廖彬

華南農(nóng)業(yè)大學(xué)數(shù)學(xué)與信息學(xué)院 廣州 510642

0 引言

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程當(dāng)前的教學(xué)內(nèi)容主要包括計(jì)算機(jī)表示、生成、處理和顯示圖形的原理、方法與技術(shù)[1]，其原理、技術(shù)與方法已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造、虛擬現(xiàn)實(shí)、科學(xué)計(jì)算可視化與仿真等領(lǐng)域中。隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、云計(jì)算、5G、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的高速發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用面日益擴(kuò)大。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程涉及多學(xué)科的交叉與滲透，課程的理論性強(qiáng)，實(shí)踐方式豐富多樣，理論與技術(shù)正在快速發(fā)展中，前沿性強(qiáng)。學(xué)生通過該課程，在學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論與技術(shù)的同時，還能在計(jì)算思維、工程和創(chuàng)新能力方面得到鍛煉。現(xiàn)階段課程本身所涉及的理論、知識與技術(shù)正在快速發(fā)展中，由此給教師的講授與學(xué)生的學(xué)習(xí)帶來了挑戰(zhàn)。本課程的主體教學(xué)中，主要從理論上講述以數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)的圖形算法，對經(jīng)典的圖形學(xué)原理、技術(shù)和方法進(jìn)行介紹與分析?；诖祟惤虒W(xué)重點(diǎn)與方式進(jìn)行的學(xué)習(xí)與考核，導(dǎo)致學(xué)生難以形成完整的知識體系，不能充分理解原理與技術(shù)，難以解決實(shí)際的工程問題。

當(dāng)前，隨著人工智能技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的應(yīng)用，新技術(shù)、手段與平臺的使用改變了傳統(tǒng)教學(xué)方式[2]。在應(yīng)用型人才培養(yǎng)的要求下，傳統(tǒng)線下教學(xué)與移動互聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的混合教學(xué)模型逐漸受到重視，教學(xué)重心由傳統(tǒng)的知識講授向培養(yǎng)綜合能力與素質(zhì)轉(zhuǎn)變。尤其針對當(dāng)前本科生的學(xué)習(xí)習(xí)慣與特點(diǎn)，基于現(xiàn)階段社會生產(chǎn)與服務(wù)模式的智能化、信息化要求以及與此相適應(yīng)的高校人才培養(yǎng)要求，針對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)，采用線上教學(xué)與線下教學(xué)相結(jié)合的混合教學(xué)模式，進(jìn)行了智能化、信息化背景下計(jì)算機(jī)圖形學(xué)混合教學(xué)模式的探索與實(shí)踐。

1 傳統(tǒng)教學(xué)模式與當(dāng)前本科生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)

傳統(tǒng)教學(xué)模式下通常以理論知識為考核重點(diǎn)，然而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識的掌握需要理論與實(shí)踐相結(jié)合，且當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論與技術(shù)正處于快速發(fā)展中，新技術(shù)與新方法不斷涌現(xiàn)，課程所涉及理論與技術(shù)的快速發(fā)展使傳統(tǒng)教學(xué)模式難以與之匹配。同時，隨著社會的發(fā)展，當(dāng)前的大學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)慣、方法、興趣等已經(jīng)發(fā)生了較大變化，這些特性的存在，都對教學(xué)模式與方法提出了新的要求。

1.1 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)傳統(tǒng)教學(xué)模式特點(diǎn)

常規(guī)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)中，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)理論知識為主體與重點(diǎn)。圖形學(xué)知識、概念的系統(tǒng)性與整體性通常以公式推導(dǎo)體現(xiàn)，解釋概念和講解原理占據(jù)課堂教學(xué)較大比重。在實(shí)踐教學(xué)中主要通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所講述的理論知識點(diǎn)，實(shí)踐課通常視為理論課的輔助與補(bǔ)充。

現(xiàn)階段，常規(guī)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)內(nèi)容主要包括[3]：計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)，涉及圖形硬件、圖形軟件與圖形流水線等；二維基本圖形光柵化與裁剪，涉及直線段光柵化、圓弧光柵化、區(qū)域填充、字符、反走樣技術(shù)與裁剪等；圖形幾何變換，包括二維、三維幾何變換與復(fù)合變換等；三維觀察，涉及觀察變換與投影變換等；三維造型，涉及三維造型方法、多邊形網(wǎng)格表示、曲線造型與曲面造型等；真實(shí)感圖形技術(shù)，涉及顏色模型、消隱算法、光照明模型、著色、光線跟蹤算法與紋理映射技術(shù)等。該課程需要的前期課程知識主要涉及線性代數(shù)、幾何學(xué)、微積分、信號處理理論、程序設(shè)計(jì)、圖像處理基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法等。數(shù)學(xué)原理與編程實(shí)踐的結(jié)合貫穿計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐學(xué)習(xí)全程。

