計算機圖形學(xué)課程大全11篇

緒論：寫作既是個人情感的抒發(fā)，也是對學(xué)術(shù)真理的探索，歡迎閱讀由發(fā)表云整理的11篇計算機圖形學(xué)課程范文，希望它們能為您的寫作提供參考和啟發(fā)。

篇（1）

關(guān)鍵詞：計算機圖形學(xué)；計算機仿真；科學(xué)計算；程序設(shè)計基本方法；可視化

中圖分類號：G642

文獻標(biāo)識碼：B

1 “計算機圖形學(xué)”的學(xué)科特性

所謂“計算機圖形學(xué)”是計算機仿真(即按模型計算以生成圖像)與科學(xué)計算(即通過在計算機上建立模型并模擬物理過程來進行科學(xué)調(diào)查和研究)的一種基本形式，是研究圖形數(shù)據(jù)模型在計算機內(nèi)部的產(chǎn)生、設(shè)計與構(gòu)造過程，它是顯示圖形不可分割的前提(這相當(dāng)于畫家作畫之前，對繪畫作品的設(shè)計思想、表達方式、繪畫構(gòu)思、作品內(nèi)容與結(jié)構(gòu)等的創(chuàng)作與思考過程；只有當(dāng)這個繪畫作品設(shè)計方案成熟之后，畫家才動筆繪畫)；而圖形顯示是用點、線、面、色彩、紋理等可視化的數(shù)學(xué)方式表達這種數(shù)據(jù)仿真計算結(jié)果的數(shù)學(xué)含義、或表達仿真過程中各種實體仿真模型與場景效果的物理含義的一種直觀表達方式。參考文獻[1，2]已向讀者證明這一結(jié)論，只有這樣，才能較好的理順“計算機圖形學(xué)”課程的授課關(guān)系，使讀者建立用計算機生成圖形的完整概念。

我們用這一指導(dǎo)思想主導(dǎo)“計算機圖形學(xué)”教育20多年，并用“計算機圖形學(xué)”的授課內(nèi)容解決了多年來國內(nèi)計算機程序設(shè)計課程沒有解決好的計算可行性(可計算性的實現(xiàn)前提)這一教學(xué)難題，使該課程成為初學(xué)者學(xué)習(xí)計算機程序設(shè)計基本方法、認識圖形數(shù)據(jù)模型構(gòu)造與顯示的一般規(guī)律、進行可視化應(yīng)用程序開發(fā)三位一體教學(xué)目的的最佳選擇，并有效地彌補了從算法語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)到軟件工程之間關(guān)于應(yīng)用程序編程系統(tǒng)訓(xùn)練與計算機仿真等教學(xué)環(huán)節(jié)的缺失。這種教學(xué)方法使“計算機圖形學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容完全納入了計算機科學(xué)的教育體系，同時使“計算機圖形學(xué)”與“數(shù)據(jù)庫”、“網(wǎng)絡(luò)通信”這三門課程成為現(xiàn)代計算機應(yīng)用程序的三個基本特征(數(shù)據(jù)計算、數(shù)據(jù)存儲與檢索、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)通信)的典型代表，由此轉(zhuǎn)變了“計算機圖形學(xué)”課程的教育觀念與教育思想。在教學(xué)過程中，作者曾遇到學(xué)生們提出的多種學(xué)習(xí)問題，今整理成文，以饗讀者。

2學(xué)習(xí)“計算機圖形學(xué)”的原因與重要性

為什么要學(xué)“計算機圖形學(xué)”，這是計算機專業(yè)選修“計算機圖形學(xué)”課程的讀者關(guān)心的首要問題。眾所周知，計算機科學(xué)是處理信息技術(shù)(IT)的一門學(xué)科，通信科學(xué)是傳輸信息技術(shù)的一門學(xué)科。對于信息技術(shù)而言，常用于表達信息數(shù)據(jù)含義的4種方式分別是①數(shù)字與字符方式表述；②圖形方式顯示；③播放聲音表述；④用機械力表達(即把電信號轉(zhuǎn)換成機械運動)。這4種表達信息數(shù)據(jù)含義的方式又稱信息數(shù)據(jù)的多媒體表達方式(即多媒體技術(shù))。其中，用圖形顯示這種方式表達信息數(shù)據(jù)的含義符合人們觀察了解事物運動規(guī)律的習(xí)慣，而且信息容量大，直觀方便，同時是人們獲得外部世界信息來源的主要依據(jù)；也就是說信息數(shù)據(jù)的可視化是信息技術(shù)與計算機科學(xué)發(fā)展的一種潮流與必然趨勢。隨著計算機工業(yè)的發(fā)展與進步，實際應(yīng)用課題與現(xiàn)代程序設(shè)計對信息數(shù)據(jù)的可視化處理要求已經(jīng)越來越高，這就要求人們深入研究并掌握圖形顯示的一般規(guī)律，才能更好的為計算機信息數(shù)據(jù)的可視化服務(wù)。

按現(xiàn)代教科書對“計算機圖形學(xué)”的新定義，“計算機圖形學(xué)”代表了計算機應(yīng)用學(xué)科的一個重要發(fā)展方向――科學(xué)計算、計算機仿真、計算機輔助設(shè)計、信息數(shù)據(jù)的可視化、動畫與游戲、虛擬現(xiàn)實、數(shù)字娛樂，其編程應(yīng)用還涉及程序設(shè)計方法。它們代表了當(dāng)今計算機技術(shù)的發(fā)展潮流與應(yīng)用水平，是解決計算機專業(yè)人才出路的有效途徑之一；而“計算機圖形學(xué)”是該方向的公共基礎(chǔ)課程，是目前國內(nèi)計算機本科教育應(yīng)當(dāng)加強的內(nèi)容。顯然，僅僅靠學(xué)習(xí)計算機程序設(shè)計語言、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、編譯原理、操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫、軟件工程、形式語言與自動機理論等課程還不能完全使學(xué)生的能力直接達到開發(fā)這些應(yīng)用軟件的目的，因為原則上這些課程是為用戶使用計算機的計算功能而系統(tǒng)量身打造的軟件使用工具(數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、軟件工程除外)，它們的教學(xué)目的是為用戶掌握并研制這些軟件工具服

務(wù)、而不是為用戶使用這些軟件工具系統(tǒng)地開發(fā)應(yīng)用程序而開設(shè)的課程。計算機專業(yè)主要沿這條主線向前發(fā)展：研究、設(shè)計、制造計算機硬件設(shè)備，為用戶使用計算機的計算等功能提供一切便利的手段、方法與軟件輔助工具，這包括總結(jié)用戶使用計算機的基本類型與模式，而對于復(fù)雜且很難全面概括使用計算機的方法等、則留給一般用戶自己解決，這或許是計算機專業(yè)本科課堂教學(xué)沒有介紹對數(shù)據(jù)計算類型的應(yīng)用軟件系統(tǒng)開發(fā)要遵循的基本規(guī)律與發(fā)展模式的原因之一，“計算機圖形學(xué)”的教學(xué)正好可以彌補這個缺陷。

由于計算機教育本身并不能直接提供認識世界、改造世界的能力，加之我國沒有掌握具有國際競爭能力的計算機硬件與系統(tǒng)軟件的核心開發(fā)技術(shù)，這使中國大量的優(yōu)秀人才在計算機專業(yè)上的最后發(fā)展受到了嚴重制約。而“計算機圖形學(xué)”的仿真方法為計算機專業(yè)人員的發(fā)展提供了這樣一種新的學(xué)習(xí)方法與重新選擇的機遇，它能為計算機專業(yè)人員學(xué)習(xí)其他行業(yè)的專業(yè)知識(即學(xué)習(xí)新專業(yè)的物理、數(shù)學(xué)方法)、成為其他行業(yè)的專家助手，進行新行業(yè)系統(tǒng)仿真與系統(tǒng)設(shè)計以獲得新生；由于各行業(yè)都有各自的研究領(lǐng)域與待解決的研究問題、研究方法與理論研究模型等，當(dāng)用計算機仿真的方法對這些研究課題進行輔助研究，并用圖形等可視化的方法表達計算機仿真研究的中間結(jié)果與最終成果時，這將使計算機的應(yīng)用走向深入。

科學(xué)研究的目的就是探索未知世界、認識世界、改造世界、造福于人類自己，而“計算機圖形學(xué)”的教育正是遵循這樣一條主線：通過物理實驗認識待解決問題的本質(zhì)，并用數(shù)學(xué)模型的方法來描述這種物理現(xiàn)象的變化過程，從而達到用計算機程序設(shè)計的方法來仿真光線在自然界中的傳播，以及光線在照相機中傳播而生成圖像效果，這類物理仿真過程是科學(xué)研究方法中的一種基本形式，這種科學(xué)研究方法的教育思想(包括人文精神)是國內(nèi)計算機專業(yè)本科課堂教育所欠缺的(計算機專業(yè)往往專注于數(shù)理邏輯思想的基礎(chǔ)訓(xùn)練)――即“計算機圖形學(xué)”的教育，不僅拓展了計算機專業(yè)人才的知識領(lǐng)域，也為其畢業(yè)增加了就業(yè)渠道，同時能培養(yǎng)計算機專業(yè)人員的基本科學(xué)研究素養(yǎng)，這正是目前國內(nèi)計算機教育改革所追求的目標(biāo)之一。

需要說明，全日制普通本科教育是普適教育，它需要建立各專業(yè)自己的知識框架，學(xué)習(xí)基本的概念，了解基本的范疇，明確其發(fā)展方向，計算機專業(yè)也是如此。本科教育重在基礎(chǔ)，提高本科教育質(zhì)量與水平并非拔高與創(chuàng)新，而是要做到全面、均衡的發(fā)展，除要求學(xué)生掌握本學(xué)科專業(yè)已成熟的系統(tǒng)理論知識外，還需培養(yǎng)學(xué)生用學(xué)科的基本思想與方法獨立自主分析問題、解決問題的能力，這種理論與實踐相結(jié)合的教育方法，能確保學(xué)生今后得到穩(wěn)步的發(fā)展?！坝嬎銠C圖形學(xué)”就是培養(yǎng)學(xué)生利用計算機、數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科的系統(tǒng)知識解決實際應(yīng)用問題能力的一種有效方法，這樣培養(yǎng)的學(xué)生才能適應(yīng)社會競爭與選擇的需求；只有在研究生階段，通過再次系統(tǒng)學(xué)習(xí)、閱讀原著與相關(guān)論文并參與項目開發(fā)等活動，達到全面提升對學(xué)科的認識能力，并向某一個研究方向發(fā)展、去探索未知世界的變化規(guī)律、解決前人沒有解決好的難題、逐步走入學(xué)術(shù)研究的殿堂(即創(chuàng)新教育)；當(dāng)然人們也能在日后的工作中慢慢積累這種工作能力。

文獻[2，3]系統(tǒng)論述了“計算機圖形學(xué)”課程在計算機科學(xué)教育中的作用與地位。目前很難找出一門具有像“計算機圖形學(xué)”類似重要性與多樣性的其它計算機本科專業(yè)基礎(chǔ)課程，能使讀者正確掌握數(shù)據(jù)計算類型的計算機應(yīng)用程序設(shè)計的基本方法，并使計算機這一工具直接服務(wù)于社會，這是我們應(yīng)該重視“計算機圖形學(xué)”教育的根本原因。

3學(xué)習(xí)“計算機圖形學(xué)”的方法

由于“計算機圖形學(xué)”屬于計算機應(yīng)用軟件的范疇，因此，數(shù)據(jù)計算類型的應(yīng)用軟件的設(shè)計方法就是學(xué)習(xí)“計算機圖形學(xué)”應(yīng)該遵循的原則。就“計算機圖形學(xué)”課程的學(xué)習(xí)而言，它要求：

(1) 全面掌握程序設(shè)計語言的特性與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容，是實現(xiàn)“計算機圖形學(xué)”編程的基礎(chǔ)。

(2) 掌握建立解決實際應(yīng)用問題的數(shù)學(xué)模型與軟件系統(tǒng)的概念，是計算機程序設(shè)計的兩個關(guān)鍵點。軟件系統(tǒng)是一個能自動運行的綜合執(zhí)行程序，它能從輸入、存儲、運算處理、輸出等方面全面處理用戶在某個領(lǐng)域中提出的諸多數(shù)學(xué)模型并完成其模型描述數(shù)據(jù)的加工任務(wù)，使用戶很容易明確這種軟件的組成、功能與使用范圍。一般利用二維圖形的簡單性，可以較完整的介紹二維圖形軟件系統(tǒng)這一概念。軟件系統(tǒng)的概念是目前程序設(shè)計語言與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)課程中所欠缺的關(guān)鍵內(nèi)容。

(3) 正確的認識“計算機圖形學(xué)”與計算機仿真的相互關(guān)系。“計算機圖形學(xué)”的重點與難點在三維圖形的數(shù)學(xué)模型研制(包括照相機模型，燈光模型，顏色模型，照明模型，物體的幾何模型，物體表面的材質(zhì)與紋理模型等)與模型描述數(shù)據(jù)的構(gòu)造上；由于計算機圖形學(xué)追求像照相機拍照一樣的三維真實感圖形顯示效果，這決定了要在計算機中使用物理學(xué)仿真的方法(仿真光線在自然界中的傳播所產(chǎn)生的顯示效果或把這種傳播效果映射至物體的表面上)才能達到這一目的，這自然需要讀者對相應(yīng)的物理知識有個基本的了解才能進行。

(4) 需要了解一些計算機仿真的基礎(chǔ)知識，以確?！坝嬎銠C圖形學(xué)”的物理仿真教學(xué)過程不會出現(xiàn)偏差。

計算機仿真的主要過程分系統(tǒng)、模型、編程實現(xiàn)(仿真算法)、評估四個步驟。這里①系統(tǒng)是指相互關(guān)聯(lián)又相互作用著的研究對象的有機組合，它決定了被研究考察對象的組成與邊界范圍。②計算機仿真一般可以用數(shù)學(xué)模型(簡稱模型)的方法代替實物研究對象，事實上模型也可以是對現(xiàn)實世界的事務(wù)、現(xiàn)象、過程或系統(tǒng)的簡化描述，但它反映了實際問題最本質(zhì)的特征和量的關(guān)系。目前“計算機圖形學(xué)”所述的模型多限于對所研究對象的物理性質(zhì)、運動變化規(guī)律等特性的一種數(shù)學(xué)描述，它使人們能解釋那些難以直接觀察到的事物的內(nèi)部構(gòu)造、事物的變化以及事物之間的關(guān)系――即模型描述了現(xiàn)實世界中有顯著影響的因素和相互關(guān)系。但這種描述有一定的使用條件與限制范圍，研究的目的不同，對該研究對象的數(shù)學(xué)模型的描述方法以及模型的種類會不一樣。③仿真(編程實現(xiàn))就是在模型上做實驗，從理論上測試構(gòu)建的理想系統(tǒng)的動態(tài)行為特性，以評估系統(tǒng)的效能。④系統(tǒng)的用途不一樣，評估的方法也不同，人們往往用事先約定的一組指標(biāo)來評估仿真系統(tǒng)的結(jié)果；當(dāng)所得仿真結(jié)果沒有達到預(yù)期的理想效果時，人們往往不斷改進仿真模型與仿真算法。例如計算機圖形系統(tǒng)，用途可以是顯示三維圖形，查看它的真實感逼真顯示效果就是人們主要關(guān)心的問題；模型的運動與操作(如游戲)，看它的操作性與故事情節(jié)等如何表達用戶的情感與智能(簡稱好玩)就是人們關(guān)心的主要問題；機械設(shè)備的綜合運動與仿真，考察所設(shè)計的復(fù)雜設(shè)備的工作性能就是人們關(guān)心的主要問題；電氣系統(tǒng)的系統(tǒng)仿真，能考察系統(tǒng)工作參數(shù)如何設(shè)計以滿足用戶的不同需求；作戰(zhàn)系統(tǒng)的仿真模擬，能考察作戰(zhàn)人員的訓(xùn)練水平、武器性能、指揮作戰(zhàn)方式對作戰(zhàn)進程的不同影響與作戰(zhàn)效能，等等。

