緒論：寫作既是個(gè)人情感的抒發(fā)，也是對(duì)學(xué)術(shù)真理的探索，歡迎閱讀由發(fā)表云整理的11篇計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)；計(jì)算機(jī)仿真；科學(xué)計(jì)算；程序設(shè)計(jì)基本方法；可視化

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 “計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的學(xué)科特性

所謂“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”是計(jì)算機(jī)仿真(即按模型計(jì)算以生成圖像)與科學(xué)計(jì)算(即通過在計(jì)算機(jī)上建立模型并模擬物理過程來進(jìn)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(jì)算機(jī)內(nèi)部的產(chǎn)生、設(shè)計(jì)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(duì)繪畫作品的設(shè)計(jì)思想、表達(dá)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(gè)繪畫作品設(shè)計(jì)方案成熟之后，畫家才動(dòng)筆繪畫)；而圖形顯示是用點(diǎn)、線、面、色彩、紋理等可視化的數(shù)學(xué)方式表達(dá)這種數(shù)據(jù)仿真計(jì)算結(jié)果的數(shù)學(xué)含義、或表達(dá)仿真過程中各種實(shí)體仿真模型與場景效果的物理含義的一種直觀表達(dá)方式。參考文獻(xiàn)[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(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的授課關(guān)系，使讀者建立用計(jì)算機(jī)生成圖形的完整概念。

我們用這一指導(dǎo)思想主導(dǎo)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”教育20多年，并用“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的授課內(nèi)容解決了多年來國內(nèi)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)課程沒有解決好的計(jì)算可行性(可計(jì)算性的實(shí)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(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)基本方法、認(rèn)識(shí)圖形數(shù)據(jù)模型構(gòu)造與顯示的一般規(guī)律、進(jìn)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(bǔ)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(jì)算機(jī)仿真等教學(xué)環(huán)節(jié)的缺失。這種教學(xué)方法使“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容完全納入了計(jì)算機(jī)科學(xué)的教育體系，同時(shí)使“計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)應(yīng)用程序的三個(gè)基本特征(數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的原因與重要性

為什么要學(xué)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”，這是計(jì)算機(jī)專業(yè)選修“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的讀者關(guān)心的首要問題。眾所周知，計(jì)算機(jī)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(duì)于信息技術(shù)而言，常用于表達(dá)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(jī)械力表達(dá)(即把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械運(yùn)動(dòng))。這4種表達(dá)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(dá)方式(即多媒體技術(shù))。其中，用圖形顯示這種方式表達(dá)信息數(shù)據(jù)的含義符合人們觀察了解事物運(yùn)動(dòng)規(guī)律的習(xí)慣，而且信息容量大，直觀方便，同時(shí)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(jì)算機(jī)科學(xué)發(fā)展的一種潮流與必然趨勢。隨著計(jì)算機(jī)工業(yè)的發(fā)展與進(jìn)步，實(shí)際應(yīng)用課題與現(xiàn)代程序設(shè)計(jì)對(duì)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?qǐng)D形顯示的一般規(guī)律，才能更好的為計(jì)算機(jī)信息數(shù)據(jù)的可視化服務(wù)。

按現(xiàn)代教科書對(duì)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的新定義，“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”代表了計(jì)算機(jī)應(yīng)用學(xué)科的一個(gè)重要發(fā)展方向――科學(xué)計(jì)算、計(jì)算機(jī)仿真、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、信息數(shù)據(jù)的可視化、動(dòng)畫與游戲、虛擬現(xiàn)實(shí)、數(shù)字娛樂，其編程應(yīng)用還涉及程序設(shè)計(jì)方法。它們代表了當(dāng)今計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展潮流與應(yīng)用水平，是解決計(jì)算機(jī)專業(yè)人才出路的有效途徑之一；而“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”是該方向的公共基礎(chǔ)課程，是目前國內(nèi)計(jì)算機(jī)本科教育應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)的內(nèi)容。顯然，僅僅靠學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)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(dòng)機(jī)理論等課程還不能完全使學(xué)生的能力直接達(dá)到開發(fā)這些應(yīng)用軟件的目的，因?yàn)樵瓌t上這些課程是為用戶使用計(jì)算機(jī)的計(jì)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(jì)算機(jī)專業(yè)主要沿這條主線向前發(fā)展：研究、設(shè)計(jì)、制造計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備，為用戶使用計(jì)算機(jī)的計(jì)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(jì)算機(jī)的基本類型與模式，而對(duì)于復(fù)雜且很難全面概括使用計(jì)算機(jī)的方法等、則留給一般用戶自己解決，這或許是計(jì)算機(jī)專業(yè)本科課堂教學(xué)沒有介紹對(duì)數(shù)據(jù)計(jì)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)正好可以彌補(bǔ)這個(gè)缺陷。

