GIS专业计算机图形学教学中应用WebQuest方法研究

王颖　张晓蕾

摘要：阐述了WebQuest的概念和原理，以“种子填充算法”作为教学案例，根据WebQuest网络探究式学习过程设计并实施了一次教学试验。通过这次尝试发现学生的学习热情、作业完成质量均有显著提高。因此，在计算机图形学教学中引入WebQuest是可行的，有效的。

关键词：WebQuest；GIS；计算机图形学；种子填充算法；因特网

中图分类号：G642.4 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）02-0165-02

地理信息系统（GIS）是用于采集、存储、管理、处理、检索、分析和表达地理空间数据的计算机系统。计算机图形学（Computer Graphics，CG）是研究如何利用计算机显示和处理图形的原理、方法和技术的一门学科，与GIS联系非常密切，在GIS中，需要大量用到图形绘制，现实虚拟等技术，这就要求GIS从业人员具有深厚的计算机图形理论基础和较高技能的图形绘制技术，而计算机图形学正是一门关于图形绘制和图形处理的学科，尤其是出现了计算机虚拟现实技术后，GIS更是离不开计算机图形学的支持。虽然计算机图形学在GIS领域得到了广泛关注，并作为专业基础课在GIS专业学生中讲授。但在教学过程中仍然存在如下问题：使用计算机专业教材，这些教材忽视了GIS专业的特点，学生不易将图形学与GIS专业知识联系起来[1]；以教材为中心，侧重理论学习，强调数学推导。使学生对计算机图形学的学习产生厌倦、畏难的心理；反之，某些教师偏重关于图形学的实际编程能力训练。会使该课程完全沦为程序设计课程，失去了图形学课程设立的本意[2]。认真研究计算机图形学课程的教学大纲及当前教学中存在的问题，结合GIS专业特点，开展计算机图形学教学模式改革，对提高教学质量及学生的综合素质具有十分重要的意义。

一、关于WebQuest

WebQuest是美国人伯尼·道奇（Bernie Dodge）等人于开发的一种课程计划，是一个通过网络进行的研究性活动。“Web”是网络，“Quest”是寻求、调查，可译为“网络主题探究”，是基于网络环境下的探究式、任务驱动式学习。WebQuest学习过程一般分为五个模块：（1）情境模块：教师简明介绍活动背景；（2）任务模块：确定切实可行和能引发学生兴趣的目标；（3）资源模块：提供可能需要的信息，确定上网查找资源的定位点；（4）过程模块：教师有一个预设步骤，步骤间既相互区别，又相互联系；（5）评价模块：每项WebQuest都要有一套客观和公正的评价标准，对师生的教学活动过程进行评价[3-5]。

1.情景设计。情景设计是WebQuest中一个极为重要的环节。通过“问题”与“情景”的知识呈现，激发学生对问题产生浓厚的兴趣，吸引学生对枯燥的内容进行主动探究。帮助学生将已有的知识和真实的情景关联起来，促进学生思维能力和创新能力的发展。

2.任务设计。任务是课程教学目标的具体表现。首先，交给学生的问题不能通过简单的收集、整理信息就可以回答，应该让学生进行一定的比较、判断和综合得到；应注意将任务分解成一个个有逻辑关联、难度递增的子任务，让学生在学习中能够模拟前人的思维过程。

3.资源设计。资源是WebQuest最重要的组成部分，是学生进行探究学习的基础。围绕探究主题，教师对整理的资料进行有效的归类和筛选，为学生的资料查找提供引导。教师的资源应以阶梯状形式提供，促使学生能在比较独立的环境下能自行收集、分类、选择、评价广泛存在的信息或资源。

4.过程设计。过程设计是WebQuest教学中耗时最长的部分。在过程设计中，教师应制定学习步骤，让学习者在完成任务过程中有清晰的思路。其中包括任务分块策略、学习者扮演角色和看问题的视角描述等。过程设计的目的是对学生探究过程进行引导和帮助，让学生体验和经历掌握新知识必须经历的思维过程。

5.评价设计。WebQuest的评价通常采用量规表来考察学生表现。评价人员可以是自己、教师、家长及同学。评价内容包括书面作业、作品等[6]。

二、WebQuest教学案例设计

根据WebQuest网络探究式学习过程，以“种子填充算法”作为教学案例，设计如下复式网络主题教学。

1.教学目标设计。（1）认知目标：了解四邻接点和四连通域概念；了解四邻接点种子填充算法的基本原理、应用；能独立用高级语言描述种子填充算法。（2）能力目标：培养学生的思考辨别能力；培养学生评价、筛选网络信息的能力；培养学生利用高级语言编写程序的能力

