馬 天

(西安科技大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，陜西 西安 710054)

0 引言

慕課是一種以大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)在線課程為載體，基于互聯(lián)網(wǎng)碎片化學(xué)習(xí)模式的新型教學(xué)形式，從2012年出現(xiàn)以來(lái)，形成了一場(chǎng)風(fēng)暴式的教學(xué)改革浪潮。它徹底打破了學(xué)校的界限，使得全球優(yōu)質(zhì)教學(xué)資源均衡共享，具有教學(xué)規(guī)模大、開(kāi)放性強(qiáng)、教學(xué)手段多樣、線上交流互動(dòng)、學(xué)生學(xué)習(xí)自主等特點(diǎn)[1]。國(guó)際和國(guó)內(nèi)涌現(xiàn)出了很多代表性的慕課平臺(tái)，包括Coursera平臺(tái)、中國(guó)大學(xué)慕課平臺(tái)等，也帶動(dòng)了各高校“智慧教室”的建設(shè)。慕課同樣對(duì)高校計(jì)算機(jī)類課程的教學(xué)實(shí)施過(guò)程、課程考評(píng)機(jī)制、教學(xué)管理模式、師生關(guān)系角色等提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[2]。因此，由教育部高等學(xué)校計(jì)算機(jī)類專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)、軟件工程專業(yè)教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)等聯(lián)合組建了“中國(guó)高校計(jì)算機(jī)教育MOOC聯(lián)盟”，并建成了“愛(ài)課程”慕課平臺(tái)。近幾年，對(duì)計(jì)算機(jī)類課程的慕課建設(shè)的研究成為了熱點(diǎn)，并逐漸從知名高校、知名教師擴(kuò)展到具有地方專業(yè)特色的應(yīng)用型普通高校[3]。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是我校計(jì)算機(jī)學(xué)院的計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等專業(yè)研究生的專業(yè)基礎(chǔ)選修課，也是信息與計(jì)算科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)等本科生的一門(mén)重要的專業(yè)基礎(chǔ)課。該課程在教學(xué)計(jì)劃中占有重要地位和作用，被清華大學(xué)和浙江大學(xué)等高校列為計(jì)算機(jī)專業(yè)核心課程之一[4]。它是研究如何利用計(jì)算機(jī)來(lái)生成、處理和顯示圖形的一門(mén)課程[5]。通過(guò)課程學(xué)習(xí)，使學(xué)生了解計(jì)算機(jī)圖形信息處理的基本理論和方法，掌握基本圖形屏幕顯示的程序設(shè)計(jì)方法、二維和三維圖形幾何變換程序設(shè)計(jì)方法等內(nèi)容。該課程是一門(mén)復(fù)雜的綜合性學(xué)科，內(nèi)容豐富，涵蓋的知識(shí)面較廣。既有具體的圖形軟硬件操作技能，又有抽象的理論和算法，可以綜合訓(xùn)練學(xué)生從事圖形圖像處理工作的能力。在當(dāng)前慕課教學(xué)改革的大形式下，筆者申請(qǐng)獲批了院校兩級(jí)的相關(guān)教改項(xiàng)目。本文將首先分析慕課建設(shè)的已有方法，然后對(duì)該課程的知識(shí)圖譜進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，最后分析課程建設(shè)的具體內(nèi)容和實(shí)施細(xì)節(jié)。