(5) 努力把圖形學(xué)所介紹的各種模型與算法(算法是對模型描述數(shù)據(jù)的加工與變換處理的步驟與方法，“計算機圖形學(xué)”中的主要算法有各種線段圖形的生成與實面積多邊形的填充算法、著色算法、消隱算法、紋理映射算法、陰影算法，光線跟蹤算法與輻射度算法)都編寫成程序代碼，這使讀者能直接體驗自己的學(xué)習(xí)效果，也是其它課程不容易做到的。編程時要考慮算法的復(fù)雜度，特別是按照軟件系統(tǒng)的方法把編寫的程序代碼組成一個系統(tǒng)整體，這是形成成熟商品軟件很重要的前提。顯然，此時軟件系統(tǒng)中的各種數(shù)學(xué)模型反映了仿真系統(tǒng)中研究對象之間的相互關(guān)系。

(6) 掌握“計算機圖形學(xué)”打造的繪圖工具，是可視化應(yīng)用軟件編程的重要基礎(chǔ)。用“計算機圖形學(xué)”知識研制的工具常用的有OpenGL與Direct3D等三維圖形標(biāo)準，虛擬現(xiàn)實建模語言VRML。而三維動畫與CAD等軟件可以看成是“計算機圖形學(xué)”為影視制作、游戲建模與計算機輔助設(shè)計部門打造的專業(yè)計算工具。僅把圖形標(biāo)準與計算機繪圖等應(yīng)用當(dāng)作“計算機圖形學(xué)”很不完備，因為它不能在課堂教學(xué)中向讀者正確、完整、系統(tǒng)地展示計算機圖形學(xué)學(xué)科發(fā)展的基本規(guī)律，并人為地割裂了計算機圖形數(shù)據(jù)模型的構(gòu)造與顯示這兩個過程。

(7) 學(xué)會看中英文專業(yè)雜志等參考資料，這些參考資料記錄了學(xué)科的發(fā)展歷程與學(xué)科當(dāng)前的研究熱點(一本教科書不可能全部包含這些內(nèi)容)，且是一種更重要、復(fù)雜、深入的學(xué)習(xí)研究方法，也是目前國內(nèi)本科教育的弱項(因為國際上最新的研究成果多用英文發(fā)表)。只有這樣，才能跟蹤計算機圖形學(xué)的最新發(fā)展并站在學(xué)科發(fā)展的前沿、才能開闊人們的視野并有所鑒別，便于讀者日后針對用戶的多種需求展開開創(chuàng)性創(chuàng)新或針對已有成果的不足、提出修補與改進等漸進性創(chuàng)新等學(xué)術(shù)研究活動。

(8) 勇于參與課程實踐與項目開發(fā)，是鞏固、檢驗所學(xué)知識、提高實際動手能力的好方法。實際軟件開發(fā)工作往往是多種知識的綜合應(yīng)用，它需要對實際處理事務(wù)有一個比較透徹的了解(用戶需求報告)、并建立這些待解決問題的數(shù)學(xué)模型與系統(tǒng)流程后才能有效進行(按照軟件工程的方法組織實施)。

只有把自己開發(fā)的軟件做成有效商品、服務(wù)于社會，才能使所學(xué)的知識轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)力，才能使自己得到升華；同時也應(yīng)注意把自己的心得與研究成果總結(jié)發(fā)表，與人共享；還應(yīng)參加學(xué)術(shù)活動，注意留意不同學(xué)術(shù)流派之間的觀點、思想、方法與學(xué)術(shù)動態(tài)，取長補短，形成自己的風(fēng)格，廣結(jié)人緣，相互交流，為學(xué)科建設(shè)添磚加瓦。

(9) 一本計算機圖形學(xué)教科書的容量使其只能介紹計算機圖形學(xué)發(fā)展歷程中產(chǎn)生的最基本、最經(jīng)典的模型與算法，這些內(nèi)容是人們耳熟能詳?shù)奈锢碓砼c相對簡單的數(shù)學(xué)知識在計算機中的綜合應(yīng)用，太復(fù)雜的計算關(guān)系因會影響圖形的顯示速度而一般不采用；目前計算機圖形學(xué)教科書的理論體系已成熟且“計算機圖形學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)構(gòu)成了一個大系統(tǒng)，這使“計算機圖形學(xué)”的教學(xué)過程變得簡單、容易。

4目前國內(nèi)“計算機圖形學(xué)”教育未受到重視的原因分析

既然如此，為什么目前人們感覺“計算機圖形學(xué)”教育的受重視的程度不如數(shù)據(jù)庫與網(wǎng)絡(luò)通信等計算機應(yīng)用軟件呢？筆者認為其原因之一在于：這是因為“計算機圖形學(xué)”造就的工具即圖形標(biāo)準的特殊應(yīng)用環(huán)境要求限制了它在很大一部分應(yīng)用程序中的具體應(yīng)用；三維圖形標(biāo)準目前僅僅在游戲領(lǐng)域獲得了商業(yè)上的成功，一些應(yīng)用軟件不調(diào)用圖形標(biāo)準也能自己繪圖；國內(nèi)的計算機應(yīng)用程序可視化的開發(fā)要求暫時還較低；關(guān)鍵是作為學(xué)科領(lǐng)頭羊的美國人目前還沒有把“計算機圖形學(xué)”課程作為計算機本科專業(yè)的核心課程，這是因為他們對“計算機圖形學(xué)”課程的本質(zhì)與其在計算機學(xué)科中的作用與地位認識不到位所致，美國人圖形學(xué)這種教育現(xiàn)狀(目前多以圖形標(biāo)準的原理講授為主)和局限性與美國人在3D游戲、計算機動畫、計算機輔助設(shè)計等應(yīng)用軟件的開發(fā)上執(zhí)世界牛耳之地位不相稱。

當(dāng)然，早期計算機圖形學(xué)教科書編寫內(nèi)容、體系的不夠成熟，也影響了人們對“計算機圖形學(xué)”課程的認識與學(xué)習(xí)的積極性。例如僅停留在數(shù)學(xué)公式與算法的層面上介紹二維、三維圖形的生成而不注重其建模思想與方法的介紹，且人為的把物體幾何模型的構(gòu)建與其圖形顯示分解成“計算機輔助幾何設(shè)計”與“計算機圖形學(xué)”這兩門課程，這直接導(dǎo)致圖形學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容缺少被處理的圖形顯示對象，加之計算機課程與圖形學(xué)的教育又沒有軟件系統(tǒng)的概念，這樣安排雖然能滿足圖形標(biāo)準等商業(yè)軟件的發(fā)展需求，但卻很難讓初學(xué)者全面掌握“計算機圖形學(xué)”學(xué)科系統(tǒng)性的概念、思想和方法與學(xué)科發(fā)展的基本規(guī)律――用數(shù)學(xué)模型的方法指導(dǎo)編程實踐，在計算復(fù)雜性可接受的條件下，針對已有成果中存在的不足，不斷用新的數(shù)學(xué)模型與仿真算法等方法對其進行改進，使圖形學(xué)的數(shù)學(xué)仿真過程不斷的逼近現(xiàn)實物體模型(包括剛體、軟體、流體、氣體)的構(gòu)造、運動、變形、切割和拼接與反光效果的顯示這一真實的物理變化過程。即初學(xué)者沒有用計算機生成圖形的完整概念，這也是以往人們認為計算機圖形學(xué)課程難教、難學(xué)的主要原因。

由于“計算機圖形學(xué)”的繪圖原理不像數(shù)據(jù)庫軟件那樣，數(shù)據(jù)庫的功能可以被所有的應(yīng)用程序所調(diào)用；也不像通信軟件那樣，所有要聯(lián)網(wǎng)的計算機都離不開通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而計算機顯卡工業(yè)、3D游戲、計算機動畫、計算機輔助設(shè)計等產(chǎn)業(yè)的市場份額小于數(shù)據(jù)庫與計算機通信等產(chǎn)業(yè)的市場份額，即應(yīng)用軟件的商業(yè)價值決定了它們在人們工作與學(xué)習(xí)中的地位。

參考文獻：

[1] 魏海濤. 計算機圖形學(xué)(第2版)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2007.

篇（2）

關(guān)鍵詞：雙語教學(xué)；專業(yè)英語閱讀；計算機圖形學(xué)

中圖分類號：G642

文獻標(biāo)識碼：B

在當(dāng)今社會全球化發(fā)展的時代背景下，計算機和英語已經(jīng)成為學(xué)生必須掌握的工具。對于計算機專業(yè)的學(xué)生來講，計算機的很多技術(shù)文獻(指令)都是英文的，能熟練閱讀英文資料、文獻和書籍是順利完成計算機專業(yè)課程學(xué)習(xí)的一個必要條件。

1計算機圖形學(xué)課程實施雙語教學(xué)的目標(biāo)

計算機圖形學(xué)(Computer Graphics)是計算機科學(xué)學(xué)科發(fā)展最活躍的分支之一，在國民發(fā)展的各個領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用，2002年該課程被批準成為北京工業(yè)大學(xué)十門首批設(shè)立的雙語教學(xué)課程之一。

雙語教學(xué)是指使用漢語和英語這兩種語言進行教學(xué)，而不是純英語教學(xué)，它應(yīng)該是兩種語言的合理應(yīng)用，包括講授內(nèi)容的針對性、學(xué)生的理解性、專業(yè)知識的主導(dǎo)性，主要目的不是學(xué)習(xí)英語，而是為了使學(xué)生通過外語這一語言工具探索世界，并適應(yīng)社會多樣化的需求。

在教育部舉辦的一次有關(guān)雙語教學(xué)的研討會上有專家指出，高校開展雙語教學(xué)可以得到三個層面的收獲：一是外文專業(yè)詞匯和外文水平的提高，二是學(xué)科知識和能力的掌握，三是吸收國外先進的理念。

要在計算機圖形學(xué)課程中有效實施雙語教學(xué)并取得良好效果，必須首先清楚雙語教學(xué)的目標(biāo)，并在教材選擇、教學(xué)方式、課堂母語使用度、雙語教師的選擇及考核方法等具體實施過程中貫徹執(zhí)行。

傳統(tǒng)的英語教學(xué)往往以生活語言及文學(xué)語言為主要教學(xué)內(nèi)容，強調(diào)學(xué)生的生活交際能力。很多學(xué)生雖然通過了四、六級英語考試，但在閱讀很普通的英文專業(yè)資料時仍然困難重重，畢業(yè)論文的摘要破綻百出。因此，專業(yè)課雙語教學(xué)應(yīng)致力于為學(xué)生創(chuàng)造使用外語進行學(xué)術(shù)思維和交流的氛圍，作為傳統(tǒng)英語教學(xué)的有效補充，提升學(xué)生應(yīng)用英語進行工作交流的能力。

具體而言，課程開展過程中，學(xué)生逐步能聽懂英文授課、英文學(xué)術(shù)報告，進而參與和主持英文學(xué)術(shù)討論和辯論；準確、全面地理解教材內(nèi)容，流暢地閱讀專業(yè)文獻，用英文撰寫作業(yè)或與專業(yè)相關(guān)的描述性、說明性、敘述性和論述性文章。

學(xué)生通過語言關(guān)后，還要通過英語這一工具獲得新的知識并將知識化為實際工作能力。計算機專業(yè)的雙語教學(xué)要致力于在專業(yè)教育上保證教學(xué)內(nèi)容的先進性，教學(xué)內(nèi)容與國際接軌，激發(fā)學(xué)生雙語學(xué)習(xí)的積極性，同時要開拓學(xué)生專業(yè)知識的深度和廣度，這就對雙語教學(xué)的專業(yè)課任課教師提出了更高的要求。

2計算機圖形學(xué)雙語教學(xué)的模式

通過這些年在雙語教學(xué)中的實踐探索，作者摸索出了一些有效的教學(xué)方法，并對其中一些必須面對的問題進行了深入的思考。

(1) 教材的選擇。原版教材的使用可以幫助教師學(xué)習(xí)和借鑒國外現(xiàn)代的教學(xué)理念、先進的教學(xué)方法和手段，有選擇地吸收新的教育思想和與國際接軌的人才培養(yǎng)新體系。尤其該學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域的資深學(xué)者所編寫的教材，往往具有獨特的邏輯結(jié)構(gòu)和思維方式，使學(xué)生能夠清晰準確地理解所學(xué)課程的內(nèi)容。

從目前國內(nèi)進行的雙語教學(xué)實踐來看，學(xué)生更歡迎原版教材，普遍認為原版教材內(nèi)容更加實用，更能采用符合國際慣例的方式處理專業(yè)事務(wù)和信息。但是，原版教材在某些方面脫離我國國情，不適合高校原有教學(xué)體系的情況，影響了學(xué)生專業(yè)知識的系統(tǒng)性和完整性。這就需要任課老師認真選擇適合學(xué)生使用的教材。

(2) 大綱的制定和學(xué)時的調(diào)整。由于使用兩種語言授課，且學(xué)生接受能力有限，雙語教學(xué)過程中為了讓學(xué)生理解透徹所授內(nèi)容，難免出現(xiàn)課程進度減緩的情形。因此，教學(xué)大綱可以允許與純母語教學(xué)有一定出入，任課教師可根據(jù)經(jīng)驗確定向?qū)W生傳授的知識系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。對國外教材沒有必要照搬，對基礎(chǔ)理論和重點內(nèi)容一定要講清、講透，就是多占用一些課時也在所不惜。