當(dāng)前，隨著計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)在社會生活、教育、娛樂、消費(fèi)領(lǐng)域的大量使用，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在科學(xué)研究與應(yīng)用上得到快速發(fā)展。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)作為高年級專業(yè)課，要求將學(xué)生前期相關(guān)的數(shù)學(xué)知識與程序設(shè)計(jì)知識相結(jié)合，是數(shù)學(xué)理論與程序設(shè)計(jì)實(shí)踐的綜合理解與應(yīng)用，對學(xué)生的知識理解與運(yùn)用能力提出更高的要求。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教學(xué)應(yīng)采用有別于數(shù)學(xué)課程、程序設(shè)計(jì)類課程的教學(xué)方法。同時，學(xué)生的學(xué)習(xí)模式與方法也需要發(fā)生相應(yīng)的改變。若無視計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的特點(diǎn)，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣有可能隨著教學(xué)過程的進(jìn)行、知識難度的增加而快速下降。

1.2 當(dāng)前本科生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)

隨著我國互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)、個人電子設(shè)備的日益普及和蓬勃發(fā)展，形式多樣、種類豐富的媒體技術(shù)進(jìn)入日常生活、消費(fèi)和教育[4]等領(lǐng)域，深刻地影響現(xiàn)實(shí)社會生活中的各個方面，大學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣與學(xué)習(xí)方式發(fā)生了較大改變。

互聯(lián)網(wǎng)、新媒體等信息數(shù)字技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用比重日益增大，諸如智能手機(jī)、平板、手提電腦等便攜的電子設(shè)備也為教育資源的在線傳播提供了可能。大學(xué)生借助互聯(lián)網(wǎng)，利用諸如慕課、網(wǎng)絡(luò)公開課等課程平臺以及諸如B站等網(wǎng)站的相關(guān)課程資源，可快速地了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的簡單概念和初步知識。但由于此類平臺的特點(diǎn)以及網(wǎng)絡(luò)教學(xué)對象定位的差異，學(xué)生在此類平臺上所獲得的知識通常是淺顯而碎片化的，相應(yīng)知識點(diǎn)的廣度與深度難以達(dá)到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)要求。

2020年初至2022年底，在新冠疫情反復(fù)的形勢下，該課程理論教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)部分采用了在線教學(xué)的形式。與之相適應(yīng)的，在教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)組織、章節(jié)安排上都進(jìn)行了重新規(guī)劃與編排。通過充分發(fā)揮信息化、網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)的優(yōu)勢，在線教學(xué)已經(jīng)積累與總結(jié)了豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)。在線下教學(xué)中可利用與優(yōu)化已有的線上教學(xué)資源、教學(xué)手段和方法。

與線上教學(xué)相適應(yīng)的，本科學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣[5]與方式也有了相應(yīng)改變。在上課的筆記記錄、知識點(diǎn)整理上，越來越多的學(xué)生開始借助電子設(shè)備記錄筆記與歸納總結(jié)知識點(diǎn)。學(xué)生通過使用電子筆記，結(jié)合在線存儲與分享，可及時有效、隨時隨地地進(jìn)行知識回顧與復(fù)習(xí)。

同時，隨著時代的發(fā)展與社會觀念的變化，當(dāng)前大學(xué)生具有更強(qiáng)的自主意識與自主學(xué)習(xí)意愿?，F(xiàn)階段的大學(xué)生，通常在選課前，對感興趣的課程，會通過多種方式了解該課程的主體內(nèi)容、應(yīng)用面以及當(dāng)前的發(fā)展?fàn)顩r等。大學(xué)生獲取知識的來源多樣，了解課程相關(guān)信息的途徑通常包括網(wǎng)絡(luò)上的開放課程簡介、網(wǎng)絡(luò)上的科普文章、知識博主解答、高年級學(xué)生經(jīng)驗(yàn)分享等。學(xué)生對通過網(wǎng)絡(luò)獲取、習(xí)得的知識的倚重正在逐漸增大，但難以保證此類途徑下所學(xué)知識的學(xué)習(xí)質(zhì)量。

2 混合教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

近年來，在線教學(xué)與學(xué)習(xí)所需的軟硬件包括網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、個人電腦、智能移動設(shè)備等已經(jīng)普及并日趨成熟。與此相適應(yīng)的，為了擴(kuò)展教學(xué)空間與廣度，諸如在線精品課程、MOOC課程等在線教學(xué)平臺的線上教學(xué)方式也進(jìn)入了日常教學(xué)中。

2.1 混合教學(xué)模式實(shí)踐

在教學(xué)實(shí)踐中，筆者首先分析與總結(jié)了合適的線上教學(xué)方法、教學(xué)資源、授課平臺與教學(xué)優(yōu)勢，其后對總結(jié)與分析的線上教學(xué)特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)，合理地吸收并進(jìn)一步優(yōu)化與運(yùn)用于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)，形成了如圖1所示的混合教學(xué)模式的教學(xué)流程。