1 課程建設(shè)方法

首先，慕課建設(shè)不同于精品課程和資源共享等網(wǎng)絡(luò)課程建設(shè)，其將網(wǎng)絡(luò)課程變得更立體和生動(dòng)，具有顯著的在線服務(wù)性特點(diǎn)，相比較于傳統(tǒng)實(shí)體課堂的教師單向講授方式，不止體現(xiàn)在教學(xué)手段與形式的變革，更要求教師對(duì)課程內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，重新設(shè)計(jì)教和學(xué)關(guān)系[6]。普通高校對(duì)慕課課程建設(shè)需求也愈發(fā)強(qiáng)烈，但與知名高校相比，在資金、資源和技術(shù)積累等方面都相對(duì)薄弱，可以先使用一些優(yōu)質(zhì)的共享課程資源，聯(lián)合校內(nèi)慕課共建的方式[3]，再結(jié)合我校地礦專業(yè)特色進(jìn)行系統(tǒng)的建設(shè)。我院開(kāi)設(shè)該課程的三個(gè)專業(yè)中，信息與計(jì)算科學(xué)屬于理科，該專業(yè)學(xué)生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)很強(qiáng)，對(duì)于課程中涉及到圖形算法內(nèi)容接受較快，但是該專業(yè)學(xué)生的編程基礎(chǔ)相對(duì)薄弱，對(duì)于課程中算法的實(shí)驗(yàn)有一定難度；軟件工程、計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)兩個(gè)專業(yè)則剛好相反。設(shè)計(jì)課程內(nèi)容時(shí)需兼顧3個(gè)專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，采用理論與實(shí)踐并重的方式。

然后，在課程教學(xué)方法上，余廷忠等[7]設(shè)計(jì)了學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)展示、梳理結(jié)構(gòu)、深度拓展和學(xué)以致用的五步法，課外自主上機(jī)、實(shí)驗(yàn)課上比效果，有效的融合了慕課資源和實(shí)體課堂。趙明[4]等將“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”的模式應(yīng)用到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程改革中，采用課前自學(xué)、課內(nèi)作業(yè)答疑的方式，將教學(xué)內(nèi)容縱向深入和橫向擴(kuò)展，更好的激發(fā)出了學(xué)生的創(chuàng)新思維。張朝陽(yáng)[8]等采用算法可視化、啟發(fā)思維、案例結(jié)合等方法，設(shè)計(jì)了科學(xué)靈活的評(píng)價(jià)模式，有效的提高了學(xué)習(xí)的效果。總的來(lái)說(shuō)，當(dāng)前“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)方法已成為主流趨勢(shì)，也是教師教學(xué)觀念轉(zhuǎn)變的一個(gè)主要方向。

2 課程知識(shí)圖譜設(shè)計(jì)

知識(shí)圖譜是展示課程知識(shí)的發(fā)展進(jìn)程和結(jié)構(gòu)關(guān)系的一系列圖形，可以直觀清晰地表達(dá)所有知識(shí)點(diǎn)之間的銜接關(guān)系，從而指導(dǎo)課程單元的設(shè)計(jì)?；谝陨戏治?，本節(jié)對(duì)現(xiàn)有課程教學(xué)設(shè)計(jì)、單元內(nèi)容、知識(shí)結(jié)構(gòu)重新組織，精煉每節(jié)課教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)精悍獨(dú)立的內(nèi)容模塊。以問(wèn)題實(shí)例來(lái)引導(dǎo)，以知識(shí)點(diǎn)開(kāi)展教學(xué)，從而提高每節(jié)課的學(xué)習(xí)興趣和效率。如圖1所示，根據(jù)教學(xué)大綱初步提煉出了12個(gè)基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)(計(jì)算機(jī)圖形學(xué)概念和發(fā)展、直線掃描轉(zhuǎn)換、直線反走樣技術(shù)、有效邊表填充算法、邊緣填充算法、二維圖形變換、二維圖形裁剪、三維圖形變換、三維投影變換、隱線算法、隱面算法、簡(jiǎn)單光照模型)，3個(gè)高級(jí)知識(shí)點(diǎn)(自由曲線曲面、分形圖形、透明和陰影)，3個(gè)進(jìn)階知識(shí)點(diǎn)(光線跟蹤算法、碰撞檢測(cè)、紋理映射)。三類知識(shí)點(diǎn)之間的銜接關(guān)系如圖1所示：基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)內(nèi)容循序漸進(jìn)，基本上是串行的線性關(guān)系；高級(jí)知識(shí)點(diǎn)的原理相對(duì)獨(dú)立，前兩點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)依賴直線繪制算法，最后一點(diǎn)需結(jié)合簡(jiǎn)單光照模型的知識(shí)點(diǎn)，可根據(jù)具體教學(xué)課時(shí)選擇講授；進(jìn)階知識(shí)點(diǎn)綜合性較強(qiáng)，需要綜合應(yīng)用多個(gè)基礎(chǔ)和高級(jí)知識(shí)點(diǎn)，以及運(yùn)動(dòng)學(xué)、光線傳播等物理學(xué)知識(shí)。