由于計(jì)算機(jī)教育本身并不能直接提供認(rèn)識(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)專業(yè)上的最后發(fā)展受到了嚴(yán)重制約。而“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的仿真方法為計(jì)算機(jī)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(jī)遇，它能為計(jì)算機(jī)專業(yè)人員學(xué)習(xí)其他行業(yè)的專業(yè)知識(shí)(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(jìn)行新行業(yè)系統(tǒng)仿真與系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)仿真的方法對(duì)這些研究課題進(jìn)行輔助研究，并用圖形等可視化的方法表達(dá)計(jì)算機(jī)仿真研究的中間結(jié)果與最終成果時(shí)，這將使計(jì)算機(jī)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(rèn)識(shí)世界、改造世界、造福于人類自己，而“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教育正是遵循這樣一條主線：通過物理實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)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(dá)到用計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的方法來仿真光線在自然界中的傳播，以及光線在照相機(jī)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(jì)算機(jī)專業(yè)本科課堂教育所欠缺的(計(jì)算機(jī)專業(yè)往往專注于數(shù)理邏輯思想的基礎(chǔ)訓(xùn)練)――即“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教育，不僅拓展了計(jì)算機(jī)專業(yè)人才的知識(shí)領(lǐng)域，也為其畢業(yè)增加了就業(yè)渠道，同時(shí)能培養(yǎng)計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(shí)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(jì)算機(jī)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(shí)外，還需培養(yǎng)學(xué)生用學(xué)科的基本思想與方法獨(dú)立自主分析問題、解決問題的能力，這種理論與實(shí)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?jì)算機(jī)圖形學(xué)”就是培養(yǎng)學(xué)生利用計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科的系統(tǒng)知識(shí)解決實(shí)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(huì)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(xiàng)目開發(fā)等活動(dòng)，達(dá)到全面提升對(duì)學(xué)科的認(rèn)識(shí)能力，并向某一個(gè)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(xiàn)[2，3]系統(tǒng)論述了“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程在計(jì)算機(jī)科學(xué)教育中的作用與地位。目前很難找出一門具有像“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”類似重要性與多樣性的其它計(jì)算機(jī)本科專業(yè)基礎(chǔ)課程，能使讀者正確掌握數(shù)據(jù)計(jì)算類型的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的基本方法，并使計(jì)算機(jī)這一工具直接服務(wù)于社會(huì)，這是我們應(yīng)該重視“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”教育的根本原因。

3學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的方法

由于“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”屬于計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件的范疇，因此，數(shù)據(jù)計(jì)算類型的應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)方法就是學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”應(yīng)該遵循的原則。就“計(jì)算機(jī)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(jì)語言的特性與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基本內(nèi)容，是實(shí)現(xiàn)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”編程的基礎(chǔ)。

(2) 掌握建立解決實(shí)際應(yīng)用問題的數(shù)學(xué)模型與軟件系統(tǒng)的概念，是計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)。軟件系統(tǒng)是一個(gè)能自動(dòng)運(yùn)行的綜合執(zhí)行程序，它能從輸入、存儲(chǔ)、運(yùn)算處理、輸出等方面全面處理用戶在某個(gè)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(jì)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(rèn)識(shí)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”與計(jì)算機(jī)仿真的相互關(guān)系?！坝?jì)算機(jī)圖形學(xué)”的重點(diǎn)與難點(diǎn)在三維圖形的數(shù)學(xué)模型研制(包括照相機(jī)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)追求像照相機(jī)拍照一樣的三維真實(shí)感圖形顯示效果，這決定了要在計(jì)算機(jī)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(dá)到這一目的，這自然需要讀者對(duì)相應(yīng)的物理知識(shí)有個(gè)基本的了解才能進(jìn)行。

(4) 需要了解一些計(jì)算機(jī)仿真的基礎(chǔ)知識(shí)，以確?！坝?jì)算機(jī)圖形學(xué)”的物理仿真教學(xué)過程不會(huì)出現(xiàn)偏差。

計(jì)算機(jī)仿真的主要過程分系統(tǒng)、模型、編程實(shí)現(xiàn)(仿真算法)、評(píng)估四個(gè)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(duì)象的有機(jī)組合，它決定了被研究考察對(duì)象的組成與邊界范圍。②計(jì)算機(jī)仿真一般可以用數(shù)學(xué)模型(簡稱模型)的方法代替實(shí)物研究對(duì)象，事實(shí)上模型也可以是對(duì)現(xiàn)實(shí)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(shí)際問題最本質(zhì)的特征和量的關(guān)系。目前“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”所述的模型多限于對(duì)所研究對(duì)象的物理性質(zhì)、運(yùn)動(dòng)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(shí)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(duì)該研究對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的描述方法以及模型的種類會(huì)不一樣。③仿真(編程實(shí)現(xiàn))就是在模型上做實(shí)驗(yàn)，從理論上測試構(gòu)建的理想系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為特性，以評(píng)估系統(tǒng)的效能。④系統(tǒng)的用途不一樣，評(píng)估的方法也不同，人們往往用事先約定的一組指標(biāo)來評(píng)估仿真系統(tǒng)的結(jié)果；當(dāng)所得仿真結(jié)果沒有達(dá)到預(yù)期的理想效果時(shí)，人們往往不斷改進(jìn)仿真模型與仿真算法。例如計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)，用途可以是顯示三維圖形，查看它的真實(shí)感逼真顯示效果就是人們主要關(guān)心的問題；模型的運(yùn)動(dòng)與操作(如游戲)，看它的操作性與故事情節(jié)等如何表達(dá)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(jī)械設(shè)備的綜合運(yùn)動(dòng)與仿真，考察所設(shè)計(jì)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(jì)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(duì)作戰(zhàn)進(jìn)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(duì)模型描述數(shù)據(jù)的加工與變換處理的步驟與方法，“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”中的主要算法有各種線段圖形的生成與實(shí)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(yàn)自己的學(xué)習(xí)效果，也是其它課程不容易做到的。編程時(shí)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(gè)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(shí)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(duì)象之間的相互關(guān)系。

(6) 掌握“計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)”知識(shí)研制的工具常用的有OpenGL與Direct3D等三維圖形標(biāo)準(zhǔn)，虛擬現(xiàn)實(shí)建模語言VRML。而三維動(dòng)畫與CAD等軟件可以看成是“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”為影視制作、游戲建模與計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)部門打造的專業(yè)計(jì)算工具。僅把圖形標(biāo)準(zhǔn)與計(jì)算機(jī)繪圖等應(yīng)用當(dāng)作“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”很不完備，因?yàn)樗荒茉谡n堂教學(xué)中向讀者正確、完整、系統(tǒng)地展示計(jì)算機(jī)圖形學(xué)學(xué)科發(fā)展的基本規(guī)律，并人為地割裂了計(jì)算機(jī)圖形數(shù)據(jù)模型的構(gòu)造與顯示這兩個(gè)過程。

