杜利峰，李竹林

（1.延安大學(xué) 計(jì)算中心，陜西 延安 716000；2.延安大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，陜西 延安 716000）

社會(huì)已經(jīng)進(jìn)入數(shù)字化時(shí)代，這個(gè)時(shí)代的特征是“世界圖形/圖像時(shí)代”，它的主要認(rèn)知方式是視覺形象方式，這是一種全球化的聯(lián)絡(luò)模式，語言的阻隔被打破，文字的壟斷被消解，同時(shí) “虛擬空間”介入了現(xiàn)實(shí)空間，成為對(duì)現(xiàn)實(shí)的闡發(fā)、復(fù)制和扭曲。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的就是用一種最直接的形式來表示和表現(xiàn)生活中多彩多姿的世界。具體地說，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專門的顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科[1]。主要研究?jī)蓚€(gè)問題:一是如何在計(jì)算機(jī)中構(gòu)造一個(gè)客觀世界，即幾何模型的描述、創(chuàng)建和處理；二是如何將計(jì)算機(jī)中的虛擬世界用最為形象的方式，靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地展現(xiàn)出來，即繪制模型[2]。隨著科學(xué)技術(shù)與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)設(shè)備的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)得到了快速的發(fā)展并逐漸滲透到人們生活的各個(gè)領(lǐng)域[3-4]，對(duì)人類的生產(chǎn)與生活發(fā)揮著越來越重要的作用。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作為計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生的專業(yè)課程，不僅要求學(xué)生掌握本課程的教學(xué)內(nèi)容，更重要的培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以及創(chuàng)新的能力。本文總結(jié)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中存在的問題，提出了改革的思路，并在教學(xué)過程中進(jìn)行探索與總結(jié)，結(jié)果表明該方法是有效的。

1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)具有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，因此很多學(xué)生往往在剛剛接觸這門課時(shí)有很大的興趣，當(dāng)然也會(huì)有很大的期望。然而，在后續(xù)的學(xué)習(xí)過程中，學(xué)生的主動(dòng)性和積極性逐漸消失，學(xué)習(xí)的目的僅僅成為完成學(xué)分，根本談不上培養(yǎng)創(chuàng)新能力。下面就根據(jù)對(duì)學(xué)生的調(diào)查結(jié)果分析主要原因。

1.1 學(xué)科難度太大

學(xué)生表示計(jì)算機(jī)圖形學(xué)用到的基礎(chǔ)知識(shí)涉及數(shù)學(xué)太多，因此難度較大，不易掌握。事實(shí)上，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是建立在圖論、現(xiàn)代數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)上的一門新興學(xué)科，涉及計(jì)算幾何、圖像處理、模式識(shí)別等多個(gè)學(xué)科的相關(guān)知識(shí)，學(xué)科交叉繁雜，使該學(xué)科成為一門以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)、算法為主線的強(qiáng)理論、重實(shí)踐的課程。因此學(xué)生體會(huì)到學(xué)習(xí)理論知識(shí)抽象，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)算法難度較大。故而漸漸地失去了學(xué)習(xí)的興趣。

1.2 教學(xué)觀念落后

傳統(tǒng)的教學(xué)觀念強(qiáng)調(diào)的是老師傳授知識(shí)，看重的是學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的掌握程度。因此教師備課時(shí)是根據(jù)教學(xué)大綱要求來安排課堂內(nèi)容，對(duì)章節(jié)的重要知識(shí)點(diǎn)作較詳細(xì)的講解。這樣，一般會(huì)形成老師滿堂灌，學(xué)生被動(dòng)跟著老師學(xué)；老師不設(shè)置問題，學(xué)生不解決問題；老師學(xué)生互動(dòng)太少，學(xué)生不能發(fā)揮主動(dòng)性、積極性自然也不會(huì)太高。而且傳統(tǒng)的教學(xué)觀念還往往不特別重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)，更談不上在討論中發(fā)現(xiàn)問題、在實(shí)驗(yàn)中解決問題。顯然，這種教學(xué)模式不利于培養(yǎng)學(xué)生的興趣、不利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以及創(chuàng)新的能力。

1.3 實(shí)驗(yàn)工具與內(nèi)容陳舊

在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，好多高校還一直使用C或VC++實(shí)現(xiàn)編程，使得學(xué)生實(shí)現(xiàn)起來難度太大，特別是繪制模型的實(shí)現(xiàn)。再加之實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陣舊，考核方式單一，學(xué)時(shí)又較少。這只能導(dǎo)致學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)興趣不濃，也沒有足夠的實(shí)驗(yàn)課時(shí)系統(tǒng)完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，且不能體現(xiàn)和培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力?？梢妭鹘y(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)沒有很好地發(fā)揮應(yīng)有的作用。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革方法與目標(biāo)

