计算机图形学课程教学改革研究与实践

□ 江南大学 周世兵 张曦煌

计算机图形学课程教学改革研究与实践

□ 江南大学 周世兵 张曦煌

本文针对计算机图形学课程教学，分析了现有教学过程中存在的问题，探索了一些新的教学改革措施，并从课程定位、教学内容、教学模式、实践教学和过程考核等方面对教学改革进行了深入研究。实践表明，所提出的教改措施对提高课程的教学质量和教学效果有明显的作用。

计算机图形学；教学改革；教学实践

计算机图形学是研究如何利用计算机来生成、处理和显示图形的原理、方法和技术的一门学科［1］，也是计算机相关专业的一门重要课程。计算机图形学课程是理论性较强的技术应用型课程，通过该课程的学习，使学生系统地掌握计算机图形生成与处理技术的基础知识、基本原理和方法，具备与图形有关软件的基本研发能力，为今后从事计算机图形领域的研究工作打下良好基础。由于计算机图形学综合了计算机科学、数学、物理学等相关学科的知识，而学科的发展日新月异，应用领域不断拓展，因此，该课程需要学习的知识点较多，难度较大，并且对学生的要求较高，再加之该课程的学时较少，传统的教学工作又存在很多问题，容易导致该课程的教学质量不高，教学效果不理想。

如何对该课程进行教学改革，使得在有限的学时内，最大限度地讲授计算机图形学的研究内容，提高学生的学习兴趣，培养学生的问题求解能力，这是非常值得研究的。本文结合笔者的教学实践，从多个方面进行了计算机图形学课程的教学改革，以期提高教学质量，力求达到理想的教学效果。

一、现有课程存在的问题

1.课程定位不合理

目前的计算机图形学课程，讲述的重点仍然是经典的图形学技术，强调计算机图形学的数学基础。这种强调算法基础的课程定位，一般适合于数学基础较好的学生，对于大部分计算机相关专业的学生则很难适用。虽然有部分教师从实用性角度出发，讲授计算机图形学技术，但对理论基础涉及较少，也难以深入，使学生对计算机图形学课程体系很难有比较深入的理解［2］。

2.实际教学内容简化

由于高校扩招和专业就业需求等原因，计算机相关专业学生的基础薄弱，学生学习和理解计算机课程的能力普遍不足。因此，教师讲授计算机图形学内容时，大多力求简单易懂，点到即止。进而使得实际教学内容无法达到应有的深度和广度。

3.具体教学模式单一

通常情况下，计算机图形学的教学模式是“计算机＋大屏幕投影”的教学模式。在这种模式下，教师多使用PPT课件的方式讲授课程，师生之间的互动性比较差，课堂气氛不活跃，加上光线暗淡，学生容易困倦，最终影响了教学效果。

4.理论和实验学时比例失衡

传统的计算机图形学教学，重视教师知识传授而忽视学生能力培养，因此，形成理论学时多而实验学时较少的比例失衡现象。由于计算机图形学具有较强的理论性和实践性，这种传统的课堂上多传授理论、少做实验的教学方案很难达到预期的教学效果［3］。

5.考核方式不全面

传统的计算机图形学课程考核方式是采用卷面笔试方式进行的，这样的考核方式并不能全面考查学生的知识掌握情况。由于忽视了对教学过程的考核，因此，该方式不能很好地调动学生的积极性，影响了学生对该课程的学习兴趣。

二、课程教学改革措施

针对计算机图形学课程存在的问题，结合教学实践，笔者提出以下教学改革措施。

1.合理进行课程定位

为了更好地完成计算机图形学课程的教学任务，提高该课程的教学质量，有必要对该课程进行合理定位。计算机图形学不仅具有较强的理论性，而且具有较强的实践性。计算机图形学课程的基础是掌握基本概念和基本原理，理解它们如何逼真地模拟现实中的对象，但同时要求掌握几个经典算法的原理及其实现，以达到巩固基础的目的。为此，可以采用专题讲座的形式，介绍计算机图形学的高级应用内容，比如曲线和曲面设计、计算机动画等。另外，应介绍计算机图形学的最新研究进展，以便使学生对学科前沿有概念性和直观性的理解，使学生对计算机图形学学科有大致的认识，从而为他们快速地进入该领域从事研发工作打下良好的基础。

2.精心选择教学内容

根据教学大纲的要求，计算机图形学课程由两部分组成：一是理论知识部分，主要介绍计算机图形学的基本概念、原理与技术；二是上机实践部分，主要是计算机图形学的算法实现。

如何合理选择教学内容，关系到该课程教学质量的好坏。对知识点的选取，内容深度的把握，是每位从事计算机图形学教学的教师必须认真思考的问题。针对计算机图形学课程教学，我们的教学指导思想从最初的以理论知识为主，实践知识为辅，发展到现在的理论知识与实践知识并重。为了更好地把握教学内容，我们自编了《计算机图形学》教材，作为师生学习与交流的主要平台。课程的具体教学内容大致如下。