(7) 學(xué)會(huì)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(diǎn)(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(xiàng)(因?yàn)閲H上最新的研究成果多用英文發(fā)表)。只有這樣，才能跟蹤計(jì)算機(jī)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(duì)用戶的多種需求展開開創(chuàng)性創(chuàng)新或針對(duì)已有成果的不足、提出修補(bǔ)與改進(jìn)等漸進(jìn)性創(chuàng)新等學(xué)術(shù)研究活動(dòng)。

(8) 勇于參與課程實(shí)踐與項(xiàng)目開發(fā)，是鞏固、檢驗(yàn)所學(xué)知識(shí)、提高實(shí)際動(dòng)手能力的好方法。實(shí)際軟件開發(fā)工作往往是多種知識(shí)的綜合應(yīng)用，它需要對(duì)實(shí)際處理事務(wù)有一個(gè)比較透徹的了解(用戶需求報(bào)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(jìn)行(按照軟件工程的方法組織實(shí)施)。

只有把自己開發(fā)的軟件做成有效商品、服務(wù)于社會(huì)，才能使所學(xué)的知識(shí)轉(zhuǎn)變成生產(chǎn)力，才能使自己得到升華；同時(shí)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(dòng)，注意留意不同學(xué)術(shù)流派之間的觀點(diǎn)、思想、方法與學(xué)術(shù)動(dòng)態(tài)，取長補(bǔ)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)教科書的容量使其只能介紹計(jì)算機(jī)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(duì)簡單的數(shù)學(xué)知識(shí)在計(jì)算機(jī)中的綜合應(yīng)用，太復(fù)雜的計(jì)算關(guān)系因會(huì)影響圖形的顯示速度而一般不采用；目前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教科書的理論體系已成熟且“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容已經(jīng)構(gòu)成了一個(gè)大系統(tǒng)，這使“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)過程變得簡單、容易。

4目前國內(nèi)“計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件呢？筆者認(rèn)為其原因之一在于：這是因?yàn)椤坝?jì)算機(jī)圖形學(xué)”造就的工具即圖形標(biāo)準(zhǔn)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(zhǔn)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(zhǔn)也能自己繪圖；國內(nèi)的計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序可視化的開發(fā)要求暫時(shí)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程作為計(jì)算機(jī)本科專業(yè)的核心課程，這是因?yàn)樗麄儗?duì)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的本質(zhì)與其在計(jì)算機(jī)學(xué)科中的作用與地位認(rèn)識(shí)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(zhǔn)的原理講授為主)和局限性與美國人在3D游戲、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)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(duì)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程的認(rèn)識(shí)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(jì)算機(jī)輔助幾何設(shè)計(jì)”與“計(jì)算機(jī)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(duì)象，加之計(jì)算機(jī)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(zhǔn)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(jì)算機(jī)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(shí)踐，在計(jì)算復(fù)雜性可接受的條件下，針對(duì)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(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，使圖形學(xué)的數(shù)學(xué)仿真過程不斷的逼近現(xiàn)實(shí)物體模型(包括剛體、軟體、流體、氣體)的構(gòu)造、運(yùn)動(dòng)、變形、切割和拼接與反光效果的顯示這一真實(shí)的物理變化過程。即初學(xué)者沒有用計(jì)算機(jī)生成圖形的完整概念，這也是以往人們認(rèn)為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程難教、難學(xué)的主要原因。

由于“計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)都離不開通信技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，而計(jì)算機(jī)顯卡工業(yè)、3D游戲、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等產(chǎn)業(yè)的市場份額小于數(shù)據(jù)庫與計(jì)算機(jī)通信等產(chǎn)業(yè)的市場份額，即應(yīng)用軟件的商業(yè)價(jià)值決定了它們?cè)谌藗児ぷ髋c學(xué)習(xí)中的地位。

參考文獻(xiàn)：

[1] 魏海濤. 計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)

中圖分類號(hào)：G642

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

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

1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程實(shí)施雙語教學(xué)的目標(biāo)

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)(Computer Graphics)是計(jì)算機(jī)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(gè)領(lǐng)域中發(fā)揮著重要的作用，2002年該課程被批準(zhǔn)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(jìn)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(duì)性、學(xué)生的理解性、專業(yè)知識(shí)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(huì)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(huì)上有專家指出，高校開展雙語教學(xué)可以得到三個(gè)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(shí)和能力的掌握，三是吸收國外先進(jìn)的理念。

要在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程中有效實(shí)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(shí)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(qiáng)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(jí)英語考試，但在閱讀很普通的英文專業(yè)資料時(shí)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(jìn)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(bǔ)充，提升學(xué)生應(yīng)用英語進(jìn)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(bào)告，進(jìn)而參與和主持英文學(xué)術(shù)討論和辯論；準(zhǔn)確、全面地理解教材內(nèi)容，流暢地閱讀專業(yè)文獻(xiàn)，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(shí)并將知識(shí)化為實(shí)際工作能力。計(jì)算機(jī)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(jìn)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(shí)要開拓學(xué)生專業(yè)知識(shí)的深度和廣度，這就對(duì)雙語教學(xué)的專業(yè)課任課教師提出了更高的要求。

2計(jì)算機(jī)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(shí)踐探索，作者摸索出了一些有效的教學(xué)方法，并對(duì)其中一些必須面對(duì)的問題進(jìn)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(jìn)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(dú)特的邏輯結(jié)構(gòu)和思維方式，使學(xué)生能夠清晰準(zhǔn)確地理解所學(xué)課程的內(nèi)容。

從目前國內(nèi)進(jìn)行的雙語教學(xué)實(shí)踐來看，學(xué)生更歡迎原版教材，普遍認(rèn)為原版教材內(nèi)容更加實(shí)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(shí)的系統(tǒng)性和完整性。這就需要任課老師認(rèn)真選擇適合學(xué)生使用的教材。

