计算机图形学课程例1

1 引言

随着计算机技术和网络技术的发展，网络化教学已成为现代教育技术发展的趋势和方向，具体到实际应用中就是课程网站的建立。目前各个地方院校纷纷建立自己重点学科的课程网站，依靠强大的教学队伍和丰富的教学资源，精品课程网站促进了各个院校优势学科的进一步发展。[1]针对课程网站的巨大优势，有必要建立各专业的专业基础课程网站，《计算机图形学》作为军事测绘本科各专业的一门专业基础必修课，依托地图制图与地理信息工程部级重点学科的优势，经过几年的教学，积累了大量的教学资源和教学经验，利用课程网站的建设，可以整合这些优势资源，推广教学经验，展示课程独具特色的优秀成果，体现学院的办学特色。

2 网站设计流程

计算机图形学课程网站设计流程分成网站功能与设计要求确定、网站框架设计、设计任务规划、计划任务执行、测试完善网站等五大步骤，如图1所示，我们没有单独列出网站素材的收集工作，因为此项工作是贯穿网站建设始末，伴随网站不断完善的。[2]

第一步工作主要的任务是明确建设网站的目的，确定网站的功能，网站规模、投入费用，进行必要的需求分析，搜集相关素材，进行资料整理等，内容涉及网站建设的各个方面，对网站建设起到计划、指导和定位的作用，本课程网站建设的定位思想是建设具有军事测绘特色，覆盖《计算机图形学》教学过程，满足师生不同层次相互学习、相互交流，为培养军事测绘人才服务的智能计算机辅助教学系统icai （智能精品课程网站）。

从设计网站框架开始就真正进入网站的开发工作，网站框架是一个网站的骨架，应能很好的体现网站的主题，这部分内容将在后面详细介绍。设计好网站框架就可以安排任务规划，确定网站的硬件环境、需要的人员、开发的时间进度等，具体细分到各个部分工作的完成情况。之后就可以开始执行计划任务，在执行计划任务的过程中，可能会遇到网站建设中的一些问题，根据实际工作和进度表情况，还需调整规划任务，甚至重新设计网站框架，以满足实际建网的要求，最终基本建立好一个网站。

在网站前还要进行细致周密的测试，以保证正常浏览和使用，测试如果存在问题，还需要从设计网站框架、安排规划任务等步骤入手，从新对网站进行修改。网站经过测试后，就可以在校园网或者广域网上进行，供用户使用。除此之外，在日常使用中还应注意网站的维护，通过网站维护工作不断的完善网站。

3 网站框架设计

首先，根据教学大纲和教材，确立教学内容和教学目标。在设计时，紧密围绕教学内容，确定教学中的难点和重点，选择恰当的教学素材，利用计算机以及网络将教学内容合理布局并实现，达到知识技能准确、难易程度适中以及呈现顺序合理的设计目标。此外，网站设计要体现界面友好，交互性强的特点，设计中注意易操作性和谐调性。色彩搭配自然，背景音乐优美，创建和谐的学习环境，激发学生的学习兴趣。为使教学内容灵活丰富，可使用超级链接技术将计算机图形学发展的新技术、新知识链接到课件之中，利用图像、视频等素材，提供丰富的交互功能，不仅扩大了学生的视野，还可以更好地培养学生的自主学习和接受新知识的能力。

3.1 整体框架

在参考其它院校的精品课程网站基础上，[3] [4]我们设计出计算机图形学课程网站的整体框架，如图2所示：

总体上，计算机图形学课程网站分为新版和老版，新版是我们计划自己开发的课程网站，老版则是沿用总参军训部配发的软件所制作的网站。在首页上利用两个链接可以进入老版和新版的网站界面，可考虑在首页再建立一个英文版的网站页面连接，英文版的网站其结构和内容与新版的网站一致。以下内容主要介绍新版的课程网站建设。

计算机图形学课程网站新版首页主要介绍该网络课程网站的板块组成及其各模块的功能。当然，首页还有网站介绍、网站公告、新闻动态、友情链接等

内容。首页设计应该注意美丽、赏目，给人耳目一新的视觉冲击，另外功能的介绍非常重要，一定要便于师生了解如何使用该网站进行教与学，最后，还需注意从主界面可以根据不同身份的用户以及同一用户不同时期不同的要求，快速进入相应模块而不会有误解。

3.2 课程介绍

课程介绍对本课程基本情况进行介绍。主要包括：课程简介、历史沿革、教学条件、名人堂等内容，如图3所示。

其中历史沿革可以从国际发展、国内发展和我院学科发展的角度进行对比介绍，以展示我院的学科发展历程，体现学科的浓厚历史积淀；教学条件部分则可以通过图片、视频等形式展示我院在教学硬件建设方面的现代化和先进性；名人堂收录在学科的发展过程中有着突出贡献的专家、学者的故事、传记等，以激发学员的学习热情，便于学员进一步了解学科的发展。

3.3 教学资料

教学资料设置了九个子栏目[5]，包括：教学大纲、教学研究、基本理论、教学进度、实习指南、教学制度、课程设计、课程教材、参考文献，如图4所示。

教学大纲是教师授课的基础，通过本栏目，教学组的成员可以相互交流、共同提高；教学研究一方面展示计算机图形学教研组的主要教学成果，包括教学研究项目、教研著作与参编教材、发表教学研究论文、教学方法改革等内容，另一方面结合建构主义思想，提供学员对教学方式中存在的问题发表看法，进行讨论，学员还可以在这里发表自己的教学研究论文。教学资料汇集了大量的数据、资料等学习资源，这些资源是实行网络共享的，学生可以搜索所需的内容，没有时间和空间的限制，有利于打开学生思路和提高学生自学能力。

3.4 教学团队

教学团队：主要是介绍课程的人员组成，人员的基本信息情况，包括职称学历、学识水平、教学能力及联系方式、电子邮箱、个人论坛等，在这个模块中主要是让学员充分了解课程组成员，从而能有针对性地请教，达到最快、最有效、最理想的学习效果。

3.5 网络课堂

网络课堂：网络课堂是计算机图形学课程网站建设的重点和难点内容，主要包括多媒体课件（指教室中讲授课件）、网络课程、教学视频、电子教案、学生作品和相关课题等，如图5所示。

多媒体课件方便学员在线浏览，复习课堂所学知识内容，考虑到网络带宽的影响，提供多媒体课件的下载功能。网络课程是提供学员在网上自主学习的主要手段，在制作时要考虑课程内容与网络环境的有机结合，首先本着精选经典、联系前沿和突出应用的原则取舍教材内容，融入课程多年的教学经验，进行重新排版和总结，使之在结构上条理更清晰，内容上更精炼而系统，满足网络教学的需求，其次发挥计算机多种展现手法的特点，利用动画、图片等多媒体技术完美的将图形学课程展示在学员面前，通过收集、整理与教学内容相关的文本、图片、图像、动画、音频、视频等媒体资料，以章节为中心进行结构化重组，制作成具有较强交互性的网络教学课件。整体上应有章节导航，每堂课应包括教学目标、教学要求、重点难点、教学内容、参考资料、例题和习题等，其中重点难点对于重点部分进行总结和归纳，达到提纲挈领的目的；难点部分则用动画形式呈现，达到易懂易学的目的；教学内容运用多媒体手段力求精确到每个知识点的知识要点；参考资料提供本堂课的相关趣闻、术语和科研论文；例题和习题提供练习指导、经典例题等。网络课程有较高的概括性，全面性，形式新颖，易于理解及应用，可以加强学生对《计算机图形学》课程的理解，既有利于课前预习的重点突出，又适合课后复习的难点理解，是整个课程网站的精髓所在。教学视频了课堂教学视频信息。电子教案是教师课堂教学的基础，在网络上的格式设计与传统教案相一致，主要包括：授课名称、教师、课时、使用的教材版本、每次课授课主题、时间、目的、讲授内容与时间分配、重点难点、方法手段、实习实验、授课内容介绍、作业思考题和参考资料等。学生作品展示多年来，在教学过程中积累了学员的一些优秀成果，包括图形学中经典的算法实现、各种重大赛事中的获奖作品、参与的各项科研项目、发表的科研论文等。相关课题介绍一些与学科有关的科研项目，这些项目成功将课堂理论知识转换成社会实际生产力，通过案例展示，提高学员学习的积极性，拓宽学员的知识面，启发学员的思路研究性学习。