(3) 講授的方式。目前學(xué)生間英語水平相差較大，在講課時要由淺入深，一開始可以適當(dāng)使用較多的中文，循序漸進地增加英文內(nèi)容。作者在每次上課時總要抽出十分鐘的時間用英文回顧一下上次課所講的主要內(nèi)容，讓學(xué)生對所學(xué)知識有一個整體回顧，又能在熟悉的語言環(huán)境中鍛煉英文的理解能力。由于計算機圖形學(xué)是基礎(chǔ)課程，以學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識為主，一些專業(yè)術(shù)語采用漸進式加入，簡單的內(nèi)容用全英文講解，在算法、原理等核心內(nèi)容部分用中文講解，最后用英文對所講內(nèi)容進行總結(jié)。這樣既營造出一個英文學(xué)習(xí)的環(huán)境，又用中文讓學(xué)生很好地理解本章節(jié)所學(xué)的重要知識點。隨著學(xué)生英文學(xué)習(xí)能力的增加，在課件中加大英文的內(nèi)容，直到全部使用英文課件。這樣學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中不會因為外語水平而失去對這門功課的學(xué)習(xí)興趣。

當(dāng)然這也需要任課教師具備很好的技巧，在適當(dāng)?shù)恼Z境中完成英文的轉(zhuǎn)化，讓學(xué)生學(xué)會專業(yè)知識的同時又提高了專業(yè)英語水平。在一些較難的知識點中，作者會通過肢體語言、板書等方式來幫助學(xué)生理解概念，避免由于語言滯后造成學(xué)生的思維障礙。教師還需循序漸進地增加專業(yè)詞匯，在課堂上有針對性地把原版教材中的基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵概念和詞匯提取出來進行講解。通過老師細致的觀察及時捕捉學(xué)生的反饋，若發(fā)現(xiàn)學(xué)生沒有很好地反饋，就要用中文及時講解一下，使學(xué)生充分理解這一知識點，再用英文來講授。

3雙語教學(xué)的思考

(1) 教師隊伍。盡管國內(nèi)多數(shù)高校在試行雙語教學(xué)的過程中不斷強調(diào)要重視雙語教師師資的培養(yǎng)，但是即使是有留學(xué)經(jīng)歷的教師，完全用英語授課也有困難。教師水平成為順利推廣雙語教學(xué)的瓶頸之一，這將是一個長期努力探索的過程。

值得注意的是，雙語教師的培養(yǎng)不同于一般的專業(yè)授課教師的培養(yǎng)，也不應(yīng)等同于英語專業(yè)的教師培養(yǎng)，必須兩者兼顧。專業(yè)課英語大多屬于科技英語，準確無誤地使用專業(yè)英語進行口頭和書面表達應(yīng)當(dāng)是雙語教師在自我提升過程中必須做到的。

另外，雙語教師本身應(yīng)是熱愛雙語教學(xué)的，能夠以最大的熱情投入到雙語教學(xué)中去。雙語教學(xué)具有很大的難度，不是業(yè)務(wù)水平高或是英文底子好就可以勝任的。因為，雙語課程除了要講好一門課，還要運用好一門外語，更重要的是，必須將兩者都很好的兼顧。熟練運用兩種語言授課，合理分配兩種語言整合知識點，必須成為雙語教師對自身的要求。如果雙語教師的熱情不夠，往往會造成虎頭蛇尾的情況。

篇（3）

中圖分類號:G642 文獻標(biāo)識碼:A

“計算機圖形學(xué)”是研究如何利用計算機顯示、生成和處理圖形的原理、方法、技術(shù)的一門學(xué)科,是計算機科學(xué)中發(fā)展最活躍、應(yīng)用最廣泛的分支之一。在計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)新一輪教學(xué)改革中,確定了計算機科學(xué)方向的16門主干核心課程,計算機圖形學(xué)就是其中之一。

1 “計算機圖形學(xué)”實驗課程存在的問題及改革的方向

國內(nèi)“計算機圖形學(xué)”的教學(xué)過分強調(diào)圖形學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),使得“計算機圖形學(xué)”成為計算機及其相關(guān)專業(yè)學(xué)生很難掌握的一門課程。這種強調(diào)數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的教學(xué)方式適合數(shù)學(xué)基礎(chǔ)優(yōu)秀的學(xué)生,對于數(shù)學(xué)基礎(chǔ)一般的學(xué)生難以適用,往往造成很多學(xué)生有厭學(xué)、為難的情緒。如何讓學(xué)生更好地掌握圖形學(xué)的相關(guān)理論知識呢?注意到圖形學(xué)的輸出結(jié)果和相關(guān)應(yīng)用是最吸引學(xué)生的,于是,通過“計算機圖形學(xué)”實驗的演示、驗證和開發(fā),來鞏固學(xué)生對計算機圖形學(xué)知識的理解,就顯得非常有必要。

計算機軟硬件技術(shù)的發(fā)展,致使計算機圖形學(xué)實驗開展的范圍和形式也發(fā)生了一些改變。十年前,計算機圖形學(xué)的實驗往往在Turbo C下,用graphics.h下定義的圖形函數(shù)進行程序的編寫。在這個環(huán)境下,只能進行一些最基本的二維圖形生成、填充、變換的實驗,程序復(fù)雜,不能進行三維圖形生成、紋理貼圖、光照、視點變換等等這些實驗,極大的限制了計算機圖形學(xué)實驗的開展。如今,計算機技術(shù)有了飛躍式的發(fā)展,改革計算機圖形學(xué)實驗勢在必行。

我校的計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)從2002年開始,在計算機圖形學(xué)實驗中引入了OpenGL,所有實驗都要求在安裝了GLUT的Visual C++ 6.0的環(huán)境下進行。

八年的教學(xué)表明,利用OpenGL開展圖形學(xué)實驗,對學(xué)生理解相關(guān)的圖形學(xué)知識,提升學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,提高學(xué)生在圖形圖像方面的程序開發(fā)能力非常有好處。結(jié)合多年教學(xué)的經(jīng)驗,針對計算機圖形學(xué)實驗中引入OpenGL后一些需要注意的問題,特撰寫本文,希望對從事計算機圖形學(xué)教學(xué)的老師有一定的借鑒作用。

2我?！坝嬎銠C圖形學(xué)”實驗內(nèi)容的設(shè)置

我校計算機科學(xué)技術(shù)專業(yè)的“計算機圖形學(xué)”課程目前所使用的教材為Donald Hearn和M.Pauline Baker編著的《Computer Graphics with OpenGL,Third Edition》,該教材取材豐富,以開放圖形庫OpenGL為基礎(chǔ),介紹計算圖形學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本概念和基本算法。教材提供了大量的示例程序,學(xué)生可將教材示例程序在PC上運行,從而獲得對教學(xué)內(nèi)容的直觀理解。該教材的采用,極大的方便了用OpenGL展開實驗教學(xué)。該課程是專業(yè)必修課和雙語課程,4個學(xué)分,講授54學(xué)時,實驗36學(xué)時。

2.1實驗平臺的選擇

OpenGL是一個發(fā)展成熟的、性能卓越的三維圖形標(biāo)準,它是20世紀后20年在SGI等多家世界聞名的計算機公司的倡導(dǎo)下,以SGI的GL三維圖形庫為基礎(chǔ)制定的一個通用共享的開放式三維圖形標(biāo)準。目前,包括Microsoft、SGI、IBM、DEC、SUN、HP等大公司都采用了OpenGL作為三維圖形標(biāo)準,許多軟件廠商也紛紛以O(shè)penGL為基礎(chǔ)開發(fā)出自己的產(chǎn)品,其中比較著名的產(chǎn)品包括動畫制作軟件Soft Image和3D Studio MAX、仿真軟件Open Inventor等等。OpenGL具有七大功能:建模、變換、顏色模式設(shè)置、光照和材質(zhì)設(shè)置、紋理映射、位圖顯示和圖象增強、雙緩存動畫。OpenGL 的基本函數(shù)都做到了硬件無關(guān),甚至是平臺無關(guān),開發(fā)的軟件可以在各種硬件和操作系統(tǒng)上應(yīng)用。相比較而言,微軟的Direct3D雖然也是十分優(yōu)秀的圖形應(yīng)用接口,但它只用于Windows系統(tǒng),具有一定的局限性。因此,選用OpenGL作為計算機圖形學(xué)實驗的平臺,能非常好的演示和驗證各種圖形學(xué)的算法,能緊貼學(xué)科前沿,給學(xué)生今后從事圖形學(xué)相關(guān)軟件的開發(fā)打下良好的基礎(chǔ)。此外,OpenGL在3D方面的強大功能,也能極大的激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

由于OpenGL核心函數(shù)庫都是平臺無關(guān)的,所以O(shè)penGL的核心函數(shù)庫不包含任何輸入或窗口函數(shù)。原因很簡單,因為這兩者都嚴重依賴于特定的平臺。但是,無論圖形程序運行在何種平臺上(Windows、Linux或Macintosh),都不可避免地要和操作系統(tǒng)或本地窗口系統(tǒng)進行交互。面對這種情況,在計算機圖形學(xué)實驗中,我們采取一種折中的策略――借助一個簡單的工具集,即OpenGL實用工具集(OpenGL Utility Toolkit,GLUT)。GLUT在標(biāo)準編程環(huán)境中都有相應(yīng)的實現(xiàn),其API包含大多數(shù)窗口系統(tǒng)所共有的標(biāo)準操作,并允許我們在應(yīng)用程序中使用鍵盤和鼠標(biāo)。GLUT的使用能讓學(xué)生避開復(fù)雜的Windows編程中的窗口和輸入的交互函數(shù),把更多的精力放到圖形學(xué)的內(nèi)容上。

2.2圖形學(xué)實驗的開展項目

目前,課程開展的實驗內(nèi)容如表1所示,其中實驗類型分為三類:驗證性、設(shè)計性和綜合性。驗證性實驗是讓學(xué)生對理論課程學(xué)習(xí)的圖形學(xué)基本算法和OpenGL的基本語法進行編程驗證;綜合性實驗是讓學(xué)生在經(jīng)過一個階段的學(xué)習(xí)后,具有了一定的基本知識和基本技能的基礎(chǔ)上,綜合運用圖形學(xué)的多種知識,對學(xué)生實驗技能和方法進行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合型實驗;設(shè)計性實驗是一種探索性的實驗,不但要求學(xué)生綜合多種知識來設(shè)計實驗方案,而且要求學(xué)生能充分運用已學(xué)到的知識,去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,實驗中,學(xué)生自己選題、自己設(shè)計,在教師的指導(dǎo)下進行,以最大限度發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性。

表1計算機圖形學(xué)實驗開展項目

實驗名稱 實驗內(nèi)容 實驗類型

實驗1

OpenGL編程初步 (1)OpenGL的安裝;

(2)OpenGL GLUT 框架的使用;

(3)OpenGL下圖形的繪制原理;

(4)OpenGL下基本圖元的繪制。 驗證性

實驗2

二維基本圖元的生成 (1)DDA、Bresenham直線生成算法的實現(xiàn);

(2)中點圓算法的實現(xiàn);

(3)中點橢圓算法的實現(xiàn)。 驗證性

實驗3

二維圖元的填充 (1)熟悉OpenGL中對顏色的設(shè)置;

(2)邊界填充算法的理解與實現(xiàn);

(3)泛濫填充算法的理解與實現(xiàn);

(4)掃描線填充算法的理解與實現(xiàn)。 驗證性

實驗4

OpenGL下圖形的交互控制 (1)了解glut中的各種回調(diào)函數(shù);

(2)用鼠標(biāo)對圖形進行交互控制;

(3)用鍵盤對圖形進行交互控制。 驗證性

實驗5

OpenGL下的二維圖形變換 (1)直接設(shè)置投影矩陣,對圖形進行平移、旋轉(zhuǎn)、縮放,理解變換的原理;

(2)掌握OpenGL下平移、旋轉(zhuǎn)、縮放變換的方法;

(3)掌握以上方法的組合變換。 驗證性

篇（4）

計算機圖形學(xué)是研究如何利用計算機來顯示、生成和處理圖形的原理、方法和技術(shù)的一門學(xué)科，在計算機輔助設(shè)計制造、科學(xué)計算可視化、地理信息系統(tǒng)、虛擬農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，是計算機、地理信息系統(tǒng)、電子工程、機械設(shè)計等本科專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)課，也是許多后續(xù)課程(圖像處理、模式識別、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實、計算機視覺等)的基礎(chǔ)課程，在教學(xué)計劃中占有重要地位和作用。

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實踐能力是研究型大學(xué)教育改革目標(biāo)的核心。通過該課程的學(xué)習(xí)，不僅使學(xué)生能系統(tǒng)地獲得計算機圖形學(xué)的基本知識、必要的基礎(chǔ)理論和常用的圖形生成算法，同時能提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，使學(xué)生具備一定的研究和創(chuàng)新能力。另外，隨著近幾年信息技術(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，在農(nóng)業(yè)遙感、地理信息系統(tǒng)、農(nóng)作物模擬和仿真中涉及大量的計算機圖形算法和技術(shù)。因此在這門課的講授內(nèi)容上增加了一些和遙感、地理信息系統(tǒng)、虛擬農(nóng)業(yè)技術(shù)相關(guān)的圖形基礎(chǔ)和算法，并結(jié)合教師的研究成果和科研工作的進展，及時將其增加到教學(xué)內(nèi)容中，使這門課程逐漸形成有農(nóng)業(yè)特色的專業(yè)基礎(chǔ)課。

課程改革決不僅僅是教學(xué)內(nèi)容的更新，更為重要的是學(xué)習(xí)方式、思維方式轉(zhuǎn)換以及新教育技術(shù)的應(yīng)用。這需要我們從“知識型教學(xué)”轉(zhuǎn)換成為“研究型教學(xué)”，即以知識為載體，傳授本學(xué)科的方法論，注重學(xué)科發(fā)展，提升教學(xué)中學(xué)生思維能力、交流溝通能力等持久性綜合能力的培養(yǎng)。

1研究型教學(xué)的實施方案

研究型教學(xué)是以提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新研究能力為目標(biāo)的。為了達到這個目標(biāo)，我們從跟蹤學(xué)科前沿能力、發(fā)現(xiàn)問題能力、理論聯(lián)系實際能力、文獻閱讀能力等以下7個方面來綜合培養(yǎng)學(xué)生的能力[1]，如圖1所示。

圍繞這幾方面的能力，具體做法是強化基礎(chǔ)、突出實踐、重在素質(zhì)、面向創(chuàng)新。我們主要在以下幾個方面展開了創(chuàng)新性的教學(xué)改革研究。

1.1像計算機工程師那樣去思考和解決問題

本課程教學(xué)理念為：“以應(yīng)用為背景、以理論為主線、以算法為核心、以合理先進的教學(xué)方法為手段、以提高學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)為目標(biāo)”。