(2) 大綱的制定和學(xué)時(shí)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(jìn)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(yàn)確定向?qū)W生傳授的知識(shí)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。對(duì)國外教材沒有必要照搬，對(duì)基礎(chǔ)理論和重點(diǎn)內(nèi)容一定要講清、講透，就是多占用一些課時(shí)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(shí)要由淺入深，一開始可以適當(dāng)使用較多的中文，循序漸進(jìn)地增加英文內(nèi)容。作者在每次上課時(shí)總要抽出十分鐘的時(shí)間用英文回顧一下上次課所講的主要內(nèi)容，讓學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)有一個(gè)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)是基礎(chǔ)課程，以學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)為主，一些專業(yè)術(shù)語采用漸進(jìn)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(duì)所講內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。這樣既營造出一個(gè)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(shí)點(diǎn)。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(huì)因?yàn)橥庹Z水平而失去對(duì)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(huì)專業(yè)知識(shí)的同時(shí)又提高了專業(yè)英語水平。在一些較難的知識(shí)點(diǎn)中，作者會(huì)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(jìn)地增加專業(yè)詞匯，在課堂上有針對(duì)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(jìn)行講解。通過老師細(xì)致的觀察及時(shí)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(shí)講解一下，使學(xué)生充分理解這一知識(shí)點(diǎn)，再用英文來講授。

3雙語教學(xué)的思考

(1) 教師隊(duì)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(qiáng)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(gè)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(zhǔn)確無誤地使用專業(yè)英語進(jìn)行口頭和書面表達(dá)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?yàn)椋p語課程除了要講好一門課，還要運(yùn)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(yùn)用兩種語言授課，合理分配兩種語言整合知識(shí)點(diǎn)，必須成為雙語教師對(duì)自身的要求。如果雙語教師的熱情不夠，往往會(huì)造成虎頭蛇尾的情況。

篇（3）

中圖分類號(hào):G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”是研究如何利用計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)科學(xué)中發(fā)展最活躍、應(yīng)用最廣泛的分支之一。在計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)新一輪教學(xué)改革中,確定了計(jì)算機(jī)科學(xué)方向的16門主干核心課程,計(jì)算機(jī)圖形學(xué)就是其中之一。

1 “計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”實(shí)驗(yàn)課程存在的問題及改革的方向

國內(nèi)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)過分強(qiáng)調(diào)圖形學(xué)的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),使得“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”成為計(jì)算機(jī)及其相關(guān)專業(yè)學(xué)生很難掌握的一門課程。這種強(qiáng)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(duì)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?qǐng)D形學(xué)的相關(guān)理論知識(shí)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)”實(shí)驗(yàn)的演示、驗(yàn)證和開發(fā),來鞏固學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)的理解,就顯得非常有必要。

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

我校的計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)從2002年開始,在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)中引入了OpenGL,所有實(shí)驗(yàn)都要求在安裝了GLUT的Visual C++ 6.0的環(huán)境下進(jìn)行。

八年的教學(xué)表明,利用OpenGL開展圖形學(xué)實(shí)驗(yàn),對(duì)學(xué)生理解相關(guān)的圖形學(xué)知識(shí),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(yàn),針對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)中引入OpenGL后一些需要注意的問題,特撰寫本文,希望對(duì)從事計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)的老師有一定的借鑒作用。

2我?！坝?jì)算機(jī)圖形學(xué)”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置

我校計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)專業(yè)的“計(jì)算機(jī)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(jì)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(yùn)行,從而獲得對(duì)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(shí)驗(yàn)教學(xué)。該課程是專業(yè)必修課和雙語課程,4個(gè)學(xué)分,講授54學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)36學(xué)時(shí)。

2.1實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的選擇

OpenGL是一個(gè)發(fā)展成熟的、性能卓越的三維圖形標(biāo)準(zhǔn),它是20世紀(jì)后20年在SGI等多家世界聞名的計(jì)算機(jī)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(gè)通用共享的開放式三維圖形標(biāo)準(zhǔn)。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(zhǔn),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(dòng)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(qiáng)、雙緩存動(dòng)畫。OpenGL 的基本函數(shù)都做到了硬件無關(guān),甚至是平臺(tái)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)的平臺(tái),能非常好的演示和驗(yàn)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(qiáng)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(tái)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?yàn)檫@兩者都嚴(yán)重依賴于特定的平臺(tái)。但是,無論圖形程序運(yùn)行在何種平臺(tái)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(jìn)行交互。面對(duì)這種情況,在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)中,我們采取一種折中的策略――借助一個(gè)簡單的工具集,即OpenGL實(shí)用工具集(OpenGL Utility Toolkit,GLUT)。GLUT在標(biāo)準(zhǔn)編程環(huán)境中都有相應(yīng)的實(shí)現(xiàn),其API包含大多數(shù)窗口系統(tǒng)所共有的標(biāo)準(zhǔn)操作,并允許我們?cè)趹?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(shí)驗(yàn)的開展項(xiàng)目

目前,課程開展的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容如表1所示,其中實(shí)驗(yàn)類型分為三類:驗(yàn)證性、設(shè)計(jì)性和綜合性。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生對(duì)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(jìn)行編程驗(yàn)證;綜合性實(shí)驗(yàn)是讓學(xué)生在經(jīng)過一個(gè)階段的學(xué)習(xí)后,具有了一定的基本知識(shí)和基本技能的基礎(chǔ)上,綜合運(yùn)用圖形學(xué)的多種知識(shí),對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和方法進(jìn)行綜合訓(xùn)練的一種復(fù)合型實(shí)驗(yàn);設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是一種探索性的實(shí)驗(yàn),不但要求學(xué)生綜合多種知識(shí)來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,而且要求學(xué)生能充分運(yùn)用已學(xué)到的知識(shí),去發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生自己選題、自己設(shè)計(jì),在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行,以最大限度發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

