計算機圖形學(xué)是計算機及相關(guān)專業(yè)本科生的一門重要專業(yè)選修課，兼顧理論和實踐，具有很強的綜合性和交叉性。下面是學(xué)習(xí)啦小編給大家推薦的aaa，希望大家喜歡!

　　aaa篇一

　　《基于計算思維的計算機圖形學(xué)教學(xué)改革》

　　摘要：“計算機圖形學(xué)”是計算機專業(yè)的一門重要核心課程。文章從教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)方法兩方面探討在“計算機圖形學(xué)”課程中貫徹計算思維能力培養(yǎng)的改革思路與措施。

　　關(guān)鍵詞：計算思維;計算機圖形學(xué);教學(xué)內(nèi)容;教學(xué)方法

　　1.背景

　　計算思維是美國周以真教授在2006年正式提出的教育理念。周教授認為計算思維不僅屬于計算機科學(xué)家，而且還應(yīng)和閱讀、寫作、算術(shù)：Reading，wRiting，and aRithmetic——3R)一樣，成為每個人必須具備的基本技能。

　　計算思維的概念一經(jīng)提出，就激發(fā)了美國學(xué)術(shù)界的強烈反響。2007年，美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)和微軟宣布建立微軟一卡內(nèi)基·梅隆計算思維中心。2008年，美國國家科學(xué)基金會啟動了“計算使能的科學(xué)發(fā)現(xiàn)與技術(shù)創(chuàng)新”研究計劃。該計劃旨在通過計算思維領(lǐng)域的創(chuàng)新和進步來促進自然科學(xué)和工程技術(shù)領(lǐng)域產(chǎn)生革命性的成果。

　　在中國，計算思維被認為是振興大學(xué)計算教育的途徑，是促使科學(xué)與工程領(lǐng)域產(chǎn)生革命性創(chuàng)新成果的重要因素。針對校級公共必修課之一的計算機導(dǎo)論課，文獻[3]論述了該課程與計算思維的關(guān)系;針對計算機專業(yè)的基礎(chǔ)課程，國內(nèi)教育工作者就如何在離散數(shù)學(xué)、程序設(shè)計、算法設(shè)計與分析等課程教學(xué)過程中培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力上進行探索，取得了一定成果。而針對計算機專業(yè)的高年級課程，文獻[7]、[8]分別探討了如何在編譯原理課程和人工智能課程中強化學(xué)生的計算思維能力。

　　計算機圖形學(xué)是計算機及相關(guān)專業(yè)本科生的一門重要專業(yè)選修課，兼顧理論和實踐，具有很強的綜合性和交叉性。然而，該課程由于學(xué)科內(nèi)容多、理論難度大、實踐性強，且作為專業(yè)選修課學(xué)時有限，導(dǎo)致了課程內(nèi)容不易被掌握、學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高等問題。因此，我們將培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力融入該課程，并針對課程的學(xué)科特點和學(xué)生特點，對課程的教學(xué)改革進行了思考和探索。

　　2.計算機圖形學(xué)中的計算思維

　　計算機圖形學(xué)作為高等院校計算機核心課程之一，應(yīng)當(dāng)啟發(fā)學(xué)生使用計算思維方式解決各種計算機圖形學(xué)相關(guān)的實際問題。計算思維涉及運用計算機科學(xué)的基礎(chǔ)概念去求解問題、設(shè)計系統(tǒng)和理解人類的行為。下面，我們從這三方面來探討計算機圖形學(xué)所體現(xiàn)的計算思維。

　　1)求解問題。

　　計算機圖形學(xué)中的各種經(jīng)典算法均為問題求解的過程。例如，直線生成、圓弧生成、多邊形填充和區(qū)域填充等光柵圖形學(xué)中的具體問題，均需要通過計算機進行實現(xiàn)。講解這些實際問題的解決思路，可以培養(yǎng)學(xué)生利用計算機科學(xué)的基本概念進行問題求解的計算思維能力。

　　2)設(shè)計系統(tǒng)。

　　計算機圖形系統(tǒng)包含了硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)的設(shè)計。

　　圖形硬件系統(tǒng)用來生成、處理和顯示圖形，通常由中央處理器和圖形輸入/輸出設(shè)備構(gòu)成。在圖形硬件系統(tǒng)的設(shè)計中，考慮到圖形系統(tǒng)計算的工作量非常大，尤其是虛擬場景和實時動畫等的顯示，所以系統(tǒng)增加了固化的圖形處理芯片，即顯卡。圖形輸入/輸出設(shè)備也是基于人類的使用習(xí)慣和對顏色的感知習(xí)慣所設(shè)計。