圖1 混合教學(xué)模式教學(xué)流程

在教學(xué)實(shí)踐中，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容與學(xué)生特點(diǎn)，課前首先確定學(xué)生需要掌握的知識點(diǎn)和相關(guān)能力，通過依托學(xué)校已有的教學(xué)平臺布置課前建議學(xué)生觀看的視頻與相關(guān)的預(yù)習(xí)問題。根據(jù)學(xué)習(xí)內(nèi)容，發(fā)布相應(yīng)的課件、學(xué)習(xí)文檔與引導(dǎo)問題等，學(xué)生可自主進(jìn)行學(xué)習(xí)。通過此類的課前線上導(dǎo)學(xué)，以引導(dǎo)的方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力與保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

在面授課中，教師先通過講授的方式講解本次課的知識點(diǎn)，接著引出對應(yīng)的案例進(jìn)行分析與討論。通過對相關(guān)案例的分析，對所學(xué)知識進(jìn)行運(yùn)用與深化。其后學(xué)生討論與交流在預(yù)習(xí)、自主學(xué)習(xí)中遇到的問題，并在不同階段應(yīng)用課堂小測以及時了解學(xué)生對相應(yīng)知識的掌握情況。學(xué)生通過這些不同形式的線下教學(xué)手段與方法，能充分理解、分析與運(yùn)用所學(xué)知識，從而得到創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。

課后通過練習(xí)與擴(kuò)展作業(yè)了解學(xué)生在經(jīng)過課前預(yù)習(xí)、線下面授與課后思考后，對知識的掌握情況。通過利用校內(nèi)教學(xué)平臺，布置課后作業(yè)以及限時完成的線上測評，可讓學(xué)生及時了解自己的學(xué)習(xí)效果，同時借助于平臺的測試結(jié)果與數(shù)據(jù)分析，教師能及時了解學(xué)生對各階段知識的掌握情況。除線上反饋外，還通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)課的方式，提供線下實(shí)踐學(xué)習(xí)與指導(dǎo)，并通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)課的實(shí)驗(yàn)講解與針對每次實(shí)驗(yàn)的講評，提供線下反饋。在完成大部分教學(xué)內(nèi)容后，學(xué)生通過完成指定內(nèi)容的讀書筆記，進(jìn)行知識的鞏固與歸納總結(jié)。并通過綜合歸納課本知識、觀看研討會視頻、閱讀研究論文、研究報告、研究成果等形式的參考文獻(xiàn)與資料進(jìn)行探索與拓展，形成課程報告，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新思維的提升。

2.2 混合教學(xué)模式下的課程考核方式

混合教學(xué)模式的教學(xué)流程與傳統(tǒng)教學(xué)流程有較大不同，因此，混合教學(xué)模式下的課程考核方式也與傳統(tǒng)考核方式大相徑庭。當(dāng)前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程由理論課與實(shí)踐課組成，其中理論課為32學(xué)時，每周2學(xué)時；實(shí)踐課為16學(xué)時，每周2學(xué)時。在混合教學(xué)模式中，課程的考核貫穿整個教學(xué)階段?？己艘罁?jù)包括：共計(jì)3次的課堂測試，共計(jì)3次的課后限時小測，共計(jì)3次的線上課后作業(yè)，各為平均每4周一次；8個針對不同章節(jié)的實(shí)驗(yàn)；讀書筆記；課程報告。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)常規(guī)教材中各章節(jié)知識較為獨(dú)立，同一章節(jié)中的理論知識較為統(tǒng)一與完整，較適于以階段性的方式進(jìn)行考查，階段性考查的手段主要采用課堂測試、課后線上小測、線上課后作業(yè)的形式。通過實(shí)踐課的每次實(shí)驗(yàn)，可以在學(xué)生對每一章節(jié)進(jìn)行理論知識的理解、實(shí)踐與分析討論的同時進(jìn)行對應(yīng)章節(jié)的階段性考查，相應(yīng)布置的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)除對理論課知識進(jìn)行驗(yàn)證外，還要綜合運(yùn)用與深化所學(xué)知識。為了能讓學(xué)生在學(xué)習(xí)本課程后，能整體性、綜合性地理解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，通過使用讀書筆記的考查形式，讓學(xué)生能綜合全面地了解、掌握以及思考計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識。伴隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)、數(shù)學(xué)理論、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)也在快速發(fā)展中，學(xué)生通過積極地閱讀研究報告、研究論文、研究成果等參考資料，觀看研討會、討論會等視頻資料，結(jié)合課程知識、讀書筆記等前期學(xué)習(xí)結(jié)果，自主選擇計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)問題進(jìn)行分析與討論，形成課程報告。在完成課程報告的過程中，實(shí)現(xiàn)知識的鞏固、擴(kuò)充、運(yùn)用與綜合歸納，從而實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新思維的培養(yǎng)與提高。

3 結(jié)束語

本文針對計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的課程特點(diǎn)與當(dāng)前學(xué)生特點(diǎn)，利用現(xiàn)代化的教學(xué)平臺與教學(xué)手段，結(jié)合課程的線上資源與線上、線下教學(xué)手段，形成了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)混合教學(xué)模式，通過使用該模式進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，充分調(diào)動了學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性與學(xué)習(xí)興趣。通過計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程的教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維與創(chuàng)新思維，達(dá)到培養(yǎng)創(chuàng)新人才的教學(xué)目的。