廖 寧

(中南林業(yè)科技大學(xué)涉外學(xué)院，湖南長(zhǎng)沙410004)

隨著信息技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，圖形界面系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)已經(jīng)成為現(xiàn)代科技人員必須掌握的工具課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生系統(tǒng)地掌握計(jì)算機(jī)圖形生成與處理技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理和方法，具備與圖形有關(guān)軟件的基本研發(fā)能力。

一 課程教學(xué)內(nèi)容現(xiàn)狀分析

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)綜合了數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)科學(xué)等學(xué)科的知識(shí)。目前的教材章節(jié)安排都是從圖形繪制的硬件設(shè)備介紹、基本圖形的生產(chǎn)算法逐步過渡到真實(shí)感圖形學(xué)繪制算法，這是一種從自下而上描述方法，對(duì)學(xué)生來(lái)說，知識(shí)面廣，內(nèi)容跨度大，知識(shí)結(jié)構(gòu)不夠清晰，學(xué)生很難建立計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門課程的知識(shí)結(jié)構(gòu)。此外，大部分理論教材對(duì)算法的描述并沒有相應(yīng)的程序代碼，對(duì)于筆者從教的獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生而言，他們的基礎(chǔ)知識(shí)本就比較薄弱，無(wú)法直接從書本找到實(shí)踐方法，學(xué)習(xí)起來(lái)就有畏難情緒，學(xué)完后就將其束之高閣，無(wú)法達(dá)到學(xué)以致用的教學(xué)目的。加之學(xué)科的發(fā)展日新月異，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展，因而對(duì)學(xué)生的要求較高［1］。

在計(jì)算機(jī)圖形教學(xué)研究中，總的來(lái)說有兩種模式，一種是傳統(tǒng)的先理論后實(shí)踐教學(xué)模式，這種方法雖然學(xué)生比較容易接受，但是在理論學(xué)習(xí)時(shí)對(duì)算法和概念等抽象知識(shí)缺乏感性認(rèn)識(shí)，因而只能“死記硬背”，學(xué)習(xí)過程“似懂非懂”，學(xué)習(xí)效果“差強(qiáng)人意”;進(jìn)入實(shí)踐應(yīng)用學(xué)習(xí)階段時(shí)，對(duì)學(xué)過的算法及原理遺忘甚多，沒有了理論指導(dǎo)，實(shí)踐就無(wú)從下手。理論教學(xué)和實(shí)踐教學(xué)的銜接不當(dāng)，使得學(xué)生的專業(yè)興趣得不到充分激發(fā)，學(xué)習(xí)積極性難以調(diào)動(dòng)，嚴(yán)重影響教學(xué)質(zhì)量，難以達(dá)到預(yù)期效果。因此有些教師主張從實(shí)用角度來(lái)講授計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)［2-3］，這種模式相對(duì)而言理論基礎(chǔ)涉及較少，在一定程度上能夠降低學(xué)習(xí)難度，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，然而對(duì)于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門學(xué)科而言，此法浮于表面，學(xué)生難以深入了解學(xué)科內(nèi)涵。

另外，為了吸引學(xué)生的注意力，一些教育工作者認(rèn)為，應(yīng)在課堂上增加圖形生成演示以及算法驗(yàn)證的過程，從而加深學(xué)生對(duì)各種算法的理解。這種方法在一定程度上確實(shí)收到了良好的效果，然而從教授這門課程的親身感受和體會(huì)出發(fā)，筆者認(rèn)為過多依賴多媒體課程的教學(xué)方式，使得學(xué)生的注意力集中在課件的演示效果、算法的運(yùn)行結(jié)果上，而圖形生成的原理、算法設(shè)計(jì)的技巧等關(guān)鍵問題得不到重視。加之師生在課堂上的交流減少，會(huì)產(chǎn)生諸如“師不知弟子所學(xué)，弟子不知師所授”等不良后果。

二 實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

作為一門綜合性強(qiáng)的課程，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)涉及的內(nèi)容和應(yīng)用很廣，學(xué)科交叉繁雜，大部分的學(xué)校該課程的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)只占總課時(shí)的1/4，并且實(shí)驗(yàn)沒有單獨(dú)的學(xué)分，只是圖形學(xué)課程的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié)，因此，老師不能充分投入到實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和管理包括成績(jī)?cè)u(píng)定都顯粗糙。而學(xué)生對(duì)這種實(shí)驗(yàn)課程的安排，也不重視。