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3.6 课程实习

课程实习：《计算机图形学》是一门实践性、操作性很强的课程，根据课程标准的要求和学员今后发展的需要，学员需要进行大量的编程实践，因此课程实习平台的建设是网络教学的必要内容。参考编写的《计算机图形学与数字地图制图实习教程》，课程实习应包括实习目地、实习对象、实习内容、实习要求、实习算法原理介绍、实习项目的源码分析、注释、实习项目结果的可视化、撰写实习报告等内容，考虑学员学习层次的不同，将课程实习分为两大方向：对于编程能力强的学员，可从底层设计开发，构造完整系统，从整体的角度出发，策划、设计并实现一个包括创建、编辑、渲染、处理、变换等功能，能够显示操作图形的造型系统；对于编程能力弱的学员，可以在提供的系统框架下添加部分关键代码，以某个（或某类）图形学算法为目标，进行深入研究，继而策划、设计并实现一个能够表现算法完整过程的演示系统，并能从某些方面做出评价和改进意见；两种实习最终都交由学生登陆并在线提交实习报告。

3.7 课堂社区

课堂社区，实际就是一个课程在线论坛，主要是为师生提供一个交流的场所，在这个场所中，教师和学生是平等的，可以很容易地建立一种轻松的气氛，教师和学生之间可以方便地实现相互之间的理解和信任，并能充分发挥学生的自主性和创造性。另外，学生在这“面对面”地交流，相互提出问题，发表自己的观点或意见，共同完成学习任务。因为此社区是属于bds型的，为了管理方便，设置了网站管理员账号和密码，管理员可以打开数据库文件修改相关记录，如增删信息，公告等。通过课堂社区一方面解决学生的疑难问题，并收集师生的反馈信息，调查课程开设的效果；另一方面通过课程评价部分把收集的评价信息公布并公开课程的开设效果，根据反馈信息和开设效果及时的调整授课内容，适应教与学的要求。

3.8 其它板块

开设联系我们和留言本板块，及时听取学生或同行的建议，联系我们提供网站维护人员的邮箱，留言本构架简洁明了，点击“查看留言”可以浏览所有的留言，点击“签写留言”可以留下对计算机体图形学课程网站建设的看法。

最后应注意网站使用者的权限分配，便于不同访问者注册和登陆。教师可进行学生管理、课件维护、在线答疑；学生可进行网络课程、练习测试、虚拟实习和在线讨论；一般来宾只可以浏览课程内容。

4 总结

计算机图形学课程网站的建设是计算机图形学精品课程建设的重点和关键。通过计算机图形学课程网站，不仅使得不同院校的广大的师生共享了最优秀的教学资源，能与教师进行交流和沟通，而且各校教师之间也可以互相借鉴、互相提高，教案和教学内容上网还能为远程教育提供资源和促进国际交流，由此不断完善计算机图形学专业的课程教学体系，以适应现代化、高新技术下对测绘人才培养的需求。

参考文献

[1] 龙毅,汤国安,闾国年.立体化教学模式的gis部级精品课程建设[j].测绘通报,2006,(12):69.

[2] 庄启昕,郑安呐,承建军等.高分子化学精品课程网站开发设计[j].化工高等教育,2006,(2):40-42

计算机图形学课程例2

计算机图形学是伴随着计算机及其他设备的发展而产生的，是一门研究怎样利用计算机表示、生成、处理和显示图形的原理、算法、方法和技术的学科[1-2]。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，也是计算机及相关专业本科生的一门专业选修课。该课程在我校已经开设了多年，其教学任务是本着理论与实践相结合的原则，以基本概念、算法原理和实践技术为主线，使学生掌握计算机图形生成与处理技术的基础知识、基本原理和方法，培养学生的实际动手能力。然而，历年的教学工作中发现，由于该课程学科内容丰富、理论难度大、实践性强，且作为专业限选课学时又有限，导致了学生对所学内容不易掌握，疲于应付，甚至产生学生厌学、教学低效等现象。

因此，如何提高学生的学习兴趣，增加课堂信息量，解决课时少与内容多的矛盾、理论与实践的矛盾，是计算机图形学教学工作中一个非常值得思考的问题。本文面向计算机科学与技术专业，在分析计算机图形学教学中存在问题的基础上，针对该课程的学科特点和学生的特点，根据笔者近年来在教学实践中的亲身体会，探讨一种新的教学思路和方法。

1计算机图形学的学科特点

计算机图形学是一门理论和实践兼顾、综合性很强的交叉学科，涉及内容和应用领域都很广泛。它涵盖了计算机科学、数学、物理学等其他相关学科的知识，学科交叉繁杂，且整个学科的发展日新月异。同时，该课程对高等数学、线性代数等基础数学有较高的要求，以数据结构、计算机高级语言、图形基本原理等为先导课程。因此，要将这样一门课的内容保质保量地传授给学生，不是一件容易的事，需要积极探讨新的教学方法和教学思路。

2教学中存在的问题

在教学实践中，笔者发现该课程的教学问题主要体现在以下几个方面：

1) 理论基础要求高，教学效果差。计算机图形学理论性强，部分算法抽象且以数学为依托，教学过程中过分强调课程的数学基础，侧重于算法原理的推导，而多数学生数学功底薄弱，故在学习过程中表现出畏难情绪；同时，其先修课程都是在低年级开设的，容易遗忘，而在计算机图形学的课堂上又不可能花太多的时间进行先修课程的复习，从而使其成为部分学生难以逾越的障碍。

2) 教学内容多，知识点分散。计算机图形学涉及的方法原理很多，教学内容易面面俱到，导致学生只掌握了分散的知识点，没有形成一条完整的知识链，学生对所学知识无所适从，失去学习的目标，极大影响了学生的学习热情；同时，教学内容只局限于经典的算法原理，面向学科前沿动态的内容涉及较少，不利于开阔学生视野，激发他们自主学习的意识和兴趣。

3) 实验课比例较小且实践环节滞后。计算机图形学也是一门实践性很强的学科[3-4]，上机实践是培养学生动手能力的主要手段，也是学好这门课的必要手段。但是，由于总课时的压缩，实验课时很少，仅提供8学时，使原本很重要的实践活动变成了搭配；上机实习平台采用的是目前已不作为主要开发工具的Turbo C，致使学生不能在实验中获得将来就业环境下需要掌握的编程知识，上机兴趣不高，同时大部分学生本身的编程能力也不强，最终导致学生丧失编程的兴趣和能力。

4) 学生积极性不高。计算机图形学开设在大三上学期，大部分同学把精力用在考研和考公务员等方面，而这门课不是考研的必考课，学分也不高，因此，大多数同学认为图形学不重要，学习的积极性不高，整个学习过程都很被动。

3教学思路探讨

计算机图形学的教学目标之一，就是通过本课程的学习，使学生对计算机图形学有一个全面、感性的认识，理解并掌握部分经典算法，了解当前的研究热点。根据这一实际要求，提出了计算机图形学课程的总体教学思路。在教学中，以基本理论和算法原理为主线，以Turbo C、OpenGL等软件为载体，对图形学内容进行整体优化，加以创新处理，采用多种教学方式，加强理论与实践的结合，通过正确引导，激发学生的兴趣，挖掘学生的潜能，最终培养学生的逻辑思维能力和实际动手能力。以下笔者将根据自身的教学实践来阐述该课程教学过程中的认识和做法。

3.1上好绪论课，激发学生的学习兴趣

教学过程中调查发现，大多数学生对计算机图形学采取的是一种敬而远之的态度。首先，他们通过计算机图形学在娱乐、广告等领域的广泛应用充分感受到该课程的生动有趣及实用性，对该课程饱含热情；而与此同时，在他们的印象中，计算机图形学涉及学科很多，尤其数学公式很多，很多内容难以理解和掌握，故他们又对学好这门课充满怀疑。也正是这种期望与现实的失衡成为打击学生学习热情的“元凶”。因此，我们应该重视绪论课，并以此作为突破口，通过查阅大量资料，结合目前图形学的发展动向，根据所讲授内容，充分利用多种教学手段，将图形学知识融汇贯通起来，让学生在不知不觉中了解并接受计算机图形学，解除他们的疑惑，鼓舞他们的热情。如在介绍图形学在虚拟现实的应用时，可以插入一段视频，模拟人在虚拟场景中漫步，不但可以讲明具体应用，而且学生易于接受，印象深刻。

