摘 要：《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》是一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)課程是其不可缺少的教學(xué)環(huán)節(jié)。本文針對(duì)該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的存在問(wèn)題，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)的課堂教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)方法、考核方式等方面提出了改革措施。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.41-4

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專(zhuān)門(mén)顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科。從汽車(chē)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，到電視廣告、游戲，無(wú)一不應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形生成技術(shù)。作為一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，與之配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)顯得尤為重要。

1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

由于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門(mén)建立在多門(mén)學(xué)科之上的綜合性交叉學(xué)科，要求學(xué)生先修“程序設(shè)計(jì)”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”等課程，課程中的許多算法抽象，原理難懂，實(shí)踐性強(qiáng)，學(xué)生在上課時(shí)看似聽(tīng)懂算法原理，但面對(duì)具體問(wèn)題則難以編程實(shí)現(xiàn)，致使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性隨著課程的推進(jìn)而逐漸下降。傳統(tǒng)的“理論為主，實(shí)驗(yàn)為輔”的教學(xué)模式，不僅使學(xué)生對(duì)于抽象的理論知識(shí)難以形成感性認(rèn)識(shí)，還使學(xué)生無(wú)法將所學(xué)的原理和算法應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)，容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)挫敗感。

筆者認(rèn)為該課程應(yīng)理論與實(shí)驗(yàn)并重，在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。針對(duì)上述問(wèn)題，建議實(shí)驗(yàn)教學(xué)可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施

2.1 合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程的理論內(nèi)容包括基本圖形生成、曲線(xiàn)和曲面、圖形變換等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可根據(jù)教學(xué)進(jìn)度安排六個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，分別是基本圖形生成算法程序設(shè)計(jì)、線(xiàn)寬與線(xiàn)型處理算法程序設(shè)計(jì)、區(qū)域填充算法程序設(shè)計(jì)、二維圖形裁剪算法程序設(shè)計(jì)、自由曲線(xiàn)繪制算法程序設(shè)計(jì)、二維圖形的幾何變換算法程序設(shè)計(jì)。

此外，為了讓學(xué)生能夠由淺入深地掌握教學(xué)內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)課程中還安排輔導(dǎo)性實(shí)驗(yàn)和進(jìn)階選做項(xiàng)目，譬如，在實(shí)驗(yàn)課初始時(shí)安排熟悉使用VC中的MFC、OpenGL；在六個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之后安排三維圖形觀(guān)察、變換算法、分形幾何造型算法、自由曲面造型算法、真實(shí)感圖形繪制算法程序設(shè)計(jì)等項(xiàng)目，作為學(xué)生分組團(tuán)隊(duì)選做項(xiàng)目。通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，提高學(xué)生應(yīng)用圖形學(xué)應(yīng)用能力。

例如，在基本圖形生成算法程序設(shè)計(jì)的DDA直線(xiàn)生成算法實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生在了解了DDA直線(xiàn)生成的數(shù)學(xué)原理之后，新建一個(gè)Win32 Application的“Hello World”程序，工程命名為：DDA直線(xiàn)生成算法，打開(kāi)DDA直線(xiàn)生成算法.cpp文件，加入如下代碼：

2.2 科學(xué)設(shè)計(jì)課堂活動(dòng)

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)課與大多數(shù)實(shí)驗(yàn)課類(lèi)似，采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式：先由教師設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)的題目、內(nèi)容和重點(diǎn)，然后學(xué)生上機(jī)編寫(xiě)、調(diào)試代碼程序，同時(shí)教師輔導(dǎo)、答疑，最后學(xué)生撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。該模式的弊端在于，由于大多數(shù)學(xué)校師生比不足，造成實(shí)驗(yàn)課上老師只能解答主動(dòng)提問(wèn)的學(xué)生的問(wèn)題，而部分學(xué)生特別是學(xué)習(xí)主動(dòng)性不足的學(xué)生則在機(jī)房上網(wǎng)或?qū)?shí)驗(yàn)任務(wù)無(wú)所適從，提不起興趣。不少學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告也是敷衍了事，甚至互相抄襲，達(dá)不到課程的實(shí)踐效果。

