王穎　張曉蕾

摘要：闡述了WebQuest的概念和原理，以“種子填充算法”作為教學案例，根據(jù)WebQuest網(wǎng)絡(luò)探究式學習過程設(shè)計并實施了一次教學試驗。通過這次嘗試發(fā)現(xiàn)學生的學習熱情、作業(yè)完成質(zhì)量均有顯著提高。因此，在計算機圖形學教學中引入WebQuest是可行的，有效的。

關(guān)鍵詞：WebQuest；GIS；計算機圖形學；種子填充算法；因特網(wǎng)

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）02-0165-02

地理信息系統(tǒng)（GIS）是用于采集、存儲、管理、處理、檢索、分析和表達地理空間數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)。計算機圖形學（Computer Graphics，CG）是研究如何利用計算機顯示和處理圖形的原理、方法和技術(shù)的一門學科，與GIS聯(lián)系非常密切，在GIS中，需要大量用到圖形繪制，現(xiàn)實虛擬等技術(shù)，這就要求GIS從業(yè)人員具有深厚的計算機圖形理論基礎(chǔ)和較高技能的圖形繪制技術(shù)，而計算機圖形學正是一門關(guān)于圖形繪制和圖形處理的學科，尤其是出現(xiàn)了計算機虛擬現(xiàn)實技術(shù)后，GIS更是離不開計算機圖形學的支持。雖然計算機圖形學在GIS領(lǐng)域得到了廣泛關(guān)注，并作為專業(yè)基礎(chǔ)課在GIS專業(yè)學生中講授。但在教學過程中仍然存在如下問題：使用計算機專業(yè)教材，這些教材忽視了GIS專業(yè)的特點，學生不易將圖形學與GIS專業(yè)知識聯(lián)系起來[1]；以教材為中心，側(cè)重理論學習，強調(diào)數(shù)學推導。使學生對計算機圖形學的學習產(chǎn)生厭倦、畏難的心理；反之，某些教師偏重關(guān)于圖形學的實際編程能力訓練。會使該課程完全淪為程序設(shè)計課程，失去了圖形學課程設(shè)立的本意[2]。認真研究計算機圖形學課程的教學大綱及當前教學中存在的問題，結(jié)合GIS專業(yè)特點，開展計算機圖形學教學模式改革，對提高教學質(zhì)量及學生的綜合素質(zhì)具有十分重要的意義。

一、關(guān)于WebQuest

WebQuest是美國人伯尼·道奇（Bernie Dodge）等人于開發(fā)的一種課程計劃，是一個通過網(wǎng)絡(luò)進行的研究性活動。“Web”是網(wǎng)絡(luò)，“Quest”是尋求、調(diào)查，可譯為“網(wǎng)絡(luò)主題探究”，是基于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的探究式、任務(wù)驅(qū)動式學習。WebQuest學習過程一般分為五個模塊：（1）情境模塊：教師簡明介紹活動背景；（2）任務(wù)模塊：確定切實可行和能引發(fā)學生興趣的目標；（3）資源模塊：提供可能需要的信息，確定上網(wǎng)查找資源的定位點；（4）過程模塊：教師有一個預(yù)設(shè)步驟，步驟間既相互區(qū)別，又相互聯(lián)系；（5）評價模塊：每項WebQuest都要有一套客觀和公正的評價標準，對師生的教學活動過程進行評價[3-5]。

1.情景設(shè)計。情景設(shè)計是WebQuest中一個極為重要的環(huán)節(jié)。通過“問題”與“情景”的知識呈現(xiàn)，激發(fā)學生對問題產(chǎn)生濃厚的興趣，吸引學生對枯燥的內(nèi)容進行主動探究。幫助學生將已有的知識和真實的情景關(guān)聯(lián)起來，促進學生思維能力和創(chuàng)新能力的發(fā)展。