表1計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)開展項(xiàng)目

實(shí)驗(yàn)名稱 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 實(shí)驗(yàn)類型

實(shí)驗(yàn)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(yàn)證性

實(shí)驗(yàn)2

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

(2)中點(diǎn)圓算法的實(shí)現(xiàn);

(3)中點(diǎn)橢圓算法的實(shí)現(xiàn)。 驗(yàn)證性

實(shí)驗(yàn)3

二維圖元的填充 (1)熟悉OpenGL中對(duì)顏色的設(shè)置;

(2)邊界填充算法的理解與實(shí)現(xiàn);

(3)泛濫填充算法的理解與實(shí)現(xiàn);

(4)掃描線填充算法的理解與實(shí)現(xiàn)。 驗(yàn)證性

實(shí)驗(yàn)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(duì)圖形進(jìn)行交互控制;

(3)用鍵盤對(duì)圖形進(jìn)行交互控制。 驗(yàn)證性

實(shí)驗(yàn)5

OpenGL下的二維圖形變換 (1)直接設(shè)置投影矩陣,對(duì)圖形進(jìn)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(yàn)證性

篇（4）

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究如何利用計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)制造、科學(xué)計(jì)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(jì)算機(jī)、地理信息系統(tǒng)、電子工程、機(jī)械設(shè)計(jì)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(shí)別、多媒體技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、計(jì)算機(jī)視覺等)的基礎(chǔ)課程，在教學(xué)計(jì)劃中占有重要地位和作用。

培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本知識(shí)、必要的基礎(chǔ)理論和常用的圖形生成算法，同時(shí)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(jì)算機(jī)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(jìn)展，及時(shí)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(shí)型教學(xué)”轉(zhuǎn)換成為“研究型教學(xué)”，即以知識(shí)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(shí)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(dá)到這個(gè)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(shí)際能力、文獻(xiàn)閱讀能力等以下7個(gè)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(qiáng)化基礎(chǔ)、突出實(shí)踐、重在素質(zhì)、面向創(chuàng)新。我們主要在以下幾個(gè)方面展開了創(chuàng)新性的教學(xué)改革研究。

1.1像計(jì)算機(jī)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(jìn)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(gè)技能并達(dá)到一個(gè)目標(biāo)，兩個(gè)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(gè)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(jì)算機(jī)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(duì)學(xué)生的思維進(jìn)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?yàn)閳D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(huì)過時(shí)，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(yùn)含的思想

計(jì)算機(jī)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(gè)普通、常規(guī)的圖形算法是如何通過改進(jìn)和完善變成一個(gè)優(yōu)秀算法的？

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

例如，直線生成算法是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)較底層的一個(gè)算法。該算法的性能嚴(yán)重決定著圖形生成的效率。因?yàn)楫?dāng)完成一個(gè)動(dòng)畫算法或真實(shí)感圖形算法時(shí)，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(yùn)算中，加法是最快的運(yùn)算，其中整數(shù)加法又快于浮點(diǎn)加法。因此像畫直線這種底層算法，能夠減少一個(gè)乘法都是一個(gè)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(diǎn)畫線算法，最后到Bresenham算法。一步步給學(xué)生展示了一個(gè)開始需要一個(gè)乘法和一個(gè)加法的普通直線算法，是如何通過改進(jìn)和完善其性能，把乘法演變一個(gè)浮點(diǎn)運(yùn)算加法，又把浮點(diǎn)加法變成整數(shù)加法的一個(gè)精彩過程。計(jì)算機(jī)科學(xué)問題的核心就是算法。

學(xué)術(shù)大師們?cè)谔岢?、改進(jìn)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(rèn)識(shí)和領(lǐng)會(huì)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(shí)，并不強(qiáng)調(diào)學(xué)生掌握和實(shí)現(xiàn)算法的具體細(xì)節(jié)，更重要的是闡述這些算法所蘊(yùn)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，上機(jī)編程實(shí)驗(yàn)是其重要環(huán)節(jié)，基本目標(biāo)是將學(xué)生的計(jì)算機(jī)操作能力、分析能力、設(shè)計(jì)能力與編程實(shí)踐結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地掌握計(jì)算機(jī)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(dòng)起來，作者在教學(xué)手段上充分發(fā)揮圖形學(xué)自身特點(diǎn)，將許多算法的原理用Flash做成動(dòng)畫片嵌入到教學(xué)幻燈片中，采用生動(dòng)形象的動(dòng)畫算法講解，使學(xué)生對(duì)抽象的圖形學(xué)算法不僅有一個(gè)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(duì)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(dòng)手編程實(shí)踐的欲望。這些課件對(duì)于提高學(xué)習(xí)興趣、增強(qiáng)算法的理解性具有很大的作用。

我們安排了8～10個(gè)上機(jī)編程實(shí)驗(yàn)，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(shí)現(xiàn)。學(xué)生通過這些算法的編程實(shí)現(xiàn)并改進(jìn)一些重要算法， 既可以增強(qiáng)對(duì)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(dòng)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(tái)中國數(shù)字科技館項(xiàng)目“虛擬農(nóng)場體驗(yàn)區(qū)”、科技支撐項(xiàng)目 “面向農(nóng)民科技培訓(xùn)的人機(jī)交互式三維可視化平臺(tái)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(shí)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(duì)圖形學(xué)技術(shù)的理解和實(shí)踐動(dòng)手能力。

2.2教學(xué)與專業(yè)文獻(xiàn)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(shí)代沒有絕對(duì)的老師，所有老師必須成為學(xué)生。同樣，在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代也沒有絕對(duì)的學(xué)生，所有的學(xué)生必須學(xué)會(huì)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(xiàn)檢索、文獻(xiàn)閱讀與文獻(xiàn)綜述能力。

