習習慣。事實表明，良好的學習氛圍和環境有助于培養學生的求知欲和創造能力。
參考文獻：
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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）
計算機科學的很多分支，比如：程序設計、信息技術、網絡技術、信息安全等，基本上都要依靠一定的數學功底。因此對于一個計算機專業的學生來說，數學修養是非常重要的。推理、創新、邏輯思維、分析問題解決問題等方面的能力都得到了一定的體現。
一、數學在計算機圖形學中的應用
1、三角學和代數
三角學和代數是計算機圖形學中最基礎的知識。高中時期所學的數學，最重要的內容就是三角學和代數了，它們可以幫助我們解決類似求幾何圖形邊長等簡單的問題，也可以幫助我們從方程中解答出一個或者多個的根。
2、線性代數
只要想在計算機圖形學領域中工作，扎實的線性代數基礎是必需的。而線性方程組與矩陣是其基礎與核心。圖形學自始至終離不開矢量，我們常常抽象出的幾何數值表示法，比如坐標X＼Y＼Z，就被稱之為矢量。一般我們也可以用矢量來描述平移、縮放或者旋轉。在圖形學里矩陣的表述也相當流行，許多問題都要用到矩陣方程組的數值解法。由此我們可以看出線性代數的思想貫穿于整個計算機圖形學中。
3、微積分學
數學中的基礎分支。內容主要包括函數、極限、微分學、積分學及其應用。求曲線的切線問題，求長度、面積、體積、重心問題等都需要用到微積分。它是一種很有用的工具，是高級計算機圖形學的重要成分。也有許多研究者用微積分學的術語來描述他們的問題和解決方法。微積分學是一能為你打開計算機圖形學與后繼的數學學習之門的課程。
4、微分幾何學
數學的一個分支學科，應用微分學來研究空間中的曲線、曲面等圖形性質的數學分支。以光滑曲線、曲面作為研究對象，由曲線的弧線長、曲線上一點的切線等概念展開。討論的重點內容則是平面曲線在一點的曲率和空間的曲線在一點的曲率等。如果需要建模，也就是說用曲線和曲面來創造形體，則微分幾何學是基礎。
5、概率論與統計學
概率論是研究隨機現象數量規律的數學分支。統計學是通過搜索、整理、分析數據等手段，以達到推斷所測對象的本質，甚至預測對象未來的一門綜合性科學。概率論與統計學則涉足到計算機圖形學的許多領域。比如：計算機圖形學涉及人類學科等的相關領域，例如虛擬現實和人機交互（HCI），就需要統計學來分析數據。計算機描繪真實世界牽涉到各種未知事件的概率問題，就需要用到概率論進行分析。
二、數學在編程中的應用
關鍵詞：小組合作學習法；職高；“計算機圖形圖像處理”
一、引言
目前，通過對職高學生在平面廣告崗位就業反饋的情況分析，暴露出學生的專業知識技能淺窄，實踐能力不強，崗位職業能力與企事業單位實際崗位所需人才的能力嚴重脫節，究其原因主要是：專業技術課程不能較好地將理論教學與實踐教學相統一，教學方法單一與教學模式陳舊不利于學生崗位職業能力的養成。為此，我在傳統的講授、演示教學法的基礎上，大膽嘗試使用小組合作學習法，激發學生的學習興趣，使學生由被動學習變為主動學習。
二、“計算機圖形圖像處理”課堂中如何開展小組合作學習 1小組合作學習的流程
（1）創設情境。其目的就是激發學生的學習興趣。職高“計算機圖形圖像處理”課開設的時間一般都是高一下半學期，這個時期的學生年輕有朝氣，思維活躍，對新鮮事物充滿了好奇，有著較強的探知欲望，性格比較獨立，喜歡創造富有個性的設計。例如在講選區和移動工具的應用時，通過展示日常生活中常見的圖標標志，譬如肯德基圖標、奔馳圖標、QQ圖像等，由此提出：如何制作這些標志？誘導激發學生探知欲望。總之，通過創設情境，可以將計算機圖形圖像處理教學知識融入學生的生活，學生樂于接受，由被動學習變為主動學習。