2.1 改變傳統(tǒng)的教學(xué)觀念

將以教師為主動(dòng)，以傳授知識(shí)為主的傳統(tǒng)教學(xué)模式改變?yōu)橐詫W(xué)生為中心，以培養(yǎng)學(xué)生能力為目標(biāo)的新型教學(xué)模式。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程是以傳統(tǒng)經(jīng)典算法為主線的一門專業(yè)課程，因此教師在講授算法的基礎(chǔ)上，分析算法，發(fā)現(xiàn)問題，并引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)算法，解決問題。比如：掃描線種子填充算法[1]、Cohen-Sutherland直線裁剪算法[1，3]等。在掃描線種子填充算法，存在的問題有：對(duì)于各種圖形是否有漏填的區(qū)域；種子選取與像素填充的過程分步進(jìn)行；算法中堆棧的操作頻繁等。在Cohen-Sutherland直線裁剪算法中，存在的問題有：完全在窗口之外的線段的判斷不充分；求交次數(shù)多、運(yùn)算量大等。引導(dǎo)學(xué)生在分析的過程中發(fā)現(xiàn)總結(jié)問題，然后分組討論，給出合理的解決方案。這樣，不但激發(fā)學(xué)生的興趣，提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，而且能培養(yǎng)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.2 調(diào)整實(shí)驗(yàn)工具，設(shè)置實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

OpenGL是個(gè)專業(yè)的圖形程序接口，OpenGL是一個(gè)功能強(qiáng)大的開放圖形庫，提供了基本庫、實(shí)用庫和輔助庫3個(gè)函數(shù)庫，涵蓋了開發(fā)二、三維圖形程序所需的各個(gè)方面[4]。而且OpenGL獨(dú)立于窗口系統(tǒng)和操作系統(tǒng)，以它為基礎(chǔ)開發(fā)的應(yīng)用程序可以十分方便地在各種平臺(tái)間移植，與Visual C++有緊密接口。因此，結(jié)合OpenGL實(shí)現(xiàn)圖形算法是最佳選擇。另外，必須結(jié)合實(shí)際應(yīng)用需求與學(xué)生的能力培養(yǎng)，設(shè)置新的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，如表1所示。

表1所示的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目設(shè)置方案，不僅要求學(xué)生掌握基本算法，更注重學(xué)生能力的培養(yǎng)，包括學(xué)習(xí)應(yīng)用新技術(shù)的能力、綜合編程能力、分析問題的能力、解決問題的能力以及創(chuàng)新能力。在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生將自己的實(shí)驗(yàn)分析、問題發(fā)現(xiàn)、解決方案、實(shí)現(xiàn)過程以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析整理并撰寫成文章，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力。

表1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目Tab.1 Experiment project of computer graphics course

2.3 綜合評(píng)定學(xué)生成績(jī)

在本課程的教學(xué)過程中，根據(jù)學(xué)生的情況，設(shè)計(jì)了多因素、異權(quán)重的考核方法，取得了較好了效果。具體如表2所示。

考核是保證教學(xué)質(zhì)量的重要手段，科學(xué)合理的考核有利于調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、能力與創(chuàng)新思維。同時(shí)，也有利于老師發(fā)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)過程中存在的問題，根據(jù)情況改進(jìn)教學(xué)方法。表2所示的考核方法在近三年的本科《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程中進(jìn)行了實(shí)踐與探索，取得了較好的教學(xué)效果，也得到了學(xué)生的高度好評(píng)。

表2 綜合評(píng)定考核因子與權(quán)重Tab.2 Evaluation factors and weight of comprehensive assessment

3 結(jié)束語

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程是一門理論性與實(shí)踐性均很強(qiáng)的計(jì)算機(jī)專業(yè)課程，要求學(xué)生掌握的內(nèi)容與算法有很多值得研究與分析，因此對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的能力應(yīng)該發(fā)揮重要的作用。文中是結(jié)合課堂教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)的親自經(jīng)歷，總結(jié)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)中存在的問題，并提出了相應(yīng)的教學(xué)改革措施。經(jīng)過三年的教改實(shí)踐，取得了較好的教學(xué)效果。當(dāng)然，該方法還有待于在教學(xué)過程中進(jìn)一步的改進(jìn)與完善，以更好地提升計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的綜合能力。

[1]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，2009.

[2]何援軍.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)[M].2版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.

[3]吳婷.從OpenGL圖形系統(tǒng)談?dòng)?jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域[J].科技廣場(chǎng)，2010（6）：64-66.WU Ting.Discussion of the computer graphics application by OpenGL graphics system[J].Science Mosaic，2010（6）：64-66.

[4]柳海蘭.淺談?dòng)?jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2010（3）：9551-9552.LIU Hai-lan.On development and application of computer graphics[J].Computer Knowledge and Technology，2010（3）：9551-9552.

[5]孔德慧，尹寶才，劉媛媛.對(duì)Cohen-sutherland線段裁剪算法的改進(jìn)[J].北京工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，28（4）:483-486.KONG De-hui，YIN Bao-cai，LIU Yuan-yuan.Improvement in the algorithm of Cohen-Surtherland segment clipping[J].Journal of Beijing Polytechnic University，2002，28（4）:483-486.

[6]Francis SHill.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)（OpenGL版）[M].3版.胡事民等，譯.北京：清華大學(xué)出版社，2010.