3.2教学内容

计算机图形学内容深而广，知识更新快，教学工作者需要在有限的学时内，即兼顾基础知识又能反映计算机图形学的研究进展，因此，教学过程中，在教学内容上要注意以下几点：

1) 根据学生的接受程度，精选核心内容，压缩或屏蔽部分知识，使学生专注于必要知识的学习，从而提高教学效率和教学质量。我们的教学内容主要包括：图形变换、光栅图形学、几何造型、图形裁剪及真实感图形绘制。其中，前两部分相比较而言，是基础，内容较简单，讲解要深入一些，保证该部分理论具有“点”的深度，如几何变换，包括；平移、旋转、缩放等变换，以及几何变换的矩阵表示形式和复合变换的多矩阵组合形式，此外还要说明齐次坐标引入的必要性；几何造型中，尤其是曲线曲面造型部分，要根据学生的实际情况来决定内容的深浅。对于曲面，难度较大，理解起来比较困难，不适合本科生的学习，故其生成算法完全被屏蔽；而曲线的生成算法虽较曲面易理解，但也不能过于深入，这里只重点介绍B样条曲线和贝塞尔曲线的生成技术和特点，并且讲解过程中，结合现实生活的例子，引入具体应用，如在汽车、飞机外形设计中的应用；裁减计算，也是计算机图形学的核心，这里重点讲解直线段的裁剪算法和多边形裁剪算法；对于真实感图形绘制部分，由于涉及的知识面广，理论深，同样不适合本科生的学习，故这一部分内容只介绍一些基本概念。总之，上述的内容涉及许多概念和算法，要求学生把重点放在基本概念和算法的思想上，不强调学生去掌握和实现算法的具体细节，但要求掌握几个经典的算法。

2) 注重基础，强调基本原理和基本概念的理解，同时还要突出重点、重视应用。对一些要求学生掌握的经典算法，如Bresenhan算法，扫描线填充算法等，要重点讲授，仔细分析，强调其基本原理和基本思想，并在学生理解掌握的基础上，结合具体实例的剖析，告诉学生理论和实际应用的切入点，给予学生理论结合实际的基点，激发学生兴趣，逐步培养他们的科研能力。

3) 制定教学内容时还应跟上时代步伐，介绍一些最新的学科前沿和研究进展，一方面增加理论教学的趣味性，另一方面使学生对学科前沿有一个概念性的直观理解，增加学习兴趣，拓宽他们的知识面，从而为学生从事该领域的应用开发或研究工作打下良好基础。

3.3理论教学

计算机图形学的教学应采取课堂讲授为主、上机实验为辅、以学生为主体、教师为主导的教学模式。为达到教学效果，理论教学应从以下几方面加强：

1) 加强可视化教学。

计算机图形学的很多算法理论性很强，数学模型也比较抽象，单纯采用文字叙述附以静态图片的PPT形式的教学手段，教学效果并不理想，尤其是对于一些经典或复杂的算法，效果更差。因此，应充分利用目前流行的课件制作工具，如Flash、OpenGL等，制作经典算法的仿真演示，使晦涩难懂的原理公式变成栩栩如生的画面。笔者在讲授经典算法时，将其原理用Flash做成动画插入到PPT中，使学生可以直观感受到算法的效果，提高了课堂气氛，增加了学生的学习兴趣。

2) 注重启发式教学。

平铺直叙、满堂灌的教学方法只会让学生感到枯燥、乏味，从而影响他们的学习积极性和主动性。尤其在讲授以数学知识为支撑的算法时，切忌繁琐复杂的公式推导和连篇累牍的算法分析，避免学生的烦躁情绪，而应采用启发式教学方法，通过“提出问题同学解答问题分析问题解决问题分析解决方法的优缺点”的思路，引导学生思考，层层深入、逐步展开，充分调动学生的学习积极性。例如在讲解多边形裁剪时，首先启发学生多边形是由线段组成的，是否可以将线段裁剪方法用于多边形裁剪？学生点点头，然后接着问，那么是否适用呢？学生进入了思考的状态，这时借助课件给出采用线段裁剪算法对多边形进行裁剪得到的裁剪结果，并给出一个否定的答案，继续提问为什么会不适用？引导学生进一步思考，然后进行分析，给出不适用的原因，在线段裁剪算法中，是把一条线段的两个端点孤立地加以考虑，而多边形是由一些有序的线段组成，要求裁剪后的多边形仍保持原多边形各边的连接顺序。既然这个算法不适用，就应该寻找一种有效的裁剪算法，接着引入多边形的逐边裁剪算法。介绍完逐边裁剪算法后，继续启发学生思考，这种算法是否适用于所有的多边形？学生会给出肯定的回答，这时进一步启发，如果是凹多边形，逐边裁减算法是否适用，如果不适用，如何改进？这可能是学生没有预料到的，他们会对接下来的内容表现出浓厚的学习兴趣，进一步分析，当多边形为凹多边形，且裁剪后的多边形有两个或多个分离部分的时候，由于只有一个输出顶点表，表中最后一个顶点总是连着第一个顶点，会出现多余连线的现象，这就是下一步需要改进的地方，而边界裁剪算法则可以避免这一问题。再如，在讲解直线段的绘制时，首先让学生自己设计一个算法，这时几乎全部的学生都会给出直线段生成的普通算法，即根据直线方程，通过设置x取值范围，求出屏幕的一系列点，然后提问学生，从算法效率角度来看，普通算法存在怎样的问题，引导学生思考，最后引入直线段的绘制算法。因此，启发式教学方法可以给学生主动思维和积极思维的空间，将学生一步步带入算法设计中，有效提高教学质量。

3) 做好课前回顾。

以目前课程开设时间和学生的实际情况，要求学生课后复习课前预习似乎是强人所难。为了加强知识的连贯性，巩固所学知识，应该在课前拿出较短时间对上堂课的学习内容进行简单回顾，然后过渡到新的教学内容。

3.4实践教学

实践教学是理论教学的深化和补充，是学好计算机图形学的重要保证，也是培养学生动手能力的有力武器。因此，教学过程中要加强实践教学，将理论教学和实践教学密切结合起来。

1) 实验题目层次化。

根据大纲要求，结合学生的实际情况，将实践教学由浅到深分层次进行。我们共有8个学时的实验，按照由浅到深的原则安排了4个小实验：直线生成、图形变换、裁剪计算、曲线生成，以及1个综合性实验。对于验证型实验，即那些有代表性的算法，如直线生成、裁剪计算等，要求每个学生根据教材的子程序亲自动手实现，加强对课堂所学基本算法的理解，培养他们的成就感，并且，题目的要求也随着难易程度发生变化，如直线生成算法比较简单，要求学生实现的算法必须具有通用性，同时，为增加学生的学习兴趣，可以巧妙设计实验内容，如在实现直线生成算法时，可以让学生画线生成汉字；图形变换主要让学生实现二维图形的变换，包括平移、旋转、缩放及复合变换等内容，由于这一实验包含多个操作，要求学生增加菜单选择功能；裁剪计算要求实现线段裁剪算法，从易操作的角度出发，要求算法采用交互式的画线方法；曲线生成算法要求学生采用根据参数曲线定义的方法来实现，对于编程能力强的同学，在曲线生成的基础上，增加鼠标拖动控制点改变曲线形状的要求。对于综合型实验项目，学生可根据自身学习能力和实践能力选择独立完成或合作完成，通过综合型实践训练，不但培养了学生的动手能力和创新意识，而且还培养了他们的团队协作精神。

2) 开发环境多元化。

完善教学内容，扩展学生的知识面，实践教学采用开发环境的联合。对于验证性实验，学生可在Turbo C环境中实现，而对于综合性实验，鼓励学生基于OpenGL进行编程。让学生提前介入到使用OpenGL编写“应用软件”，不但可以满足学生的兴趣，还可以提高学生的实际动手能力。

4结语

计算机图形学是一门不断发展的交叉学科，其教学方法需要在实践中不断探索。我们教学工作者在研究高效率的教学手段和教学方法的同时，还应积极参与教学内容相关的科研工作，从而更加明确教学重点和难点，做到在教学过程中有的放矢，激发学生学习和思考的积极性和主动性。

参考文献：

[1] 何援军. 计算机图形学[M]. 2版. 北京:机械工业出版社,2009:2.

[2] 吴元斌.“计算机图形学”教学的几点体会[J]. 安康师专学报,2004(4):119-121.

[3] 鲁敏,于慧颖,郑平刚. 信息工程专业计算机图形学教学模式思考[J]. 高等教育研究学报,2006,29(3):31-33.

[4] 潘革生,何援军,赵峻颖. 计算机图形学教学理念的研究与实践[R]. 烟台:第一届中国图学大会,2007:476-479.