學(xué)完這門課程，學(xué)生應(yīng)掌握兩個技能并達到一個目標(biāo)，兩個技能是：1)學(xué)生能編寫小規(guī)模的圖形程序(這里的小并不是貶義，只是代表你有能力做事的規(guī)模而已)；2)掌握的第二個技能是有能力來理解別人編寫的程序。因此要能寫、能讀程序。

最終的目的是開啟學(xué)生從其他領(lǐng)域中提煉概述，并研究出如何將其轉(zhuǎn)入計算機圖形領(lǐng)域的能力。通過圖形學(xué)算法的提出背景以及發(fā)現(xiàn)、發(fā)展和完善過程的講解，對學(xué)生的思維進行訓(xùn)練，提高學(xué)生面向問題的求解能力，培養(yǎng)學(xué)生的科研素質(zhì)。

在教材的選取上，不局限于一本教材[2-4]，而是選用國內(nèi)較有影響的幾本教材作為參考書。注重基本原理和概念的講解。因為圖形技術(shù)的發(fā)展日新月異，新的技術(shù)和算法層出不窮，學(xué)生學(xué)習(xí)的技術(shù)幾年后可能會過時，但基本的原理和概念是長期不變的。

1.2突出講授圖形算法中蘊含的思想

計算機圖形學(xué)課程的主要內(nèi)容就是講授圖形生成、顯示、處理的算法。那么，一個普通、常規(guī)的圖形算法是如何通過改進和完善變成一個優(yōu)秀算法的？

算法分析是一種理論研究，是關(guān)于計算機程序性能和資源利用的研究，重點是性能。我們是在學(xué)習(xí)如何計算機程序運行的更快。算法還涉及到其它資源，但我們的關(guān)注點主要還是在性能上。

例如，直線生成算法是計算機圖形學(xué)較底層的一個算法。該算法的性能嚴重決定著圖形生成的效率。因為當(dāng)完成一個動畫算法或真實感圖形算法時，直線算法可能被幾十萬、上百萬次地反復(fù)調(diào)用，因此這種算法要求效率要高。在加、減、乘除、開方、三角函數(shù)等運算中，加法是最快的運算，其中整數(shù)加法又快于浮點加法。因此像畫直線這種底層算法，能夠減少一個乘法都是一個了不起的事情。

從講授通過直線方程的畫線算法到數(shù)值微分(DDA)算法、再到中點畫線算法，最后到Bresenham算法。一步步給學(xué)生展示了一個開始需要一個乘法和一個加法的普通直線算法，是如何通過改進和完善其性能，把乘法演變一個浮點運算加法，又把浮點加法變成整數(shù)加法的一個精彩過程。計算機科學(xué)問題的核心就是算法。

學(xué)術(shù)大師們在提出、改進和完善算法的過程中所體現(xiàn)出來的一些閃光的思想正是我們所要深刻認識和領(lǐng)會的。什么是創(chuàng)新？這些閃光的思想就是真正的創(chuàng)新！

在講授其他一些圖形算法如多邊形的掃描轉(zhuǎn)換和區(qū)域填充、裁剪算法、消隱算法等時，并不強調(diào)學(xué)生掌握和實現(xiàn)算法的具體細節(jié)，更重要的是闡述這些算法所蘊涵的一些創(chuàng)新思想，像增量思想、編碼思想、圖形連貫性思想、分而治之思想等。這些思想不僅用在圖形學(xué)算法中，而且還用在了數(shù)據(jù)挖掘、人工智能等領(lǐng)域。

1.3算法講解與程序演示相結(jié)合

計算機圖形學(xué)課程具有很強的實踐性，上機編程實驗是其重要環(huán)節(jié)，基本目標(biāo)是將學(xué)生的計算機操作能力、分析能力、設(shè)計能力與編程實踐結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地掌握計算機圖形學(xué)基本理論和算法。

為了讓枯燥的算法講解變得生動起來，作者在教學(xué)手段上充分發(fā)揮圖形學(xué)自身特點，將許多算法的原理用Flash做成動畫片嵌入到教學(xué)幻燈片中，采用生動形象的動畫算法講解，使學(xué)生對抽象的圖形學(xué)算法不僅有一個直觀的了解，而且還調(diào)節(jié)了課堂氣氛。許多同學(xué)在看過演示之后，不僅對算法有了更為深入的了解，還紛紛躍躍欲試，想要做出更好的程序來，這極大地激發(fā)了學(xué)生自己動手編程實踐的欲望。這些課件對于提高學(xué)習(xí)興趣、增強算法的理解性具有很大的作用。

我們安排了8～10個上機編程實驗，內(nèi)容包括畫直線圓弧算法、區(qū)域填充算法、編碼裁剪和梁友棟裁剪算法、二維、三維變換算法、透視變換算法、Bezier曲線算法、B樣條算法和簡單光照模型的實現(xiàn)。學(xué)生通過這些算法的編程實現(xiàn)并改進一些重要算法， 既可以增強對算法本身的理解，也可感受編程的樂趣。

2教學(xué)與科研相結(jié)合

2.1教師科研與教學(xué)相結(jié)合

科研是提高課程教學(xué)質(zhì)量的源動力。將科研成果引入教學(xué)，一方面豐富了教學(xué)內(nèi)容，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；另一方面，也培養(yǎng)了學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。

我們主持和參與的國家科技基礎(chǔ)條件平臺中國數(shù)字科技館項目“虛擬農(nóng)場體驗區(qū)”、科技支撐項目 “面向農(nóng)民科技培訓(xùn)的人機交互式三維可視化平臺研究”、虛擬農(nóng)場等課題中都使用到了圖形算法和技術(shù)，通過課題引導(dǎo)學(xué)生將圖形學(xué)中的各類知識集成到引擎中，面向二次開發(fā)和快速開發(fā)，大大提高了學(xué)生對圖形學(xué)技術(shù)的理解和實踐動手能力。

2.2教學(xué)與專業(yè)文獻閱讀相結(jié)合

一門學(xué)科的內(nèi)容終歸是不可能全部在課堂上講授完的，以“授人以漁”為己任的教師也沒有必要這樣做。在網(wǎng)絡(luò)時代沒有絕對的老師，所有老師必須成為學(xué)生。同樣，在網(wǎng)絡(luò)時代也沒有絕對的學(xué)生，所有的學(xué)生必須學(xué)會做自己的老師。

為了培養(yǎng)學(xué)生研究創(chuàng)新的能力，除了把教師自己的科研成果介紹給學(xué)生，更重要的是培養(yǎng)學(xué)生跟蹤學(xué)科前沿的文獻檢索、文獻閱讀與文獻綜述能力。

基于期刊的影響力和SCI影響因子等標(biāo)準，我們選擇國內(nèi)外一流期刊20余種，國內(nèi)期刊如《計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)學(xué)報》、《地理學(xué)報》、《計算機圖形圖像學(xué)報》等；國外期刊如《Computer Graphics》、《IEEE Computer Graphics and Application》、《International Journal of Geographical Information Science》等。相對來說，這些權(quán)威的期刊發(fā)表的文章基本上都是高質(zhì)量的文章。除了從這些期刊里選出一些和計算機圖形學(xué)算法有關(guān)的高質(zhì)量文獻以外，還搜集一些有關(guān)計算機圖形經(jīng)典算法的經(jīng)典文獻，主要是一些具有里程碑式的文獻！這些經(jīng)典的文獻猶如文學(xué)界的世界名著，長久不衰，他們的貢獻直到今天都無可忽略！最新文獻猶如現(xiàn)代流行小說，要與時俱進，了解計算機圖形學(xué)領(lǐng)域的一些最新進展。

要求每個學(xué)生在這門課程的學(xué)習(xí)期間，能夠閱讀至少2～3篇中文文獻和1～2篇英文文獻(既閱讀世界名著，也要瀏覽現(xiàn)代流行小說)。這樣既提高了學(xué)生的英語閱讀能力，了解該領(lǐng)域的熱點和前沿進展，又使得學(xué)生能領(lǐng)會大師們的研究思路、邏輯推論和技術(shù)方法。

通過兩屆學(xué)生的實驗，教學(xué)取得了良好的效果。盡管他們只是大二的學(xué)生，但已經(jīng)有幾位學(xué)生對教科書上的一些經(jīng)典算法在性能上做了進一步的改進，提高了算法的效率，撰寫的幾篇學(xué)術(shù)論文被國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議錄用。

3結(jié)語

在研究型課程教學(xué)中，教師的作用發(fā)生了變化：教師不再是“講臺上的圣人”，而更多地起“場外教練”的作用[5]；他們不僅僅傳授知識，而是遵循認知規(guī)律，以學(xué)生為中心，設(shè)計教學(xué)過程、提供教學(xué)資源、提供學(xué)習(xí)建議，對整個學(xué)習(xí)過程進行控制，包括在關(guān)鍵環(huán)節(jié)上對學(xué)生進行啟發(fā)、激勵、引導(dǎo)和指導(dǎo)。教師的戰(zhàn)略目標(biāo)都是為了幫助學(xué)生們能像一個計算機科學(xué)家一樣去思考。換句話說，希望賦予學(xué)生一種能力，讓學(xué)生可以用計算機做他想做的任何事。

參考文獻：

[1] 蘇小紅,李東,唐好選. 面向能力培養(yǎng)的計算機圖形學(xué)課程教學(xué)方法[J]. 計算機教育,2010(3):47-51.

[2] 孫家廣,胡事民. 計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)教程[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2009.

[3] 陳傳波,陸楓. 計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)[M]. 北京:電子工業(yè)出版社,2008.

[4] 孫正興. 計算機圖形學(xué)教程[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2006.

[5] 高虹. 從美國理工科本科教學(xué)改革看研究型教學(xué)[J]. 物理與工程,2004,14(2):12-14.

Research Teaching of Computer Graphics for Undergraduate Students in Agricultural Universities

ZHAO Ming

篇（5）

計算機圖形學(xué)是近年來發(fā)展最快的計算機學(xué)科方向之一，是計算機應(yīng)用專業(yè)的必修課程。但在實際的教學(xué)過程中，按照傳統(tǒng)的教學(xué)方式，我們發(fā)現(xiàn)計算機圖形學(xué)涉及到大量的數(shù)學(xué)知識，包括各種生成算法、處理技術(shù)和顯示過程，涉及到數(shù)學(xué)模型和復(fù)雜的公式推導(dǎo)，在理解上要求具有比較強的空間想象力，學(xué)生理解上比較困難。本文結(jié)合二類本科院校培養(yǎng)具有一定創(chuàng)新能力的應(yīng)用型人才的要求，根據(jù)十多年的教學(xué)實踐，提出了圖形系統(tǒng)案例教學(xué)方法，將計算機圖形學(xué)知識和實現(xiàn)圖形系統(tǒng)結(jié)合起來，從現(xiàn)有系統(tǒng)中找靈感，從計算機圖形學(xué)課程中學(xué)理論，搭建自己的圖形系統(tǒng)，使學(xué)生真正理解計算機圖形學(xué)的本質(zhì)，達到理論與實踐雙豐收，取得了比較明顯的教學(xué)效果。

一、課程特點和教學(xué)模式

1.課程特點

(1)　計算機圖形學(xué)不僅涉及到圖形硬件、軟件和大量的實現(xiàn)算法，而且與微電子學(xué)、信息科學(xué)、幾何學(xué)、圖論學(xué)等專業(yè)學(xué)科密切相關(guān)，并在發(fā)展中逐步與圖像處理、模式識別、人工智能、計算機網(wǎng)絡(luò)和計算機語音處理結(jié)合起來，要求授課教師具有比較全面的知識結(jié)構(gòu)，講解有所側(cè)重，合理取舍。

(2)　計算機圖形學(xué)需要用到大量的數(shù)學(xué)模型和算法。計算機圖形學(xué)作為圖形顯示和處理的一門學(xué)科，具有很深的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)和實用技術(shù)。計算機圖形學(xué)的基礎(chǔ)是數(shù)學(xué)，任何圖形的顯示都必須首先構(gòu)造出數(shù)學(xué)模型，然后再通過算法程序?qū)崿F(xiàn)圖形的顯示和處理。另一方面，為了在計算機上顯示和處理復(fù)雜的圖形，要求人們不斷地學(xué)習(xí)和研究數(shù)學(xué)，構(gòu)造精巧的數(shù)學(xué)模型和實現(xiàn)算法，這就是計算機圖形學(xué)的實質(zhì)。但對于初學(xué)者來說，應(yīng)當(dāng)講授較少的數(shù)學(xué)知識，或者直接采用數(shù)學(xué)結(jié)論，而簡略中間繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程。在講課過程中，如果過分注重圖形學(xué)所涉及到的理論知識、數(shù)學(xué)模型和構(gòu)造算法，學(xué)生就會感到比較抽象和難懂。

(3)　計算機圖形學(xué)是一門實踐性很強的課程，不僅要求學(xué)量的理論知識，而且更多的是要求算法的實現(xiàn)，要求程序的編寫和調(diào)式能力，因此需要更加重視實驗環(huán)節(jié)。學(xué)習(xí)計算機圖形學(xué)的目的在于構(gòu)建圖形系統(tǒng)，包括計算機圖形硬件的搭建和圖形軟件的編寫。計算機圖形學(xué)是設(shè)計AutoCAD、Photoshop、CoreDraw等圖形系統(tǒng)軟件的理論基礎(chǔ)。

學(xué)習(xí)計算機圖形學(xué)，要與使用圖形系統(tǒng)軟件區(qū)分開來。計算機圖形學(xué)是設(shè)計圖形系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)，而學(xué)習(xí)現(xiàn)有的圖形軟件則是為了進行計算機平面設(shè)計、動畫設(shè)計、影視制作、CAD等具體的應(yīng)用領(lǐng)域。反過來，參考和學(xué)習(xí)這些現(xiàn)有的圖形系統(tǒng)軟件可以幫助理解計算機圖形學(xué)的知識和方法。

根據(jù)用戶和計算機圖形系統(tǒng)的關(guān)系，可以把利用計算機圖形學(xué)的用戶分為三類：一是圖形理論研究，二是系統(tǒng)設(shè)計程序員，三是圖形系統(tǒng)的操作員。

計算機圖形學(xué)的目標(biāo)在于培養(yǎng)前兩種人才，即圖形理論研究與圖形系統(tǒng)實現(xiàn)者，研究圖形學(xué)新的理論和技術(shù)，編寫各種專業(yè)圖形處理軟件，品設(shè)計人員使用。

2.系統(tǒng)案例教學(xué)模式

案例教學(xué)作為一種教學(xué)手段已經(jīng)得到廣大師生的認可。該教學(xué)法是在教師的精心策劃和指導(dǎo)下，根據(jù)教學(xué)目的和教學(xué)內(nèi)容的要求，運用典型案例，將學(xué)生引入到特定實踐環(huán)節(jié)情境中，并以學(xué)生為中心對案例進行交互式討論和探索的過程。案例教學(xué)具有下面四個共同的特點：一是真實性，案例必須是真實可靠的事件；二是典型性，必須是包括特殊情境和具有代表性的問題；三是濃縮性，必須多角度地呈現(xiàn)問題，提供足夠的信息；四是啟發(fā)性，必須是經(jīng)過研究，能夠引起討論，提供分析和反思。

