项目驱动模式下计算机图形学实践教学过程研究

孙阳光

摘要：针对项目驱动模式下计算机图形学课程的实践教学过程，本文分析了该课程教学重点难点及其教学方法问题，给出了项目案例设计的五个基本模块，构建了四阶段教学过程框架模式。该教学过程明确教师和学生的定位，促进教和学的互动，提升实践教学效果。

关键词：项目驱动；计算机图形学；实践教学；教学过程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2017）05-0187-02

一、引言

随着计算机和信息通信近十几年来的蓬勃发展，计算机可视化技术及其相关应用得到了广泛的社会普及和高度重视。作为专门研究计算机图形的学科方向，计算机图形学迅速发展成为计算机科学中应用广泛的新兴学科和研究活跃的前沿领域。计算机图形学课程是计算机相关专业本科教学中重要的专业课程，在专业教学体系中占有重要地位和作用[1]。由于计算机图形学的研究对象是一个新兴的研究领域，具有发展快、学科交叉、实践性强等特点，其理论和技术都在不断地快速发展和更新，使得该课程内容丰富、算法众多、理论和实践并重[2，3]，这就要求在教学过程中需要根据不断更新的教学内容及时对教学方法进行调整和革新。

二、教学重点难点及教学过程中问题分析

计算机图形学是计算机技术、图形学及应用数学相结合的一门不断发展的新兴学科，主要研究如何在计算机环境下生成、处理和显示图形，其相关的一整套硬件和软件组成了计算机图形系统[4]。在课程的教学过程中，明确课程的教学重点难点对于教学计划的制定和教学体系的建设尤为重要[5]。本课程教学的重点在于讲授计算机图形学的基本概念、原理和方法，计算机图形系统的组成及其相应图形设备的工作原理，以及各种经典算法实现的基本原理。课程教学的难点在于计算机图形学学科具有发展速度快、研究范围广、学科交叉性和实践性强等特点，在课程教学过程中，需要帮助学生理解和掌握相应的基础理论和算法，并具有能够解决计算机图形学相关具体实际问题的能力。

结合课程教学的重点和难点，通过大量的教学实践，我们发现采用传统的计算机图形学实践教学方法，学生在学习过程中不能取得理想的学习效果，其教学过程中主要存在以下四个方面的问题：1）该课程对理论基础要求高，这给教学带来了客观上的难度；2）侧重课程基础理论和经典算法教学，学科应用前沿涉及较少，使得学生的上课积极性不高；3）知识点的多学科交叉普遍，给课堂教学和学生学习带来了一定的阻碍；4）传统教学重理论而轻实践，知识点的理解多是停留在书本上，使得学生所需知识未能得到充分了理解和掌握。因此，了解课程教学的重点和难点，分析传统教学过程中的问题，有助于我们设计更为合理的教学过程，制定更为完善的课程教学体系。

三、课程实践教学过程研究

本文将基于项目驱动模式的实践教学引入到课堂理论教学，构建多阶段层次化的课程实践教学过程，把课堂理论教学和实践教学紧密结合，促进学生实踐创新能力的提高。

1.教学定位合理化。计算机图形学具有较强的理论性和实践性，其理论知识包含大量的经典算法及其相应的基本概念和算法原理。传统的教学模式是以教师课堂讲解为主，缺少教和学的双向互动。基于项目驱动模式的实践教学是侧重互动的引导式教学，教学过程可引导学生由浅入深，由易到难，循序渐进的学习，激发学生学习的主动性，促进课堂理论教学和实践教学的紧密结合。

2.案例设计模块化。模块化的项目案例设计方式有助于提高学生创新实践的主动性，逐步培养学生建立科学的学习习惯和学习方法。在项目教学案例的设计过程中，每个案例应具有以下五个基本模块：

模块一：案例的实验要求和实验目标。设计具有目标导向的实验任务，这样可以在教学过程中使学生对整个项目案例有清晰的认识，同时教学方法沿着主线循序渐进地展开，也有助于学生对所讲知识点的理解。