（2）明確學習目標和學習任務。為了讓學生的小組合作學習開展有序、有效，必須使他們有明確的學習目標。這就要求老師向學生說明學習任務的內容、目標、完成的方法以及評價的標準等。具體任務老師可以幫忙分解布置或者學生自主分解布置，讓小組中的所有成員共同參與，每個人都有事可做。 通過明確學習目標任務，可以避免小組合作學習的盲目性，充分體現小組合作學習的實效性。在講選區和移動工具的應用時，向學生提出任務：利用選區工具制作歐陸風景―帥洋汽車標志。通過分析汽車標志，聯系所學的選區工具的知識，由各組小組長分工，合理利用選區工具完成汽車標志制作任務。
（3）交流、評價。這個交流、評價不僅是小組成員之間相互交流評價，也是小組與小組之間相互交流評價。交流、評價環節主要包括學生總結學習成果、教師接受信息反饋并做出判斷兩個方面的內容。在學生之間相互交流時，我不斷地鼓勵他們，并要求他們最大化地闡述個人或小組的意見，同時還要求學生學會虛心征求其他組的意見或者真誠、實事求是地評價其他組，取長補短，不斷完善合作學習成果。在聽完了學生的交流、匯報后，老師對各小組做出恰當合適的評價。通過交流，學生的語言表達能力和膽量得到了鍛煉和提高；通過評價，學生之間產生了競爭，在設計創作作品時由原來的追求速度轉變為追求質量，并且很多同學在設計創作中大膽嘗試加入創新元素，創作原創作品。這些變化不就是我們職業教育所追求的目標嗎？
2小組合作學習的注意事項
（1）要突出“以人為本”的生本教育教學思想。 在小組合作學習中，確立學生的主體地位。設計一些帶有競爭性質的活動，讓學生動起來，讓課堂活起來，通過學生動腦、動手、動口，使課堂氣氛活躍。激發學生求真、向善、愛美的潛能，使他們積極主動、合理有效地參與到教學過程中來。
（2）合作學習要選擇最佳時機。合作學習什么時候為佳？我認為，一是在學生意見不統一，有爭論時；二是有了新知識，需要新能力時；三是遇到個人能力不夠或無法解決的問題時。在合作學習中，教師應將教材中的結論性知識改造成具有“可學習”特征的材料，這種“可學習”特征的材料往往能喚醒學生學習的意識，激發小組合作的需求，產生小組合作行為。
三、結論
在職高“計算機圖形圖像處理”課程中運用“小組合作學習”模式具有極大的意義。通過小組合作學習，以學生為本，促進他們潛能的發展，使學生更自信，真正做到授學生以“漁”。我們相信每一位學生都能成為一名成功的“漁夫”，在畢業時能夠適應工作崗位的需要，能為企業所用。
參考文獻：
關鍵詞:計算機圖形學;選修課教學;知識導航鏈;知識屏蔽;自我成就感
中圖分類號:G642 文獻標識碼:B
1引言
計算機圖形學(以下簡稱CG)是研究如何利用計算機顯示、生成和處理圖形的學科。目前它已經成為一門發展最活躍、應用最廣泛的前沿學科。CG涉及物理學、數學、計算機科學、心理學及藝術等諸多方面的內容,因此,該課程的特點是綜合性較強,多學科交叉,課程本身具有極強的理論性和實踐性。
由于CG自身的特點,使得它的講授有別于其他課程。在講授這門課程時,經常會遇到下面幾個問題:
(1) 由于學科本身涉及的內容多、變化快、應用廣,容易使學生在學習過程中混淆所學知識、疲于應付。
(2) 由于課程本身具有極強的理論性和實踐性,教學過程中較難把握兩者的輕重。作為選修課時,以上幾個問題顯得尤為嚴重。學生往往對選修課不夠重視,難以提起學習興趣。另外,作為選修課,學時相對較少,學生又來自不同專業,基礎參差不齊,給教師授課內容的組織及進度安排也帶來了困難。
針對該課程特點及選修課學生的特點,我們對教學中的一些問題進行了深入思考并提出了新的教學思路,即“五要”,要重視第一次課,要讓學生始終保持思路清晰,要注意知識屏蔽,要強調實用性,要能增強學生自我成就感。實踐表明,這些教學新思路對培養學生學習興趣,提高學習熱情,改進教學質量具有很好的指導和促進作用。
2教學中的思考
2.1要重視第一次課
很多學生在選修CG這門課時,不知道它是講什么的,往往會誤以為只是介紹一種圖形軟件的課程,因此就沒有很明確的學習目標,這也直接導致學生有怠慢的情緒。作為教師,應該在第一次課的時候就糾正學生的錯誤理解,強調該課程所學習的內容,那就是“我們是做一個圖形軟件,而不是用一個圖形軟件”。