在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中，教師設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)任務(wù)，將實(shí)驗(yàn)題目、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)布置給學(xué)生，然后讓學(xué)生上機(jī)實(shí)現(xiàn)。學(xué)生獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，教師在實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)學(xué)生，有問題進(jìn)行解答。但這種教學(xué)方式單調(diào)，在班級(jí)人數(shù)較多的情況下，一次實(shí)驗(yàn)課僅能夠?qū)ι贁?shù)學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，大多數(shù)學(xué)生的問題只能留待課后解答，而一般情況下，教師每次實(shí)驗(yàn)課程都要進(jìn)行考核，學(xué)生為了應(yīng)付考核，在問題沒有解決的情況下，不可避免地選擇了抄襲。

實(shí)驗(yàn)課的主要內(nèi)容也是驗(yàn)證圖形生成算法，比較各種算法的優(yōu)劣。對(duì)于筆者所在的獨(dú)立學(xué)院的學(xué)生，基礎(chǔ)知識(shí)不牢固，動(dòng)手能力參差不齊，如果采用統(tǒng)一的難度和標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)疑限制了他們主動(dòng)創(chuàng)新能力的發(fā)揮，不利于培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新意識(shí)。

三 新教學(xué)模式的探索

任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是指在教學(xué)過程中，以學(xué)生為中心，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方式［4］。其任務(wù)可以是描繪一幅圖形、編寫一段程序等等。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的特點(diǎn)是:教師以任務(wù)為中心，圍繞解決實(shí)際問題組織教學(xué)，不求理論的系統(tǒng)性，只求內(nèi)容的實(shí)用性。將書本知識(shí)和實(shí)際應(yīng)用結(jié)合起來(lái)打破理論與實(shí)踐二元分離的局面，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的有機(jī)結(jié)合。讓學(xué)生在完成任務(wù)的過程中學(xué)習(xí)新知識(shí)和新技能，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立探索與合作精神。提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)參與意識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。發(fā)展學(xué)生的綜合能力［5］。

1.層次化任務(wù)教學(xué)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣

層次化任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式，通過分層教學(xué)與任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)相結(jié)合，對(duì)不同知識(shí)結(jié)構(gòu)和能力層次的學(xué)生采用不同的教學(xué)方法，真正做到因人而異、因材施教，提高學(xué)生整體學(xué)習(xí)的興趣和學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立學(xué)習(xí)的能力，從而優(yōu)化學(xué)習(xí)過程和學(xué)習(xí)效果，培養(yǎng)出具有高度創(chuàng)新能力的新型人才。該模式采用以學(xué)生為教學(xué)主體、教師為教學(xué)主導(dǎo)的“雙主”模式，從學(xué)生的實(shí)際情況出發(fā)，基礎(chǔ)內(nèi)容側(cè)重于深度，應(yīng)用內(nèi)容側(cè)重于廣度。根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形繪制過程，由淺入深、循序漸進(jìn)地安排課堂教學(xué)內(nèi)容，充分調(diào)動(dòng)教師和學(xué)生的主動(dòng)性、積極性，使學(xué)生在學(xué)習(xí)的過程中系統(tǒng)地獲得計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本知識(shí)，必要的基礎(chǔ)理論和常用的圖形生成方法，為以后學(xué)習(xí)相關(guān)課程和從事相關(guān)研究與開發(fā)工作奠定堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。

采用這種新的教學(xué)思想后，我們把實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系分為基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)三個(gè)層次，以此為中心目標(biāo)來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系如圖1。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的劃分，我們將圖形學(xué)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和任務(wù)目標(biāo)進(jìn)行了層次化(見表1)，列舉了部分實(shí)驗(yàn)任務(wù)的層次化目標(biāo)。對(duì)于一些實(shí)驗(yàn)難度大，知識(shí)涵蓋廣的任務(wù)，在有限的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)無(wú)法完成的，我們采用開設(shè)課程設(shè)計(jì)等方式進(jìn)行。

表1 任務(wù)目標(biāo)層次化

2.理論聯(lián)系實(shí)踐，雙管齊下

為了提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、動(dòng)手編程的能力、實(shí)踐動(dòng)手能力，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本理論和算法。我們除了從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容安排上進(jìn)行分層實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在理論教學(xué)手段上，采用多媒體教學(xué)與傳統(tǒng)的教學(xué)方式相結(jié)合，充分發(fā)揮圖形圖示、動(dòng)畫演示的作用。強(qiáng)調(diào)對(duì)比學(xué)習(xí)方法，對(duì)解決同一問題的不同方法進(jìn)行比較，如通過采用圖示方法給定相同位置的幾組控制點(diǎn)，比較Bezier、B樣條、NURBS曲線曲面各自的特點(diǎn)，從而介紹曲線曲面的基本概念和幾何性質(zhì)。在講解圖形學(xué)的應(yīng)用時(shí)，結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中的例子采用案例教學(xué)法，用多幅圖片、視頻生動(dòng)地講解，讓學(xué)生身臨其境，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性［6-7］。

