摘要:本文針對“計算機圖形學”課程特點及傳統(tǒng)教學模式存在的不足，提出“理論知識系統(tǒng)化，教學過程實例化，應(yīng)用層次多樣化”的教學思路，將“計算機圖形學”算法原理與交互式圖形軟件設(shè)計相結(jié)合，并將算法原理應(yīng)用于實際問題當中，取得了良好的教學效果。

關(guān)鍵詞:計算機圖形學;教學模式;應(yīng)用層次多樣性

1教學現(xiàn)狀分析

“計算機圖形學”是一門理論與實踐結(jié)合很強的課程，是計算機各專業(yè)的主干課程。通過學習這門課程，學生應(yīng)掌握計算機圖形生成與處理技術(shù)的基礎(chǔ)知識、基本原理和算法[1]，具有開發(fā)圖形軟件的設(shè)計能力，為今后從事計算機圖形圖像處理領(lǐng)域的研究和開發(fā)工作打下良好的基礎(chǔ)。在教學中，教師利用高級語言(例如Visual C++)進行程序開發(fā)，促進學生熟練掌握高級語言，為開發(fā)圖形應(yīng)用系統(tǒng)打下程序設(shè)計基礎(chǔ)。然而在多年的教學中，筆者卻發(fā)現(xiàn)多數(shù)學生認為這門課程算法太抽象，原理太難，編程不易，面對具體問題時不知如何運用所學算法給出切實可行的解決方案并編寫程序，得出預(yù)期結(jié)果。

產(chǎn)生上述問題的主要原因是[2]:長期以來，受傳統(tǒng)教育的影響，“計算機圖形學”始終沒有擺脫先理論后應(yīng)用的傳統(tǒng)教學模式，這一方面使學生在算法及原理學習階段缺乏對抽象理論知識的感性認識，對內(nèi)容抽象、較難理解的算法只能“死記硬背”，學習過程“似懂非懂”，根本談不上“深入理解”，另一方面使學生進入實踐應(yīng)用學習階段時對學過的算法及原理遺忘甚多，沒有了理論指導(dǎo)，實踐就無從下手。學生感覺算法及原理和實踐環(huán)節(jié)是兩張皮，根本無法學以致用，專業(yè)興趣得不到激發(fā)，學習積極性難以調(diào)動，越學越乏味，逐漸失去了信心，嚴重影響教學質(zhì)量，難以達到預(yù)期效果。此外，大部分教材對算法的描述并沒有相應(yīng)的程序代碼，初學者總有一種不知所措的感覺，認為書上的算法及原理只是紙上談兵，根本就無從實踐，學完后就將其束之高閣。

如何改進教學方法，解決抽象原理與實踐相脫節(jié)的問題，讓絕大多數(shù)學生在有限的時間內(nèi)迅速掌握課程的基礎(chǔ)算法及原理，并運用于實踐中，成為具有真才實學的高素質(zhì)人才，是本課程研究的重要課題。

2教學模式改革

針對傳統(tǒng)教學模式的不足，為了激發(fā)學生的學習興趣，提高實踐技能與學習效果，教師應(yīng)該從課程的大局出發(fā)，為學生搭建課程的整體構(gòu)架，由易到難，由淺入深把握課程的教學要求。筆者總結(jié)并提出了教學過程中自始自終貫穿“理論知識系統(tǒng)化，教學過程實例化，應(yīng)用層次多樣化”的教學思路。

2.1理論知識系統(tǒng)化

“理論知識系統(tǒng)化”是指整個課程中的算法原理遵循由淺入深的講解方式，構(gòu)建出系統(tǒng)化的圖形算法原理的知識架構(gòu)。

“計算機圖形學”涉及的理論知識以算法原理為主，故需要詳細解讀，因為算法原理之間相互聯(lián)系，互為支撐，故算法講解應(yīng)由簡入繁，由易到難，搭建出合理的算法架構(gòu)。

2.2教學過程實例化

“教學過程實例化”是指在課堂教學過程中打破“重算法，輕實例”的教學模式，以教師為主導(dǎo)，學生為主體，運用算法的實例演示、算法對比等方式，讓學生真切感受到本算法設(shè)計出的“所見即所得”優(yōu)秀案例。

首先，在學習每一種算法之前，教師精心設(shè)計與現(xiàn)實生活相關(guān)聯(lián)的、生動直觀的、難易適中的實際問題，讓學生思考如何利用現(xiàn)有的知識解決問題;再運用將要學習的經(jīng)典算法解決同一問題，通過和前面的方法比較分析，讓學生真正理解所學算法的優(yōu)勢。

其次，對所用算法的核心代碼進行重點剖析。本課程中的主要算法都配有實現(xiàn)了的程序，但受限于課堂時間，教師不詳細講解，只對算法的核心代碼作重點剖析，讓學生深刻領(lǐng)會算法的精髓所在。

通過上述分析講解，學生獲得“所見即所得”的程序效果圖，加深學習印象，達到了教與學相互促進的目的。

2.3應(yīng)用層次多樣化

在“計算機圖形學”中，學生從基于光柵掃描顯示器的掃描轉(zhuǎn)換開始，學習反走樣技術(shù)、三維坐標變換、透視投影變換、Z-Buffer消隱算法、帶有材質(zhì)和紋理的光照模型算法等內(nèi)容，制作出具有光照和紋理的動態(tài)消隱的三維旋轉(zhuǎn)立體圖，最終對圖形進行交互式設(shè)計。