　　圖形軟件系統(tǒng)分為圖形生成、圖形處理、圖形顯示及人機交互幾個部分。如何通過代碼將不同內(nèi)容集成起來，構(gòu)造出復(fù)雜的人機交互圖形系統(tǒng)，需要通過逐步分解、細化的方式，將規(guī)模較大、比較籠統(tǒng)的問題，轉(zhuǎn)換成比較詳細的描述，并有機地串聯(lián)起來用代碼實現(xiàn)。

　　通過設(shè)計開發(fā)軟硬件系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生利用計算機科學(xué)的基本概念進行系統(tǒng)設(shè)計的計算思維能力。

　　3)理解人類行為。

　　計算機圖形學(xué)就是在研究、分解和模擬畫家繪畫過程的科學(xué)。計算機圖形學(xué)通過研究分析，展現(xiàn)畫家繪畫的思維方式，并讓人們明白思維是可實現(xiàn)的。畫家繪畫的基本步驟和計算機圖形學(xué)的基礎(chǔ)技術(shù)對應(yīng)關(guān)系如表1所示。

　　以畫家繪制建筑風(fēng)景畫為例，畫家首先要選取景物和觀察的視角，這和圖形學(xué)中的投影、射影變換、視見體的規(guī)范化、三維規(guī)范體裁剪等技術(shù)相對應(yīng);選好場景和視角后，畫家會在腦海中對各個建筑物的位置和角度進行微調(diào)，以展現(xiàn)最美觀的畫面，這和圖形學(xué)中物體的幾何變換(平移變換、放大和縮小變換、旋轉(zhuǎn)變換等)技術(shù)相對應(yīng);完成構(gòu)思后，畫家會先用細筆勾勒出各個建筑物的輪廓，這和圖形學(xué)用網(wǎng)格建模技術(shù)相對應(yīng);然后進行上色，即圖形學(xué)中的顏色模型和光照模型相關(guān)技術(shù);最后，畫家繪制霧氣效果、建筑物表面細節(jié)等，這與圖形學(xué)研究的真實感圖形繪制技術(shù)相對應(yīng)。

　　計算機圖形學(xué)可培養(yǎng)學(xué)生運用計算機科學(xué)的基本概念進行人類行為理解方面的計算思維能力，因為計算機圖形學(xué)是完全由人通過計算機構(gòu)造出來的虛擬繪畫世界，課程所研究的技術(shù)均是基于對人類社會繪畫的理解、模擬或擴展。反過來，計算機圖形學(xué)也可以指導(dǎo)人類社會的繪畫并使之更有章法。

　　3.面向計算思維的教學(xué)內(nèi)容探索

　　在培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力這個新目標的指引下，我們對傳統(tǒng)的計算機圖形學(xué)教學(xué)內(nèi)容進行了適當(dāng)調(diào)整：強調(diào)對計算思維能力的培養(yǎng)，在理解基本原理和基本概念的同時，也重視應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生動手解決實際問題的能力。首先，我們根據(jù)學(xué)生的實際學(xué)習(xí)需求，精選部分核心教學(xué)內(nèi)容，壓縮或屏蔽部分理論知識，使學(xué)生更專注于必要知識的學(xué)習(xí)，從而提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量。其次，教學(xué)內(nèi)容的制訂應(yīng)跟上時代的步伐，重點介紹學(xué)科最新的前沿技術(shù)，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，拓寬他們的知識面。在以上一系列方針的指導(dǎo)下，我們調(diào)整后的教學(xué)內(nèi)容主要包括9部分，各部分的學(xué)時分配如表2所示。

　　我們對課程內(nèi)容的主要變動和調(diào)整總結(jié)如下，培養(yǎng)學(xué)生們運用計算機圖形學(xué)的理論提出問題、分析問題和解決問題。

　　1)在第1章概述部分引入了OpenGL繪圖程序包的介紹和使用說明，并以實驗的方式要求學(xué)生掌握基于OpenGL的簡單圖形設(shè)計方法;在后面章節(jié)的課程中也融入OpenGL的使用和功能介紹，將圖形學(xué)理論與OpenGL繪圖程序包相結(jié)合。這樣，有利于學(xué)生在學(xué)習(xí)問題求解的方法(即算法)的同時，掌握問題求解的手段(即OpenGL)，將抽象的算法和形象的工具實現(xiàn)技術(shù)融會貫通。