模块二：案例的基本原理和技术路线。介绍与项目案例相关知识点的基本原理和实验方法，尤其是项目实现过程中会涉及的关键技术，让学生对所讲解项目案例的相关理论知识有充分的了解，增加学生对整个案例教学重点的掌握。

模块三：案例的实验步骤和实现方法。给出详细的实验步骤和算法流程，对所采用的实现方法要有细致的讲解，让学生不仅了解所采用的具体方法，更要让学生清楚选用该实现方法的原因，积极教学引导达到举一反三、灵活应用的目的。

模块四：案例的实验结果和实验分析。展示全面完整的实验结果，结合中间的实验过程进行详细的实验分析，尤其是在实验过程中反映出来的易错易混问题，让学生对知识点概念及其实现细节有更为全面的认识和把握。

模块五：案例的总结讨论和实验思考。开展课堂互动讨论，挖掘和总结实验过程中的关键问题，以目标为导向启发学生对整个项目案例进行教学思考，引导学生学习的自主性，从而形成完整的实践教学项目案例设计。

3.基础训练系统化。在课程实践教学过程中，基础性的项目实践训练是学生开展创新实践的前提。该阶段主要是侧重训练学生对所学基础知识掌握的熟练程度，锻炼学生利用已有知识解决基本问题的能力。课程项目案例的设计在保证知识点覆盖率的同时应具有整体的系统性，不同的项目案例之间应具有知识点的关联性，尤其重点选取和设计经典算法相关的应用实践项目案例。

对于项目案例的具体系统化设计，以实际训练目标为导向，按照循序渐进的教学原则，开展项目实践基础性训练。首先，有明确的任务需求分析和具体要求，强调所涉及的指定算法或技术的实现难点和关键点；其次，给出清晰的开发步骤、实现流程和详细的过程解决方案，尤其是编码和调式过程中易错点；最后，对实验结果给出严格的校验和针对性的评价，尤其对于实验过程中产生的共性问题加以重点强调和详细讲解。通过系统化的基础训练，可加深学生对知识点的理解和掌握，为进一步提升学生的创新能力打下基础。

4.创新实践自主化。在创新实践教学阶段，学生按照自身的兴趣选择具体的项目，通过自主性较强的综合实践项目，着重培养其实践创新能力。该阶段可调动学习的积极性和自主性，保证学生充分的学习自由空间，而教师主要起到引导作用，整个项目训练由学生自行设计和完成，包含给出项目需求分析、算法设计、编程实现、系统调式和总结分析。通过项目驱动模式下的自主性创新实践，实现专业课程学习对实践项目开发能力的提高，又促进项目训练带动专业课程的学习，提高学生的学习主动性和创新能力，培养学生树立严谨的科研态度和正确的科研方法。

四、结束语

针对计算机图形学课程的实践教学过程中引入项目驱动的教学模式，本文结合该课程教学的特点，通过明确合理化的教学定位，激发学生的学习兴趣，提高学生学习的主动性。通过模块化案例设计和系统化的基础训练，逐步培养学生建立科学的学习习惯和学习方法。通过自主化的创新实践，锻炼学生的综合运用能力，培养学生的实践创新能力。在整个教学过程中，学生处于主体地位，教师主要是通过设计教学任务、指导学习方法和解答问题难点等方面来引导学生学习，注重学生对知识的理解、掌握和综合应用能力，从而促进教学质量的提高。

参考文献：

[1]魏海涛，俞志强，鲁汉榕，等.计算机图形学教学改革与教学体系创新[J].计算机教育，2012，（6）：26-29.

[2]许燕.计算机图形学教学过程改革研究与实践[J].吉林省教育学院学报，2014，（2）：93-94.

[3]李红，吴粉侠，张琳娜.计算机图形学教学改革研究[J].现代计算机（专业版），2015，（29）：66-68.

[4]张彩明.计算机图形学简明教程[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5]李敬华，孔德慧，孙艳丰.以学生为主体的教学过程设计——“计算机图形学”教学方法研究与探讨[J].计算机教育，2009，（23）：74-76.