“互联网+教育”背景下《计算机图形学》课程建设的研究及实践

季洁 黄少年 施游

摘要：随着“互联网+”深度渗入到各行各业，“互联网+教育”成为教育现代化的重要推力，且在2020年新冠疫情期间迅猛发展。本文提出了“互联网+教育”背景下小规模限制性高校在线开放课程创新性教学设计“四维双向”方案，并以《计算机图形学》课程为例进行MOOC资源平台建设，梳理课程知识体系，同时因地制宜开展课程思政。

关键词：互联网+教育，MOOC平台建设，课程思政，SPOC教学模式

中图分类号：TP311       文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）36-0160-03

2012年，教育部印发的《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》提出，到2020年基本建成人人都可以去享有优质的教育资源的信息化环境[1]。2018年9月，习近平总书记在全国教育大会上对加快推进教育现代化、建设教育强国做出总体部署和战略设计，中国在“十三五”期间也大力实施“互联网+”行动计划，2020年是“十三五”规划的末期年，高等教育如何应对和适应“互联网+”的思维方式，是个巨大的挑战。2020年初，一场突如其来的新冠肺炎疫情，使得各大高校以网络教育为主要阵地的“互联网+教育”战役进行得如火如荼。在当代，教育资源的现代化以及优质教学资源共建共享已成为不可阻挡的潮流，同时在教育教学中与时俱进的教学方法、教学手段才能在互联网的大时代立足于新工科的建设要求，培养出具有爱国意识、专业意识、工程意识以及创新意识的人才。

随着大规模开放网络课程MOOC的发展[2]，各种在线开放课程得到了越来越广泛的应用，并在人才培养方面发挥了越来越重要的作用。MOOC在全球范围的迅猛发展为高校的教学和在线教育带来了新的挑战和契机。数量的急剧加速引发了质量危机，为克服其监管问题、考核问题等存在的弊端，一种更小而精的网络开放课程SPOC教学模式应运而生[3]。SPOC教学模式针对面向工程应用类的专业课程案例式分组教学适应良好，能作为课堂教学良好的补充，形成课堂教学与在线教学相结合的混合式教学模式，同时也可形成“互聯网+教育”背景下一种独特的新型教育模式。

1 《计算机图形学》课程建设的重要性及意义

课程建设是专业建设的核心内容，在“互联网+教育”的大背景下，课程建设要紧贴时代脉搏与时俱进，在教学内容上由经典中推陈出新，在教学手段和方法上大胆创新，积极运用新科技和新技术，让学生对教学内容和课堂授课感兴趣，愿意学，主动学，从而提高教学质量。

1.1 《计算机图形学》课程的学科重要性分析

《计算机图形学》是计算机以及相关专业高年级本科教学的一门专业必修课程，主要研究图形在计算机中的呈现及相关的算法，为图像处理方向本科教育和研究生教育的桥梁课程，也为从事计算机视觉、科学计算可视化等相关工作提供基础。

《计算机图形学》课程之所以安排在高年级开设，是因为该课程对学生既有抽象算法和理论的要求，又有图形软硬件实现的编程能力的要求，更有图形学前沿先进技术的摄入要求，因此学生需要以线性代数、高等数学、程序设计基础、数据结构以及算法等本科学科必修课程为基础课程。另一方面该课程要求的知识范围甚广，为数学、图像处理，计算机视觉等其他学科的交叉性课程，知识体系更新较快。因此在教学中既要注重基础理论知识的梳理与讲解，更要注重学生利用图形学知识解决工程实践具体问题能力的培养。同时，在高年级学生中，教书、育人同向同行，创新思维、爱国情怀融汇其中，也是教师们需要思考的问题。

1.2 《计算机图形学》课程改革的必要性

以湖南工商大学计算机科学与技术专业及软件工程专业为例，《计算机图形学》课程于本科阶段第7学期开设，总教学学时为32课时，其中实验课时仅8课时，教学总学时较短，实验教学相对不足。若只依赖课堂教学，则很难全面培养学生计算机图形学的理论和实践知识体系。因此在“互联网+教育”背景下，利用MOOC资源和SPOC教学模式相结合，坚持改革创新，以学生为中心，对提高办学质量和人才培养水平，有着重要的理论价值和现实意义。《计算机图形学》作为前沿专业课程，综合化进行课程改革，重塑课程体系和实践手段，建立一个线上线下相结合的立体化教学模式，有助于拓宽课程教学的宽度，培养学生学习的主动性和创新性。

1.3 面向课程思政进行课程改革的紧迫性

2019年习近平在学校思想政治理论课教师座谈会上强调 “要坚持显性教育和隐性教育相统一，挖掘其他课程的教学方式中蕴含的思想政治教育资源，实现全员全程全方位育人”[4]。目前，思政课程作为大学生思想政治教育的主渠道，具有一定的单一性，为了让思政教育贯穿学生大学学习的整个过程，作为高校专业课教师在课堂传授专业知识，培养学生专业素养的同时，有必要适时开展课程思政。