2.信息内容及重点、难点分析。（1）信息内容。种子填充算法是从区域内任一个种子像素位置开始，由内向外将填充色扩散到整个多边形区域的填充过程。从区域内任意一点出发，通过上、下、左、右四个方向到达区域内的任意像素。用这种方法填充的区域就称为四连通域；这种方式进行填充的方法称为四邻接点种子填充算法。

算法原理为：先将种子像素入栈，种子像素为栈底像素，如果栈不为空，执行如下3步操作：栈顶像素出栈；按填充颜色绘制出栈像素；按左、右、下、上顺序搜索与出栈像素相邻的四个像素，若该像素的颜色不是边界色并且未置成填充色，则把该像素入栈；否则丢弃该像素[7]。（2）重点：四连通域的概念；四邻接点种子填充算法的基本原理。（3）难点：四邻接点种子填充算法的基本原理及高级语言实现。

3.教学对象分析：GIS专业学生基本是在大学二年二期或三年一期开始学习计算机图形学课程，对面向对象编程还不够熟悉，而当前计算机图形学教材以基于C++为主。因此，教师有必要对涉及到的数据结构知识和面向对象知识作一定的讲解、复习。

4.教学策略及教法设计：本课采用自主学习、启发引导的方法，让学生先充分选择相关信息阅读，教师通过启发引导激活学生思维，进而通过共同探讨，加深对问题的认识，使学生产生亲自实践的冲动，继而完成本次学习任务。

5.教学媒体设计：本次教学采用的是接入INTERNET的计算机多媒体网络教室，利用百度、google搜索网上的知识，让学生获取第一手资料。以突破难点。

6.教学过程设计：（1）问题式导入。创设情境，根据GIS专业学生特点，教师布置如下几个问题：大家知道，GIS有地图配色功能，不同区域，可以配置不同颜色。请大家以ArcGIS9.3为工具，实践操作一下GIS的地图配色功能；请大家思考一下用什么方法或算法可以实现这种区域颜色填充；数据结构中讲过“图”，其中有关于图的遍历，是否可以利用图的遍历算法来实现区域填充呢？（2）浏览网页或书本，分组讨论交流。本次课主要讲种子填充算法，在学习本次课之前，请同学们先解决上面三个问题。有任何不懂的、不会的地方，都可以上网查找或同学之间相互探讨。上面三个问题都解决之后，请大家通过书本或网络学习下面几个概念：四邻接点、四连通域、种子填充算法。（3）自由发言、导向动手实践，教师依次围绕这三个问题，组织学生发表各自的见解。引起适当争论，教师做启发衔接点评，最后宣布终止讨论开始动手实践，引导学生把争而未果的强烈的表达欲望从嘴上转移到手上。

7.布置实践作业要求。题目设计：教师给定1～4个中间空白的四连通图形，让学生选择其中一个图形，用种子填充算法实现对空白区域的填充。描述语言可以是C、C++、C#、matlab中的任意一种。选做题：（课后完成）（1）了解八邻接点、八连通域的概念。（2）给定2个中间空白的八连通图形，让学生选择其中一个图形，用种子填充算法实现对空白区域的填充。

8.成果发布与评价。鼓励学生将完成的作业发布到论坛、qq空间、微信、微博等网络平台，供相互交流、学习模仿，并从中收获信心与兴趣。网络评价的主体可以是教师，也可以是学生。不仅要评价最后的成果，还要评价其操作中的态度与投入程度，评价其获取信息的能力。学生通过学习他人的作品，可以找出自己的不足；而通过别人对自己作品的回复，也能吸取他人合理的意见，取长补短，提高水准。这种学生间在线即时评价，充分调动了学生自主学习的积极性和主动性。在网络评价中，教师起着关键的指导作用。教师要善意对待学生间的评价，多肯定，保护学生学习的热情。最后，老师根据学生的网络作业的过程和成果，综合学生的意见，做出恰当的评价。

三、结论

利用因特网，拓宽了师生的视野；加强了师生之间、学生之间的互动交流，形成一个开放的、多视角的评论氛围，使学生从中感受到平等和尊重，因而乐意去思考问题，动手解决问题。WebQuest正是利用了因特网的这种优势。通过“种子填充算法”这个教学案例，利用WebQuest方式，充分调动了学生的积极性，启发了学生的思维，诱发了他们的学习冲动。由以前的“要我学”变成了“我要学”。实践表明，在研究性学习中，学生应用WebQuest探究式学习，能取得较好的效果。

参考文献：

[1]张玉娟，霍春玲，朱春晓.GIS专业计算机图形学教学改革研究与实践[J].计算机与网络，2008，（29）：530-530.

[2]吴正升，郭健.GIS专业《计算机图形学》课程建设与教学改革[J].测绘与空间地理信息，2011，34（2）：10-12.