数字媒体技术专业计算机图形学教学改革探讨*

张 鹏 于海燕 刘 强 牛庆丽 张 闯

（郑州科技学院 河南郑州 450064）

计算机图形学在当前时代背景下的应用前景越来越宽广，并成为了计算机科学中实用的学科分支之一。基于这一原因，高校做好计算机图形学的指导教学工作十分重要。而对于数字媒体技术专业而言，提升计算机图形学的教学效率则更为重要。因此，高校应当以学生作为学科教育的主体，重视教学实践，培养学生的计算机思维，从而实现计算机图形学科的教学改革目标。

一、计算机图形学简介

计算机图形学的英文名为computer graphics。在长期的实践过程中，这一学科技术被广泛地应用于游戏产业、电影产业以及各类商业活动之中。该学科的主要研究内容是以数学模型为基础，借助计算机算法，实现二维和三维图形的光栅化。那么，教师则需要帮助学生掌握利用计算机表示图形的方法、计算、处理、显示图形的基本原理和多种相关算法。从这点来看，基于计算机图形学的理论基础，学生进行计算机虚拟的目标能够得到充分实现。与此同时，借助计算机技术，培养学生解决实践性问题的能力，也是计算机图形学的基本教育目标。而长期的教学实践中，由于计算机图形学自身由多门学科的基础知识交汇构成，因此，该学科的交叉性较强，主要内容涉及了相关专业课程应用领域的多个方面。因此，学校必须要做好计算机图形学与相关学科的渗透教育，通过有力的教学改革，帮助学生形成较强的数学功底，且使其具备一定的编程能力，进而达成课程教育的预期效果。近年来，随着计算机技术的飞速发展，计算机图形学教育改革成了高校的一大教育目标，在主要改革内容上，计算机图形学教学资源库建设、教学内容改革、教学方法更新成了高校实现教学模式创新的主要手段。而为了进一步地落实教学改革的基本目标，高校有必要分析当前计算机图形学课程的基本特点和教学现状，从而结合课程改革方法，建立起更有效的课程教育平台，帮助学生更好地感知学科内容，做到既降低教师的教学难度，又提升学生的学习效果[1]。

二、教学过程中存在的问题分析

以计算机图形学学科的基本特点为依据，结合课程教学内容的内涵和广度，当前，数字媒体技术专业计算机图形学教学过程中主要存在以下几点问题。

1.教学内容晦涩难懂，学生学习兴趣相对低下

对于计算机图形学课程的教学开展，学生需要具备一定的相关学科知识基础。总体来看，微分几何中的参数图形理论、线性代数中的空间变换等，都是该学科的学科教育基础。在开展计算机图形学教育之前，学校应当做好基础课程的教育规划，促使学生有一定的数学理论基础，同时具备较强的算法知识理论。基于较为完善的学科基础教育，在开展计算机图形学科教学时，教师应当在注重理论教育的基础上，强化实践教学，促使教学过程更适应课程特点。而基于这种教学方式，学科教学体现出了难度较高的特点，一些难度极高、抽象性较强的学科内容，使得学生难以长期维持学习兴趣。这在很大限度上影响了课堂教学内容的深入开展，也是学科教育难以达到良好效果的主要原因。

2.实践教育平台建设不完善

当前，计算机图形学课程教育已经迎来了新的发展阶段，教师有必要利用开源工具中的图形处理库和界面开发框架，实现课程教育应用项目的进一步拓展。例如，open GL、MFC、qt等，都是教师可以有效利用的教学工具。这类开源库不仅能够帮助教师开展计算机图形学教育，而且，软件和开源库自身良好的用户接口和视觉效果，也将为学生进行更方便的程序开发提供帮助。现阶段，大部分高校都以C++和Java语言作为主要的开发平台，并结合底层开发教学思路帮助学生实现模型绘制的学习目标。然而，这样的教学实践平台，与开源工具的发展趋势严重不符，学生在学校中所获得的学科知识，无法被充分地应用于工作岗位的实践中。