系統(tǒng)案例教學(xué)法是以設(shè)計實際的系統(tǒng)為目標(biāo)，制定系統(tǒng)總體框架，結(jié)合理論教學(xué)，布置相關(guān)實驗任務(wù)和實踐環(huán)節(jié)，最后將各個獨立的實驗程序整合在一起，搭建起一個小型實用系統(tǒng)。系統(tǒng)案例教學(xué)法要求學(xué)習(xí)目標(biāo)要明確，方案設(shè)計要合理，理論與實踐要一致。針對計算機圖形學(xué)課程，采用系統(tǒng)案例教學(xué)法還要注意以下事項：

(1)　以學(xué)生為中心，充分發(fā)揮學(xué)生能動性。由于所定目標(biāo)軟件系統(tǒng)功能復(fù)雜，而課堂教學(xué)時間有限，不可能面面俱到。因此，要充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮主觀能動性。學(xué)生是案例教學(xué)的主角，老師在講授理論基礎(chǔ)上，更重要的是啟發(fā)和輔導(dǎo)。

(2)　系統(tǒng)案例教學(xué)法是一種模擬系統(tǒng)實踐的教學(xué)過程。雖然類似的軟件系統(tǒng)市面上已經(jīng)有很多，但我們的目的是學(xué)生模仿實現(xiàn)，所用到的理論知識在課堂上同步學(xué)習(xí)，加強學(xué)生對理論課程學(xué)習(xí)興趣，并結(jié)合學(xué)生自己的理解和體會，親自動手實現(xiàn)自己的系統(tǒng)。

(3)　系統(tǒng)案例教學(xué)又是一種動態(tài)的、開放的教學(xué)方式。課堂上講授的系統(tǒng)理論相同，但系統(tǒng)實現(xiàn)的方法可以不同，在系統(tǒng)實現(xiàn)的過程中鍛煉學(xué)生運用各種理論知識、綜合分析和解決實際問題的能力。

(4)　系統(tǒng)案例教學(xué)注重的是系統(tǒng)實現(xiàn)的過程，要的是結(jié)果，但這樣的要求也反過來促進學(xué)生對理論知識的學(xué)習(xí)，同時也鍛煉了學(xué)生實際動手能力。

二、系統(tǒng)案例教學(xué)方案實施

計算機圖形學(xué)課程內(nèi)容包括了圖形學(xué)的基本概念、圖形系統(tǒng)和圖形標(biāo)準、基本圖形生成技術(shù)、圖形幾何變換、曲線和曲面、真實圖形和計算機動畫等，這些內(nèi)容是設(shè)計一個圖形系統(tǒng)必備的理論體系。為了實現(xiàn)系統(tǒng)案例教學(xué)，實施方案如下：

第一步：明確目標(biāo)、搭建平臺。計算機圖形學(xué)第一章概述部分主要講解課程目標(biāo)和目的、國內(nèi)外的發(fā)展?fàn)顩r和應(yīng)用領(lǐng)域，加深學(xué)生對課程的認識。圖形系統(tǒng)和圖形標(biāo)準則是實現(xiàn)圖形系統(tǒng)所用到的硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)，以及圖形系統(tǒng)的國際標(biāo)準。這兩部分為學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、搭建系統(tǒng)平臺奠定了基礎(chǔ)。為了編寫圖形系統(tǒng)，在第三部分講解了Visual C++圖形程序設(shè)計，主要介紹Visual C++集成編成環(huán)境的使用、圖形設(shè)備接口、圖形程序設(shè)計方法、鼠標(biāo)編程以及菜單設(shè)計等基礎(chǔ)，目的是通過對Visual C++的學(xué)習(xí)，掌握Visual C++圖形程序設(shè)計的方法，為計算機圖形學(xué)原理部分的算法實現(xiàn)提供程序工具和方法。

第二步：系統(tǒng)設(shè)計、分步實施。按照課程體系和實際圖形系統(tǒng)的要求，我們精心設(shè)計10個實驗項目，覆蓋了計算機圖形學(xué)大部分的知識點，包括：

(1)　Visual C++圖形程序設(shè)計。主要學(xué)習(xí)Visual C++圖形程序設(shè)計的方法，掌握Visual C++集成編成環(huán)境的使用、圖形設(shè)備接口和常用圖形程序設(shè)計、鼠標(biāo)編程、橡皮筋交互技術(shù)、畫刷與畫筆以及菜單設(shè)計等，使學(xué)生能夠熟練掌握Visual C++圖形程序設(shè)計。

(2)　直線的生成。理解直線生成算法思想，寫出實現(xiàn)程序；添加鼠標(biāo)功能，實現(xiàn)交互式畫直線程序；將10個像素作為步距單位，編出Bresenham算法的示例。

(3)　圓與橢圓的生成。編寫中點畫圓法的掃描轉(zhuǎn)換程序，考慮原點在(x0，y0)處程序的改動；添加鼠標(biāo)程序，實現(xiàn)交互式畫圓；編寫中點畫橢圓法的掃描轉(zhuǎn)換程序；添加鼠標(biāo)程序，實現(xiàn)交互式畫橢圓；

(4)　區(qū)域填充算法。多邊形有序邊表算法程序設(shè)計；邊填充算法和邊標(biāo)志填充算法；簡單的種子填充算法和掃描線填充算法；區(qū)域填充圖案程序設(shè)計；要求實現(xiàn)種子填充算法、掃描線填充算法和圖案填充算法。

(5)　裁剪算法。編碼裁剪算法程序設(shè)計；要求用鼠標(biāo)畫線技術(shù)，實現(xiàn)交互式裁剪效果；

(6)　交互式技術(shù)和用戶接口。學(xué)習(xí)VC++菜單資源編輯器，菜單程序設(shè)計舉例；學(xué)習(xí)Autocad繪圖的基本方法，了解常用的交互式技術(shù)；

(7)　曲線與曲面；拋物線程序設(shè)計；Hermite曲線程序設(shè)計；Bezier曲線的算法實現(xiàn)；B樣條曲線的程序設(shè)計。要求加入鼠標(biāo)和橡皮筋技術(shù)，實現(xiàn)交互式生成曲線，并且可以通過調(diào)整控制點來隨意修改曲線的形狀。

(8)　二維幾何變換。通過二維幾何變換的數(shù)學(xué)模型，編寫平移、旋轉(zhuǎn)、放縮、對稱變換；加入鼠標(biāo)功能，實現(xiàn)交互式移動圖形；

(9)　真實圖形技術(shù)。實現(xiàn)一種消隱技術(shù)和光照模型。

(10)　計算機動畫。利用一種動畫技術(shù)，實現(xiàn)一個小型動畫。

每個實驗都詳細地列出了實驗?zāi)康摹嶒炄蝿?wù)、實驗步驟、實驗結(jié)果分析和實驗總結(jié)和思考，通過改進程序和算法，提高學(xué)生的思考問題和編程動手能力。

第三步：系統(tǒng)整合、實現(xiàn)系統(tǒng)。利用Visual C++菜單編程、工具欄和圖標(biāo)技術(shù)，選擇實用的繪圖實驗程序，掛在累累菜單上，并設(shè)計出工具欄，就可以進行簡易的圖形繪制。

第四步：綜合評價，創(chuàng)新考核。我們學(xué)校開設(shè)的計算機圖形學(xué)是考查課(必修課)，主講教師可以比較方便的安排最后的考核方式。按照系統(tǒng)案例法的思想，我們注重理論結(jié)合實踐，看重的是系統(tǒng)設(shè)計的過程和最后的結(jié)果，不能采用一張試卷定成績的方式，而是采用了50＋30＋20的考核方式，即最后的系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)報告和系統(tǒng)軟件演示占50分，要求技術(shù)報告撰寫規(guī)范，總體設(shè)計和分步實施詳細，總結(jié)部分包括理論學(xué)習(xí)的知識點、系統(tǒng)實現(xiàn)的優(yōu)缺點以及系統(tǒng)的擴展和展望等。平時的分步實驗結(jié)果和實驗報告占30分，督促學(xué)生課下及時預(yù)習(xí)和準備實驗，并寫好實驗報告。平時上課考核和作業(yè)占20分。這種考核方式可以將學(xué)生的考試壓力分散到平時，也可以保證系統(tǒng)案例教學(xué)的效果。

三、效果分析

經(jīng)過三年系統(tǒng)案例教學(xué)方法的實踐，明顯地達到了以下教學(xué)效果：

篇（6）

計算機圖形學(xué)一直是我院高年級開設(shè)的專業(yè)選修課。在我校積極推進雙語教學(xué)改革，提高學(xué)生的英語水平和專業(yè)能力的背景下，經(jīng)過多年努力，我們準備在英語基礎(chǔ)較好的計算機工程學(xué)院對該門課程實行雙語教學(xué)的改革與實踐。

一、實施雙語教學(xué)的目標(biāo)

所謂的雙語教學(xué)是指教師可以同時使用英語和漢語這兩種語言進行授課，而不是只用英語進行講課，它應(yīng)該是兩種語言的合理的搭配，在講課中教師應(yīng)該考慮講授范圍的針對性、對象的理解性、專業(yè)知識的主導(dǎo)性，其主要目的不是學(xué)習(xí)英語，而是為了使學(xué)生通過外語這一語言工具學(xué)好專業(yè)課程，為推廣知識面打好基礎(chǔ)。專業(yè)課雙語教學(xué)的目標(biāo)就是致力于如何為學(xué)生創(chuàng)造使用外語進行學(xué)術(shù)思考和語言交流的環(huán)境，提升學(xué)生應(yīng)用英語進行工作交流的能力，作為傳統(tǒng)英語教學(xué)的一種有效補充，為日后走上工作崗位進行科研打下基礎(chǔ)。具體而言，在課程開展過程中，學(xué)生應(yīng)逐步適應(yīng)以下教學(xué)方式：英文授課乃至英學(xué)術(shù)報告，進而參與和主持有英文學(xué)術(shù)的討論和辯論；要求學(xué)生能準確、全面地理解原版教材內(nèi)容，流暢地閱讀原版專業(yè)文獻，用英文撰寫作業(yè)或與專業(yè)相關(guān)原版文章，在專業(yè)教育上保證教學(xué)內(nèi)容的先進性，以求教學(xué)內(nèi)容與國際接軌；雙語教學(xué)應(yīng)激發(fā)學(xué)生雙語學(xué)習(xí)的積極性，開拓學(xué)生專業(yè)知識面的深度和廣度，這就對雙語教學(xué)的專業(yè)課任課教師提出了更高的要求。

二、計算機圖形學(xué)雙語教學(xué)的模式

1.選擇合適的教材。應(yīng)根據(jù)本專業(yè)學(xué)科的特點及專業(yè)學(xué)生水平選擇原版教材，合適的、好的教材可以幫助教師學(xué)習(xí)國外現(xiàn)代的教學(xué)理念和借鑒國外先進的教學(xué)方法和手段，因此要綜合考慮幾個方面的因素，如教材內(nèi)容的新穎，教材是否反映了新的教育思想和與國際接軌的人才培養(yǎng)新體系，是否為該學(xué)科專業(yè)領(lǐng)域的資深學(xué)者所編寫，以便使學(xué)生及時了解到該門課程及專業(yè)領(lǐng)域的新動態(tài)。選擇原版教材要切合實際，生詞量適中，否則會影響閱讀效率，甚至于理解率。鑒于我院計算機應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生實際情況，我們選用了Zhigang Xiang編著的《Computer Graphics with OpenGL》，該書以O(shè)penGL為開發(fā)背景，計算機圖形學(xué)專業(yè)詞匯豐富，學(xué)生從中不但可以學(xué)習(xí)英文詞匯，還可以學(xué)到以O(shè)penGL為開發(fā)背景的圖形知識。

2.制定靈活的大綱和可調(diào)的學(xué)時。由于使用兩種語言授課，且學(xué)生接受能力參差不齊，雙語教學(xué)過程中最好采用交互式授課，教師多與學(xué)生交流，以便讓學(xué)生理解透徹所授內(nèi)容，這樣就難免出現(xiàn)課程進度減緩的情形，教學(xué)計劃無法準確執(zhí)行的情況。因此，教學(xué)大綱制訂得彈性些，教學(xué)計劃的執(zhí)行可以靈活些，授課教師可根據(jù)課堂教學(xué)的實際情況確定向?qū)W生講的內(nèi)容，有些內(nèi)容可以多講些，有些內(nèi)容可以少講些，有些內(nèi)容可以不講，沒有必要照搬，對于學(xué)生沒有搞清楚的，可以重復(fù)講，但對基礎(chǔ)理論和重點內(nèi)容一定要講得清清楚楚、透透徹徹，多花費一些課時也是應(yīng)該的。

3.授課的方式。在專業(yè)方向上，考慮到學(xué)生間英語水平參差不齊，在講課時應(yīng)注意由淺入深，先適當(dāng)使用較多的中文，之后慢慢地增加英文內(nèi)容。在教學(xué)方面可以采用多種方式：板書、多媒體、專題討論、大作業(yè)、論文等方式。由于計算機圖形學(xué)是專業(yè)選修課程，以學(xué)習(xí)圖形基礎(chǔ)知識和圖形算法為主，因此教學(xué)過程中可以采用多種方法或多種方式，如一些比較專業(yè)的術(shù)語：簡單的內(nèi)容可以全用英文講解，復(fù)雜的內(nèi)容可以英文、中文混雜在一起講解；在算法、原理等核心內(nèi)容部分可以先用中文講解，然后用英文對所講內(nèi)容進行總結(jié)，這樣既營造出一個英文的學(xué)習(xí)環(huán)境，又讓學(xué)生很好地理解本章節(jié)的重點。隨著學(xué)習(xí)的深入，可以在課件中加大英文的比率，直到全部使用英文。這樣的教學(xué)方法不會因為學(xué)生外語水平的原因而失去對這門功課的學(xué)習(xí)興趣。這就需要任課教師具備很好的授課技巧，在適當(dāng)?shù)恼Z境中完成專業(yè)知識的授業(yè)，讓學(xué)生提高了專業(yè)英語水平的同時又學(xué)會專業(yè)知識。而在一些較難的知識點中，教師需要通過適當(dāng)?shù)慕换シ绞絹韼椭鷮W(xué)生理解概念，如用中文對話圖片、動畫等方式，避免由于語言滯后造成學(xué)生的思維混亂甚至錯誤。此外、教師還要不斷地補充專業(yè)詞匯，在課堂上把教材中的詞匯、關(guān)鍵概念、基礎(chǔ)理論和原理等有針對性地提取出來進行講解。教師要仔細觀察、經(jīng)常與學(xué)生交流、及時捕捉學(xué)生的反饋，若發(fā)現(xiàn)學(xué)生沒有很好地掌握所教知識要點，就要用中文及時講解一下，使學(xué)生充分理解，然后再用英文講一遍。