The Thinking of Teaching on Computer Graphics

WANG Yanchun, ZHANG Jinzheng, LI Shaojing

计算机图形学课程例3

中图分类号：TP3 文献标识码：A

文章编号：1009-0118（2012）05-0129-02

一、引言

“计算机图形学”是计算机专业教学中的一门重要的专业基础课程，它的后续课程有：图像处理、多媒体技术、模式识别、计算机视觉以及虚拟现实等，在计算机专业的教学过程中占有很重要地位。“计算机图形学”课程最大特点是理论与实践结合较强，传统的教学模式很难满足这个要求，严重影响到课程的教学质量和教学效果。因此，“计算机图形学”课程的教学改革势在必行。

二、分析教学中存在的问题

“计算机图形学”主要研究与计算机图形表示、图形计算、图形处理和图形显示的相关原理与算法，它的内容丰富，涉及了数学、物理学、计算机科学、美学、心理学及艺术学等诸多方面的知识，具有很强的理论性、实践性和综合性。

在几届的课程教学中，作者先后使用偏理论教学和偏实践教学，都没能取得很好的效果。目前国内高校对这门课程的讲授常使用这两种方法。偏理论的教学过于强调理论知识（相关的数学基础知识、算法的推导、程序的实现），学生很难理解和掌握，普遍反映：“上课听得懂，下课再问就不知道了”，学习态度从困惑变成厌倦，因为学生不知道这些知识有什么用。偏实践教学则是从实用角度出发，理论知识涉及得少且浅显。学生兴趣提升了却没有抓住课程的本质，错误的认为计算机图形学就是图片处理和动画制作。总结上述两种教学方法存在以下几个方面问题：

（一）知识点的混淆。由于本课程所学的内容多，学生在学习过程中没有清晰的知识框架和整体思路。知识越学越多、越学越乱。例如，在实际教学过程中，几种扫描转换算法讲授后，有些学生已区分不出各种算法所解决的问题。

（二）内容知其然不知其所以然。计算机图形学涵盖许多原理、算法、程序，这些内容都不容易理解和掌握，大部分学生不感兴趣。这就与他们原本对这门课程的理解有偏差，所以感觉很盲目，没有学习目标，最终丧失学习兴趣和热情。

（三）实践环节得不到应有效果。学生在有限的时间内很难完成对分析能力和编程能力要求很高的实验任务，进一步加深对该课程的排斥。

针对以上出现的问题，在有限的学时内，如何使学生系统地掌握计算机图形学的基础知识、重要的基础理论和生成图形的常用方法，值得深入的探讨。

三、课程教与学的改进

教学方法包含教师的教授方法和学生的学习方法。计算机图形学的教与学都应把握课程的整体结构和发展方向，强调理论学习与实践应用的结合。使学生在深刻理解图形学本质的同时，建立起这门学科的整体框架，为后续课程打基础。

（一）教师的教授方法

教师在学习过程中起着指导和协助作用。如何在课程的基本原理和基本技能传授给学生后，引导学生将所学的知识应用到实践中，去发现图形图像及其相关领域的问题；激励学生积极地分析和解决问题。

1、兴趣培养。古人云：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”，让学生了解计算机图形学与自己的生活、工作、学习密切相关，兴趣就会油然而生。例如，从学生比较熟悉或推崇的某游戏或软件开始，介绍支撑该产品的计算机图形学基本知识和理论；或者展示计算机图形学在计算机动画、科学计算可视化、计算机艺术、多媒体应用等应用领域的最新研究成果和发展趋势。使学生萌生求知欲望，这是非常关键的一步。

2、合理安排。计算机图形学课程内容涉及图形显示处理流程、图形硬件设备、图形系统、二和三维图形的生成和处理算法、裁剪、几何变换、交互技术、三维消隐等方面，每一项内容又包含很多的技术、方法以及经典算法思路。教师不可能在有限的学时数内每个知识点逐个展开讲解，那样也不利于学生对知识的学习和掌握。怎样给学生展现一个清晰的计算机图形学课程内容脉络和整体框架呢？结合学生的认知能力，选择有代表性的讲授，强调基本概念、基本原理、经典算法（如Sutherland-Cohen算法、Bresenham算法、Z缓冲器算法、光线跟踪算法等），做到突出重点、点面结合。例如，圆、椭圆的扫描转换的内容完全可在讲授直线段扫描转换算法后安排学生自学，因为它们的基本思想是相同的。这样，可以用节省的时间传授学生最大量的新知识，同时可以培养学生的自学能力。

3、形式多样。俗话说“一幅画胜过千言万语”，传统的黑板讲解结合生动有趣的多媒体教学，用flash、OpenGL等工具把复杂枯燥的数学推导和算法描述做成动画演示，使复杂问题简单化，抽象问题具体化。例如，Bezier曲线，B样条曲线，NURBS曲线曲面，数学公式抽象难懂，计算量大，学生普遍难以理解。使用OpenGL（OpenGL提供了近350个不同的调用函数，用来绘制复杂的三维景象）制作出他们的三维模型，动态演示算法执行过程，抽象的理论与具体的实物对照，从而加深理解。

4、注重实践。培养学生技术应用能力靠上机实验，合理安排实验课程是关键。学生要在边做边学、边学边做中加深对理论知识的认识和理解。教师结合学生的动手能力，制订切实可行的实验设计方案。

（二）学生的学习方法

学生要熟练掌握计算机图形学课程的知识精髓，课堂学习是远远不够的。要积极主动成为学习的主体，本文提出了几点建议供学生参考。教师也可以根据自身教学的实际情况借鉴使用。

1、扎实的数学基础、很强的编程能力这是学好该门课程的必要条件。例如，连续、一阶连续、二阶连续、曲率、绕率、参数表示、矢量、法向量、矩阵、矩阵运算等，都是计算机图形学中常用到的基础知识。这些都需要学生课前熟练掌握。

2、充分利用网络，开阔眼界。关注计算机图形及其相关学科领域的发展动向；基础算法产生背景、算法的应用领域、相关的学术报告和会议文献等，进而扩展知识的深度和广度。这不仅限于学好这门课程，其它课程也是适用的。

3、理顺计算机图形学课程的学习内容和整体架构，将每个知识点用知识树的形式串联在一起。如果一个问题有多种解决方法，可以采用对比的学习方法，将所学的原理、算法、程序进行比较，找出它们之间的区别与联系。例如：Bezier、B样条、NURBS曲线曲面间的比较，CSG树、边界表示法、八叉树表示等实体造型技术的比较等。

4、认真做好每次上机实验。运用学到的知识，发现问题、分析问题、解决问题，提高动手能力，这是学习的最终目的。

四、结合语

计算机图形学是一门实用较强的综合学科。在了解和掌握现有的和前人积累的知识同时，更重要的是知识的模仿和继承，突出探求知识能力和创新意识的培养。经过几年的教学探索和研究，上述的教学改革可以达到很好的教学效果。

参考文献：

\[1\]龚绍文.大学青年教师教学入门—大学施教学初步\[M\].北京:北京理工大学出版社,2007.

\[2\]潘革生.高等学校计算机图形学教学理念探讨\[J\].广西科学院学报,2008,24(4):380-383.

计算机图形学课程例4

中图分类号：G420 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）10（c）-0155-02

计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门的显示设备上显示的原理、方法和技术学科[1]。目前，计算机图形学技术已经深入到人们生活的各个领域，例如：飞机、汽车外形设计、电影、电视广告、游戏制作、天气预报、医药医疗以及地质勘探等。因此，很多高校都越来越重视该门课，并把其列在教学计划中。但是该门课程原理深、算法抽象、实践性强。大部分学生在课程开始时抱着极大的兴趣学习，但随着算法的深入，虽然上课能听懂算法，但是课后实现算法却很困难，这样一来，理论与实践不能很好结合，而使学生觉得枯燥单调，学习的积极性与主动性逐渐下降，教学效果不理想。

1 教学中存在的问题

图形学教学中会存在如下问题：一是实验教材选择不恰当；二是很多高校图形学实验都是基于Turbo C环境下的编程，因编程界面不够友好，使用不方便，多数学生对它不感兴趣。三是过分注重理论教学，实践教学的时间远比理论教学时间少；四是过分强调图形学的数学基础；五是实践课程设置合理，但是实验内容有的过于简单，而有的又太难。以上五方面都会导致学生学习兴趣不浓或厌学。针对此，对实验课程进行改革是非常必要的。

2 图形学教学改革措施

如何针对本校学生实际制定适合其学习的实验方案尤其重要。通过笔者多年的教学实践，我们可以通过计算机图形学实验的演示、验证和开发，来巩固学生对计算机图形学所学知识的理解，同时加强学生的动手操作能力。可以从以下几方面进行改革。

2.1 教材选取

目前，图形学教材非常的多，大部分的经典教材中讲解的知识较多、难度较大，学生学习较吃力。如何选用教材，使学生学到更多知识很重要。在教学的过程中，针对地方高校的特点，学生的基础较差。笔者在教学中，把教学重点定位为二维知识的掌握；三维知识只作简单的了解和介绍，以此来降低学生学习难度，提高学习兴趣，为以后的三维知识的学习打好基础。因此，在选择教材时，尽量考虑偏重二维知识的、包括程序代码的，利于学生上机实验的教材。