“萬事開頭難!”在給學生講第一次課的時候,如果能讓學生對這門課有一個正確的認識,不產生厭煩、畏懼心理,而是建立起學習激情、學習興趣,確立較清晰明確的學習目標,那么對今后學習這門課的其他內容是有很好的指導作用的。
CG已有40多年的歷史,其應用已經深入到方方面面。就人們經常可以接觸到的廣告、游戲、動畫等而言,無一不用到它的知識,將這些實際應用以圖示、動畫等形式充分展示在學生面前,讓學生看到CG的魅力所在,不但可以激發學生的學習興趣,而且可以讓學生了解到學習這門課的用處。在舉例子時,不要只考慮到炫目,應該讓這些
應用在后繼的學習中與相關內容有聯系,否則如果出現學生的強烈期望與枯燥現實的矛盾時,會挫傷學生的學習熱情。課上,教師可以讓學生列舉他所認為的用到了CG知識來解決的問題,采用討論的形式,活躍課堂氣氛。課下還可以要求學生利用網絡資源、圖書館資源等,去了解如何用CG技術制作諸如羽毛、雪景、水、海面、火焰等效果,加深學生對CG的認識。
總之,第一次課下來,應能達到以下兩個目標:
(1) 學生明確知道了這門課的學習內容,確立了學習目標。
(2) 激發學生學習CG的興趣和熱情。
2.2要讓學生始終保持思路清晰
在教授這門課的過程中,我們發現有些學生在學習了幾種算法之后,竟然混淆了各算法所解決的問題。究其原因,學生在學習過程中沒有一個清晰的學習框架和路線,在學習一個知識點的時候,不知道它所處的位置,造成了“只見樹木,不見森林”的情況。
CG其實就是研究如何利用計算機“逼真”地模擬現實世界景物,而模擬景物的過程可以用圖形流水線來給出如圖1所示。依次將利用流水線上各技術處理的典型示例及效果圖展示出來,讓學生知道各部分大致完成的功能,并且要讓學生知道,在學習過程中,他們也可以利用所學知識做出同樣的效果,完成同樣的功能,這樣學生就會有清晰的學習思路,不會感到混亂,也有了學習興趣。采用圖形流水線的順序組織課程內容,符合學生理解問題的邏輯順序,有利于學生理解課程的知識結構,便于掌握各知識點間的關系,可以解決“只見樹木,不見森林”的問題,使學生始終保持思路清晰,提高學習效果。
整體的學習思路按照上述流水線來進行,而在實際講解各知識點時,可以通過加入導航的方式來給學生提供學習線索。如對Bresenham算法而言,既有畫圓的Bresenham算法,也有的畫直線的Bresenham算法,如果它是在圖2所示的一個知識導航鏈上的,學生就會很清楚它所處的位置和完成的功能了。這種方式使學生無論在學習哪一個知識點的時候,都知道自己身處何地,不至于迷失在CG這座“森林”里。
2.3要注意知識屏蔽
CG涉及到很多方面的知識,如果不采取一定的“知識屏蔽”措施,學生會覺得自己掉進了一個知識的深淵,變得毫無目標,這會極大地影響學習熱情。
比如,CG涉及很多數學知識,有些學生數學基礎比較差,看到這種情況就會產生畏懼心理。其實就CG基礎部分來說,涉及到的數學知識是有限的、簡單的。老師在講授涉及數學知識的部分時,要進行必要的數學知識的復習,但不必講太深。如在學習幾何變換時,要涉及到矩陣運算,主要是矩陣乘法,那么就可以通過下面的提問方式來做復習:“求矩陣T12×3和矩陣T23×4的乘法?結果矩陣的行數列數分別是多少?能否求T2×T1?”這個例子涉及了幾個知識點,然而都是相當基本簡單的,“第一個矩陣的列數要和第二個矩陣的行數相同才能進行矩陣乘法運算”,稍微提示一下學生就可以回憶起來,這樣學生就有信心了。千萬不要長篇細研,能不講就不講,畢竟在有限的時間能接受的知識也是有限的。
CG還涉及到人類視覺系統,這是一個復雜的系統,至今人類也沒有完全搞清楚它是怎樣工作的,所以也不要給學生詳細講解這個系統,而是能避則避。比如抖動技術的實現,本來只是兩種顏色的圖形簡單地交錯拼接在一起,怎么人眼就會看到另外一種顏色呢?如圖3所示,黑白方格交錯,從遠處看就是灰色。這種情況只講實際人們的經歷體會,而不要太細地去探究人眼的工作機理。日常發生的情況,一說學生就會知道有這種現象,至于為什么,不去管它,這種情況只要“想當然”地接受就好了。