2.任務(wù)設(shè)計。任務(wù)是課程教學目標的具體表現(xiàn)。首先，交給學生的問題不能通過簡單的收集、整理信息就可以回答，應(yīng)該讓學生進行一定的比較、判斷和綜合得到；應(yīng)注意將任務(wù)分解成一個個有邏輯關(guān)聯(lián)、難度遞增的子任務(wù)，讓學生在學習中能夠模擬前人的思維過程。

3.資源設(shè)計。資源是WebQuest最重要的組成部分，是學生進行探究學習的基礎(chǔ)。圍繞探究主題，教師對整理的資料進行有效的歸類和篩選，為學生的資料查找提供引導。教師的資源應(yīng)以階梯狀形式提供，促使學生能在比較獨立的環(huán)境下能自行收集、分類、選擇、評價廣泛存在的信息或資源。

4.過程設(shè)計。過程設(shè)計是WebQuest教學中耗時最長的部分。在過程設(shè)計中，教師應(yīng)制定學習步驟，讓學習者在完成任務(wù)過程中有清晰的思路。其中包括任務(wù)分塊策略、學習者扮演角色和看問題的視角描述等。過程設(shè)計的目的是對學生探究過程進行引導和幫助，讓學生體驗和經(jīng)歷掌握新知識必須經(jīng)歷的思維過程。

5.評價設(shè)計。WebQuest的評價通常采用量規(guī)表來考察學生表現(xiàn)。評價人員可以是自己、教師、家長及同學。評價內(nèi)容包括書面作業(yè)、作品等[6]。

二、WebQuest教學案例設(shè)計

根據(jù)WebQuest網(wǎng)絡(luò)探究式學習過程，以“種子填充算法”作為教學案例，設(shè)計如下復式網(wǎng)絡(luò)主題教學。

1.教學目標設(shè)計。（1）認知目標：了解四鄰接點和四連通域概念；了解四鄰接點種子填充算法的基本原理、應(yīng)用；能獨立用高級語言描述種子填充算法。（2）能力目標：培養(yǎng)學生的思考辨別能力；培養(yǎng)學生評價、篩選網(wǎng)絡(luò)信息的能力；培養(yǎng)學生利用高級語言編寫程序的能力

2.信息內(nèi)容及重點、難點分析。（1）信息內(nèi)容。種子填充算法是從區(qū)域內(nèi)任一個種子像素位置開始，由內(nèi)向外將填充色擴散到整個多邊形區(qū)域的填充過程。從區(qū)域內(nèi)任意一點出發(fā)，通過上、下、左、右四個方向到達區(qū)域內(nèi)的任意像素。用這種方法填充的區(qū)域就稱為四連通域；這種方式進行填充的方法稱為四鄰接點種子填充算法。

算法原理為：先將種子像素入棧，種子像素為棧底像素，如果棧不為空，執(zhí)行如下3步操作：棧頂像素出棧；按填充顏色繪制出棧像素；按左、右、下、上順序搜索與出棧像素相鄰的四個像素，若該像素的顏色不是邊界色并且未置成填充色，則把該像素入棧；否則丟棄該像素[7]。（2）重點：四連通域的概念；四鄰接點種子填充算法的基本原理。（3）難點：四鄰接點種子填充算法的基本原理及高級語言實現(xiàn)。

3.教學對象分析：GIS專業(yè)學生基本是在大學二年二期或三年一期開始學習計算機圖形學課程，對面向?qū)ο缶幊踢€不夠熟悉，而當前計算機圖形學教材以基于C++為主。因此，教師有必要對涉及到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識和面向?qū)ο笾R作一定的講解、復習。

4.教學策略及教法設(shè)計：本課采用自主學習、啟發(fā)引導的方法，讓學生先充分選擇相關(guān)信息閱讀，教師通過啟發(fā)引導激活學生思維，進而通過共同探討，加深對問題的認識，使學生產(chǎn)生親自實踐的沖動，繼而完成本次學習任務(wù)。

5.教學媒體設(shè)計：本次教學采用的是接入INTERNET的計算機多媒體網(wǎng)絡(luò)教室，利用百度、google搜索網(wǎng)上的知識，讓學生獲取第一手資料。以突破難點。