2.2 编程环境选择

针对Turbo C编程环境存在的问题，我们在实验过程中可以基于Visual C++的MFC编程。因为VC开发环境是可视化的，编写的程序执行结果明显，学生有成就感，对完成实验更有自信[2-3]。通过实验，学生不但可以学习实用的编程语言，而且也促进其对新知识的学习。

2.3 实验教学改革

目前，课程开展了九个实验，实验内容如表1所示，其中实验类型有验证性、设计性和综合性三种。验证性实验是让学生对理论课程学习的图形学基本算法进行编程验证；设计性实验是一种探索性的实验，不但要求学生综合多种知识来设计实验方案，而且要求学生能充分运用已学到的知识，去发现问题、解决问题，实验中，学生自己选题、自己设计，在教师的指导下进行，以最大限度发挥学生学习的主动性；综合性实验是通过学生一段时间的学习，具有一定的图形学综合知识和技能，且实验内容涉及到这些知识和技能的实验[4]。

2.4 实验项目说明

实验1中，关键是熟悉VC的MFC编程环境，了解如何创建工程及添加消息以及 MFC绘图函数的使用。

实验2中将验证直线生成算法。通过理论分析直接直线生成算法、DDA算法、Bresenham算法、中点画线算法等，找到各算法的优缺点，对比各种算法运行的速度；然后通过上机实现上述算法，并比较各算法在生成同一直线时的效率。

实验3中对比中点画圆算法与Bresenham画圆算法的实现机制及运行效率。

实验4中主要是验证课本中内点表示、边界表示的4连通或8连通种子填充算法填充规则图形（矩形、圆等）及不规则图形（任意形状各异的图形）。实验中，对于基础好的同学，还可试着采用扫描线多边形填充算法（选做）来填充一个简单的图形内部。

实验5中主要是运用已学过的各种图形学的知识来填充圆的内部。A.点到圆心的距离小于等于半径；B.种子填充法；C.Bresenham画圆法；D.用改进的Bresenham画圆算法；E.中点画圆算法；F.改进的中点画圆算法等。并对比各种算法在填充圆的内部时的差异。（见表2）

实验6主要是验证Cohen-Sutherland直线裁剪算法。实验主要是基于矩形窗口的直线裁剪，对于三类型直线裁剪的正确性进行验证：一是直线完全在矩形窗口内；二是直线完全在矩形窗口外；三是直线与矩形窗口有交。其他直线裁剪算法的验证可选做。

实验7中，可针对生成的一个简单图形实现其二维变换。例如三角形的比例、平移、旋转变换等。

实验8中，主要是实现课本中的Bezier曲线生成算法。若能正确生成Bezier曲线，可以结合图形变换知识和平面曲线知识实现的正叶线、正叶线蝴蝶结等图形的生成。

实验9中，可以结合本学期的学习情况，利用所学的图形学知识，发挥想象力，设计一个图形学作品。例如：雪人，火车等。

3 结语

从文中的实验教材、实验教学环境以及实验教学内容的选取以及多年的教学经验，可以看出在计算机图形学实验课程教学中，首先要加强理论与实践相结合，要进行培养方案修改，加大实验课的比例；其次要针对学生的特点，找到适合当前学生学习的方法和实验内容进行教学。经过改革后，教学效果较好。

参考文献

[1] 伏玉琛，周洞汝.计算机图形学――原理、方法与应用[M].武汉：华中科技大学出版社，2003.

计算机图形学课程例5

作者简介：邹耀斌（1978-），男，江西鹰潭人，三峡大学计算机与信息学院，讲师。（湖北　宜昌　443002）

基金项目：本文系三峡大学人才引进项目（项目编号：KJ2011B040）、三峡大学2012-2013年度求索大学生创新活动计划重点项目课题的研究成果。

中图分类号：G642.0?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）31-0080-02

CDIO代表构思（Conceive）、设计（Design）、实施（Implement）和运作（Operate），CDIO教育理念是近年来国际工程教育改革的新成果，是一种将理论教育与实践教育紧密结合的创新教育理念。[1]CDIO让学生以主动的、实践的、课程之间存在有机联系的方式学习工程，引导学生主动有效地学习课程知识，并以团队的形式通过实践来提高学生对知识的应用能力。[2]

CDIO教育理念和模式的先进性和优越性集中体现在实践可操作性、全面系统性和广泛适应性这三个方面。[3]首先，CDIO系统地阐述了能力培养、全面的实施指导以及检验测评的12条标准，这些内容具有很强的实践可操作性。其次，CDIO强调培养学生的综合能力，所设计的CDIO能力大纲涵盖了学生综合能力培养的四个层面：个体的技术知识和推理能力、个体的职业技能、团队的协作和交流能力以及项目的构思、设计、实施和运作能力。最后，世界上众多高等教育机构近10年来持续不断的改革和探索表明，CDIO教育模式经过适当的调整，可以适用于绝大部分工程学科的大学生教育，其中也包括计算机专业的工程教育，[4]展现了CDIO的广泛适应性。

计算机图形学的应用范围涵盖科学、艺术、工业、商务、医药、政府、娱乐、广告、教学和培训等各个方面。[5]鉴于计算机图形学应用领域日益广泛的现实，国内外大学在计算机专业大都开设了“计算机图形学”课程，三峡大学也将其确定为主干选修课程之一。“计算机图形学”课程具有很强的理论性和实践性，在教学中不但要注重学生专业理论知识的教育，更要重视学生的工程实践能力的培养。CDIO能力大纲的四个层面完全涵盖了“计算机图形学”课程对学生能力培养的各个方面，因此将CDIO教育理念引入到“计算机图形学”课程的教学改革具有积极的指导意义。

一、“计算机图形学”课程的教学现状分析

教学实践表明，修学“计算机图形学”课程的学生，他们在学习过程中表现出的兴趣普遍呈现先高后低的特征：一开始兴趣非常浓厚，也愿意和教师交流。但随着课程的推进，学习的主动性明显退化，以至于最后成为被动接受的机器。造成这种尴尬境地的因素是多方面的，归结起来主要有以下4个方面的原因。

1.基础理论宽泛，课程难度较大

“计算机图形学”是数学、物理、计算机、心理学等多个学科交叉融合的一门学科，理解计算机图形学的许多问题往往要有很好的数学或者物理知识。三峡大学是一所省属二本院校，总体而言，学生的数理基础相对薄弱，一旦碰到复杂的数学公式推导和物理背景分析容易打退堂鼓，也就很难持续保持浓厚的学习兴趣。

2.课程内容偏多，理论课时偏少

一方面，“计算机图形学”涵盖的内容非常多，既包括图形系统介绍、二维三维图形绘制显示，又包括真实感、非真实感建模与绘制、计算机动画生成等等，而每项内容又涉及到很多细节技术。另一方面，课程的理论学时通常不到40。在偏少的学时内，计算机图形学的知识体系容易被拆分成零散的知识点，使得学生无法从全局把握该课程的知识体系，容易丧失学习目标。

3.教学观念落后，考核方式单一

传统的以“知识点为导向”的教学观念，过分强调学生对知识点的掌握，教师对教学大纲中要求的知识点作详细的讲解，容易形成一种满堂灌的教学局面，反而降低了学生的学习主动性。另外，以“知识点为导向”的教学观念产生的考核方式往往很单一，要求考试内容尽可能多地涵盖大纲中的知识点。这种考核方式容易误导学生把时间和精力放在记忆知识点上，但是实际上又无法真正考核学生对知识的应用能力。

4.偏重理论教学，实验成摆设

“计算机图形学”是一门高等工程学科，它需要在理论的指导下和工程实践结合。或许是受课程理论基础宽泛的影响，教师往往容易将重点放在理论的讲授上，反而忽视了重要的实验环节。调查显示国内很多二本院校只开设了不到10学时的实验课，使得原本很重要的实验变成了装饰。另外，计算机图形学实验平台的搭建也被很多二本院校所忽视，很多院校没有专用的计算机图形学实验室。

二、融合CDIO教育理念的教学改革实践

“计算机图形学”课程教学中存在的上述问题，容易使学生丧失学习兴趣，学生很难掌握基础知识和专业编程技能。另一方面，CDIO理念利于激发学生的学习兴趣、加深专业基础知识的理解与应用、锻炼和提高学生的工程实践能力、培养学生的团队协作精神。据此，我们引入CDIO理念并制定了CDIO模式的“计算机图形学”课程教学改革方案，具体地涉及如下4个方面的教学改革。

