計算機圖形學實驗教學探討

摘 要：《計算機圖形學》是一門實踐性較強的課程，實驗課程是其不可缺少的教學環(huán)節(jié)。本文針對該課程實驗教學現(xiàn)狀的存在問題，從實驗內(nèi)容、實驗的課堂教學活動和教學方法、考核方式等方面提出了改革措施。

關(guān)鍵詞：計算機圖形學；實驗教學；教學改革

中圖分類號：TP391.41-4

計算機圖形學是研究通過計算機將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專門顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學科。從汽車的計算機輔助設(shè)計，到電視廣告、游戲，無一不應用計算機圖形生成技術(shù)。作為一門實踐性非常強的課程，與之配套的實驗教學環(huán)節(jié)顯得尤為重要。

1 實驗教學現(xiàn)狀

由于計算機圖形學是一門建立在多門學科之上的綜合性交叉學科，要求學生先修“程序設(shè)計”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”等課程，課程中的許多算法抽象，原理難懂，實踐性強，學生在上課時看似聽懂算法原理，但面對具體問題則難以編程實現(xiàn)，致使學生的學習積極性隨著課程的推進而逐漸下降。傳統(tǒng)的“理論為主，實驗為輔”的教學模式，不僅使學生對于抽象的理論知識難以形成感性認識，還使學生無法將所學的原理和算法應用于實驗，容易產(chǎn)生學習挫敗感。

筆者認為該課程應理論與實驗并重，在理論教學的基礎(chǔ)上，應加強實驗教學環(huán)節(jié)。針對上述問題，建議實驗教學可從以下幾個方面進行改進。

2 實驗教學改革措施

2.1 合理設(shè)計實驗內(nèi)容

《計算機圖形學》課程的理論內(nèi)容包括基本圖形生成、曲線和曲面、圖形變換等。實驗教學中可根據(jù)教學進度安排六個實驗項目，分別是基本圖形生成算法程序設(shè)計、線寬與線型處理算法程序設(shè)計、區(qū)域填充算法程序設(shè)計、二維圖形裁剪算法程序設(shè)計、自由曲線繪制算法程序設(shè)計、二維圖形的幾何變換算法程序設(shè)計。

此外，為了讓學生能夠由淺入深地掌握教學內(nèi)容，在實驗課程中還安排輔導性實驗和進階選做項目，譬如，在實驗課初始時安排熟悉使用VC中的MFC、OpenGL；在六個實驗項目之后安排三維圖形觀察、變換算法、分形幾何造型算法、自由曲面造型算法、真實感圖形繪制算法程序設(shè)計等項目，作為學生分組團隊選做項目。通過驗證性實驗和設(shè)計性實驗相結(jié)合，提高學生應用圖形學應用能力。

例如，在基本圖形生成算法程序設(shè)計的DDA直線生成算法實驗中，學生在了解了DDA直線生成的數(shù)學原理之后，新建一個Win32 Application的“Hello World”程序，工程命名為：DDA直線生成算法，打開DDA直線生成算法.cpp文件，加入如下代碼：

2.2 科學設(shè)計課堂活動

計算機圖形學實驗課與大多數(shù)實驗課類似，采用傳統(tǒng)的教學模式：先由教師設(shè)計好實驗的題目、內(nèi)容和重點，然后學生上機編寫、調(diào)試代碼程序，同時教師輔導、答疑，最后學生撰寫實驗報告。該模式的弊端在于，由于大多數(shù)學校師生比不足，造成實驗課上老師只能解答主動提問的學生的問題，而部分學生特別是學習主動性不足的學生則在機房上網(wǎng)或?qū)嶒炄蝿諢o所適從，提不起興趣。不少學生的實驗報告也是敷衍了事，甚至互相抄襲，達不到課程的實踐效果。

為了培養(yǎng)學生的動手能力，除了安排個人上機實驗任務之外，教師還可以采用分組教學，團隊合作的形式組織教學。在實驗課上引入幾個難度相近的實驗項目，由學生自由分組，選題，完成實驗內(nèi)容。教師參與學生的分析與討論，并適當給予修改意見。實驗完成后各組展示實驗結(jié)果，分組之間相互比較、評價，總結(jié)出同一問題的多種解決思路和算法。此外，在期末還可以安排學生分組完成綜合性較強的設(shè)計性實驗，要求設(shè)計出包含理論教學中有關(guān)算法原理的作品，并撰寫實驗報告和實驗心得。分組教學不僅激發(fā)了學生的學習興趣，讓學生從被動接受知識變?yōu)橹鲃荧@取知識，還增強了學生動手實踐能力和理論聯(lián)系實際的能力。

2.3 改進教學方法

目前，實驗課教學主要采用多媒體教學，實驗課在計算機實驗室進行。教師課前應收集或制作相關(guān)的教學資源，將抽象的算法原理與實際應用相結(jié)合，通過直觀的或動態(tài)的演示向?qū)W生介紹算法原理。例如，可以用Flash動畫演示二維圖形的變換，三維圖形的變換過程可以投影用3D MAX軟件來演示。同時，還可以采用讓學生上講臺講課的方式開展教學。把講臺留給學生，讓學生備好課，以學生的角度介紹實驗內(nèi)容，展示自己的實驗成果等，最后由老師進行補充或更正。這種教學方式一改老師完全主導實驗課堂的局面，充分調(diào)動了學生的學習積極性，讓學生善于思考，敢于創(chuàng)新，實驗課不再是老師對學生的單向交流的枯燥教學活動。

2.4 改革實驗考核方法

以往的計算機圖形學課程成績采用理論卷面考核成績?yōu)橹?、上機實踐成績?yōu)檩o的考核方式。在強化實驗教學環(huán)節(jié)之后，為避免學生死記硬背算法原理，考完即忘，可將考核方式改為理論考試成績與實驗成績并重，即課程成績除了包含理論課的卷面成績之外，還包括實驗成績。實驗成績由個人獨立實驗部分和團隊分組實驗部分組成。個人獨立實驗部分要求完成圖形學基本算法的程序設(shè)計。教師根據(jù)學生的實驗完成情況給分。團隊分組實驗部分提供有一定難度的選做項目。團隊分組實驗部分的成績，由教師評分和各組學生代表評審小組的評分組成。

3 結(jié)束語

本文針對傳統(tǒng)的計算機圖形學實驗教學模式中存在的不足，提出了改進實驗教學的教學組織模式和教學方法，以課內(nèi)理論知識為基礎(chǔ)，加強實驗實踐環(huán)節(jié)，發(fā)揮學生的學習主觀能動性，培養(yǎng)學生的動手實踐能力和創(chuàng)新能力，最終能夠運用所學算法理論分析問題和解決問題。

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作者簡介：雷蕓（1979-），廣西南寧人，講師，研究方向：圖像處理、教育技術(shù)史。

作者單位：廣西民族大學 預科教育學院，南寧 530006

基金項目：2014年度廣西教育廳高等學?？蒲许椖浚椖烤幪枺篖X2014115）。