4.教學(xué)方法的改革?！耙远嗝襟w教學(xué)為主、板書為輔、現(xiàn)場程序演示、網(wǎng)絡(luò)教學(xué)作為常規(guī)教學(xué)的補充”，多種教學(xué)手段，優(yōu)勢互補。針對計算機圖形學(xué)課程“內(nèi)容多、學(xué)時少”的特點，提出并采用了“金字塔式”教學(xué)法；針對計算機圖形學(xué)課程重在培養(yǎng)學(xué)生思維能力的特點，采用了“發(fā)現(xiàn)式”教學(xué)法；針對計算機圖形學(xué)課程實踐性、應(yīng)用性強的特點，提出并采用了“四結(jié)合式”教學(xué)法：教學(xué)與科研相結(jié)合，算法講解與程序演示相結(jié)合，理論學(xué)習(xí)與編程實踐和圖形軟件應(yīng)用相結(jié)合，教師課堂知識講授與學(xué)生課外文獻閱讀相結(jié)合。

5.改革考試方式。有效的考核方式對學(xué)生學(xué)習(xí)計算機圖形學(xué)課程是一個良好的鞭策，高年級學(xué)生具備一定的計算機學(xué)科知識，對他們的學(xué)習(xí)應(yīng)實行多元化的評價方式。以培養(yǎng)團隊合作精神、創(chuàng)新精神和實踐能力，應(yīng)考慮對學(xué)生學(xué)習(xí)的考核方式，應(yīng)從多個部分去進行。針對本課程實踐性強、應(yīng)用性強的特點，為了考查學(xué)生對知識綜合運用和理論聯(lián)系實際的能力，采取了階段考核成績累計方式，分別從算法設(shè)計與編程實踐能力、軟件應(yīng)用與創(chuàng)新能力、文獻閱讀與綜述能力和卷面筆試，四個方面來評定學(xué)生成績。

6.改革傳統(tǒng)的答疑方式。借助于面向教師的課程網(wǎng)站（http：//class.jmu.省略/C394/Asp/Root/Index.asp）實現(xiàn)全部教學(xué)資源上網(wǎng)，實現(xiàn)教師的教學(xué)資源的共享，對課程進行統(tǒng)一管理。利用面向?qū)W生的在線教學(xué)網(wǎng)站（http：//class.jmu.省略/C394/Asp/Root/Index.asp）實現(xiàn)教師的個性化教學(xué)，同時為實現(xiàn)資源共享、師生自由討論提供了一個平臺。在保留傳統(tǒng)的教師與學(xué)生面對面答疑方式的基礎(chǔ)上，又增加了網(wǎng)絡(luò)在線答疑方式，拓展“教”與“學(xué)”的空間和時間。

三、雙語教學(xué)的思考

1.師資隊伍。雙語教師的師資應(yīng)兼顧英語和專業(yè)水平，雙語教學(xué)具有很大的難度，雙語課程不但要講好專業(yè)課，還要運用好外語，最重要的是，必須將兩者都很好的兼顧，因此雙語課程的任課教師不是專業(yè)水平高或是英文底子好就可以勝任的。雙語教師本身應(yīng)熱愛雙語教學(xué)，能夠以最大的熱情投入到雙語教學(xué)中去。同時如何使學(xué)生能夠接受，如何熟練運用兩種語言授課，合理分配兩種語言整合知識點，必須成為雙語教師對自身的要求。如果雙語教師的熱情不夠，備課不充分，往往會造成投入大收效微的情況。第二、雙語教師有一定的教學(xué)經(jīng)驗，并在在教學(xué)準備環(huán)節(jié)下一定的功夫，必須有能力把握課堂的進度，有能力根據(jù)課堂情況對教學(xué)活動做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。要有仔細分析所授課程的特點，能夠揣摩學(xué)生的認知心理，并根據(jù)學(xué)生的認知過程合理地設(shè)計教學(xué)活動，在講課中多與學(xué)生交流，并注重觀察學(xué)生的反饋，能根據(jù)課上學(xué)生的反饋理解情況及時合理地調(diào)整教學(xué)方案。這就要求雙語型教師必須不斷創(chuàng)造環(huán)境，使自身同時具備用英文思考和表達專業(yè)知識的能力。平時要經(jīng)常跟讀詞典，力求發(fā)音準確。這些是雙語教師自身素質(zhì)所應(yīng)具備的。

2.積極探索和尋找有效的雙語教學(xué)方式。由于學(xué)生的水平層次差別較大，教師在采用任何教學(xué)方式的時候，都應(yīng)該把施教對象的接受程度因素考慮到，所以在雙語教學(xué)推行的初期，不應(yīng)把雙語教學(xué)的目標(biāo)和形式定位太高，一下子推廣的課程不要太多，可考慮采用以下幾種辦法試行：先在部分選修課程或部分英語好的學(xué)生中試行，課本可采用中英文對照翻譯教材，上課可考慮采用中文或英文講授，慢慢過渡到原版教材，并逐步增加講授英語的分量、直至用英文授課與考核，學(xué)生數(shù)及考核比例。如何構(gòu)思雙語教學(xué)中教學(xué)過程是非常關(guān)鍵的，它決定了一門雙語課程是否真正成功的重要因素。簡單地說就是課前先英文回顧，然后給出本次課可能用到的關(guān)鍵詞，對于簡單的關(guān)鍵詞可以用英文描述、講解，對于重點或難點的關(guān)鍵詞可以用中文描述、英文講解，但最后必須用英文對本次課的主要內(nèi)容做一個總結(jié)。對于學(xué)生特別感到困難或困惑的，教師應(yīng)采用從少到多、從易到難的方法進行，即開始時的幾次課教師盡量用少量的專業(yè)術(shù)語的英文解釋和簡單過渡性陳述講清楚主要內(nèi)容，隨著學(xué)生對雙語形式的適應(yīng)，慢慢加大英文分量，教師授課時可以采用全英文的課件，但在授課時應(yīng)注意循序漸進，對于簡單的概念和理論可以采用英文解釋，對于不太難的算法解釋可采用中英文兩種語言配合解釋，最后逐步過渡到全英文簡要介紹新的知識點。

3.調(diào)動教師雙語教學(xué)的積極性。雙語授課對授課老師的要求較高，不但要求專業(yè)知識，還要要求英語水平較高，特別是口語較好。因此要充分調(diào)動教師的雙語教學(xué)的積極性，學(xué)校應(yīng)給予一些特殊政策，如適當(dāng)提高授課系數(shù)，給予授課教師以一定的進修的機會，以積極、穩(wěn)妥地推進雙語教學(xué)的開展。

4.提高學(xué)習(xí)興趣。對學(xué)生興趣的培養(yǎng)要最好將雙語課程和他們今后職業(yè)教育相結(jié)合。由于很多學(xué)生由于外語差的緣故，對于雙語課程的學(xué)習(xí)與開展有一定的畏難甚至抵觸情緒，因此雙語課程的開展不要攤得太大，最好能開在選修課程里，可以讓學(xué)生自由選擇，有一定數(shù)目的可供選擇的雙語專業(yè)課程，這樣可以在一定程度上避免學(xué)生外語水平參差不齊的情況，同時又兼顧所希望的專業(yè)課程內(nèi)容，使學(xué)生的積極性、參與性都能發(fā)揮出來，學(xué)習(xí)效果得到提高。隨著學(xué)習(xí)的深入，再由少數(shù)人帶動多數(shù)人，逐漸過渡到在整個專業(yè)展開。

計算機圖形學(xué)雙語教學(xué)改革的目的，不但是為了提高學(xué)生的英語水平和專業(yè)能力，如掌握計算機圖形學(xué)的基本概念、理論、原理等，為以后學(xué)習(xí)相關(guān)課程和從事相關(guān)研究打下堅實的理論基礎(chǔ)，更要注重學(xué)生的實踐能力和綜合能力的培養(yǎng)，如掌握相關(guān)開發(fā)工具軟件如C++、OPENGL等開發(fā)圖形程序，高年級學(xué)生即將走向工作崗位或進一步深造，培養(yǎng)創(chuàng)新實踐及如何做研究非常重要。要指導(dǎo)學(xué)生完成項目中逐步培養(yǎng)這方面的能力，并在做項目過程中提出具體的要求。評價計算機圖形學(xué)雙語教學(xué)效果的最終宗旨是提高學(xué)生的創(chuàng)新精神和培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力，以求真正達到面向世界、面向現(xiàn)代化的目標(biāo)。

參考文獻：

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中圖分類號：TP391，G642 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1672-5913 (2007) 24-0080-05

1對圖形圖像與多媒體知識的要求

1.1CC2004知識領(lǐng)域要求

在CC2004中，和圖形圖像與多媒體相關(guān)的知識領(lǐng)域是人―機交互(Human-Computer Interaction -HC)、圖形學(xué)與可視計算(Graphics & Visual Computing-GV)、信息系統(tǒng)(Information Management -IM)、網(wǎng)絡(luò)計算(NetCentric Computing-NC)等幾個部分。表1是CC2004列出的五種課程計劃中所含人―機交互和圖形學(xué)與可視計算兩個計算機主題的比重。表中的數(shù)字表示對應(yīng)的專業(yè)與相應(yīng)的知識域的相關(guān)性，范圍從0~5。其中，min值表示該學(xué)科報告中列舉的學(xué)生對相應(yīng)知識域掌握的典型的最低要求，也是相對于其它專業(yè)最低要求的值，max值表示該專業(yè)學(xué)生對相應(yīng)知識域掌握的典型的最高要求。

表1 計算機主題的比重

分析CC2004中各課程計劃和表1可得出，CC-CS2001對圖形圖像與多媒體的知識要求最高，所涉及的具體知識單元見表2。

表2 和圖形圖像與多媒體相關(guān)的知識單元

CC-CS2001在附錄B的課程描述中，推薦了一些覆蓋知識領(lǐng)域和單元的課程，每門課程里對預(yù)備課程、課程提綱、覆蓋的知識單元、各單元學(xué)時做了較為詳細的描述。相應(yīng)地，和圖形圖像與多媒體有關(guān)的中介課程有CS250W人機交互和CS255W計算機圖形學(xué)等課程，高級課程有CS352圖形用戶接口、CS355高級計算機圖形學(xué)、CS356圖像處理等課程，但高級課程只給出課程名稱，還沒有詳細描述。

CS250W人機交互課程要求全面介紹人機交互原理和技術(shù)，CS255W計算機圖形學(xué)課程則要介紹計算機圖形學(xué)的原理和技術(shù)，兩門課程覆蓋的知識單元見表3。

表3 CS250W和CS255W的知識單元

1.2CCC2002和教指委計算機科學(xué)規(guī)范的要求

CCC2002同CC2001一樣，把計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識體系劃分為知識領(lǐng)域、知識單元和知識點等三個相互關(guān)聯(lián)的層次結(jié)構(gòu)。完整的本科課程體系結(jié)構(gòu)由三部分組成，即奠定基礎(chǔ)的基礎(chǔ)課程，涵蓋知識體系大部分核心單元的主干課程，用來完備課程體系的特色課程。根據(jù)我國計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教育的現(xiàn)狀及對典型課程設(shè)置的分析，給出了16門課程，分別為計算機導(dǎo)論，程序設(shè)計基礎(chǔ)，離散結(jié)構(gòu)，算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計算機組織與體系結(jié)構(gòu)，微型機系統(tǒng)與接口，操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理，編譯原理，軟件工程，計算機圖形學(xué)，計算機網(wǎng)絡(luò)，人工智能，數(shù)字邏輯，計算機組成基礎(chǔ)，計算機體系結(jié)構(gòu)。在教指委的《計算機科學(xué)規(guī)范》中，也選取部分知識單元組成了15門核心課程，分別是計算機導(dǎo)論，程序設(shè)計基礎(chǔ)，離散結(jié)構(gòu)，算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計算機組成基礎(chǔ)，計算機體系結(jié)構(gòu)，操作系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)原理，編譯原理，軟件工程，計算機圖形學(xué)，計算機網(wǎng)絡(luò)，人工智能，數(shù)字邏輯，社會與職業(yè)道德?？梢?，計算機圖形學(xué)都為核心課程之一。

在《計算機科學(xué)規(guī)范》中，計算機圖形學(xué)和可視化計算可以劃分成以下四個相互關(guān)聯(lián)的領(lǐng)域：

(1) 計算機圖形學(xué)：計算機圖形學(xué)是一門以計算機產(chǎn)生并在其上展示的圖像作為通信信息的藝術(shù)和科學(xué)。它有以下幾方面的要求：①表示信息的模型的設(shè)計和構(gòu)建應(yīng)有助于圖像的產(chǎn)生和觀察；②方便用戶使之能夠通過精心設(shè)計的設(shè)備和技術(shù)與模型(或者說觀察到的圖像)進行交互；③能提供繪制模型的技術(shù)；④設(shè)計出有助于圖像保存的技術(shù)。計算機圖形學(xué)的目標(biāo)是對人類的視覺中心及其他的認知中心有進一步深入的了解；

(2) 可視化技術(shù)：主要目標(biāo)是確定并展示存在于科學(xué)的(如計算和醫(yī)學(xué)科學(xué))和比較抽象的數(shù)據(jù)集中的基本的相互關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)與關(guān)系。展示的主要目標(biāo)則應(yīng)當(dāng)是發(fā)掘在數(shù)據(jù)集中潛在的信息，從而有助于用戶增強對它們的理解。雖然，當(dāng)前的可視化技術(shù)主要是探索人類的視覺能力，但是其他的一些感知通道，包括觸覺和聽覺，也均在考慮之中，以便通過它們進一步發(fā)現(xiàn)信息的處理過程；

(3) 虛擬現(xiàn)實：虛擬現(xiàn)實(VR)是要讓用戶經(jīng)歷由計算機圖形學(xué)以及可能的其他感知通道所產(chǎn)生的三維環(huán)境，提供一種能增進用戶與計算機創(chuàng)建的“世界”交互作用的環(huán)境；

(4) 計算機視覺：計算機視覺的目標(biāo)是推導(dǎo)出一幅或多幅二維圖像所表示的三維圖像世界的結(jié)構(gòu)及性質(zhì)。對計算機視覺的理解和實踐依賴于計算學(xué)科中的核心概念，但也和其他一些學(xué)科(如物理、數(shù)學(xué)、心理學(xué)等)密切相關(guān)。