专业课程是学生能力培养和教育的主阵地，如何让专业课程教育也成为意识形态的主阵地，就是要教师“守好一段渠，种好责任田”，深挖专业课程的隐性教育资源。新工科专业的学生培养注重问题导向和创新教育理念培养，在专业课程的教育中把握学生的思维脉络，提炼专业课程中包含的文化元素和价值元素，在专业课程知识学习的同时加强价值层面的引导显得尤为重要。因此，在MOOC资源和SPOC教学模式相结合的基础上，面向课程思政进行《计算机图形学》教学改革，有助于引导学生把专业理论知识认知转化为信念和信仰的追求，养成优良的道德品行，培养担当民族复兴大任的时代新人。

2 “互联网+教育”背景下《计算机图形学》课程建设研究

2.1 “四维双向”实施方案

“互联网+教育”背景下《计算机图形学》课程建设的改革研究主要分为理论研究与教学实践两个部分，理论研究包括了“互联网+教育”背景、SPOC教学模式的特点及实施方案，进而形成了“互联网+教育”背景下计算机类专业在线开放课程建设整体实施方案，如图1所示：

1）结合“互联网+教育”思维，研究SPOC教学模式在教育内容、教育体验、教育管理以及教育评价四个横向维度，“教”与“学”两个纵向维度，全过程、各环节的运用和监督，形成“四维双向”的建设方案，这种“四维双向”的建设方案是计算机专业课程甚至于高校其他专业课程都可以通用借鉴的教学改革建设方案。

2）提出适用于计算机类专业学生学习的小规模限制性在线开放课程创新性教学设计方案，建立基于SPOC的在线开放课程设计框架和开发模板;SPOC教学模式比传统的MOOC教学更适合高校专业课程建设，线下课堂与线上资源扩展同步而行，因此更贴近于这种教学模式的教学设计方案迫在眉睫。

3）利用网络教学资源不受时间空间限制的特点，加大力度建设课程MOOC平台，弥补课堂教学学时的不足，提高学生学习的广度和维度。全面梳理《计算机图形学》的知识体系，建设网络教学资源，与此同时，提炼专业课程中包含的文化元素和价值元素，挖掘课程中蕴含的思想政治教育资源，实现全员全程全方位育人[4]。

2.2层次化教学内容设计方案

为了凝练出适应信息时代要求的教学资源，首先对教育内容进行系统化梳理，细究知识点的特点及属性，对其进行线上线下分布，以提升学生的教学体验。总体上对教学内容分层次进行规划：

第一层次，主要针对计算机图形学概念的基本知识，包括经典问题如：直线、椭圆、圆等基本图形的生成、裁剪以及填充、图形的空间变换、曲线曲面等;该层次以线下课堂教学为主，线上知识补充及习题巩固为辅，同时引导学生多读国内外经典教材。

第二层次，重点为掌握经典算法并思索创新改进之道[5]，着重以案例式教学培养学生针对面向计算机图形学相关问题的程序设计能力和软件工程开发能力;通过理论课堂和实践课堂让学生扎实学习经典算法并实现，运用线上课堂开拓新算法的学习渠道。此外，图形化编程需要调用OPENGL的各种接口函数，这部分新知识可由学生在线上平台学习完成，并通过实践课堂小而精的分组讨论教学来完成。鼓励学生自学、互学，提高独立分析问题、创新解决问题以及团队合作的能力。

第三层次，为新技术前沿拔高层次，让学生了解计算机图形学与当前主流新技术相交叉的前沿知识，如虚拟现实、机器学习、目标识别等。本部分不需细学具体算法知识，可通过精选少许经典案例，通过案例演示的方法来加深学生的认知，提高学生的兴趣。例如，可将“港珠澳大桥”桥梁设计案例作为计算机辅助设计的运用实例，并纳入“工匠精神”的隐性课程思政资源。案例式教学可由线下课堂讲述，也可按教学安排进行线上视频学习。

层次化的教学内容安排，有益于帮助学生弱化单一课堂填鸭式教学的被动性，提升了学生的教学体验，也有益于帮助教师摆脱有限学时对于知识传授的限制，充分发挥碎片式学习时间，有助于精准定位新时代计算机类专业人才面向工程实践的培养目标，可以為相关专业建设、教学改革提供技术和方法支持。