CG涉及的知識面太廣,選修課課時又相對較少,因此對很多知識進行“知識屏蔽”,并“想當然”地接受并不是壞事,反而可以讓學生專注于必要知識的學習。這就像人們想要走過一條路,走到一半時,發現路面發生了一些變化,但并不會影響繼續行走,與其停下來探究路為什么發生變化,不如繼續走下去,畢竟路的問題不是我們要解決的事,這條路我們只是用而已。
2.4要強調實用性
學習知識的最終目的是為了解決實際問題。如果不知道學的東西會有什么用、怎么用,學生就會感覺到很盲目,沒有目標,會喪失學習興趣和熱情。“學這有什么用啊?我以后用得著嗎?”,這幾句話是學生經常會問的問題。有些課程的內容可能確實很難給出具體的應用,但CG不同,它是一門實踐性很強的課,應用非常廣泛,應用實例隨手可得,教師應該充分利用這種資源,讓學生看到學所用,這是調動學習積極性、明確學習目標的一個非常好的途徑。
如何強調實用性呢?在介紹CG理論和算法時,要配合它們在流行的圖形設計和動畫制作軟件(如AutoCAD、3D MAX、MAYA等)中的應用來講解,促進理論學習和軟件使用形成互動。如在介紹真實感圖形時,播放由計算機繪制出來的各種云彩、山峰、海綿等效果,動畫片中的各種變形效果等等,這樣本顯枯燥的理論內容通過實際應用展示出來,非常有利于學生理解和接受,也容易激發學習興趣,進一步明確學習目標。
2.5要能增強學生自我成就感
這一點放在最后講,是因為相對其他幾點來講,它是更加重要的。
通過分析有關心理因素認為:成就感是學習動機的基礎,是建立主動學習動機的保證,是被動學習轉化為主動學習的橋梁。因此,形成不同程度的成就感,是提高學習效果的有效手段。
現在許多學生為什么厭學?因為他們找不到“成就感”。在學習上看不到收獲,感到的只是挫折和疲倦,如此這般,想讓他們自覺努力地學習,是不可能的。所以一個明智的老師,應該研究一下學生的學習心理,想辦法讓他們不斷找到“自我成就感”,保持學習的積極性。
對CG來說,由于實踐性強、應用廣泛,因而講起來其實更容易些。在講理論課時,充分利用現有的CG應用資源,盡量用實際應用中的圖、動畫、游戲等來展示,學生更易接受。一張圖所能傳達信息的內容和速度都是言語所不及的,學生一看一聽就明白,也就會愿意繼續學習下去。課上課下還要提供氛圍,加強教學互動,可以讓學生分組討論,讓學生有時間思考,也要讓學生及時展示他的理解、他的想法,如果能得到肯定,自我成就感油然而生,一定會鼓舞學生的學習士氣。
在實踐教學方面時,實驗的內容應是學生力所能及的,并且鼓勵創新。當學生發現自己也能有新的想法時,學習的快樂會像一縷溫暖的陽光激勵他繼續前進。實驗內容的安排上還要考慮系統性,將每次實驗內容、實現的程序綜合到一個系統上(這個系統框架最好先由老師事先架設好)。到學期末,學生就會看到自己的作品――一個簡單的圖形系統,這無疑是一個最大的鼓勵和肯定,也會讓學生有繼續深入學習的期望和熱情。
當然增強學生自我成就感并不就是盲目的肯定和夸獎,不能讓學生產生怠慢的心理,認為這門課好學。必須適當增加需要認真思考,甚至多人合作、討論才能解決的問題,這樣有伸有縮,才會既不減學習熱情,又不使有怠慢情緒。
3小結
CG是一門綜合性學科,有其自身不同于其他課程的特點,教授起來會有一定困難,特別是作為選修課時,會面臨更多問題。依據課程特點及教授過程中的心得體會,我們總結出了以上教學思路。教學實踐表明,學生普遍反映較好,教學效果明顯提高。教學過程中,“學生是主體”這一點是毋庸置疑的,文中每一個想法和思路都以學生為出發點來思考問題,相信對學生的學習是有幫助的,當然這也對教師的教學工作提出了挑戰。
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