计算机图形学教学改革

摘 要：实践教学表明,这些措施对提高教学质量,加深课程内容理解,激发学生的学习兴趣并培养学生综合能力有积极的作用.

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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.计算机图形学具有较高的实用价值,掌握它需要较深的理论基础,国内高等院校均设置了相关的本科课程.但是,由于各学校以及学校各专业之间培养目的、学生基础、师资配备以及课程安排等方面的差异,加之计算机图形学本身既需要较高的数学基础且需要很好的实际编程能力,使得学生在学习过程中普遍感到枯燥无味、无法吸收,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.课程教学中存在的问题

计算机图形学是一门理论和实践兼顾、综合性很强的交叉学科,涉及内容和应用领域都很广泛.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.

(一)学习的积极性

对于接触计算机较多的学生而言,对计算机图形学的应用感受较为深刻,例如赏心悦目的动画、逼真的游戏场面等.学生初学本课程时,一般均有较高的兴趣,但随着课程学习的持续深入,发现课程理论艰深、晦涩难学,与期望值偏差较大,会逐渐影响学习的积极性.

(二)先修课程

先修课程内容的掌握情况直接影响着学生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,掌握不好会使学生做实验时处处碰壁.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.

(三)授课偏重理论

图形学课程内容庞杂,理论内涵丰富,数学公式繁多.要给学生讲清楚一个算法,需要从算法来源、图形实现建模到算法推导等方面着手.老师的很多精力放在了课程内容的讲授上,学生则被动灌输了大量知识,然而由于学时有限,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.但是,由于学时的限制,使原本很重要的实践活动变成了搭配,上机平台采用的多是目前已不作为主流平台的TurboC,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

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.该措施一方面可以使学生形象直观地理解教学内容,另一方面还可以增加教学的信息量,由此对教学带来的好处是显而易见的.电子课件制作应尽可能生动有趣、富有创意,尽可能多的准备与教学内容有关的多媒体素材.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,提高学生的感性认识.传统的“粉笔＋黑板”讲课模式也有优势,教师教授起来有声有色,可通过肢体语言感染学生,提高教师与学生之间的互动性.对于需要严谨逻辑推导证明以及需要学生思考的教学内容,采用传统教学模式的效果会更好一些.比如,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.面向教学的网络教学平台的使用,则为师生之间的课下交流提供了便利条件.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模式.

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.

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,而相似性内容泛讲.如针对直线Bresenham光栅扫描算法的教授,可选择从算法的来源、数学建模、原理算法推导及实现等过程详细讲,而针对圆和椭圆等其它相似图形,则只讲清原理和关键技术点,让学生自己推导.这样的教学方式,不仅有助于学生掌握知识,有效的缩短学时,而且有助于培养学生独立学习的能力.图形学高级主题部分如真实感图形学等均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,学生接受难度大,也超出了一般教学大纲范围.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讲座的形式.比如对于经典的Phong光照模型,由于不是很复杂,只要讲授方法得当,学生不难理解.因此,可给学生讲清其原理、推导及应用局限性,并把它作为学生实验的一部分.考虑到部分学生对实验过程所依赖的内容如点积实现可能会有难度,因此应事先为学生准备好这些实验条件.对于其它的高级主题,可采用讲座形式,并给出最新搜集的演示图片或视频,帮助学生扩大知识面,以备将来应用之需.针对高级主题,采用这样的教学方法,可以做到有点有面,适当地加大深度,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,开阔了视野,体会到基本原理的应用过程和乐趣.

4.结语

经过这些年的教学实践和探索,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,使得他们发自内心地意识到抽象理论学习的重要性.同时,在学习过程中学生们也主动加强锻炼自己的实践能力,大幅度的提高了综合能力水平.但是,应该看到,计算机图形学学科发展日新月异,如何科学合理地将最新的研究成果纳入到教学内容中,还需要在今后的教学和科研工作中不断的实践和探索.

作者简介

刘刚（1974－）,男,湖南临武人,河南科技大学电信学院讲师,博士,主要研究方向：图形图像处理、智能控制,软件工程.:lg19741011@163.,

张丹（1980－）,女,河南科技大学外国语学院讲师,硕士,主要研究方向：应用语言学.