基于期刊的影響力和SCI影響因子等標(biāo)準(zhǔn)，我們選擇國內(nèi)外一流期刊20余種，國內(nèi)期刊如《計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)》、《地理學(xué)報(bào)》、《計(jì)算機(jī)圖形圖像學(xué)報(bào)》等；國外期刊如《Computer Graphics》、《IEEE Computer Graphics and Application》、《International Journal of Geographical Information Science》等。相對(duì)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)算法有關(guān)的高質(zhì)量文獻(xiàn)以外，還搜集一些有關(guān)計(jì)算機(jī)圖形經(jīng)典算法的經(jīng)典文獻(xiàn)，主要是一些具有里程碑式的文獻(xiàn)！這些經(jīng)典的文獻(xiàn)猶如文學(xué)界的世界名著，長久不衰，他們的貢獻(xiàn)直到今天都無可忽略！最新文獻(xiàn)猶如現(xiàn)代流行小說，要與時(shí)俱進(jìn)，了解計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域的一些最新進(jìn)展。

要求每個(gè)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(xiàn)和1～2篇英文文獻(xiàn)(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(diǎn)和前沿進(jìn)展，又使得學(xué)生能領(lǐng)會(huì)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(shí)驗(yàn)，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(duì)教科書上的一些經(jīng)典算法在性能上做了進(jìn)一步的改進(jìn)，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(huì)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(tái)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(shí)，而是遵循認(rèn)知規(guī)律，以學(xué)生為中心，設(shè)計(jì)教學(xué)過程、提供教學(xué)資源、提供學(xué)習(xí)建議，對(duì)整個(gè)學(xué)習(xí)過程進(jìn)行控制，包括在關(guān)鍵環(huán)節(jié)上對(duì)學(xué)生進(jìn)行啟發(fā)、激勵(lì)、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(gè)計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)做他想做的任何事。

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Research Teaching of Computer Graphics for Undergraduate Students in Agricultural Universities

ZHAO Ming

篇（5）

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是近年來發(fā)展最快的計(jì)算機(jī)學(xué)科方向之一，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的必修課程。但在實(shí)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)涉及到大量的數(shù)學(xué)知識(shí)，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(qiáng)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(shí)踐，提出了圖形系統(tǒng)案例教學(xué)方法，將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)和實(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)的本質(zhì)，達(dá)到理論與實(shí)踐雙豐收，取得了比較明顯的教學(xué)效果。

一、課程特點(diǎn)和教學(xué)模式

1.課程特點(diǎn)

(1)　計(jì)算機(jī)圖形學(xué)不僅涉及到圖形硬件、軟件和大量的實(shí)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(shí)別、人工智能、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)語音處理結(jié)合起來，要求授課教師具有比較全面的知識(shí)結(jié)構(gòu)，講解有所側(cè)重，合理取舍。

(2)　計(jì)算機(jī)圖形學(xué)需要用到大量的數(shù)學(xué)模型和算法。計(jì)算機(jī)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(shí)用技術(shù)。計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)算法，這就是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的實(shí)質(zhì)。但對(duì)于初學(xué)者來說，應(yīng)當(dāng)講授較少的數(shù)學(xué)知識(shí)，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(shí)、數(shù)學(xué)模型和構(gòu)造算法，學(xué)生就會(huì)感到比較抽象和難懂。

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

學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，要與使用圖形系統(tǒng)軟件區(qū)分開來。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是設(shè)計(jì)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(jìn)行計(jì)算機(jī)平面設(shè)計(jì)、動(dòng)畫設(shè)計(jì)、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(jì)算機(jī)圖形學(xué)的知識(shí)和方法。

根據(jù)用戶和計(jì)算機(jī)圖形系統(tǒng)的關(guān)系，可以把利用計(jì)算機(jī)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(jì)程序員，三是圖形系統(tǒng)的操作員。

計(jì)算機(jī)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(shí)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(jì)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(rèn)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(yùn)用典型案例，將學(xué)生引入到特定實(shí)踐環(huán)節(jié)情境中，并以學(xué)生為中心對(duì)案例進(jìn)行交互式討論和探索的過程。案例教學(xué)具有下面四個(gè)共同的特點(diǎn)：一是真實(shí)性，案例必須是真實(shí)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(jì)實(shí)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(shí)驗(yàn)任務(wù)和實(shí)踐環(huán)節(jié)，最后將各個(gè)獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)程序整合在一起，搭建起一個(gè)小型實(shí)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(jì)要合理，理論與實(shí)踐要一致。針對(duì)計(jì)算機(jī)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(xiàng)：

(1)　以學(xué)生為中心，充分發(fā)揮學(xué)生能動(dòng)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(shí)間有限，不可能面面俱到。因此，要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮主觀能動(dòng)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(shí)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(shí)現(xiàn)，所用到的理論知識(shí)在課堂上同步學(xué)習(xí)，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)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(huì)，親自動(dòng)手實(shí)現(xiàn)自己的系統(tǒng)。

(3)　系統(tǒng)案例教學(xué)又是一種動(dòng)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(shí)現(xiàn)的方法可以不同，在系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過程中鍛煉學(xué)生運(yùn)用各種理論知識(shí)、綜合分析和解決實(shí)際問題的能力。

(4)　系統(tǒng)案例教學(xué)注重的是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的過程，要的是結(jié)果，但這樣的要求也反過來促進(jìn)學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生實(shí)際動(dòng)手能力。

二、系統(tǒng)案例教學(xué)方案實(shí)施

計(jì)算機(jī)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(zhǔn)、基本圖形生成技術(shù)、圖形幾何變換、曲線和曲面、真實(shí)圖形和計(jì)算機(jī)動(dòng)畫等，這些內(nèi)容是設(shè)計(jì)一個(gè)圖形系統(tǒng)必備的理論體系。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)案例教學(xué)，實(shí)施方案如下：