计算机图形学课程例6

信息与计算科学专业作为理学的一个热门专业，其培养目标是培养具有良好的数学知识，掌握信息科学和计算科学的基本理论和方法，受到科学研究的初步训练，能运用所学知识和熟练的计算机技能解决实际问题，能在科技、教育和经济部门从事研究、教学和应用开发和管理工作的高级专门人才。这就需要学生具有较强的综合素质。①②与其他专业相比，信算专业具有一定的数学基础和计算机知识，善于发现问题，具备一定的创新意识，但是动手能力较弱，创新性不强，综合运用所熟悉的数学知识和信息知识的能力不高。计算机图形学（以下简称图形学）作为信算专业的一门选修课，是一门理论、技术与应用相结合的技术应用性课程。该课程是2001年美国计算机学科教程和2002年中国计算机科学与技术学科教程的核心课程之一。③④⑤对于提高学生的动手能力，培养学生的综合素质大有裨益。

1 计算机图形学所存在的问题

信算专业的大多数学生具有学习图形学的动机和欲望，但目前对于图形学实验课程所能提供的具有动手、创新的环境有限，学生无法充分发挥自己的学习潜力，同时难以提高自己的创新能力。同时学生也不善于利用现有的资源和条件，更不能创造出自己所需要的资源和条件。具体表现为：

（1）传统的教学内容。目前的图形学课程教学主要以课堂讲解、传授知识为主。在教学过程中学生的个性，一直沿用相同的的大纲、教材和考试方式，在这种情况下，学生的知识结构和思维方式也很容易与老师相同，缺乏创新、缺乏创见。同时，对于学生的积极性有很大影响。

（2）实验教学模式比较单一，教学效果不够理想。传统的实验教学侧重于验证性的实验教学，从实验的思想到实验算法的确定，基本上都是由教师事先讲解好，学生只是被动的接受和模仿，让学生自己思考的东西较少，很多学生只是盲目敲击代码，并不了解为什么这么做，不利于学生创新能力和综合素质的培养。

（3）对学生评价考核机制还不够科学完善。目前评价学生的标准主要是考试成绩，因而在一定程度上导致学生片面追求考试成绩，忽视其它能力尤其是实验动手能力和创新能力的培养。

2 教学改革的主要内容

2.1 改革课堂教学模式

课堂教学是教学的基本组成形式，学生能力的培养也必须渗透到图形学的教学过程中。教师既要传授知识，又要培养学生的动手能力、创新能力、实验能力等等。同时以此为基础，要结合学生不同的认知水平和生活体验，创设新的教学情景导入新课，激发学生学习的欲望。在教学中，营造一个鼓励学生发言的课堂氛围。采用多种多样的课堂教学形式，鼓励学生提出自己的看法，让学生自觉、主动地学习，以提高学生的创新能力。加强图形学与微分几何、数据结构、概率论与数理统计等各学科之间的交叉综合，有利于学生综合素质的提高；同时融合学科前沿知识，增大课堂信息量，激发学生的创新精神。

2.2 改革实验课教学模式

针对目前《计算机图形学》实验中内容比较单一、编程环境比较旧的问题，使得多数学生为了验证理论教学中学到的算法，刚实验成功一个算法会比较有成就感，但是对后面的实验会在某种程度上失去兴趣，感觉枯燥无趣，对它不感兴趣。充分利用理学院实验室的仪器设备和师资力量，探索和完善实施新的实验教学的方法。

2.3 改革和完善学生的考核体系

评价是教育管理中实施控制的特殊手段，是教育管理的重要环节。传统的培养模式并不利于培养学生的动手能力，主要原因是学生考核过程中采用统一的闭卷考试方式，不能反映出学生的真实的水平和能力，尤其是创新能力和实验能力很难在一张试卷中进行全面考察。因此我们可以采用多样化的考试方式，以及相对比较自由的考试时间，或不采用考试形式考评学生，如通过独立撰写专题报告、课堂演讲、撰写相关的学术性文章、参与相关的科研项目以及相关的程序设计大赛等多种形式进行评价。

3 实施的步骤与方案

（1）通过对2007级、2008级学生进行调查，了解学生为什么选修图形学这门课程？希望通过该课程学到什么？以及学生比较擅长的编程语言，给学生创造良好的编程环境，使得学生先利用自己熟悉的语言实现结果。

（2）通过网上查询及实地考察，借鉴国内外著名大学的经验，结合理学院信算专业的专业特色对教学内容进行改革，使得教学内容与时俱进，与当前的SIGGRAPH中的热门图形学专题相结合，开阔学生的视野。

（3）完善网络课程以期协调好“教师教”与“学生学”的关系。采用多样化的教学方法，从图示内容的渐进性到图形的欣赏性，再到图形的交互性循序渐进，同时将多媒体教学与程序现场演示相结合。

（4）通过课堂实践完成将传授知识与培养能力相结合，采用“以点带面”的方法，每个算法在班内选择1~2个代表学生，讲述自己的算法，修正其编程过程中遇到的问题，以及其他同学有可能遇到的问题，将该过程集结成录像上传到网上共享。

4 教学效果

通过对于2007级、2008级信算专业的学生进行教学改革，我们发现与2006级相比，学生对于实验算法的理解更加深入，成绩优秀的学生比例提高了15%，考试中对于考察算法的题目学生的得分率比较高，多数学生对于计算机图形学的认识有了进一步的提高。

注释

①陈国军.工科《 计算机图形学》 教学改革探索[J].中国石油大学胜利学院学报,2009.23(2):81-83.

②张荣华.高校“计算机图形学”实验教学改革探析[J].中国电力教育,2007(3):134-136.

计算机图形学课程例7

中图分类号:G642 文献标识码:A

“计算机图形学”是研究如何利用计算机显示、生成和处理图形的原理、方法、技术的一门学科,是计算机科学中发展最活跃、应用最广泛的分支之一。在计算机科学与技术专业新一轮教学改革中,确定了计算机科学方向的16门主干核心课程,计算机图形学就是其中之一。

1 “计算机图形学”实验课程存在的问题及改革的方向

国内“计算机图形学”的教学过分强调图形学的数学基础,使得“计算机图形学”成为计算机及其相关专业学生很难掌握的一门课程。这种强调数学基础的教学方式适合数学基础优秀的学生,对于数学基础一般的学生难以适用,往往造成很多学生有厌学、为难的情绪。如何让学生更好地掌握图形学的相关理论知识呢?注意到图形学的输出结果和相关应用是最吸引学生的,于是,通过“计算机图形学”实验的演示、验证和开发,来巩固学生对计算机图形学知识的理解,就显得非常有必要。

计算机软硬件技术的发展,致使计算机图形学实验开展的范围和形式也发生了一些改变。十年前,计算机图形学的实验往往在Turbo C下,用graphics.h下定义的图形函数进行程序的编写。在这个环境下,只能进行一些最基本的二维图形生成、填充、变换的实验,程序复杂,不能进行三维图形生成、纹理贴图、光照、视点变换等等这些实验,极大的限制了计算机图形学实验的开展。如今,计算机技术有了飞跃式的发展,改革计算机图形学实验势在必行。

我校的计算机科学与技术专业从2002年开始,在计算机图形学实验中引入了OpenGL,所有实验都要求在安装了GLUT的Visual C++ 6.0的环境下进行。

八年的教学表明,利用OpenGL开展图形学实验,对学生理解相关的图形学知识,提升学生学习的兴趣,提高学生在图形图像方面的程序开发能力非常有好处。结合多年教学的经验,针对计算机图形学实验中引入OpenGL后一些需要注意的问题,特撰写本文,希望对从事计算机图形学教学的老师有一定的借鉴作用。

2我校“计算机图形学”实验内容的设置

我校计算机科学技术专业的“计算机图形学”课程目前所使用的教材为Donald Hearn和M.Pauline Baker编著的《Computer Graphics with OpenGL,Third Edition》,该教材取材丰富,以开放图形库OpenGL为基础,介绍计算图形学的基础理论、基本概念和基本算法。教材提供了大量的示例程序,学生可将教材示例程序在PC上运行,从而获得对教学内容的直观理解。该教材的采用,极大的方便了用OpenGL展开实验教学。该课程是专业必修课和双语课程,4个学分,讲授54学时,实验36学时。

