基于計算思維的計算機圖形學教學改革與實踐

張起榮+張繼燕+王燕

摘 要： 計算機圖形學是計算機專業(yè)的高年級課程，它由于學科涉及數(shù)學知識較多、理論內容難懂、要求較高的實踐性能力，造成學生不能較好地掌握內容，將計算思維引入教學中，達到了良好的教學效果。

關鍵詞： 計算思維 計算機圖形學 教學改革與實踐

一、計算機圖形學概述

在2006年，計算思維概念是美國周以真教授正式提出的教育理念。他認為計算思維不僅屬于計算機科學家，還和閱讀、寫作、算術一樣，成為每個人必須具備的基本技能。計算思維概念一經提出，就引發(fā)了很多國家學術界的強烈反響。

計算機圖形學是理論和實踐相結合的課程，需要一定的數(shù)學知識基礎，理論建立在實踐應用的基礎上，課程有一定的難度，學生不容易聽懂和看懂教學內容。將計算思維的能力訓練引入該課程中，使學生不僅能更深刻地理解該課程理論的能力，而且能具有怎么將理論和實踐融合解決實踐應用的能力。

面向未來，貴州工程應用技術學院秉承“艱苦創(chuàng)業(yè)、不斷進取”的辦學精神，堅持以興學育人為根本，以培養(yǎng)服務工業(yè)化、城鎮(zhèn)化建設等需要的一線工程師和服務基礎教育需要的一線教師為目標，立足畢節(jié)、服務貴州、面向全國，不斷深化產教融合、校企合作，深化教學改革、提高教學質量和辦學水平，努力建設特色鮮明的高水平應用技術大學，為實現(xiàn)貴州與全國同步全面建成小康社會作出更大貢獻。為了實現(xiàn)上述目標，在教學過程中就不斷秉承上述辦學思想和思路。

二、計算思維的計算機圖形學教學方法改革

因為一條直線怎么計算出來通過一系列畫圖發(fā)現(xiàn)了規(guī)律，找到了用計算機表示現(xiàn)實事物的辦法。通過具體的算法講解分析了上述計算思維的思想。這樣使學生以后在工作中遇到新問題，可以用計算思維解決問題，不是死板學習數(shù)學理論，而是能靈活運用數(shù)學理論解決實際工作中的問題。

2.有的學生在學習中缺乏總結規(guī)律的能力，在課程中有意培養(yǎng)學生這方面的思維，比如在計算機圖形學中，一大特點是把不少數(shù)學公式總結變成一個統(tǒng)一的公式，有個這個統(tǒng)一的公式，對進行編程更加便利，同時能用數(shù)學公式進行更廣泛的應用。如2D矩陣表示中，P′=P+T表示二位變換的平移公式；P′=R·P表示二位變換的旋轉公式；P′=S·P表示二位變換的變比公式；對于平移、旋轉和縮放變換，每個基本的變換都可表示為普通矩陣形式：P′=M1*P+M2，最終得到P′=M*P。這個公式就更具有廣泛性。老師不用計算思維分析，多數(shù)學生沒有意識到非常簡單的一個總結數(shù)學公式的統(tǒng)一性，對一門學科建立了非常深厚的基礎。訓練學生將同一用途的公式進行總結統(tǒng)一，這為以后他們進一步進行科學研究打開了思路。

3.用計算思維教會學生會利用數(shù)學公式，如表示直線的公式，有方程的，有參數(shù)形式的，在這門課里，進行不同的研究是，在有的地方如進行畫線算法是用的直線方程，但是在表示三維對象時，則參數(shù)方程就有優(yōu)勢。對于同樣一個問題，學生要學會用不同的公式表示同一的事物，然后會在不同情況下使用不同條件的同一事物的數(shù)學公式解決實際問題。直線方程的公式學生在初中和高中都學過，但是老師當初只是為解數(shù)學題而進行的數(shù)學訓練，學生并不會運用這些公式解決實際計算機中的問題。但是計算機圖形學就是建立在如此簡單的初高中數(shù)學知識上的，發(fā)現(xiàn)了規(guī)律，實現(xiàn)了用計算機顯示圖形。通過計算思維對該門課程的分析，不僅讓學生感覺到了數(shù)學的魅力，而且增強了他們用數(shù)學公式解決計算機方面問題的實際能力。這恰恰是我校提出的培養(yǎng)學生的目標。

三、結語

通過該研究，使得計算機圖形學的教學更有深度和廣度，使學生不會感覺這門課很難，而且覺得這門課非常有意思，是在跟這些計算機圖形學的奠基人在思想上的交流，使學生愛學愛研究愛思考。使學生感到搞研究沒有想象中那么難，而是很有趣的一件事情。對學生以前的初高中學過的數(shù)學公式進行實際用途的擴展，開闊他們的思路，培養(yǎng)他們的發(fā)散思維和逆向思維等。如果學生以后考上研究生繼續(xù)進行計算機圖形學方面的研究，則可給他們打下良好的研究基礎，使他們在計算機圖形學研究中能夠承前啟后。如果學生以后在軟件公司從業(yè)，則可為他們解決算法上的一些問題找到新思路。培養(yǎng)學生將復雜的問題簡單化，降低算法復雜度。

參考文獻：

[1]王振武.計算機圖形學基礎[M].北京：清華大學出版社，2011.

[2]Wing J M.Computational thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（3）：33-35.