第一步：明確目標(biāo)、搭建平臺(tái)。計(jì)算機(jī)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(duì)課程的認(rèn)識(shí)。圖形系統(tǒng)和圖形標(biāo)準(zhǔn)則是實(shí)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(zhǔn)。這兩部分為學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)、搭建系統(tǒng)平臺(tái)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(jì)，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(jì)方法、鼠標(biāo)編程以及菜單設(shè)計(jì)等基礎(chǔ)，目的是通過對(duì)Visual C++的學(xué)習(xí)，掌握Visual C++圖形程序設(shè)計(jì)的方法，為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理部分的算法實(shí)現(xiàn)提供程序工具和方法。

第二步：系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分步實(shí)施。按照課程體系和實(shí)際圖形系統(tǒng)的要求，我們精心設(shè)計(jì)10個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，覆蓋了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)大部分的知識(shí)點(diǎn)，包括：

(1)　Visual C++圖形程序設(shè)計(jì)。主要學(xué)習(xí)Visual C++圖形程序設(shè)計(jì)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(jì)、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(jì)等，使學(xué)生能夠熟練掌握Visual C++圖形程序設(shè)計(jì)。

(2)　直線的生成。理解直線生成算法思想，寫出實(shí)現(xiàn)程序；添加鼠標(biāo)功能，實(shí)現(xiàn)交互式畫直線程序；將10個(gè)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(diǎn)畫圓法的掃描轉(zhuǎn)換程序，考慮原點(diǎn)在(x0，y0)處程序的改動(dòng)；添加鼠標(biāo)程序，實(shí)現(xiàn)交互式畫圓；編寫中點(diǎn)畫橢圓法的掃描轉(zhuǎn)換程序；添加鼠標(biāo)程序，實(shí)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(jì)；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(jì)；要求實(shí)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(jì)；要求用鼠標(biāo)畫線技術(shù)，實(shí)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(jì)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(jì)；Hermite曲線程序設(shè)計(jì)；Bezier曲線的算法實(shí)現(xiàn)；B樣條曲線的程序設(shè)計(jì)。要求加入鼠標(biāo)和橡皮筋技術(shù)，實(shí)現(xiàn)交互式生成曲線，并且可以通過調(diào)整控制點(diǎn)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(duì)稱變換；加入鼠標(biāo)功能，實(shí)現(xiàn)交互式移動(dòng)圖形；

(9)　真實(shí)圖形技術(shù)。實(shí)現(xiàn)一種消隱技術(shù)和光照模型。

(10)　計(jì)算機(jī)動(dòng)畫。利用一種動(dòng)畫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)小型動(dòng)畫。

每個(gè)實(shí)驗(yàn)都詳細(xì)地列出了實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和實(shí)驗(yàn)總結(jié)和思考，通過改進(jìn)程序和算法，提高學(xué)生的思考問題和編程動(dòng)手能力。

第三步：系統(tǒng)整合、實(shí)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(shí)用的繪圖實(shí)驗(yàn)程序，掛在累累菜單上，并設(shè)計(jì)出工具欄，就可以進(jìn)行簡易的圖形繪制。

第四步：綜合評(píng)價(jià)，創(chuàng)新考核。我們學(xué)校開設(shè)的計(jì)算機(jī)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(shí)踐，看重的是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程和最后的結(jié)果，不能采用一張?jiān)嚲矶ǔ煽兊姆绞?，而是采用?0＋30＋20的考核方式，即最后的系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)報(bào)告和系統(tǒng)軟件演示占50分，要求技術(shù)報(bào)告撰寫規(guī)范，總體設(shè)計(jì)和分步實(shí)施詳細(xì)，總結(jié)部分包括理論學(xué)習(xí)的知識(shí)點(diǎn)、系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的優(yōu)缺點(diǎn)以及系統(tǒng)的擴(kuò)展和展望等。平時(shí)的分步實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告占30分，督促學(xué)生課下及時(shí)預(yù)習(xí)和準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，并寫好實(shí)驗(yàn)報(bào)告。平時(shí)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(shí)，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(shí)踐，明顯地達(dá)到了以下教學(xué)效果：

篇（6）

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)一直是我院高年級(jí)開設(shè)的專業(yè)選修課。在我校積極推進(jìn)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(zhǔn)備在英語基礎(chǔ)較好的計(jì)算機(jī)工程學(xué)院對(duì)該門課程實(shí)行雙語教學(xué)的改革與實(shí)踐。

一、實(shí)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(shí)使用英語和漢語這兩種語言進(jìn)行授課，而不是只用英語進(jìn)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(duì)性、對(duì)象的理解性、專業(yè)知識(shí)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(shí)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(jìn)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(jìn)行工作交流的能力，作為傳統(tǒng)英語教學(xué)的一種有效補(bǔ)充，為日后走上工作崗位進(jìn)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(bào)告，進(jìn)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(zhǔn)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(xiàn)，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(jìn)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(shí)面的深度和廣度，這就對(duì)雙語教學(xué)的專業(yè)課任課教師提出了更高的要求。

二、計(jì)算機(jī)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(diǎn)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(jìn)的教學(xué)方法和手段，因此要綜合考慮幾個(gè)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(shí)了解到該門課程及專業(yè)領(lǐng)域的新動(dòng)態(tài)。選擇原版教材要切合實(shí)際，生詞量適中，否則會(huì)影響閱讀效率，甚至于理解率。鑒于我院計(jì)算機(jī)應(yīng)用專業(yè)的學(xué)生實(shí)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(jì)算機(jī)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(shí)。