2.1实验平台的选择

OpenGL是一个发展成熟的、性能卓越的三维图形标准,它是20世纪后20年在SGI等多家世界闻名的计算机公司的倡导下,以SGI的GL三维图形库为基础制定的一个通用共享的开放式三维图形标准。目前,包括Microsoft、SGI、IBM、DEC、SUN、HP等大公司都采用了OpenGL作为三维图形标准,许多软件厂商也纷纷以OpenGL为基础开发出自己的产品,其中比较著名的产品包括动画制作软件Soft Image和3D Studio MAX、仿真软件Open Inventor等等。OpenGL具有七大功能:建模、变换、颜色模式设置、光照和材质设置、纹理映射、位图显示和图象增强、双缓存动画。OpenGL 的基本函数都做到了硬件无关,甚至是平台无关,开发的软件可以在各种硬件和操作系统上应用。相比较而言,微软的Direct3D虽然也是十分优秀的图形应用接口,但它只用于Windows系统,具有一定的局限性。因此,选用OpenGL作为计算机图形学实验的平台,能非常好的演示和验证各种图形学的算法,能紧贴学科前沿,给学生今后从事图形学相关软件的开发打下良好的基础。此外,OpenGL在3D方面的强大功能,也能极大的激发学生学习的兴趣。

由于OpenGL核心函数库都是平台无关的,所以OpenGL的核心函数库不包含任何输入或窗口函数。原因很简单,因为这两者都严重依赖于特定的平台。但是,无论图形程序运行在何种平台上(Windows、Linux或Macintosh),都不可避免地要和操作系统或本地窗口系统进行交互。面对这种情况,在计算机图形学实验中,我们采取一种折中的策略――借助一个简单的工具集,即OpenGL实用工具集(OpenGL Utility Toolkit,GLUT)。GLUT在标准编程环境中都有相应的实现,其API包含大多数窗口系统所共有的标准操作,并允许我们在应用程序中使用键盘和鼠标。GLUT的使用能让学生避开复杂的Windows编程中的窗口和输入的交互函数,把更多的精力放到图形学的内容上。

2.2图形学实验的开展项目

目前,课程开展的实验内容如表1所示,其中实验类型分为三类:验证性、设计性和综合性。验证性实验是让学生对理论课程学习的图形学基本算法和OpenGL的基本语法进行编程验证;综合性实验是让学生在经过一个阶段的学习后,具有了一定的基本知识和基本技能的基础上,综合运用图形学的多种知识,对学生实验技能和方法进行综合训练的一种复合型实验;设计性实验是一种探索性的实验,不但要求学生综合多种知识来设计实验方案,而且要求学生能充分运用已学到的知识,去发现问题、解决问题,实验中,学生自己选题、自己设计,在教师的指导下进行,以最大限度发挥学生学习的主动性。

表1计算机图形学实验开展项目

实验名称 实验内容 实验类型

实验1

OpenGL编程初步 (1)OpenGL的安装;

(2)OpenGL GLUT 框架的使用;

(3)OpenGL下图形的绘制原理;

(4)OpenGL下基本图元的绘制。 验证性

实验2

二维基本图元的生成 (1)DDA、Bresenham直线生成算法的实现;

(2)中点圆算法的实现;

(3)中点椭圆算法的实现。 验证性

实验3

二维图元的填充 (1)熟悉OpenGL中对颜色的设置;

(2)边界填充算法的理解与实现;

(3)泛滥填充算法的理解与实现;

(4)扫描线填充算法的理解与实现。 验证性

实验4

OpenGL下图形的交互控制 (1)了解glut中的各种回调函数;

(2)用鼠标对图形进行交互控制;

(3)用键盘对图形进行交互控制。 验证性

实验5

OpenGL下的二维图形变换 (1)直接设置投影矩阵,对图形进行平移、旋转、缩放,理解变换的原理;

(2)掌握OpenGL下平移、旋转、缩放变换的方法;

(3)掌握以上方法的组合变换。 验证性

计算机图形学课程例8

一、引言

目前，通过对职高学生在平面广告岗位就业反馈的情况分析，暴露出学生的专业知识技能浅窄，实践能力不强，岗位职业能力与企事业单位实际岗位所需人才的能力严重脱节，究其原因主要是：专业技术课程不能较好地将理论教学与实践教学相统一，教学方法单一与教学模式陈旧不利于学生岗位职业能力的养成。为此，我在传统的讲授、演示教学法的基础上，大胆尝试使用小组合作学习法，激发学生的学习兴趣，使学生由被动学习变为主动学习。

二、“计算机图形图像处理”课堂中如何开展小组合作学习 1小组合作学习的流程

（1）创设情境。其目的就是激发学生的学习兴趣。职高“计算机图形图像处理”课开设的时间一般都是高一下半学期，这个时期的学生年轻有朝气，思维活跃，对新鲜事物充满了好奇，有着较强的探知欲望，性格比较独立，喜欢创造富有个性的设计。例如在讲选区和移动工具的应用时，通过展示日常生活中常见的图标标志，譬如肯德基图标、奔驰图标、QQ图像等，由此提出：如何制作这些标志？诱导激发学生探知欲望。总之，通过创设情境，可以将计算机图形图像处理教学知识融入学生的生活，学生乐于接受，由被动学习变为主动学习。

（2）明确学习目标和学习任务。为了让学生的小组合作学习开展有序、有效，必须使他们有明确的学习目标。这就要求老师向学生说明学习任务的内容、目标、完成的方法以及评价的标准等。具体任务老师可以帮忙分解布置或者学生自主分解布置，让小组中的所有成员共同参与，每个人都有事可做。 通过明确学习目标任务，可以避免小组合作学习的盲目性，充分体现小组合作学习的实效性。在讲选区和移动工具的应用时，向学生提出任务：利用选区工具制作欧陆风景―帅洋汽车标志。通过分析汽车标志，联系所学的选区工具的知识，由各组小组长分工，合理利用选区工具完成汽车标志制作任务。

（3）交流、评价。这个交流、评价不仅是小组成员之间相互交流评价，也是小组与小组之间相互交流评价。交流、评价环节主要包括学生总结学习成果、教师接受信息反馈并做出判断两个方面的内容。在学生之间相互交流时，我不断地鼓励他们，并要求他们最大化地阐述个人或小组的意见，同时还要求学生学会虚心征求其他组的意见或者真诚、实事求是地评价其他组，取长补短，不断完善合作学习成果。在听完了学生的交流、汇报后，老师对各小组做出恰当合适的评价。通过交流，学生的语言表达能力和胆量得到了锻炼和提高；通过评价，学生之间产生了竞争，在设计创作作品时由原来的追求速度转变为追求质量，并且很多同学在设计创作中大胆尝试加入创新元素，创作原创作品。这些变化不就是我们职业教育所追求的目标吗？

2小组合作学习的注意事项

（1）要突出“以人为本”的生本教育教学思想。 在小组合作学习中，确立学生的主体地位。设计一些带有竞争性质的活动，让学生动起来，让课堂活起来，通过学生动脑、动手、动口，使课堂气氛活跃。激发学生求真、向善、爱美的潜能，使他们积极主动、合理有效地参与到教学过程中来。

（2）合作学习要选择最佳时机。合作学习什么时候为佳？我认为，一是在学生意见不统一，有争论时；二是有了新知识，需要新能力时；三是遇到个人能力不够或无法解决的问题时。在合作学习中，教师应将教材中的结论性知识改造成具有“可学习”特征的材料，这种“可学习”特征的材料往往能唤醒学生学习的意识，激发小组合作的需求，产生小组合作行为。

三、结论

在职高“计算机图形图像处理”课程中运用“小组合作学习”模式具有极大的意义。通过小组合作学习，以学生为本，促进他们潜能的发展，使学生更自信，真正做到授学生以“渔”。我们相信每一位学生都能成为一名成功的“渔夫”，在毕业时能够适应工作岗位的需要，能为企业所用。

计算机图形学课程例9

二、基于工作过程的概述

著名教育学家姜大源提出了基于工作过程的课程观，主张职业教育课程设计应跳出学科体系的藩篱，课程内容的选择应基于工作过程为参照，以具体的工作过程知识代替传统教学知识，以典型工作任务为载体，根据学生职业能力的发展规律对典型工作任务进行整合设计，使教学内容来源于现实职业生活。以工作过程为导向的学习情境设计的优点在于，以培养学生的“关键能力”（包括学生的组织能力、自主能力、交往和合作能力、责任意识等）为本位，让学生主动参与，并将实践与理念融入教学过程中，能够很好地与学生就业接轨，能够推动计算机专业学生综合素质的不断提升，增强其工作能力。