　　2)將第2章的基本圖形生成算法設(shè)為學(xué)生自學(xué)部分。內(nèi)容涵蓋了基本的光柵圖形生成算法，詳細說明了計算機在顯示器上繪制直線和圓弧的算法、多邊形的填充與其他相關(guān)的圖形基本元素的生成算法。這部分難度適中，很適合學(xué)生課后學(xué)習(xí)，教材提供部分源代碼，學(xué)生通過自學(xué)將代碼補齊，完成實驗。

　　3)將第3-7章的內(nèi)容用一個實驗串起來講，這個實驗要求學(xué)生們完成一個三維實體或場景的建模與交互。我們先展示實驗作品，然后通過分析作品的實現(xiàn)過程，引申出相關(guān)各個章節(jié)的理論部分，并一一擴展開來。最后，學(xué)生通過自行設(shè)計場景、分析實驗架構(gòu)、動手編程等過程來親身體驗。

　　4)增加討論課和第9章的技術(shù)前沿講座，激發(fā)學(xué)生的探索精神，培養(yǎng)他們批判性和創(chuàng)造性的計算思維能力。

　　4.面向計算思維的教學(xué)方法

　　4.1“所見即所得”的課堂教學(xué)方式

　　計算機圖形學(xué)是一門思維性很強的課程，涵蓋的知識點廣而抽象，因此，我們改進了傳統(tǒng)的按知識點分拆講解為主的教學(xué)方式，采用了“形象→抽象→形象”的“所見即所得”的教學(xué)方式。例如，在講解顏色、光照、視圖模型變換等知識點之前，我們先“形象”地展現(xiàn)一個三維場景，并對此展開分析，將三維場景繪制相關(guān)的知識點“抽象”出來，并逐章展開講解，并讓學(xué)生參與討論;最后，通過實驗的方式讓學(xué)生自行設(shè)計并編程實現(xiàn)一個“形象”的三維場景。這種“所見即所得”的教學(xué)方式將計算機圖形學(xué)抽象的思維過程形象地表達出來，并通過布置實驗，很好地調(diào)動了學(xué)生思考和探究的積極性，從而達到培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力的目標。

　　4.2采用注重培養(yǎng)計算思維能力的實驗內(nèi)容

　　本課程設(shè)置18學(xué)時的課內(nèi)實驗，包括4個實驗項目，具體安排如表3所示。

　　本課程的實踐性較強，因此課程考核摒棄了筆試方式，采用實驗考核和項目考核相結(jié)合的方式。實驗考核主要考查學(xué)生平時對相關(guān)知識的掌握程度，主要由第1、2和第4個實驗組成。項目考核基于第3個實驗，要求學(xué)生分組(每組不超過2人)完成一個比較復(fù)雜的三維模型或場景的建模項目，利用OpenGL、C++和FLTK，設(shè)計并制作三維真實感場景，要求提交設(shè)計制作文檔、源代碼、可執(zhí)行文件、PPT演示文稿等材料。

　　5.改革效果

　　通過課程的學(xué)習(xí)，多數(shù)學(xué)生均能掌握現(xiàn)代計算機圖形學(xué)的基本原理和交互式圖形系統(tǒng)的實現(xiàn)技術(shù)，具備了使用計算機圖形軟件、分析和設(shè)計圖形系統(tǒng)的基本能力，了解了計算機圖形學(xué)的研究方向和發(fā)展前景。

　　通過與學(xué)生座談，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對課程的學(xué)習(xí)內(nèi)容有了充分的認識，特別是在設(shè)計三維模型時，能夠理解繪畫步驟，掌握圖形學(xué)建模流程，并且有意識地運用計算思維思考問題和解決問題。

　　6.結(jié)語

　　實踐證明以上教學(xué)改革取得了良好的教學(xué)效果，然而學(xué)生計算思維能力的培養(yǎng)并非一朝一夕之功，也不是通過一兩門課程的教學(xué)就能完成的。今后，我們將以計算思維的視角看待所教授的各門專業(yè)課程，在教學(xué)內(nèi)容的選取與組織、實驗內(nèi)容的設(shè)計、教學(xué)方法的提煉上進行改革。

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