计算机图形学实践教学法改革研究

胡彬

摘要：该文分析了计算机图形学的课程特点，总结了当前教学中存在的问题，通过增加实践教学、重视过程考核对计算机图形的实践教学法进行了探讨。通过设计基于OpenGL的实验项目引导学生掌握课程基础知识，提高学生的动手能力。在实际教学过程中的应用表明该文的方法取得了一定的成果，提升了计算机图形学的教学质量。

关键词：计算机图形学；教学改革；实践教学；OpenGL

中图分类号：G642 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）10-0115-02

计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并利用计算机显示和处理图形的原理、 方法、 技术的一门学科[1]。计算机图形学是计算机及相关专业本科生的一门重要专业选修课，兼顾理论和实践，具有很强的综合性和交叉性。随着科学技术与计算机图形学设备的发展，计算机图形学技术得到了快速的发展并逐渐渗透到人们生活的各个领域，对人类的生产与生活发挥着越来越重要的作用[2]。

本文分析了计算机图形学课程传统教学中存在的问题，提出了改革的思路，转变传统的以教学为主的教学方法，增强课程的实践教学，培养学生在实践中发现问题、解决问题的创新能力。并在教学过程中进行探索与总结，结果表明该方法是有效的。

1 传统教学存在的问题

传统的教学以教为主，重点在于考核学生对于知识点的掌握，并不会侧重课程的实践性，这种教学模式不适合计算机图形学这样的课程，不利于培养学生的兴趣，也不利于培养学生的发现问题、解决问题以及创新的能力[3]。

1.1 学科难度大

目前图形学技术仍然是计算机图形学的教学重点，涉及的数学知识比较多，内容抽象，因此比较难掌握，影响了学生学习的积极性。事实上，计算机图形学是一门综合性和交叉性极强的新兴学科，它涉及了图论、数学、计算几何、图像处理等多门学科，兼顾理论和实践。传统教学以理论教学为主，学生只能体会到抽象的理论知识，就会渐渐的失去学习的兴趣。

1.2 实践教学比例较少

传统教学以教师讲授为主，教师通过板书或者PPT进行知识的传授，学生只是被动的进行知识的接受，老师与学生的互动较少，对内容理解肤浅。教学缺少实践过程，学生无法真正掌握图形学的本质，做不到真正的学以致用。

1.3 教学内容和方法落后

目前计算机图形学课程教学内容基本源自经典教材，内容从最底层的硬件逐渐过渡到高层的真实感图形学，对于新兴的技术讲解较少。在实践教学中，不少高校还在使用C++实现编程，学生实现起来难度较大，这导致学生对实验没有兴趣，也没有足够的时间去系统地完成一个实验项目，无法体现和培养学生的综合能力。

2 实践教学改革方法与目标

计算机图形学作为高等院校计算机核心课程之一，应当加强实践教学来解决各种计算机图形学相关的实际问题，提高学生的实践编程能力，这样更贴近“卓越工程师”的培养计划。本文针对传统教学中存在的问题，提出了以下改革方法。

2.1 改变传统的课堂教学

在课堂教学方面，将以教师为中心的教学模式变为以学生为中心的模式， 变教师主动为教师引导学生主动、教师与学生互动的模式，在教师讲授的基础上，引导学生分析算法、改进算法和解决问题的能力，培养和提高学生的能力。

2.2 增加实践教学比例

传统教学以课堂教学为主，实践教学比例偏少，不少高校仍然使用C++来实现相关算法，实现难度过大，导致学生也没有时间和兴趣去完成。本文在实践教学环节中，引入OpenGL作为图形算法接口，让学生完成若干实验项目。OpenGL[4-5]（全写Open Graphics Library）是个定义了一个跨编程语言、跨平台的编程接口规格的专业的图形程序接口。它提供了基本库、实用库和辅助库 3 个函数库供调用，可用于二、三维图形开发，是一个功能强大，调用方便的底层图形库。为了加强OpenGL的多语言和多平台特性，已经用很多语言开发了OpenGL的各种绑定和移植。OpenGL与Visual Studio也有着紧密的接口，因此在VS平台结合OpenGL是实现图形学算法的最佳选择，一方面可以降低学生编程的能力，另一方面由于OpenGL是开源的，学生可以参考其中的算法实现方法以提高编程能力。本文结合了实际应用与学生能力，设置了实践项目，如表1所示。

我们将学生分成若干小组，每组4-5人，按组完成实验项目，组内工作分配由学生自行安排，以周为单位，老师和学生定期召开进度会进行交流，讨论实验中的问题和改进方法并安排下一阶段目标，最后按组进行项目演示和撰写实验报告。通过分组安排，提高了学生的团队协作意识，也使得实训项目的进展更为有效。

表1设置的实验项目，基本覆盖了计算机图形学中的基础算法，通过实验项目，学生不仅能够掌握计算机图形学的基础算法，也能够提高自己的实训能力，包括自学新技术的能力、综合编程能力、分析问题和解决问题的能力。

2.3 综合评定学生成绩

传统的教学方式下，学生成绩仅通过期末考试进行评定，这不能激发学生去编程的动力。课程经过改革，加入了更多的实践项目，我们将成绩评定更多的向实训项目倾斜，虽然这样的评定方式加大了教师的工作量，但是受到了学生的广泛好评，极大的提高了学生的实践动手能力。

3 小结

计算机图形学是一门发展迅速的学科，是一门理论与实践并重的学科，因此对教学的要求也比较高。本文从自身教学出发，总结了计算机图形学传统教学存在的问题，提出了加大实践教学的新思路，并在教学中加以实施。从教学结果来看，本文提出的教学方法取得了较好的成效，同时对计算机专业的其他课程也具有一定的参考意义。

参考文献：

[1] 孙家广， 胡事民. 计算机图形学基础教程[M]. 北京： 清华大学出版社， 2009.

[2] 柳海兰. 浅谈计算机图形学的发展及应用[J]. 电脑知识与技术， 2010（3）： 9551-9552.

[3] 杜利峰， 李竹林. 基于OpenGL的计算机图形学教学改革探索[J]. 电子设计工程， 2012（13）：6-8.

[4] OpenGL Headline News[EB/OL]. https：//www.opengl.org/

[5] Francis S Hill. 计算机图形学（OpenGL版）[M]. 胡事民， 译. 3版. 北京： 清华大学出版社， 2010.