图形系统基本知识。包括图形设备、图形系统和应用，以及计算机图形接口等。

基本图形生成算法。包括直线的扫描转换、圆与椭圆的扫描转换、区域填充、裁剪、曲线和曲面生成算法等。

图形变换。包括图形变换的数学基础、窗口视图变换、图形的几何变换、形体的投影变换等。

动画技术。包括动画技术概述、动画分类与原理、动画生成方法等。

通过以上内容的学习，使学生不但能够掌握计算机图形学的基本概念、基本原理和方法，而且能够了解和使用计算机图形学的部分成熟技术，提高图形应用软件系统的开发能力。

3.科学使用教学模式

在计算机图形学课程教学中，教学内容的选择是核心，其次是教学模式的选用。采用“计算机＋大屏幕投影”的教学模式，一方面可以使学生形象直观地理解教学内容，另一方面还可以增加教学的信息量，由此对教学带来的好处是很明显的。但也存在一些问题，比如，教师讲课不像传统的“粉笔＋黑板”模式那样有声有色，不能通过肢体语言感染学生，再加上教师与学生之间的互动性差，影响了教学质量的提高。而面向教学的网络教学平台的使用，则为师生之间的交流提供了方便。为此，根据学校的实际情况，我们在教学过程中，以“计算机＋大屏幕投影”的教学模式为主，辅之以“粉笔＋黑板”模式，并适当兼顾网络教学平台模式。在多媒体教室上课，可以借鉴“粉笔＋黑板”模式的优势，弥补“计算机＋大屏幕投影”模式的不足。对于需要逻辑推导、证明以及需要学生思考的教学内容，采用“粉笔＋黑板”模式的效果会更好一些。比如，在讲解图形生成和处理算法时，对一些数学推导过程，可以采用“粉笔＋黑板”模式，这样，便于学生理解，并给学生留出思考的时间。电子课件应尽可能言简意赅、生动有趣、富有创意，与教学内容有关的多媒体素材应尽可能多一些。可以通过Flash动画演示，把复杂枯燥的数学推导和算法描述变成生动有趣的动画，提高学生的感性认识。另外，为了进一步提高课堂教学质量，可以以动态演示算法的程序实现效果，使学生对算法的理解更加形象化和具体化。在课后环节，适当采用了网络教学平台模式。在自主研发的网络教学平台上发布信息，布置课后作业，提供电子课件、教学辅助资料等教学资源下载，并可以进行网上留言和讨论（见图1）。师生之间通过网络进行交流，既不受时间和空间限制，也较好地解决了计算机图形学课程学时数不足的问题。

图1 计算机图形学课程网络教学平台

4.真正重视实践教学

计算机图形学涉及大量的图形造型、图形生成和变换的算法，需要学生进行编程实践，因此，实践教学是非常重要的教学环节。抽象的理论，繁琐的公式，如果不和实验结合，学生很难体会到学习的乐趣。而通过实验，既可以将所学的知识得到巩固，也使繁琐的算法与生动的图形之间建立了联系，对于提高学生的学习兴趣、增强对原理和算法的理解具有很大作用。由于计算机图形学课程的总学时数不多，大约54学时左右，其中的实验课学时不足理论课学时的一半，为此，我们结合学校的实际情况，安排上课36学时，上机18学时，保证实验学时是理论学时的一半，这样，基本能够满足实践教学的需要。此外，我们根据学生所学知识点，编写了上机实验材料，选择有代表性的经典算法供学生进行编程实验。根据学生的实际情况，将实验分为必做的课内验证性实验、课内设计性实验、选做的课外创新性实验。其中，验证性实验是通过上机实验来实现课堂上演示的算法原理，对所学理论知识进行验证，从而进一步加深学生对所学算法原理的认识。设计性实验是锻炼学生选择正确的算法解决实际问题的能力，通过选取特定的应用案例，在指定算法原理的基础上，设计并编程实现具体的问题需求。创新性实验旨在培养学生的综合运用能力和开拓创新能力，通常以课程设计或大作业的形式来体现，使学生独立完成设计，深化对计算机图形学算法原理的理解，提高对知识理论的独立运用能力，培养创新性思维和严谨的工作作风［4］。

5.切实推进过程考核

重视教学的过程化管理与考核是保证计算机图形学课程教学质量的重要手段。教师要对课堂、实验和作业等平时教学环节进行有效的管理，及时发现并纠正每一个环节存在的问题。通过提高平时考评在考评结果中的比重，激发学生对平时学习过程的重视。为了切实推进过程考核，全面考核各重要环节的学习情况，应充分重视平时的考评情况，避免只注重期终考试带来的缺陷。要鼓励在课堂表现、平时作业、上机实践中能够独立思考并有所创新的学生，充分发挥他们的主体作用。

计算机图形学课程是一门理论性很强的应用基础课程，有很多内容值得研究。本文从自身教学体会出发，对当前计算机图形学课程教学中存在的问题，提出了一些新的教学改革措施。经过两年的教改实践，取得了比较理想的教学效果。另外，由于计算机图形学学科发展较快，在今后的教学过程中，仍有许多需要改进的地方，特别是对计算机图形学课程教学内容的研究，仍需要进一步加强。

[1]陆枫，何云峰.计算机图形学基础（第二版）[M].北京:电子工业出版社，2008.

[2]姜忠鼎.计算机图形学教学与实践[J].计算机教育，2006（3）：10－13.

[3]陈永强，杜小勤，彭利华.普通高校计算机专业计算机图形学课程教改研究[C]//大学计算机课程报告论坛论文集：2009.北京：高等教育出版社，2010：286－290.

[4]刘晋钢，孔令德，王进忠.“计算机图形学”课程新教学模式的研究与实践[J].计算机教育，2010（3）：63－65.

G642.0

项目名称：江南大学本科教育教学改革研究项目（［2008］240号）。