3.实验教学内容不利于培养学生的创新意识

计算机图形学学科以基本理论算法为基础，结合高级语言开发平台开展实践性教学内容，因此，教师需要引导学生基于广泛的教学实践，检验自身的理论和算法能力。学生需要通过比较和分析，逐渐感知课程核心内容。总体来看，在传统的计算机图形学学科教育中，图形变换、图形建模和图形展示等具有较强理论性的实验内容，难以激发学生的学习兴趣，使得学生在长期的实验过程中无法培养较强的创新意识。通常来看，大部分高校在开展专业课程时，往往会设定特定的时间、目的，大部分实验内容以验证性操作为主，学生在进行课程实践时，难以获得充分的满足感。即使学生进行大量的课程实践，也难以深刻理解计算机图形学的学科内容精髓。特别是，大部分实验在内容设置上并不充分，学生难以在课程实践中获得较大的收益。与此同时，部分高校在课程实践内容的设置上，并没有与数字媒体技术专业的相关工程项目和实际应用进行有机结合，这使得学生对计算机图形学学科的认识处在相对初级的层次，也并没有理解到该学科的交叉性特点，学科内容难以在专业实践中发挥较高的价值[2]。

4.课程安排不合理，不利于学生多样化发展

大部分学校在安排计算机图形学课程时，往往设置于大四第一学期，而受到就业、考研等多方面因素的影响，导致学生对该学期的课程教育并不关注。一方面，学生受到了自身学习环境的影响；另一方面，学生也并没有充分认识到该课程的内在价值。这也是导致学生学习课程内容动力不足的主要原因，从而使得课程教学效果相对较低。基于计算机图形学自身课程内容的重要性，高校务必要重新设置教学内容安排，帮助学生更好地学习计算机图形学专业技能，为培养高素质的数字媒体技术专业人才奠定良好的基础。

三、计算机图形学课程教学改革策略

1.算法可视化协同理论结合教育实践

学科理论教育和算法教学是计算机图形学的课程核心教学内容，而教学实践则要以计算机图形学理论为基础，开展更具应用价值的创新性教学。作为一门既注重理论和算法教育，又强调实践性教学的专业学科，在开展计算机图形教育时，高校必须要注重以上三个课程要素，并利用合理的教学安排，帮助学生深刻地理解学科理论，掌握算法过程，了解并熟练掌握学科应用技能，这将帮助学生在面对现实中的工程问题和数据处理难题时，有效地利用底层算法技能，实现创新目的。教师在引导学生利用课程知识解决工程问题时，也必须要以实践化应用为基础，强化学生的创新性实践能力。当前在大部分高校的计算机图形学教学大纲中，通常利用了以面向理论为核心的教学方法。而在当前教育形势下，基于计算机图形学的基本特征，教师在引导学生了解专业知识时，应当利用数学推导，带领学生了解图形学内容，并将图形学算法与具有较强可视化特征的人机交互界面进行深度融合，这将使得理论知识、算法过程、处理结果能够在同一界面下进行展示。而这种图形化的界面，使得学生能够更好理解算法过程，感受图形处理结果。通过这种教育形式，一些相对晦涩难懂的学科理论将具备较强的可视化特征，学生的学习兴趣也将初步形成。以学生的学习兴趣为依据，课程教育中十分复杂的理论知识，将在学生既有知识基础的帮助下进一步得到化简，这也将使学生更好地理解学科专业知识。例如，结合曲线生成与线性代数空间变换相关知识内容，学生将更好地理解处理过程。而基于图形使用和展示的教育解读，学生对基本理论知识的掌握程度将进一步加深可视化的数据展示，则可以最大程度地避免一些不必要的理论推导[3]。

