“以学生志趣为导向”的教学改革探索——以计算机图形学为例

文/广州新华学院 丁 丰 王孟博

美国教育家杜威曾经说过：“如果我们按昨天的方式教今天的学生，就等于掠夺了他们的明天。” 在互联网时代的今天，知识获得已经不存在障碍，但学习动力、注意力变成了稀缺资源。同时，新工科建设的迫切需求使工科课程教学进入了同样的困境，尤其是当前教学中存在的教、学、用严重脱节问题。本研究提出了“新工科”背景下，“以学生志趣为导向” 的教学改革，以数字媒体技术专业计算机图形学教学为例，针对课程理论难度大、学生编程基础薄弱、专业内课程衔接不够紧密等问题，从教材的选择，到课程内容的设置及考核方式，全面进行改革。

一、学情分析

计算机图形学是线性代数、计算机程序设计、数据结构等课程的综合应用，是一门理论性和实践性都很强的专业必修课。本课程开设于大学二年级，对学生在大一相关课程中学习掌握的编程能力及数学基础有较高的要求，但数字媒体技术专业的大二学生普遍存在编程基础薄弱，对需要编程开发的课程畏难情绪严重等问题。同时，专业内课程衔接不够，导致数字媒体技术专业的大部分学生都产生了编程与设计无关、编程学而无用的心理，缺乏对编程类课程的学习主动性。

(一)传统教学模式

在教学设计上，计算机图形学课程从在数字媒体技术专业开设以来，都是采用传统的“理论+实践”的方式，针对图形学算法进行逐一讲授与学习。在课程的学习过程中，学生往往在复杂的理论学习与单调的上机实践案例中找不到学习的乐趣，甚至出现抵触、放弃等情绪。同时由于课时的局限及课程的难度，学生在学习结束时，仍无法通过编程完成一副图形学作品，导致成就感缺失，加大了编程类课程学而无所用的心理。

在教材选择上，市场上的绝大多数教材都是重理论轻实践，针对计算机科学相关专业编订，教师很难选择一本难易适中且适合数字媒体技术专业使用的教材，学生也很难从教学内容中发现与本专业其他设计类课程的紧密联系。在考核方式上，计算机图形学课程通常采用传统的理论笔试的考核方式，缺乏对学生的实操能力的考核，同时试卷的难易也很难把握，导致学生的挂科率偏高，加大了学生对基础理论课程的厌学情绪。

(二)改革目标

计算机图形学是数字媒体技术专业的专业必修课程，针对其课程难度大、学生编程能力薄弱等问题，在“新工科”背景下，“以学生志趣为导向”进行教学改革。通过与学生的深入交流沟通，结合本专业的人才培养方案，适当减少理论学习，重基础、算法原理的学习。减少大量的枯燥理论灌输，加大算法编程实现能力的培养。以学生“会什么”“想学什么”“想收获什么”为出发点，合理选择教材，有效设计实验。结合数字媒体技术专业的学生 “爱设计，喜画图”的志趣，让学生在学期初通过图形学基础类库MFC自主设计案例；学期中期，围绕案例学图形学基础算法的原理，使用C++编程实现图形学算法；学期末，在期初的自主创造的作品中应用自己编程实现的图形学算法，并作为课程考核(大作业)方式提交。在志趣的驱动下，感受编程的魅力，了解计算机图像的产生(从图形到图像)的基础原理，并在算法的实现过程中，加强基础编程语言C++的编程应用能力。

二、教学改革

项目立足当前教学环境，以“新工科”为背景，以学生志趣为导向，创新工程教育方式与手段，以数字媒体技术专业计算机图形学课程为样本，落实以学生为中心的理念，进行教学改革。

(一)课程目标

计算机图形学是研究计算机生成、处理和显示图形的学科。它的重要性体现在人们越来越强烈地需要和谐的人机交互环境，以图形的方式来表示抽象的概念或数据已经成为信息领域的一个重要发展趋势。通过本课程的学习，使学生掌握计算机图形学的基本原理和基本方法，掌握基本的二维图形的计算机绘制方法，理解光栅图形生成基本算法、几何造型技术、真实感图形生成、图形标准与图形变换等概念和知识。学会图形程序设计的基本方法，为图形算法的设计、图形软件的开发打下基础。

(二)教学设计

以数字媒体技术专业学生 “爱设计，喜画图”的志趣为出发点，设计如下。

课程初期：引入图形学基础类库MFC，让学生在较少的课时内，学会使用MFC工具编程，结合图像设计工具(PS等)，设计并实现一幅原创有特色的图形学作品。课程中期：通过“反馈式案例教学法：运行案例看效果-讲解原理学算法-算法编码画图形-围绕案例做扩展”，针对图形学中的基础算法进行逐一讲解，并采用面向对象语言(C++)进行编码实现。课程后期：将课程中期编程实现的算法类应用于课程初期所设计作品中，修改并完善其图形学作品。具体实施方案如表1所示。

表1 教学方案实施表

三、改革效果

经过两个学期的教学改革，学生都能通过图形学基础类库(MFC)设计个性化的图形作品，并在作品中应用C++语言自主编程实现基础图形学算法。编程实现作品示意图如图1所示。

图1 C++编程实现图形作品示意图

从学生最后提交的作品中(优秀作品如图2所示)可以发现，学生的学习积极性有了显著的提高，编程能力也得到加强。

图2 优秀作品展示图

四、总结

在“新工科”的背景下，通过“以学生志趣为导向”的课程探索是一种教学上的创新与尝试，紧密结合数字媒体技术专业学生“爱设计，喜画图”的特点，对课程设计、教学方式、考核方式进行全面的探索。两个学期的实践证明对数字媒体技术专业学生编程能力的培养确实有促进作用，充分调动了学生的学习积极性、主动性，学生的学习兴趣和实践能力普遍提高。