本站原创【摘 要】本文针对信息与计算科学专业中《计算机图形学》的教学,分析了课程特点、课程设置和学生实际情况,从教学目标、课程内容、理论和实践教学环节等具体方面探讨了教学思路和方法.
【关 键 词】计算机图形学,教学理念,实践教学
一、计算机图形学课程特点
计算机图形学是研究如何利用计算机算法来生成、处理和显示图形的一门学科[1].目前,计算机图形学已经成为计算机学科中发展最活跃、应用最广泛的分支之一,成为许多计算机从业人员的必备素质之一,也是本校信息与计算科学专业开设多年的一门专业选修课程.
计算机图形学综合性比较强,涉及内容和应用领域比较广泛,该课程主要讲授计算机图形中最基本、最广泛应用的理论和方法,包括基本图形的扫描转换、多边形填充、二维变换和裁剪、三维变换和投影、自由曲线和曲面等计算机图形学基本理论和算法等,另一方面,学好计算机图形学对高等数学、线性代数、解析几何等基础数学有较高的要求,其先修课程还包括数据结构、计算机语言（如C++程序设计）等.计算机图形学对于学生的理论基础要求较高,课程内容较多、理论性强,各种算法的罗列容易使学生感到乏味,不明白学习的意义,失去学习的兴趣,另一方面,计算机图形学具有很强的实践性,需要学生将所学的理论应用到实践中,并在实践的过程中发现问题、分析问题、解决问题,合理安排上机学时和内容对培养学生的实践创新能力非常重要,但在传统的教学理念和教学模式的影响下,教师仍然在教学过程中起主导作用,学生的自主学习意识和能力还需要加强[2-4].如何根据信息与计算科学专业特点,提高计算机图形学教学质量,这些问题需要在教学实践中不断思考和探索.
二、教学中存在的问题
1.学生对课程认识不足,不够重视
根据信息与计算科学专业学生培养方案,计算机图形学作为专业选修课在大三上学期开设,部分同学对专业课期望较高,在开课之初认为学完以后就能够具备利用计算机做出逼真效果的图片动画等能力,而在实际学习中却要从基础的算法学起,与理想中的情况相差甚远,对学习的目的和方向不明确,逐渐感到失望并失去兴趣.也有一部分同学因为个人选择的考研或就业方向与图形学关系不大,因而对课程不够重视,学习积极性自然受到影响,学习过程只是被动接受以完成学分.
2.学生能力参差不齐,课程设置不够优化
计算机图形学知识点多,同时对数学基础、数据结构和程序设计等课程均有一定的要求,虽然培养方案中为信息与计算科学专业一二年级学生均开设了相关的基础课程,但由于学生基础参差不齐,有的同学数学基础不够扎实,一看到理论推导便产生畏难情绪失去信心,有时一些学过的知识点因为时间较长已经忘记,任课老师不得不对之前的内容进行补充而影响正常的教学进度,在上机实践中,部分同学的编程能力较差,课堂时间无法完成算法的实现,从而使上机课时没有实现其价值.
3.对实践、创新能力培养的不足
由于受到传统教学模式的影响,教学中仍然以教师教学为主,往往是教师教什么,学生学什么,学生学习缺乏自主性,这也是其他本科课程和人才培养中普遍存在的问题,学生学完以后不知道为什么而学习,对培养学生的创新能力是不利的.计算机图形学作为一门理论性和实践性都很强的课程,如果在教学过程中如果按照传统教材对于基础理论和算法的阐述过多,往往会使学生感到枯燥乏味,缺乏实践环节难以激发学生的学习热情,也容易让一部分同学因为畏难或感到枯燥而难以坚持下去.但如果过多偏重于算法的编程实现,又容易模糊本课程的主旨,使之成为程序设计课程的延伸,也难以达到良好的教学效果.
三、教学思路和方法探讨
1.上好绪论课,提高学生学习兴趣,明确学习目标
第一节课对于整个学期的教学至关重要,首先要让学生认识到计算机图形学究竟是什么,为了提高学生兴趣,通常可以利用多媒体展示一些前沿成果,如siggraph会议最新的视频展示、动画游戏特效等,让大家更直观的感受到图形学的魅力,同时引导学生自己发现生活中图形学的广泛应用,充分认识到图形学学习的重要性.接下来要将课程的教学内容和安排做一个整体的介绍,让学生了解在课堂内能够学到哪些知识,演示一些课程中要求学生自己能够完成的实践案例,帮助学生明确学习目标,能够脚踏实地从基础的算法学起,以免开始期望过高而逐渐感到厌烦.
2.调整教学理念,提高学生参与的主动性
教学的目的是为了培养学生的学习能力、实践能力、创新能力,因此在教学中教师要注意加强学生在教学过程中的主体意识,比起知识的传授,学生能力的全面发展更加重要.在算法讲授之前先提出问题让同学们自己思考,鼓励学生在互相讨论的过程中自己分析问题、解决问题,再通过与经典算法的比较,分析算法的优缺点,避免单调的讲授.基础较差的学生可以在讨论的过程中向同学请教,比起教师在课堂上补充要更加有效.对于基础较好的学生,可以引导其查阅最新的文献,了解学科前沿和研究进展,尝试对算法进一步改进等一系列科技创新活动,逐步培养科研能力.
3.根据专业特点合理设置授课内容,优化实践环节
信息与计算科学专业对学生的数学基础要求比较高,在教学中应强化针对具体问题建立数学模型并解决的能力,教学中应该以重点理解像素级绘制算法,掌握基本概念和算法的思想,理解算法能解决的问题和能达到的效果.对于Bresenham算法、扫描线填充算法、几何变换和裁剪等基本算法原理要重点讲授,课堂上可以通过案例演示使问题更加具体形象,并通过上机实现三、四个算法来加强理解.对于曲线生成可以重点介绍Bezier曲线和B样条曲线等,并对比其应用特点,曲面生成由于理解起来难度相对较大,可根据学生的具体情况介绍原理并演示具体的生成效果.动态消隐、真实感图形等涉及概念和算法较多,不要求学生去掌握和实现算法的具体细节,只要求掌握基本概念和经典的算法原理.上机实践的除了直线生成算法等容易实现的简单题目外,还可以增加一个综合性较强的课程设计题目提供给学生锻炼动手能力.
4.通过全面考核引导学生主动学习
在课程考核中要重视对学习过程控制,将平时的课堂讨论、上机实践成果演示等情况计入平时成绩,主要目的在于提高学生平时学习的积极性,起到一个督促的作用.计算机图形学是不断发展的交叉学科,也是信息与计算科学专业一门重要的专业课程,既要强调扎实的理论基础,也要具备一定的动手实践能力,需要在教学中不断探索更有效的教学手段和方法,以适应学科的发展和人才培养的需求.