计算机图形学基础理论的教学改革探索

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信 息 技 术
计算机 图形学基础 理论 的教学改革探 索
尹星 云
（ 淮南师 范学院 计算机与信 息工程 系， 安徽 淮南 ２ ３ ２ ０ ３ ８ ） 摘 要： 分析 了计算机 图形学基础理论教 学 中存在 的问题 ， 通过分析该课程基础 理论的重要性 、 以建构主义教 育理念 为指 导综合应 用 多种教 学模式改革教学方法， 在一定程度上提 高了课 堂教 学质量 。 关键词 ： 支架式教 学法 ； 参 与式教学法 ； 任务驱动教 学法
１概述 个小任务进行 ： 计算机图形学是一门研究怎样利用计算机表示 、 生成、 处理和显示 （ １ ）一条 直 线 Ｆ 图形的原理 、 算法和技术的学科 ， 其应用已经渗透到社会的方方面面， （ ｘ ， Ｏ将 平 面分 成 因此成为许多计算机从业人员的必备素质之一。但是学生普遍感觉该 三个部分 ： 直线上的 一 ． 课程难学， 特别是计算机图形学的基础理论内容。 本文分析了学生学习 点 满 足 Ｆ （ ｘ ， ０ ， 直 中产生困难的原因， 介绍了在理论教学 中所做的一些有益探索。 线 下方 的点满 足 Ｆ ２ 计算 机图形 学理 论课教 学 中存 在 的问题 （ ｘ ， ｙ ０ ，直线上方的 计算机图形学ｚ Ｙ ４ ４ ， ￣的主要教学内容 由以下几个部分组成 ：光栅 点满足 Ｖ （ ｘ ， ｖ ） ＞ ０ 。教 ｐ 图形学、 图形变换 、 图形裁剪 、 可见面判断 、 曲线和曲面 、 简单的真实感 学 过程 中 ， 首 先 画 出 图形生成。该课程的基础理论以数学为主， 交叉涉及到多个学科知识 。 直线 ｒ （ ｘ ， ９ ＝ ｏ ， 然 后 图１ Ｍ点位置示意图 应用型本科院校计算机专业的学生数学基础较差，特别是缺乏数学素 在 Ｘ 轴上任取一点 ， 养， 给计算机图形学的理论教学带来了很大的困难 。 画出 Ｘ 对应 的直线上的点， 直线下方的点和直线上方的点 ， 学生 自己能 在我国当前的大班制教学模式 中， 教学主要以教师讲授为主 ， 学生 够得出上述结论。（ ２ ） 让学生观察图 １ ， 给出假设条件 ： 已经选择 Ｐ ｆ ｘ ， ｖ ） 被动地听。 这种被动接受知识的教学模式 ， 很容易使人产生视觉和听觉 作为 Ｑ点的最佳逼近像素 ， 学生知道 是 ｘ ＋ ｌ 时直线上点的最佳逼近 上的疲倦， 从而产生厌学心理。 更重要的是学生在课堂上很少有参与交 像素和选择 Ｐ ２ 的原因是中点 Ｍ在直线下方。 引导学生写出计算 ｄ ＝ ｍ 流和独 立思考 的机 会 ，非常 不利 于学 生 自学能 力和 创新 思维 能力 的培 的递推式、 根据 ｄ的符号选择直线上点的最佳逼近像素算法 。（ ３ ） 抛 出 养。 问题 ： Ｐ Ｐ 的 中点 Ｍ 是否 一定 在 直线 的下方 ？ 学生 会立 即想到 中点 Ｍ ３ 强调理 论知 识的重 要性 ， 激 发学 生的 求知欲 在直线上方 的情况 ， 并且大多数学生能够仿效 （ ２ ） 的分析 写出此时 的 学习的 目的是为了应用，学生渴望在课堂上能学到他们认为有用 “ 中点画线算法” 。 （ ４ ） 引导学生计算 ｄ的初始值， 总结“ 增量法” 技术的两 的知识。因此教学过程中应注意阐述所ｉ 封 授知识在该课程中、 甚至是在 个要点 ： 一是计算 ｄ的递推公式 ， 二是计算 ｄ的初始值 ， 并且指出它们 课程所属学科中的重要性 ， 使学生明确学习 目 标， 从而激发他们的求知 也是迭代法的要素 。（ ５ ） 在黑板上画一条倾斜度较大的直线 ， 学生立 即 欲。 发现问题 ： 按照上述算法选择直线上点 的最佳逼近像素时， 其Ｙ 坐标 的 光栅图形学是计算机图形学课程主要内容的第一个部分 ，其中直 值误差很大 。引导学生分析原因： （ ２ ） 和（ ３ ） 是直线斜率 ｋ 在Ｏ － １ 范围内 线、 圆和椭圆的生成算法中“ 增量法” 是学生应该掌握的一种重要技术。 取值的 隋况 ， 不适用 ｋ大于 １ 时的情况 ， 此图的特点是 ｖ 每增加 １ ， ｘ只 但是算法的推导过程完全是数学演算 ， 学习过程是枯燥 、 令人乏味 的。 能选择当前 已经绘制点的正上方点或者右上方点 。