CC2004和CCC2002的規(guī)范中給出的課程建議規(guī)定了每門課程的最小核心內(nèi)容，包括的這些單元是要獲得學(xué)位必須具備的相應(yīng)知識。核心單元不是課程的全部，核心單元是課程最小的部分，但不能構(gòu)成完整的本科課程，每門課程應(yīng)當(dāng)包括來自知識體系中的附加選修單元。核心單元不能僅安排在本科階段的入門性課程中。許多核心單元屬于入門的導(dǎo)論性知識，但這不意味著它們必須安排在低年級的入門性課程中，因為有些導(dǎo)論性的知識，只有當(dāng)學(xué)生具有必需的基礎(chǔ)知識后才能接受。另外，引論性課程也可以包括選修單元。所以核心這一說法只是意味著必須具備的含義，而并沒有限制它必須安排在那些課程里。

從以上國內(nèi)外計算機專業(yè)推薦的教學(xué)計劃和設(shè)置的課程可以得到，涉及到圖形圖像與多媒體的內(nèi)容，一般宜設(shè)置計算機圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理、多媒體技術(shù)等課程及相關(guān)課程，可涵蓋的知識有人―機交互、圖形學(xué)、圖像處理、多媒體技術(shù)等基礎(chǔ)內(nèi)容，這樣才可基本達到規(guī)范的要求。

2部分高校課程開設(shè)情況

從網(wǎng)上可查到的清華大學(xué)、上海交通大學(xué)、中國科技大學(xué)等幾所高校的計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生培養(yǎng)教學(xué)計劃中計算機圖形學(xué)、數(shù)字圖像處理、多媒體技術(shù)等課程設(shè)置情況如表4。

表4 涉及圖形圖像與多媒體類課程開設(shè)情況

從表4可看到，近幾年在計算機專業(yè)里，國內(nèi)的大學(xué)普遍增加了圖形圖像與多媒體類課程的課程數(shù)量和教學(xué)時間。

3 存在問題及教改研究

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【基金項目】中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）教學(xué)研究項目，項目編號 200923。

【中圖分類號】G642 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）10-0144-02

一、引言

計算機圖形學(xué)是研究如何利用計算機顯示和處理圖形的原理、方法和技術(shù)的一門學(xué)科。除了是計算機與信息相關(guān)學(xué)科的一門專業(yè)必修課程外，它也是許多非計算機專業(yè)本科一項重要的專業(yè)限選/選修課程[1]。在以地學(xué)專業(yè)為主的中國地質(zhì)大學(xué)（武漢），計算機圖形學(xué)教學(xué)也得到了相當(dāng)?shù)闹匾?。以地空學(xué)院為例，其下屬的兩個專業(yè)地球物理與地球信息科學(xué)的教學(xué)大綱中都明確開設(shè)了這門課程。但與其他兄弟院系一樣，該課程教學(xué)中所達到的實際效果卻并不盡如人意。一方面，地質(zhì)制圖以及地學(xué)數(shù)據(jù)的圖形表現(xiàn)等知識在學(xué)生本科畢業(yè)后從事的地學(xué)應(yīng)用工作中占有重要成分；另一方面，傳統(tǒng)計算機圖形學(xué)本身所講述的內(nèi)容又無法滿足地學(xué)專業(yè)工作、科研的需要[2]。隨著時間的推移，計算機圖形學(xué)課程所處的地位日漸尷尬，將其從教學(xué)計劃中取消固然不妥，但又確實達不到應(yīng)有的效果。認真分析其原因主要有如下兩點：

1.從課程的定位來看，作為一門獨立學(xué)科，計算機圖形學(xué)本身定位于使用數(shù)學(xué)算法構(gòu)造圖形的數(shù)學(xué)模型，并通過程序?qū)崿F(xiàn)圖形的顯示和處理。數(shù)學(xué)建模與算法實現(xiàn)是計算機圖形學(xué)的核心與基礎(chǔ)[3]。該課程涉及的內(nèi)容也非常之多，包括圖形生成技術(shù)，計算機輔助制圖，計算機視覺等部分[4]。然而作為一個主要培養(yǎng)地學(xué)領(lǐng)域人才的高等院校，計算機圖形學(xué)在地學(xué)領(lǐng)域的主要應(yīng)用集中于數(shù)據(jù)制圖與數(shù)據(jù)可視化處理。即要求學(xué)生能夠具備一定計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)知識，并能夠使用計算機對地學(xué)數(shù)據(jù)進行圖形繪制與表現(xiàn)，進一步生產(chǎn)出社會所需求的各種圖形產(chǎn)品包括二維地質(zhì)圖以及三維造型，場景演示視頻等。因此可見，課程定位與專業(yè)需求存在著一定的差別。

2.從教學(xué)大綱與教學(xué)內(nèi)容上來看，傳統(tǒng)計算機圖形學(xué)教學(xué)基本以清華大學(xué)孫家廣院士主編的《計算機圖形學(xué)》內(nèi)容為范本。教學(xué)內(nèi)容大部分重點集中于圖形生成算法，圖形標(biāo)準、圖形交互、曲線曲面造型、真實感圖形生成與顯示算法等章節(jié)[5]。這其中的許多知識點都與地學(xué)專業(yè)應(yīng)用無關(guān)。此外，地學(xué)專業(yè)的學(xué)生往往在離散數(shù)學(xué)、算法邏輯等方面基礎(chǔ)較為薄弱。這就導(dǎo)致授課老師要花更多的時間來將這些知識點講授清楚，但學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中卻逐漸失去興趣。

上述主要原因使得我校地學(xué)相關(guān)專業(yè)中的計算機圖形學(xué)課程教學(xué)無法達到滿意的效果。特別是由于課程的一些內(nèi)容或章節(jié)與專業(yè)的實際應(yīng)用偏離太多，更造成了學(xué)生們應(yīng)付考試，老師們照本宣科的現(xiàn)象。許多講授該課程的老師都或多或少的意識到了這一點，他們努力在教學(xué)過程中做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，但卻苦于缺乏統(tǒng)一的指導(dǎo)思想。

基于此，在校方支持下，筆者與其他授課老師一起開展了面向地學(xué)專業(yè)的計算機圖形學(xué)教學(xué)改革活動。在這次改革中，老師們將自己的授課經(jīng)歷進行了分享，并著重對地學(xué)相關(guān)專業(yè)計算機圖形學(xué)教學(xué)過程中的問題進行了總結(jié)，然后通過討論交流提出了一系列改革方案。最后將這些方案措施在教學(xué)活動中進行驗證。實踐證明，教改方案可以有效的激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，并引導(dǎo)他們將理論知識充分運用到實際問題中，有利于培養(yǎng)地學(xué)專業(yè)高素質(zhì)人才[6]。

二、改革措施

首先，此次課程改革的目的很明確，即為地學(xué)或地學(xué)相關(guān)專業(yè)的學(xué)生量身打造適合他們需要的計算機圖形學(xué)課程。該課程的教學(xué)必須真正貼近專業(yè)的需要，不再流于形式，為學(xué)生將來的工作與研究深造打下良好的基礎(chǔ)。具體的改革措施總結(jié)如下：

1.深入了解我校地學(xué)專業(yè)相關(guān)院系的專業(yè)需求，討論并制訂面向地學(xué)領(lǐng)域的計算機圖形學(xué)教學(xué)大綱和教學(xué)計劃。傳統(tǒng)的計算機圖形學(xué)教學(xué)內(nèi)容涉及到數(shù)學(xué)、物理、計算機等多個學(xué)科[7]。每個學(xué)科又涉及到一些相對抽象的理論與復(fù)雜算法實現(xiàn)。這些內(nèi)容均使得地學(xué)專業(yè)的學(xué)生難以在短時間內(nèi)掌握。此外，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，目前計算機圖形學(xué)的一些教學(xué)安排與現(xiàn)實也存在一定的脫節(jié)。如許多計算機圖形學(xué)的實習(xí)環(huán)節(jié)中會要求學(xué)生去實現(xiàn)基本圖形的生成算法，對許多非計算機專業(yè)本科生而言，這一做法的必要性值得商榷。因為就其專業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，大部分的圖形生成算法實現(xiàn)都已經(jīng)固化到了計算機硬件（顯卡、GPU）中，現(xiàn)實工作中極少場合需要編程實現(xiàn)這些已經(jīng)非常成熟的算法[8]。

篇（9）

數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)是近年來新增的專業(yè)，數(shù)字媒體技術(shù)是通過現(xiàn)代計算和通信手段，綜合處理文字、聲音、圖形、圖像等信息，使抽象的信息變成可感知、可管理和可交互的一種技術(shù)，主要包含場景設(shè)計、角色形象設(shè)計、游戲程序設(shè)計、多媒體后期處理、人機交互技術(shù)。圖形學(xué)是該專業(yè)的核心課程之一。

“3D游戲圖形學(xué)”是一門在對傳統(tǒng)課程“計算機圖形學(xué)”課程內(nèi)容進行調(diào)整的基礎(chǔ)上，針對數(shù)字媒體技術(shù)專業(yè)新開設(shè)的專業(yè)課。該課程主要介紹三維計算機圖形學(xué)的基本概念、算法與編程實現(xiàn)，以及3D圖形開發(fā)技術(shù)的最新進展。

本文首先對傳統(tǒng)“計算機圖形學(xué)”課程存在的問題進行了分析，提出了開設(shè)“3D游戲圖形學(xué)”的必要性；然后就“3D游戲圖形學(xué)”課程的教學(xué)內(nèi)容和實驗教學(xué)進行了討論；最后總結(jié)我們的經(jīng)驗與不足。

二、開設(shè)“3D游戲圖形學(xué)”課程的必要性

近年來，隨著計算機軟硬件技術(shù)的進步，計算機圖形學(xué)技術(shù)發(fā)展很快，在各方面的應(yīng)用也越來越廣，特別是以動畫、游戲為代表的數(shù)字娛樂產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，極大地推動了計算機圖形學(xué)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，但是目前計算機圖形學(xué)的教學(xué)內(nèi)容無法緊跟最新技術(shù)的發(fā)展，存在以下一些問題：

1.多以二維圖形和理論講述為主。對直線、圓、曲線等基本圖形算法講述較多，但是目前的圖形學(xué)應(yīng)用主要是三維的，二維圖形算法已經(jīng)非常成熟和硬件化了。

2.對當(dāng)前應(yīng)用領(lǐng)域中所用到的最新圖形技術(shù)設(shè)計較少。隨著動畫、游戲等技術(shù)的發(fā)展，計算機圖形技術(shù)涌現(xiàn)了越來越多的新方法和新技術(shù)，但傳統(tǒng)課程“計算機圖形學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容陳舊。

3.實踐案例教學(xué)內(nèi)容欠缺。目前計算機圖形學(xué)的教學(xué)沒有理論結(jié)合實踐，缺乏講解具體算法的實現(xiàn)方法，要么主要將理論，要么講程序語言O(shè)penGL的簡單使用方法，與實際應(yīng)用需要嚴重脫節(jié)，使得學(xué)生學(xué)習(xí)一學(xué)期后也無法進行具體的圖形編程。

為此，迫切需要開設(shè)一門教學(xué)內(nèi)容與時俱進、理論與實踐并重的課程，不僅要把經(jīng)典計算機圖形學(xué)的基本原理講透，而且能適當(dāng)融合當(dāng)前三維計算機圖形技術(shù)的最新發(fā)展，并結(jié)合具體實踐開展案例教學(xué)?；谶@一考慮，我們開設(shè)了“3D游戲圖形學(xué)”這門課程。

三、課程教學(xué)內(nèi)容設(shè)計

“3D游戲圖形學(xué)”總學(xué)時數(shù)48學(xué)時，理論教學(xué)33學(xué)時，實驗教學(xué)15學(xué)時。理論教學(xué)內(nèi)容分為以下9講：

第1講為計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)，主要介紹計算機圖形學(xué)的定義、研究范疇，計算機圖形學(xué)的發(fā)展歷史和應(yīng)用領(lǐng)域，圖形系統(tǒng)構(gòu)成、輸入輸出設(shè)備，以及計算機圖形學(xué)的發(fā)展熱點，課時為2學(xué)時。

第2講為基本圖形生成算法，講述圖形光柵化的基本原理，直線的生成算法包括數(shù)值微分法和中點Bresenham算法，圓的生成算法包括簡單方程生成圓和圓的中點Bresenham算法以及多邊形的光柵化算法，課時為4學(xué)時。

第3講為圖形變換，圖形變換是計算機圖形學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的重要內(nèi)容之一，為將繪制的圖形轉(zhuǎn)化成適合在屏幕上顯示的二維圖形，必須將其經(jīng)過一系列的變換，包括平移、旋轉(zhuǎn)、縮放、投影等，本講主要講述計算機圖形系統(tǒng)中最常用的二維圖形變換和三維圖形變換，課時為4學(xué)時。

第4講為三維場景繪制流水線，主要講述三維場景顯示到屏幕上需要的一系列變換，包括觀察空間變換、投影變換、窗口到視區(qū)的變換和光柵化顯示，課時為3學(xué)時。

第5講為真實感圖形光照處理，主要講述簡單光照模型，透明、明暗、陰影及紋理處理，整體光照模型與光線跟蹤算法，課時為時。

第6講為三維場景造型技術(shù)，主要講述三維場景的組織方式，幾何剖分技術(shù)包括四叉樹、八叉樹、BSP樹等，快速可見性判斷與LOD加速繪制技術(shù)，課時為4學(xué)時。

第7講為游戲特效繪制技術(shù)，主要講述常用的特效實現(xiàn)基本原理和方法，如廣告牌技術(shù)、粒子系統(tǒng)技術(shù)、精靈動畫技術(shù)、煙霧火特效技術(shù)和眩光特效技術(shù)等，課時為3學(xué)時。

第8講為碰撞檢測技術(shù)，主要講述碰撞檢測的基本原理、基本碰撞檢測算法的原理與實現(xiàn)，包括基于圖像空間的碰撞檢測算法、基于一般表示模型的碰撞檢測算法和面向可變形體的碰撞檢測算法，課時為2學(xué)時。

第9講為計算機動畫技術(shù)，主要講述幾種最典型的動畫運動生成方法，包括關(guān)鍵幀方法、過程動畫、變形動畫、基于物理模型的方法和人體動畫，課時為2學(xué)時。

與傳統(tǒng)的計算機圖形學(xué)相比，本課程偏重最新的三維計算機圖形學(xué)技術(shù)。用較少的課時介紹經(jīng)典的二維圖元繪制算法，然后重點介紹當(dāng)前用得最廣泛的三維圖形技術(shù)，融合最新的三維游戲圖形開發(fā)技術(shù)。另外，本課程注重理論和實際相結(jié)合，在每一章講完理論后，緊接著介紹如何采用OpenGL進行具體編程，使學(xué)生可以利用所學(xué)知識做出自己的圖形，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與編程能力。