為了使學生能夠由淺到深，深入理解和靈活掌握教學內(nèi)容，提高軟件設(shè)計的綜合能力，教師在課程中遵循“驗證性應(yīng)用、設(shè)計性應(yīng)用、創(chuàng)造性應(yīng)用”三個層次組織實踐性教學，知識的難度系數(shù)逐級遞增，學生循序漸進提高實踐技能。

(1) 驗證性應(yīng)用。

學生在課堂學習基礎(chǔ)上，通過上機實驗實現(xiàn)教師課堂上演示的算法原理，對所學理論知識進行驗證，進一步加深對所學算法原理的認識。

(2) 設(shè)計性應(yīng)用。[3]

經(jīng)過驗證性應(yīng)用，學生對算法原理已經(jīng)有了深刻認識，接下來的設(shè)計性應(yīng)用要鍛煉學生選擇正確的算法解決實際問題的應(yīng)用能力。

為此，教師在重點章節(jié)的教學完成后，選取一些特定的應(yīng)用案例，指導(dǎo)學生選取正確的算法。另外，為了培養(yǎng)學生良好的工作作風和方法，也為后續(xù)課程做鋪墊，對于每一個應(yīng)用案例，教師除了給出實際要求外，還要按照軟件工程的方法明確實驗步驟，即從問題的需求分析入手，在指定算法原理的基礎(chǔ)上詳細設(shè)計問題的求解，最后進行編碼及調(diào)試。

在設(shè)計性應(yīng)用結(jié)束后，教師一定要對學生完成情況給以充分肯定和評價，還要對不足之處和共性問題加以補充和講解，加深學生對每一種算法的理解，升華學生掌握知識的深度和完整性，真正達到知識正遷移的目的，使學生掌握的知識成為他們社會實踐的向?qū)А?/p>

(3) 創(chuàng)造性應(yīng)用。

創(chuàng)造性應(yīng)用層次是本課程結(jié)束后最后一個實踐環(huán)節(jié)，一般以課程設(shè)計或計算機圖形學大型作業(yè)的形式來體現(xiàn)，旨在培養(yǎng)學生的動手實踐能力、綜合運用能力、開拓創(chuàng)新能力。該層次強調(diào)給學生提供充分的學習自由度和自主性，讓學生主動實踐和親身體驗，為學生在編寫程序和分析過程中發(fā)揮創(chuàng)造性提供廣闊的空間。

教師應(yīng)著眼于全課程，從學生學習的實際情況出發(fā)，精心挑選一些與實際應(yīng)用結(jié)合密切的綜合應(yīng)用實例，具有一定難度的題占30%，中等難度的題占50%，一般難度的題占20%，學生可根據(jù)自己的實際情況自由選擇。每一個實例只需給出實驗要求，學生則依照實驗要求自行設(shè)計算法加以解決。

學生拿到題目及實驗要求后，首先從分析題目的需求入手，經(jīng)過構(gòu)造算法、編程和上機調(diào)試等若干步驟獨立完成題目，最終提交完整的大型作業(yè)報告。通過獨立完成設(shè)計，深化對“計算機圖形學”算法原理的理解，提高對知識理論的獨立運用能力，提高程序設(shè)計與調(diào)試水平，養(yǎng)成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和良好的工作作風。

3教學效果

在計算機圖形學中，變換矩陣是非?；A(chǔ)和重要的知識，許多資料只羅列出一堆矩陣公式、圖表等，初學者很難有感性認識。學生通過本課程學習后，結(jié)合OpenGL這樣一個非常流行的圖形庫，以實踐方式闡述3D變換矩陣中最簡單的三種變換:平移、縮放及旋轉(zhuǎn)，效果如圖1所示。

要做出具有真實感的圖形，需要借助顏色模型、光照模型和映射等技術(shù)，圖2展示了學生使用Visual

C++開發(fā)的圓環(huán)在各個方向的光照效果圖。

4結(jié)語

“計算機圖形學”課程是一門對理論和實踐要求都很高的課程，在夯實學生基礎(chǔ)理論知識的同時，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力。本文提出了在“計算機圖形學”課程教學中引入“理論知識系統(tǒng)化，教學過程實例化，應(yīng)用層次多樣化”的新教學模式，使該課程的理論知識與交互式圖形軟件設(shè)計相結(jié)合，學生在掌握理論和實踐鍛煉兩方面均感到應(yīng)用自如，取得了良好的教學效果。

參考文獻:

[1] 孔令德. 計算機圖形學基礎(chǔ)教程(Visual C++版)[M]. 北京:清華大學出版社，2008.

[2] 黃瓊. 在計算機應(yīng)用類課程中開展研究性學習的探索[J]. 南寧職業(yè)技術(shù)學院學報，2005(1):42-44.

[3] 唐世綱. 論案例教學的實施及功用[J]. 教學管理，2005(02):4-7.

Research and Practice of New Model in “Computer Graphics”

LIU Jin-gang， KONG Ling-de， WANG Jin-zhong

(Computer Engineering Department， Taiyuan Institute of Technology， Taiyuan 030008， China)

Abstract: It’s analyzed the characteristic of computer graphics and shortage of traditional model of instruction in the paper. A new teaching model that theory is systemic， teaching process has instances， applied hierarchy is diversification. The scheme combines arithmetic of computer graphics and interactive software design， which apply theories to practice， and has obtained better teaching effect.

Key words: Computer Graphics; teaching pattern; multilevel

(編輯:張玥)