圖1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程知識(shí)圖譜

3 課程資源建設(shè)

根據(jù)每節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)，項(xiàng)目主持人擔(dān)任主講，完成各節(jié)教學(xué)內(nèi)容的視頻制作。為了還原現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的效果，盡量采用專業(yè)設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)教學(xué)的音視頻采集，并采用專業(yè)錄屏軟件(如屏幕錄像大師、Camtasia Studio等)，同步進(jìn)行PPT、程序演示等操作的屏幕錄像。然后，再通過(guò)專業(yè)視頻編輯軟件(如繪聲繪影、Corel VideoStudio等)，將兩部分視頻同步剪輯合成，并添加相應(yīng)的字幕等。為保證課程資源的系統(tǒng)、完整和豐富，除課程視頻外，還應(yīng)進(jìn)行課程介紹、教學(xué)大綱、教學(xué)進(jìn)度、每節(jié)講稿文本、參考文獻(xiàn)、工具軟件、實(shí)例代碼、重點(diǎn)指導(dǎo)、作業(yè)系統(tǒng)等素材資源的建設(shè)，其中作業(yè)系統(tǒng)是一個(gè)題庫(kù)，應(yīng)根據(jù)知識(shí)點(diǎn)提供大量的測(cè)試題目，對(duì)于每一題目都有相應(yīng)的難度系數(shù)。根據(jù)知識(shí)點(diǎn)關(guān)系，資源之間相互關(guān)聯(lián)，并可關(guān)聯(lián)外部網(wǎng)站的共享資源。

還需將每節(jié)知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)進(jìn)行綜合管理：首先，自動(dòng)記錄視頻學(xué)習(xí)進(jìn)度，并設(shè)計(jì)在線筆記功能；然后，改革評(píng)價(jià)體系以符合網(wǎng)絡(luò)教學(xué)習(xí)慣，注重學(xué)習(xí)過(guò)程評(píng)價(jià)，可采用實(shí)時(shí)測(cè)試和課后測(cè)試相結(jié)合的方式。根據(jù)之前分析，結(jié)合3個(gè)專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目采用自頂而下的分層次方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括整體和每個(gè)實(shí)驗(yàn)的層次性，分為基本練習(xí)、拓展練習(xí)和思考練習(xí)，先演示實(shí)驗(yàn)的預(yù)期效果，再讓學(xué)生進(jìn)行模仿、探索實(shí)驗(yàn)。慕課建設(shè)的內(nèi)容繁多，交互功能復(fù)雜，可以在選擇“愛(ài)課程”平臺(tái)的基礎(chǔ)上，建立一個(gè)穩(wěn)定的開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)，協(xié)調(diào)項(xiàng)目成員同步進(jìn)行資源建設(shè)，并配備專門(mén)教輔人員進(jìn)行線上交互，以保證課程順利有序進(jìn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

慕課的大潮已洶涌而來(lái)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的慕課建設(shè)任重而道遠(yuǎn)，需要逐步積累資源和經(jīng)驗(yàn)，在學(xué)生的反饋中不斷完善成熟。后續(xù)還要綜合考慮慕課缺乏面對(duì)面互動(dòng)、授課內(nèi)容單一的缺點(diǎn)，逐步實(shí)踐“慕課+翻轉(zhuǎn)課堂”的模式，積極進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)在線教學(xué)和實(shí)驗(yàn)的探索與嘗試。