2.3 加大教学管理，深化教学评价改革

在《计算机图形学》课程中，因为知识体系的深度和广度，常常会出现教师课堂教学内容过于紧凑，学生疲于理解，学习效果不佳的状况。基于SPOC的在线开放课程设计框架以及层次化教学内容的安排，可以使教师能更宏观地将视野放在整体教学环节的管理上。理论教学部分，还是以课堂到课率为主要评价标准，适当增加小组教学中个人汇报的整体表现评价;实践教学部分，以小而精的项目为主要考核对象，学生通过团队形式完成实践项目，综合考核项目整体完成情况、团队协作以及个人特色发挥;线上学习部分作为平时成绩的一部分，以目标式进行任务下达，主要考核线上作业的完成情况，以及反哺于理论课堂和实践课堂的学习效果。

“四维双向”的课程改革建设方案，夯实了教育内容、教育体验、教育管理以及教育评价四个横向维度，加强了课程基础建设，深化了“教”与“学”两个纵向维度的沟通渠道，采用多指标综合评价法，促进教师从问题导入技能、教学语言技能、课堂组织技能、教学资源建设技能等多个指标层次化进行评价。在《计算机图形学》MOOC课程网站上设立专题模块，学生、教师、教学管理部门均可设立主题进行发帖，可采用德尔菲法通过线上调研、线下问卷相结合的方式进行教学满意度的实时了解，便于以评促教。

3 《计算机图形学》课程MOOC平台的构建

基于“互联网+教育”背景下“四维双向”的课程改革建设方案，开发《计算机图形学》课程MOOC平台。建设《计算机图形学》MOOC课程网站[6]，加强线上教学资源建设，也为课程思政提供因地制宜的平台。

本平台以Java作为开发语言，以SSH相关的技术框架，用JSP编写网页，使用B/S构架模式实现用户和服务器的响应，用MYSQL建立数据库[7]。其中前台由用户的注册和登录模块、视频教程模块、课程介绍模块、教师团队模块、教学管理模块和学习资源模块构成，学生注册和登录后，可以对课程的大致情况进行浏览，并通过学习资源模块进行学习和测试。《计算机图形学》课程MOOC平台前端结构如图2所示：

后台有管理员权限和教师用户权限两种，因此设计两个不同身份的登陆操作界面。查看及修改个人信息、编辑教师团队资料等功能都一致，管理员权限增加管理学生用户和教师用户的功能，即对学生和老师进行增删改查的操作。教师用户则有上传发布编辑好的课程内容、上传教学视频、发布在线作业、查看批改学生作业并给其打分等功能，《计算机图形学》课程MOOC平台后端结构如图3所示：

该平台功能划分合理，交互性良好，稳定性和安全性较高，不但能够延展课堂教学的宽度，构建多元化、多样化及层次化的学习模式，还能对学生线上教学过程进行全程管理，也能使课程思政有承载的平台和基地，满足《计算机图形学》课程教学改革的相关要求。

4 结束语

《计算机图形学》是计算机及相关本科专业的必修课程，该课程对理论知识体系以及实践操作能力均要求较高，教师需要思考如何结合线下课堂教学和线上SPOC教学相结合，开展更加有效的教学活动。本文中提出了一种“四维双向”的课程建设方案，在教学的全过程、各环节运用和监督，良好解决传统MOOC教学监管不够的弊端。同时，构建课程MOOC平台，为线上教学提供场地，并拓展教学的宽度和广度，同时深挖《计算机图形学》课程中的课程思政因素，利用该平台作为计算机类专业学生课程思政的阵地，做到全方位育人。经实践，本文中的教学改革模式取得了较好的教学效果，后期可将本科生的《计算机图形学》课程和研究生的《图形图像处理》课程形成相关联的课程群，以代替传统的独立课程，以期形成联动效应，使课程建设达到事半功倍的效果。

参考文献：

[1] 规划编制专家组. 《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》解读[M]//教育信息化十年发展规划（2011-2020年）解读. 人民教育出版社， 2012.

[2] 周竞文，李莎莎，周海芳.若干世界一流大学数据库课程实施情况调研[J].计算机教育，2019（5）：154-158.

[3] 余久久，赵晨曦，王慧.基于SPOC的软件工程课程网站的设计与实现[J].电脑知识与技术，2018，14（22）：67-69.

[4] 中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平在北京主持召开学校思想政治理论课教师座谈会并发表重要讲话[N].人民日报，2019-03-19（001）.

[5] 陈鹏，张璇，靳蓓蓓.创新思维在“计算机图形学”教学中的实践[J].教育教学论坛，2020（3）：244-246.

[6] 王莉，季洁，李超良.“后慕课时代”SPOC模式下《物联网技术与应用》教学改革研究与实践[J].电脑知识与技术，2019，15（19）：128-129，139.

[7] 赵光亮，舒小松.Navicat for MySQL平台中的SQL语言分析与应用[J].无线互联科技，2017（19）：74-75.

【通联编辑：唐一东】