四、課程實驗教學(xué)設(shè)計

“3D游戲圖形學(xué)”是一門實踐性很強的課程，為了使學(xué)生能學(xué)以致用，真正掌握目前應(yīng)用廣泛的三維圖形技術(shù)，做到與時俱進，除了理論教學(xué)外，必須輔以足夠的實驗教學(xué)，著重培養(yǎng)學(xué)生的編程實現(xiàn)能力，使得學(xué)生學(xué)習(xí)該課程后能夠利用OpenGL或DirectX進行具體的三維圖形編程。實驗教學(xué)內(nèi)容是在保留經(jīng)典的二維圖形編程的基礎(chǔ)上增加了三維圖形編程項目，實驗類型包括基本型、設(shè)計型和綜合型三種。

篇（10）

一、認真組織課堂教學(xué)內(nèi)容該課程的基本目標(biāo)是是學(xué)生全面而系統(tǒng)地理解計算機圖形學(xué)的相關(guān)概念、原理和知識，具有一定實踐體會和相關(guān)的編程能力，了解當(dāng)前的研究熱點。計算機圖形學(xué)這門功課，沒有學(xué)習(xí)積極性和主動性，是很難學(xué)好的。難學(xué)是學(xué)習(xí)積極性的主要障礙。因此在教學(xué)內(nèi)容上，應(yīng)注意以下幾點：充分注意學(xué)生的接受程度，教學(xué)內(nèi)容要“精”。首先是注重基礎(chǔ)，強調(diào)基本概念、基本原理，以如何“逼真”地模擬現(xiàn)實世界的物體為主線。其次也要突出重點，對一些要求掌握的算法，要仔細分析，強調(diào)其基本思想、基本原理。只要算法的基本思想掌握了，算法的實現(xiàn)就容易理解，對相關(guān)算法就可舉一反

三、觸類旁通。在教學(xué)內(nèi)容上，也應(yīng)注意“新”。教學(xué)內(nèi)容的選取應(yīng)跟上學(xué)科發(fā)展的步伐，介紹一些當(dāng)前的研究熱點（如：真實感圖形顯示、計算機動畫、人機交互技術(shù)與虛擬現(xiàn)實技術(shù)等）及重要文獻，使學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展情況，也同時增加課堂教學(xué)的趣味性。在教學(xué)內(nèi)容上，還應(yīng)注意理論與實用軟件之間的關(guān)系。應(yīng)介紹計算機圖形學(xué)的理論、算法在流行的圖形設(shè)計和動畫制作軟件中的應(yīng)用，促進理論學(xué)習(xí)和實用軟件使用形成互動。

二、注重教學(xué)方法和手段在教學(xué)方法上，注意啟發(fā)性。如：在講畫線算法前，應(yīng)思考：為什么在屏幕上畫出直線段時，經(jīng)常出現(xiàn)鋸齒？如何解決？等等。這些思考的問題可以引導(dǎo)學(xué)生預(yù)習(xí)和自學(xué)，減輕課堂負擔(dān)，使課堂教學(xué)的目標(biāo)清晰，任務(wù)簡化。在重要算法的講授中，首先在清晰的介紹其基本思想和原理，應(yīng)作到深入淺出，簡明扼要，充分利用圖形圖示的作用，這樣使復(fù)雜的算法變得易于理解，易于學(xué)生的接受。在介紹算法的奇思妙想之后，應(yīng)注意分析其效率和特點，強調(diào)追求高效率、精益求精是算法不斷改進的重要原因。在算法講解中，應(yīng)避免繁瑣復(fù)雜的算法推導(dǎo)和連篇累牘的算法分析，這樣會使很多學(xué)生感到困惑、煩躁，會使學(xué)習(xí)的積極性下降。

三、恰當(dāng)設(shè)計課前、課后習(xí)題習(xí)題應(yīng)與課堂教學(xué)、上機實驗等環(huán)節(jié)的工作結(jié)合起來。習(xí)題可分為課后習(xí)題和課前思考題。課前思考題具有一定的引導(dǎo)作用，幫助學(xué)生預(yù)習(xí)和自學(xué)，減輕課堂負擔(dān)，使課堂教學(xué)的目標(biāo)清晰，任務(wù)簡化。課后習(xí)題是對課堂教學(xué)內(nèi)容的消化、吸收、補充、完善和提高。習(xí)題一定要精心設(shè)計和選擇，特別避免作業(yè)形式單一、難度較大，否則就會使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒。注意循序漸進、難易適度。注重基礎(chǔ)，注意多層次、多形式（如判斷題、選擇題、填空題、簡答題、算法設(shè)計題和綜合應(yīng)用題等），使學(xué)生得到全面的訓(xùn)練。習(xí)題應(yīng)注意啟迪學(xué)生的思維，培養(yǎng)獨立思考的能力，也可大大提高學(xué)習(xí)興趣。根據(jù)課程教學(xué)需要，在參閱一些著名計算機圖形學(xué)教材的基礎(chǔ)上，筆者經(jīng)過收集整理，編寫了教學(xué)輔助材料《計算機圖形學(xué)習(xí)題集》。

四、充分重視實驗教學(xué)計算機圖形學(xué)課程具有很強的實踐性，上機實驗是其重要環(huán)節(jié)?；灸繕?biāo)是將學(xué)生的計算機操作能力、分析能力、設(shè)計能力與應(yīng)用實踐結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地掌握計算機圖形學(xué)基本理論和算法。好的實驗內(nèi)容充滿了趣味性，又有挑戰(zhàn)性，在上機實驗中可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，必然影響其它教學(xué)環(huán)節(jié)。

五、課程設(shè)計必不可少課程設(shè)計是計算機圖形學(xué)實踐教學(xué)的另一個重要環(huán)節(jié)，是對學(xué)生計算機圖形學(xué)課程以及相關(guān)知識的綜合測試，是對學(xué)生圖形設(shè)計的問題分析、算法設(shè)計與分析、程序設(shè)計和調(diào)試等能力的考核，是進一步提高教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。課程設(shè)計在課程教學(xué)的中后期完成。課程設(shè)計的題目、要求在該課程的中期給出，題目也可自擬。課程設(shè)計任務(wù)不宜過難，最好在實驗課的基礎(chǔ)上進行，可以是實驗的綜合、改進、完善等。要求在規(guī)定的期限內(nèi)完成所有的文檔資料（包括源程序清單、可執(zhí)行程序等），并評定課程設(shè)計成績，作為課程總成績的重要組成部分。

六、嚴格教學(xué)的過程化管理與考核重視教學(xué)的過程化管理與考核是保證教學(xué)質(zhì)量的重要手段。對課堂、作業(yè)、實驗等環(huán)節(jié)進行有效的管理，及時發(fā)現(xiàn)和糾正每一環(huán)節(jié)中存在的問題。應(yīng)在過程中解決教學(xué)中的問題，不能讓其積累起來，避免學(xué)生感到課程的難學(xué)，以致學(xué)習(xí)積極性的下降。過程化考核體現(xiàn)在評定學(xué)生的課程成績時，全面考核各重要教學(xué)環(huán)節(jié)（如上課、作業(yè)、實驗、課程設(shè)計、期末考試等）的學(xué)習(xí)情況，應(yīng)充分重視平時的學(xué)習(xí)情況，鼓勵在平時作業(yè)、實驗、課程設(shè)計中獨立思考，并有所創(chuàng)新。每次作業(yè)、實驗都要給出等級，各環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)情況都有逐一評定成績，并按比例記入到課程的總成績中?？傊?，計算機圖形學(xué)是一門不斷發(fā)展的交叉學(xué)科，其教學(xué)方法需要在實踐中不斷探索。我們教學(xué)工作者在研究高效率的教學(xué)手段和教學(xué)方法的同時，還應(yīng)積極參與教學(xué)內(nèi)容相關(guān)的科研工作，從而更加明確教學(xué)重點和難點，做到在教學(xué)過程中有的放矢，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和思考的積極性和主動性。

參考文獻：

[1]何援軍.計算機圖形學(xué)

[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.2.

[2]吳元斌.“計算機圖形學(xué)”教學(xué)的幾點體會

篇（11）

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）38-0051-02

《計算機圖形學(xué)》既是計算機科學(xué)研究領(lǐng)域中一門重要的學(xué)科，同時也是建立在傳統(tǒng)圖學(xué)、現(xiàn)代數(shù)學(xué)及計算機科學(xué)上的一門交叉學(xué)科。它已廣泛應(yīng)用在于計算機輔助設(shè)計與制造、計算機輔助繪圖、計算機輔助教學(xué)、工業(yè)過程控制、計算機動畫藝術(shù)、科學(xué)計算可視化、人機交互和虛擬現(xiàn)實等諸多領(lǐng)域[1]?；凇队嬎銠C圖形學(xué)》領(lǐng)域的巨大發(fā)展和《計算機圖形學(xué)》課程教學(xué)中存在的諸多問題，有必要對該課程的教學(xué)進行改革，從而提升該課程的教學(xué)水平?！队嬎銠C圖形學(xué)》的研究內(nèi)容主要包括圖形軟硬件、光柵圖形生成、真實感圖形計算與顯示、曲線曲面造型、人機交互技術(shù)、科學(xué)計算可視化、計算機動畫、自然景物仿真、虛擬現(xiàn)實等[2]。

一、目前教學(xué)中存在的問題

《計算機圖形學(xué)》課程是一門理論與實踐結(jié)合性強的課程，這導(dǎo)致在實際教學(xué)過程中存在以下四個問題。

1.教與學(xué)的目的不統(tǒng)一。筆者通過教學(xué)過程中與學(xué)生的交流發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生對本課程的理解不是很正確。他們之所以選修這門課程，主要是因為他們認為通過對《計算機圖形學(xué)》的學(xué)習(xí)可以處理漂亮的圖片、制作炫目的動畫和進行游戲編程等。然而該課程實際上是去探究實現(xiàn)這些操作的原理，是研究更本質(zhì)的知識。學(xué)生一開始對該課程充滿好奇和期待，但隨著課程的深入講解，他們會感到本課程的理論知識枯燥，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣不斷下降。

2.學(xué)生動手能力的不足?！队嬎銠C圖形學(xué)》這門課程要求學(xué)生具有較強的編程能力和動手能力，因為要掌握和實現(xiàn)一些圖形學(xué)基本算法。而在教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生的編程能力和動手能力都一般，很多任務(wù)不能正常完成，從而間接打擊了學(xué)生的積極性，使得他們對該課程的興趣與日遞減，最后轉(zhuǎn)為放棄學(xué)習(xí)。

3.課程設(shè)置不合理。《計算機圖形學(xué)》盡管是計算機科學(xué)的一門重要學(xué)科，但在計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)并不是核心課程，因此在課程設(shè)置中只是將該課程作為高年級的方向選修課開設(shè)。很大部分選修學(xué)生不是真心想學(xué)習(xí)該課程，再加上這些學(xué)生對課程的理解也存在著偏頗。基于這個現(xiàn)狀，任課教師也就只能在實際授課時力求簡單，從而導(dǎo)致教師無法完成必需的教學(xué)內(nèi)容。

4.實踐教學(xué)重視不夠。傳統(tǒng)教學(xué)模式只重視理論而忽視實踐，一方面表現(xiàn)在實踐課時安排上（本校課堂教學(xué)的課時是實踐教學(xué)的兩倍）；另一方面是開設(shè)的實驗更多的只是算法驗證性實驗。這使得原本很重要的實踐活動轉(zhuǎn)變?yōu)樾问剑@勢必阻礙學(xué)生運用所學(xué)圖形學(xué)理論知識提升其自身的創(chuàng)新能力。

二、教學(xué)改革具體措施

1.板書與多媒體相結(jié)合。多媒體教學(xué)作為現(xiàn)代教育的有效手段，確實具有傳統(tǒng)教學(xué)無法比擬的優(yōu)勢，它信息量大、效率高、趣味性強，使教師的授課更便捷，讓算法的演示更形象具體，從而有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，使教學(xué)效果達到最優(yōu)化。因此，目前基本上所有的高校都采用多媒體方式進行授課。但其實對于圖形學(xué)這門課程，由于其涉及到大量的數(shù)學(xué)推導(dǎo)，比如，基本圖形的生成、圖形幾何變換和曲線曲面造型等，在多媒體教學(xué)的同時，需要運用板書進行相關(guān)數(shù)學(xué)推導(dǎo)，這可以使學(xué)生在教師板書的過程中學(xué)會思考，從而更好、更正確地理解各種圖形算法。

2.加強實例教學(xué)。由于圖形學(xué)課程需要掌握很多算法，因此在講解圖形學(xué)算法時，不能只講理論，這樣太空洞。應(yīng)圍繞具體的實例進行教學(xué)，借助計算機技術(shù)（比如flash）對一些算法進行動畫模擬演示，從而使算法的描述更加形象化和具體化。這一方面有利于學(xué)生更快更好的掌握這些算法；另一方面也可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情和積極性。比如，在講解“多邊形填充4連通邊界填充算法”時，利用flash演示像素入棧出棧原理，如圖1所示，更直觀地展示算法的基本思想，從而充分調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使其具備主動學(xué)習(xí)的能力。不過因為課時有限，演示實例不能太復(fù)雜，能把算法講解清楚即可。

3.加強實踐能力的培養(yǎng)?！队嬎銠C圖形學(xué)》理論和算法是比較深奧和難懂的，不是很容易掌握，但其實驗結(jié)果卻是直觀和生動的。該課程具有很強的實踐性和應(yīng)用性，因此上機實驗是其重要環(huán)節(jié)。在教學(xué)過程中需要繼續(xù)加強學(xué)生實踐能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生把所學(xué)的基本理論知識應(yīng)用于實踐操作，不斷提高學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力?！队嬎銠C圖形學(xué)》在本校的總學(xué)時數(shù)為48學(xué)時，其中的實驗課時數(shù)為14學(xué)時，這14個學(xué)時7次實驗基本能夠滿足課程實踐教學(xué)的需要。本課程的實驗根據(jù)難易程度可分為如下兩個層次[3]：①基本實驗。主要是為了鍛煉學(xué)生對算法的理解能力、算法到程序的轉(zhuǎn)換能力以及用VC編程實現(xiàn)算法的能力，主要包括基本圖形（直線、圓和橢圓）算法、線型和線寬的處理、字符的生成技術(shù)、線段的裁剪、二維和三維圖形的幾何變換和投影變換、曲線繪制等，要求學(xué)生能夠獨立完成。②綜合實驗。這類實驗包括多邊形裁剪算法、多邊形區(qū)域填充算法、區(qū)域圖案填充算法、多面體的消影、畫家隱面算法和Z-Buffer隱面算法等，它們無論從算法復(fù)雜性上還是程序編寫難度上都要高于基本實驗?？梢钥紤]將學(xué)生分成若干小組，以小組的形式在規(guī)定的時間內(nèi)完成。

參考文獻：