学生 自己可 以得 出 作为一门课的开篇 内容 ， 如果处理不好 ， 会使学生失去学习该课程的热 结论 ： 将Ｙ 作为 自变量 ， 推导求 ｘ 的ｄ ＝ Ｆ （ Ｍ） 的递推式 ， 并且写出推导过 情。因此在讲授这部分内容时， 首先指出“ 增量法” 是迭代技术的一种特 程 。（ ６ ） 引导学生分析 ｋ的所有可能取值 情况 ， 大多数学生都能毫不费 例， 作为计算机专业高年级学生都知道迭代技术的重要陛。 讲授图形变 力地写出 一 ｌ ＜ ｋ ＜ Ｏ和 ｋ ＞ 一 １ 时的“ 中点画线算法” 。（ ７ ） 引导学生根据上 换时 ， 以学生最喜欢 、 最熟悉 的游戏软件为例 ， 说明图形的几何变换是 述分 析和推 导过 程写 出完整 的“ 中点 画线 算法 ” 。 构造场景的重要工具，投影变换是实现三维场景在二维屏幕显示的理 教学过程中当大多数学生都能进行算法的推导 、 自我建构知识时 ， 论基础知识。通过演示两个立方体的线框图 ， 其 中—个消除了隐藏线 ， 允许学生互相交流 、 讨论 ， 同时教师可以个别指导学习有困难 的学生。 而另—个把立方体的所有边都画出来了，从产生的不 同视觉效果指 出 算法的推导过程基本上由学生在笔记本上书写 ，教师仅板书少量的必 可见面判断的重要性。以此类推， 对计算机图形学课程教学内容的每一 要环节。 这种做法对应用型本科院校计算机专业学生很有必要， 因为他 个模块 ， 都先分析、 指明其重要． ， 极大地激发了学生的学习热 隋。 们几乎没有受过严格的数学推理训练 ， 并且不喜欢这种数学演算， 课后 ４改革教学方法， 提高课堂教学质量 几乎不复习巩固， 即使教师采用多种教学方法引导他们探究式学习， 但 教学过程中学生参与度越高， 学生 的注意力集中的程度就越高 ， 就 是不能形成学生 自身的能力 ， 获得的知识也是边学边忘。 这种教学模式 能提高学习效率和质量。 教学过程中尝试引导学生 自主探索 、 自我建构 开始 比较费时， 但是随着时间的推移 ， 学生的能力明显提高 ， 进度也就 知识 ， 使学生深层次地参与到教学的全过程。 实践说明这种教学模式不 怏 趣 来 了。 仅能使学生听课时注意力高度集 中， 提高学习效率， 而且还能够培养学 结束语 生的自学能力和创新思维能力。 这种教学模式的成功与否 ， 关键在于教 教无定法， 但是培养 目标要明确无误。“ 授之以渔， 而不只是授之以 师能否正确 、 得 当的引导。这就要求教师要花更多的时间和精力备课 ： 鱼” ， 让 学生 自己掌握学 习方法 ， 自我建 构 知识 ， 具 有 独立 思考 和创 新 思 对每次课的教学内容 ， 仔细推敲教学 目标 ， 围绕教学 目标设计几个教学 维能 力 ， 是各 门课 程 的—个 共 同培养 目标 。只有这 样 ， 他 们 才能离 开 教 任务 ， 再将每个教学任务分解为若干小任务 ， 为每个小任务设计抛给学 师， 超过教师， 才能成为人才。教学过程中笔者融合 了“ 支架式” 、 “ 学生 生的问题。教学过程中不断地抛给学生问题， 引导学生分析问题、 探索 参与式” 、 “ 任务驱动” 等多种教学方法 ， 收到了一定的效果。 解决问题的方法 ， 最终辅助学生 自我解决这个问题， 从而获得知识和技 参考 文献 能。下面以“ 中点画线算法” 的教学为例 ， 说明笔者在这方面所做 的探 ［ １ ］ 张建伟 ， 陈琦 从 认 知 主义到 建构 主义啊． 北 京师 范 大学 学报 （ 社 会科 学 索。 版） ， １ ９ ９ ６ （ ４ ） ： ７ ５ — ８ ２ ． “ 中点画线算法” 的基本思想 ： 图１ 中 Ｑ表示直线上的点， Ｐ是最接 ［ ２ ］ 李斌． 主体参与式课堂教 学模式的探 索和应用 ． 中国成人教 育， ２ ０ １ ０ 近 Ｑ的像素点， 假设 Ｐ 点 已经绘制 ， 那么下—个逼近直线上点的像素只 （ ５ ） ： ９ ８ － ９ ９ ． 能是 Ｐ 或者 Ｐ ２ ， 是选择 Ｐ 还是选择 Ｐ 由 Ｍ点与直线的位置关系决定， ［ ３ ］ 田海梅 ， 张燕． 基 于任务驱动的计算机专业课教 学模式【 Ｊ Ｊ ． 实验技术与 Ｍ是 Ｐ 。 Ｐ ２ 的中点。教学过程中将“ 中点画线算法” 的推导过程分解为七 管理 ． ２ ０ １ １ （ ５ ） ： １ ４ ５ — １ ４ ７ ．