6.教學過程設(shè)計：（1）問題式導入。創(chuàng)設(shè)情境，根據(jù)GIS專業(yè)學生特點，教師布置如下幾個問題：大家知道，GIS有地圖配色功能，不同區(qū)域，可以配置不同顏色。請大家以ArcGIS9.3為工具，實踐操作一下GIS的地圖配色功能；請大家思考一下用什么方法或算法可以實現(xiàn)這種區(qū)域顏色填充；數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中講過“圖”，其中有關(guān)于圖的遍歷，是否可以利用圖的遍歷算法來實現(xiàn)區(qū)域填充呢？（2）瀏覽網(wǎng)頁或書本，分組討論交流。本次課主要講種子填充算法，在學習本次課之前，請同學們先解決上面三個問題。有任何不懂的、不會的地方，都可以上網(wǎng)查找或同學之間相互探討。上面三個問題都解決之后，請大家通過書本或網(wǎng)絡(luò)學習下面幾個概念：四鄰接點、四連通域、種子填充算法。（3）自由發(fā)言、導向動手實踐，教師依次圍繞這三個問題，組織學生發(fā)表各自的見解。引起適當爭論，教師做啟發(fā)銜接點評，最后宣布終止討論開始動手實踐，引導學生把爭而未果的強烈的表達欲望從嘴上轉(zhuǎn)移到手上。

7.布置實踐作業(yè)要求。題目設(shè)計：教師給定1～4個中間空白的四連通圖形，讓學生選擇其中一個圖形，用種子填充算法實現(xiàn)對空白區(qū)域的填充。描述語言可以是C、C++、C#、matlab中的任意一種。選做題：（課后完成）（1）了解八鄰接點、八連通域的概念。（2）給定2個中間空白的八連通圖形，讓學生選擇其中一個圖形，用種子填充算法實現(xiàn)對空白區(qū)域的填充。

8.成果發(fā)布與評價。鼓勵學生將完成的作業(yè)發(fā)布到論壇、qq空間、微信、微博等網(wǎng)絡(luò)平臺，供相互交流、學習模仿，并從中收獲信心與興趣。網(wǎng)絡(luò)評價的主體可以是教師，也可以是學生。不僅要評價最后的成果，還要評價其操作中的態(tài)度與投入程度，評價其獲取信息的能力。學生通過學習他人的作品，可以找出自己的不足；而通過別人對自己作品的回復，也能吸取他人合理的意見，取長補短，提高水準。這種學生間在線即時評價，充分調(diào)動了學生自主學習的積極性和主動性。在網(wǎng)絡(luò)評價中，教師起著關(guān)鍵的指導作用。教師要善意對待學生間的評價，多肯定，保護學生學習的熱情。最后，老師根據(jù)學生的網(wǎng)絡(luò)作業(yè)的過程和成果，綜合學生的意見，做出恰當?shù)脑u價。

三、結(jié)論

利用因特網(wǎng)，拓寬了師生的視野；加強了師生之間、學生之間的互動交流，形成一個開放的、多視角的評論氛圍，使學生從中感受到平等和尊重，因而樂意去思考問題，動手解決問題。WebQuest正是利用了因特網(wǎng)的這種優(yōu)勢。通過“種子填充算法”這個教學案例，利用WebQuest方式，充分調(diào)動了學生的積極性，啟發(fā)了學生的思維，誘發(fā)了他們的學習沖動。由以前的“要我學”變成了“我要學”。實踐表明，在研究性學習中，學生應(yīng)用WebQuest探究式學習，能取得較好的效果。

參考文獻：

[1]張玉娟，霍春玲，朱春曉.GIS專業(yè)計算機圖形學教學改革研究與實踐[J].計算機與網(wǎng)絡(luò)，2008，（29）：530-530.

[2]吳正升，郭健.GIS專業(yè)《計算機圖形學》課程建設(shè)與教學改革[J].測繪與空間地理信息，2011，34（2）：10-12.