三、基于工作过程《photoshop图形图像处理》课程情境教学实践过程

在基于工作过程系统教学过程中，我们首先要精心设计情境任务，情境任务的设计必须了解就业的需求，这样既能引起他们对本课程的兴趣，又能坚定学生对专业发展的信心。其次，任务的确定，要能达到让学生既能学到新知识和技能，又能运用它去解决实际问题。下面以“旅游网站”设计为例，详细阐述基于工作过程教学的实践过程。教学流程图如下：

1.工作任务

（1）了解并掌握旅游类网站的功能定位、版面风格与栏目的内容；（2）利用photoshop进行版面的制作，制作网站logo， 栏目按钮，完成主页、子页一、二等的版面的制作；（3）自己设计一个“旅游网站”界面。

2.情境教学的过程

（1）资讯：客户对需求分析，本学习情境提供了云南旅游网站设计的效果图、图片、文字的素材，要求学生能按项目效果图自己设计一个“旅游网的网站”，要求学生上网搜索相关资料了解旅游类网站的功能（如酒店、交通、景点、美食、本地文化等一体化服务），完成网站的色彩、网站版块、主页栏目版块的设计。

（2）计划与决策：根据对“云南旅游网”的分析规划后，将收集到的资料、素材进行整理，规划好网站的设计。如网站的主体颜色、设计版面的宽度、网站栏目的划分。如下表：

（3）实施――设计实现

为了让学生积极参与基于工作过程的教学，发挥学生学习热情，笔者在实训课中采用任务驱动教学法，对班级的同学进行分组，本着“组间同质，组内异质”的原则，把班级的学生分成八个小组，人数在3―5人，每个小组安排一位负责的小组长，负责全面的指导与管理，组长采用轮换制，给每个人改变角色和锻炼的机会。通过探究、分析、归纳得到他们设计的方案，将情境中的案例化成不同的工作，引导学生思考设计，分解的任务具体描述如下：

要求学生参照“云南旅游网”制作网站 logo与版面设计，如下图。

任务1：网站logo，利用钢笔工具绘制图形，设计渐变色彩与文字效果。

任务2：导航条设计与栏目导航设计，利用图层效果设计按钮的样式与导航的样式。

任务3：旅游栏目设计，设计图片与简单导航的应用。

任务4（总任务）：网站主页版面制作与子面制作。

在教学中教师先展示情境案例的参考效果，根据学生的操作程度，再循序渐进地讲解案例制作的主要操作方法与知识点，强化学生的实践能力，突出学生的学习主导性，在学习过程中要一直保持学生学习的热情，提高学生自觉分析问题、处理问题的能力。通过以上细化的任务，引导学生自主思考，发挥想象，让学生从界面构图和色调搭配等多方面进行设计，构思界面设计的内容。

（4）评价与评估――检查、展示、完善

对photoshop课程的评价方式，笔者主要采用教学评价、学生互评和学生自评三种形式结合方式 。如下表：

对于一些优秀的学生作品，可以把它们打印喷出来，贴在自己班上，让学生之间互相学习，形成良好的学习氛围。部分优秀作品如下图。

（5）知识拓展项目――“中山，我的家”旅游网站制作

最后以“中山，我的家”为旅游网站设计主题，通过网络搜索并充分挖掘中山的旅游资源，向用户宣传介绍自己的家乡美景、美食、风土人情等。打造一个以伟人故里为信托，以岭南风尚为特色，凸显大香山文化的旅游胜地，吸引更多的游客的网站。

（6）结果分析

计算机图形学课程例10

一、中职计算机专业教学中运用行动导向教学法的必要性和必然性

行动导向教学法是德国文教部长联席会议在1999年制定《框架教学计划》所决定的一种新型的职业培训教学课程体系和先进的职业技术培训教学法，它是以“行动导向驱动”为主要形式，在教学过程中充分发挥学生的主体作用和教师的主导作用，注重对学生分析问题，解决问题能力的培养，从完成某一方面的“任务”着手，通过引导学生完成“任务”，从而实现教学目标。

中等职业学校以就业为导向，以能力为本位，学生的综合素质普遍不高，学习能力较弱，计算机基础水平相差较远，对学习计算机的专业知识感到困难很大。因此，要改变这种现状，需从教师的教学、学生的学习实际现状出发，在中等职业教育计算机教学中引入行动导向教学方法，以此达到培养学生综合职业能力和创新能力的目的，实现基础教学的最优化。

在计算机类专业课程中，《计算机图形图像处理》这门课程是一门必修课，也是一门集知识与技能于一体的专业主干课程，该课程的教学重在培养学生的操作能力、主动性和探究性的学习精神。

针对中等职业学校在实际教学中存在的一些问题，本人运用行动导向教学法对这门课程进行教学改革和实践。

二、行动导向教学法在《计算机图形图像处理》中的教学设计

在以往的教学过程中，主要采用由教师讲解示范，学生模仿练习，各个命令、菜单的作用、使用方法逐项过关的教学模式，导致学生学习主动性差，提不起学习兴趣，不会灵活运用，不会运用所学知识解决实际问题，创作、创新能力低，因而课堂效率低，教学效率不高。

应用行动导向教学法，将对教学内容进行分解，设计成职业活动中的项目、任务，在教师的指导下，让学生带着任务去探索、研究，通过一个个项目的实施，让学生理解和把握课程要求的知识和技能，培养分析问题和解决问题的能力以及团队精神、合作能力等，学生在“做中学”，教师在“做中教”，让学生体验创新的乐趣。

在教学设计过程中，如果确立了以项目为主体的教学形式，就要将Photoshop图形图像设计的相关理论知识和使用技巧完全融于具体的项目完成^程中。让学生在具体的“做”当中掌握相关的技能技巧。

三、“以行动为导向”教学法在《图像处理软件PhotoShop》课程中的实施

3.1精心设计任务

首先，在行动导向教学法中，任务的设计和选择是整个实施过程成败的关键，一个好的任务可以激发学生的学习兴趣，在教学过程中起到事半功倍的作用。任务必须了解学生将来的就业需求，这样既能引起他们对本课程的兴趣，又能坚定学生对专业发展的信心。比如，运用PhotoShop工具制作海报就是平面设计人员的一项基本技能。同时，任务必须能将整个课程体系中的各个知识点联系起来，而且还需具有一定的难度，让学生既能学到新知识、新技能，又能运用它去解决从未遇到过的实际问题，从而调动学生去积极探索问题。

3.2创设问题情境

在行动导向教学法中，需要教师创设教学情境来激发学生的思考和探究的兴趣，让学生真正从内心产生强烈的学习欲望。教师利用各种条件展现或模拟现实，再现生活中的真实情景，使学生进入身临其境的问题环境，亲身感受在特定情境中所激起的情感，从而产生提出问题、解决问题的欲望，加强学生学习的主动性、自觉性，提升学生的职业意识。

3.3进行实例分析

实例分析是行动导向教学中不可缺少的一个环节，教师首先组织学生根据设计完成的效果图进行讨论，通过对实例效果图的分析，让学生自己总结出效果图设计的创意、方法和步骤，然后根据学生所搜集到的信息，组织学生一起通过"方法和步骤"进行分析，最后他们自己动手一起完成整个任务。通过实例分析，可以使学生在分析思考的过程中，把感悟到的东西变成自己的知识。

3.4分小组自主探究

分小组自主探究方式特别适合计算机图形图像处理课程的教学，学生的计算机基础水平有很大的差异，通过分小组学习，较容易发挥集体学习和个别学习的长处。在教学过程中，鼓励学生发表自己的见解，求同存异，培养学生的创新能力和探索能力。在进行平面广告设计创作时，不同的操作步骤和功能设置得到的效果就不一样，让学生自主去推理、探究合适自己的操作方法，是提升学生的专业技术能力。

3.5评价激励和鼓励创新

在行动导向教学中，评价是教学活动不可缺少的重要环节，其作用是激发学生的学习愿望，让学生体验到学习的快乐，让学生学有所得，增强职业素养和职业能力，既要强调教学目标和知识技能，也要尽量找出作品的亮点加以肯定，要善于挖掘学生的优点，激励学生，使学生的综合能力在评价激励中获得提高。

四、结语

总之，从当前中职计算机教学的问题出发，采用“行动导向”教学，可以变抽象为具体，变枯燥为有趣，让学生乐于去操作、掌握。当学生完成了某一任务后，内心就会产生一种成就感，一种喜悦感，一种冲击力，这种力量不仅增强了学生的自信心，还提高了学生学习知识和技能的兴趣，使学生真正成为学习的主体，适合中职计算机课的教学。同时，充分调动了学生主动参与、积极合作的学习精神，通过主动地探究，学会分析和解决问题能力。

参考文献：

[1]席庆荣；任凤国.行动导向教学法在教学中的应用[A]；2010无锡职教教师论坛论文集[C]；2010年