3.利用課余時(shí)間，實(shí)現(xiàn)立體教學(xué)

課堂上講授和練習(xí)的時(shí)間有限，還應(yīng)充分利用課外時(shí)間開展興趣小組和程序設(shè)計(jì)比賽等活動(dòng)，鞏固提升所學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)創(chuàng)新能力。筆者所在學(xué)院的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程在2013年之前未單獨(dú)開設(shè)課程設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，僅安排了12節(jié)實(shí)驗(yàn)課時(shí)，且不單獨(dú)計(jì)算學(xué)分，因此學(xué)生在短短的實(shí)驗(yàn)課程里完成不了難度比較大的算法設(shè)計(jì)。自2013年開設(shè)課程設(shè)計(jì)后，我們則鼓勵(lì)學(xué)生組成設(shè)計(jì)小組，小組成員互相協(xié)作，共同完成難度比較大的課程設(shè)計(jì)項(xiàng)目，既提高了基礎(chǔ)比較好、動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和知識(shí)層次，也幫助了基礎(chǔ)薄弱、動(dòng)手能力差的學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解以及培養(yǎng)他們的團(tuán)隊(duì)精神與協(xié)作意識(shí)。為了進(jìn)一步調(diào)動(dòng)學(xué)生挑戰(zhàn)困難的勇氣，我們還舉行了程序設(shè)計(jì)比賽，以實(shí)現(xiàn)效果、軟件運(yùn)行性能、程序可讀性等方面作為指標(biāo)進(jìn)行比較，以賽促學(xué)，通過競(jìng)技選拔，促進(jìn)整個(gè)班級(jí)良好學(xué)風(fēng)的形成。

4.嚴(yán)格考評(píng)制度，加強(qiáng)過程管理

考評(píng)的目的在于鼓勵(lì)和督促學(xué)生自主學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。對(duì)教學(xué)過程化管理與考核是保證教學(xué)質(zhì)量的重要手段，因此，應(yīng)及時(shí)發(fā)現(xiàn)課堂、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)中存在的問題，采取行之有效的管理辦法?？己藭r(shí)可以打破單純?cè)嚲淼目荚u(píng)，充分重視學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識(shí)、應(yīng)用能力、綜合運(yùn)用及創(chuàng)新能力等各方面的情況，選取多種方式全方位、立體化考核。

四 結(jié)語(yǔ)

自2010年9月起，我們將前面所提到的教學(xué)方法，逐步應(yīng)用到實(shí)際教學(xué)過程中，取得了不錯(cuò)的效果，學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的積極性和創(chuàng)造性有了明顯的提高，不再感到無(wú)所事事，無(wú)從下手。有多名學(xué)生在課程學(xué)習(xí)結(jié)束后，選擇了圖形學(xué)方向的課題進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)，通過剖析成熟的圖形系統(tǒng)，分析開源的代碼，幫助學(xué)生理解系統(tǒng)設(shè)計(jì)的構(gòu)造及具體功能的實(shí)現(xiàn);通過查閱文獻(xiàn)資料，撰寫論文，以提高學(xué)生跟蹤學(xué)科前沿、文獻(xiàn)檢索與綜述的能力。

教學(xué)有法但教無(wú)定法，要真正做到因材施教、全面培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)是一件很復(fù)雜的工程，需要教師努力提高自身學(xué)識(shí)，在教學(xué)過程中不斷摸索和總結(jié)。

［1］嚴(yán)圣華.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)研究與實(shí)踐［J］.計(jì)算機(jī)教育，2010(10).

［2］唐 棣，郭 禾.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法可視化教學(xué)研究與實(shí)踐［J］.電化教育研究，2009(1).

［3］周芳芳，趙穎.高校計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革探索［J］.科技信息(學(xué)術(shù)研究)，2008(15).

［4］蔣文沛.任務(wù)驅(qū)動(dòng)項(xiàng)目導(dǎo)向教學(xué)模式的應(yīng)用［J］.高教論壇，2011(10).

［5］馮 林，鄭薇薇.任務(wù)驅(qū)動(dòng)與項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的創(chuàng)新教育研究［J］.黑龍江教育，2010(4).

［6］竇易文，周鳴爭(zhēng).計(jì)算機(jī)圖形學(xué)多需求模型的教學(xué)改革初探［J］.科教文匯，2010(10).

［7］姚 莉.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2010(2).