為了培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，除了安排個(gè)人上機(jī)實(shí)驗(yàn)任務(wù)之外，教師還可以采用分組教學(xué)，團(tuán)隊(duì)合作的形式組織教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)課上引入幾個(gè)難度相近的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，由學(xué)生自由分組，選題，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。教師參與學(xué)生的分析與討論，并適當(dāng)給予修改意見(jiàn)。實(shí)驗(yàn)完成后各組展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分組之間相互比較、評(píng)價(jià)，總結(jié)出同一問(wèn)題的多種解決思路和算法。此外，在期末還可以安排學(xué)生分組完成綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求設(shè)計(jì)出包含理論教學(xué)中有關(guān)算法原理的作品，并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)心得。分組教學(xué)不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生從被動(dòng)接受知識(shí)變?yōu)橹鲃?dòng)獲取知識(shí)，還增強(qiáng)了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。

2.3 改進(jìn)教學(xué)方法

目前，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)主要采用多媒體教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。教師課前應(yīng)收集或制作相關(guān)的教學(xué)資源，將抽象的算法原理與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，通過(guò)直觀(guān)的或動(dòng)態(tài)的演示向?qū)W生介紹算法原理。例如，可以用Flash動(dòng)畫(huà)演示二維圖形的變換，三維圖形的變換過(guò)程可以投影用3D MAX軟件來(lái)演示。同時(shí)，還可以采用讓學(xué)生上講臺(tái)講課的方式開(kāi)展教學(xué)。把講臺(tái)留給學(xué)生，讓學(xué)生備好課，以學(xué)生的角度介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，展示自己的實(shí)驗(yàn)成果等，最后由老師進(jìn)行補(bǔ)充或更正。這種教學(xué)方式一改老師完全主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課堂的局面，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生善于思考，敢于創(chuàng)新，實(shí)驗(yàn)課不再是老師對(duì)學(xué)生的單向交流的枯燥教學(xué)活動(dòng)。

2.4 改革實(shí)驗(yàn)考核方法

以往的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程成績(jī)采用理論卷面考核成績(jī)?yōu)橹?、上機(jī)實(shí)踐成績(jī)?yōu)檩o的考核方式。在強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)之后，為避免學(xué)生死記硬背算法原理，考完即忘，可將考核方式改為理論考試成績(jī)與實(shí)驗(yàn)成績(jī)并重，即課程成績(jī)除了包含理論課的卷面成績(jī)之外，還包括實(shí)驗(yàn)成績(jī)。實(shí)驗(yàn)成績(jī)由個(gè)人獨(dú)立實(shí)驗(yàn)部分和團(tuán)隊(duì)分組實(shí)驗(yàn)部分組成。個(gè)人獨(dú)立實(shí)驗(yàn)部分要求完成圖形學(xué)基本算法的程序設(shè)計(jì)。教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)完成情況給分。團(tuán)隊(duì)分組實(shí)驗(yàn)部分提供有一定難度的選做項(xiàng)目。團(tuán)隊(duì)分組實(shí)驗(yàn)部分的成績(jī)，由教師評(píng)分和各組學(xué)生代表評(píng)審小組的評(píng)分組成。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中存在的不足，提出了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)組織模式和教學(xué)方法，以課內(nèi)理論知識(shí)為基礎(chǔ)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀(guān)能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，最終能夠運(yùn)用所學(xué)算法理論分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳元琰，張睿哲，吳東.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)用技術(shù)（第2版）[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007：1.

[2]孫家廣，胡事民.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)教程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005：1-3.

[3]傅向華，周虹.加強(qiáng)能力培養(yǎng)的“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革[J].計(jì)算機(jī)教育，2012（23）：94-97.

[4]候文邦，顧國(guó)生.“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)探討[J].廣東工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)（社會(huì)科學(xué)版），2010（10）：66-67.

[5]錢(qián)蘇斌.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革探究[J].軟件導(dǎo)刊，2013（11）：180-182.

作者簡(jiǎn)介：雷蕓（1979-），廣西南寧人，講師，研究方向：圖像處理、教育技術(shù)史。

作者單位：廣西民族大學(xué) 預(yù)科教育學(xué)院，南寧 530006

基金項(xiàng)目：2014年度廣西教育廳高等學(xué)?？蒲许?xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：LX2014115）。