2.强化教学实践的思维拓展教育

教学实践是强化学生理论基础，培养学生应用能力的有效手段。在当前的高校教育过程中，实验教学内容具有较强的传统性。这主要体现在，大部分实验教育往往是以验证性实验为主，学生的自主性难以在实践过程中得到充分发展。实践性较强的实验教学却体现出了枯燥乏味的特征，这极大程度上降低了学生学习学科内容的积极性。因此，在进行课程改革的过程中，高校有必要进一步改善实验教学方式，更大程度地利用自主性的实验教育，让学生主动地设计实验方案，采取恰当的实验方法，实现验证性实验和创新性实验结合的教育效果，这对于强化实验课程教育效果具有重要意义。因此，高校有必要建设更具时代特征的实验平台，帮助学生掌握计算机自然语言，熟练操作编程软件，并结合课程教育的基本内容，引导学生参与到交互式框架内容平台实践中来，从而让学生能够依据个人学习需求，模块化添加实验内容，让课程实验进一步体现软件框架基本特征。基于开源数据库的支持，高校可以提供基于多个开源库的实验框架，从而引导学生更好地进行自主验证、自主设计和自主实践。基于这种教学改革，学科教学内容将发生根本性变革，基于底层的函数实现教学将转变为GUI交互设计教育、学习函数内容填写教育。总体来看，实验教育的改革发展将促使实践教学更具启发性，学生的图形算法设计能力、软件开发能力将得到充分培养，学生对计算机图形学内容的感知程度也将进一步加深。

3.结合教学案例，培养学生学科思维

对于高校而言，学科教育不仅是培养学生学习能力的舞台，而且也是帮助学生更好地融入社会发展的重要平台。高质量的学科教育，应当能够引导学生在实践化的学科问题中，完成问题探究、问题分析和问题解决等各个教学过程。这也是培养学生学科技能，构建学生知识体系的重要方式。因此，在学科教育过程中，高校教师有必要结合教学案例，开展更具启发性的教学，并结合专业知识的不同应用场景，带领学生从不同视角感知计算机图形学学科理论。教师要依据学生的兴趣点，结合课程技能教育，帮助学生在学习过程中获得更强的收获感。为适应当前国家社会发展的基本需求，在选择教学案例时，教师也要进一步分析数字媒体技术专业的基本特征，采取更具专业性的教学案例，引导学生感知社会化工作岗位实践的实际内容。总体来看，教师要将计算机图形学教学与图形开发和设计进行有机融合，例如，结合open GL、vtk等工具和传统相机、primacy sense等设备，促使图形学学科内容研究与教学案例实现有机融合。教师应重视学生的自主性学习能力，让学生在社会实践的教学案例中获得启迪，在学习中面向技术应用，在应用过程中，体会专业知识和社会岗位需求。这种教学方式，不仅能够强化学生的学习获得感，而且也将为学生的未来发展奠定良好基础。在选取教学案例时，教师应当结合数字媒体技术专业的未来发展方向，以及专业发展趋势，体现数据展示、图形设计和计算机图形学基本内容，实现不同教学内容的有机统一。教师要注重引导学生，在课程学习中获得直观化的学习感受，体验学科内容在项目实践和专业方向应用上的内在价值。在学生掌握一定学习基础的前提下，教师也要以专业化的教学案例为基础，引入真实的数据分析，进一步强化学生对计算机图形学应用价值的理解程度。

4.优化课程学习安排，科学评价学生学习成果

作为一门应具有较强应用性的计算机课程，教师在开展计算机图形学教育时，必须要进一步地调整课程学习安排和学习时间设置，促使学生的学习成果评价更具科学性和合理性。在当前，大部分高校将计算机图形学的授课时间设置为大四上学期，而考察模式则为卷面考察，这是导致该学科教学效果不佳，对学生能力培养作用不强的主要原因。因此，高校应当调整学科教学时间，改为大二下学期开展课程教育，这是学生学习计算机图形学知识的最佳时期。而在课程考察和评价方式方面，高校也应当进行深入改革，利用课程实践答辩的形式，综合考查学生对学科知识的掌握程度。教师要引导学生开展自主化的课程实践，鼓励学生在课程学习中发挥创新意识，以此来调动学生学习专业知识的积极性，培养学生的应用专业知识能力。

结语

计算机图形学具有较强的学科交叉性，因此，高校在教学过程中必须要利用关联学科教育，深入分析学科发展趋势，结合学科知识的应用场景，在教学过程中更加注重实践性教育。基于当前学科教育中存在的各类问题，高校应当注重课程体系完善和教学案例设计，通过调整课程教育时间和教学方法、教学评价等环节，建设更具实践意义和创新意义的专业课程，为学生的综合能力发展作出积极贡献。