2.制定靈活的大綱和可調(diào)的學(xué)時(shí)。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(jìn)度減緩的情形，教學(xué)計(jì)劃無法準(zhǔn)確執(zhí)行的情況。因此，教學(xué)大綱制訂得彈性些，教學(xué)計(jì)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(shí)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(duì)于學(xué)生沒有搞清楚的，可以重復(fù)講，但對(duì)基礎(chǔ)理論和重點(diǎn)內(nèi)容一定要講得清清楚楚、透透徹徹，多花費(fèi)一些課時(shí)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(shí)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)是專業(yè)選修課程，以學(xué)習(xí)圖形基礎(chǔ)知識(shí)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(duì)所講內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，這樣既營造出一個(gè)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(diǎn)。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(huì)因?yàn)閷W(xué)生外語水平的原因而失去對(duì)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(shí)的授業(yè)，讓學(xué)生提高了專業(yè)英語水平的同時(shí)又學(xué)會(huì)專業(yè)知識(shí)。而在一些較難的知識(shí)點(diǎn)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(duì)話圖片、動(dòng)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(cuò)誤。此外、教師還要不斷地補(bǔ)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(duì)性地提取出來進(jìn)行講解。教師要仔細(xì)觀察、經(jīng)常與學(xué)生交流、及時(shí)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(shí)要點(diǎn)，就要用中文及時(shí)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(bǔ)充”，多種教學(xué)手段，優(yōu)勢互補(bǔ)。針對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程“內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少”的特點(diǎn)，提出并采用了“金字塔式”教學(xué)法；針對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程重在培養(yǎng)學(xué)生思維能力的特點(diǎn)，采用了“發(fā)現(xiàn)式”教學(xué)法；針對(duì)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程實(shí)踐性、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，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(shí)踐和圖形軟件應(yīng)用相結(jié)合，教師課堂知識(shí)講授與學(xué)生課外文獻(xiàn)閱讀相結(jié)合。

5.改革考試方式。有效的考核方式對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程是一個(gè)良好的鞭策，高年級(jí)學(xué)生具備一定的計(jì)算機(jī)學(xué)科知識(shí)，對(duì)他們的學(xué)習(xí)應(yīng)實(shí)行多元化的評(píng)價(jià)方式。以培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神、創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，應(yīng)考慮對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)的考核方式，應(yīng)從多個(gè)部分去進(jìn)行。針對(duì)本課程實(shí)踐性強(qiáng)、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，為了考查學(xué)生對(duì)知識(shí)綜合運(yùn)用和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，采取了階段考核成績累計(jì)方式，分別從算法設(shè)計(jì)與編程實(shí)踐能力、軟件應(yīng)用與創(chuàng)新能力、文獻(xiàn)閱讀與綜述能力和卷面筆試，四個(gè)方面來評(píng)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(shí)現(xiàn)全部教學(xué)資源上網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)教師的教學(xué)資源的共享，對(duì)課程進(jìn)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(shí)現(xiàn)教師的個(gè)性化教學(xué)，同時(shí)為實(shí)現(xiàn)資源共享、師生自由討論提供了一個(gè)平臺(tái)。在保留傳統(tǒng)的教師與學(xué)生面對(duì)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(shí)間。

三、雙語教學(xué)的思考

1.師資隊(duì)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(yùn)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(shí)如何使學(xué)生能夠接受，如何熟練運(yùn)用兩種語言授課，合理分配兩種語言整合知識(shí)點(diǎn)，必須成為雙語教師對(duì)自身的要求。如果雙語教師的熱情不夠，備課不充分，往往會(huì)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(yàn)，并在在教學(xué)準(zhǔn)備環(huán)節(jié)下一定的功夫，必須有能力把握課堂的進(jìn)度，有能力根據(jù)課堂情況對(duì)教學(xué)活動(dòng)做出適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。要有仔細(xì)分析所授課程的特點(diǎn)，能夠揣摩學(xué)生的認(rèn)知心理，并根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知過程合理地設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，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(shí)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(shí)具備用英文思考和表達(dá)專業(yè)知識(shí)的能力。平時(shí)要經(jīng)常跟讀詞典，力求發(fā)音準(zhǔn)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(shí)候，都應(yīng)該把施教對(duì)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(duì)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(duì)于簡單的關(guān)鍵詞可以用英文描述、講解，對(duì)于重點(diǎn)或難點(diǎn)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(duì)本次課的主要內(nèi)容做一個(gè)總結(jié)。對(duì)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(jìn)行，即開始時(shí)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(duì)雙語形式的適應(yīng)，慢慢加大英文分量，教師授課時(shí)可以采用全英文的課件，但在授課時(shí)應(yīng)注意循序漸進(jìn)，對(duì)于簡單的概念和理論可以采用英文解釋，對(duì)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(shí)點(diǎn)。

3.調(diào)動(dòng)教師雙語教學(xué)的積極性。雙語授課對(duì)授課老師的要求較高，不但要求專業(yè)知識(shí)，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(dòng)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(jìn)修的機(jī)會(huì)，以積極、穩(wěn)妥地推進(jìn)雙語教學(xué)的開展。

4.提高學(xué)習(xí)興趣。對(duì)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(duì)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(shí)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(dòng)多數(shù)人，逐漸過渡到在整個(gè)專業(yè)展開。

計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，更要注重學(xué)生的實(shí)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(jí)學(xué)生即將走向工作崗位或進(jìn)一步深造，培養(yǎng)創(chuàng)新實(shí)踐及如何做研究非常重要。要指導(dǎo)學(xué)生完成項(xiàng)目中逐步培養(yǎng)這方面的能力，并在做項(xiàng)目過程中提出具體的要求。評(píng)價(jià)計(jì)算機(jī)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(shí)踐能力，以求真正達(dá)到面向世界、面向現(xiàn)代化的目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)：

篇（7）

中圖分類號(hào)：TP391，G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672-5913 (2007) 24-0080-05

1對(duì)圖形圖像與多媒體知識(shí)的要求

1.1CC2004知識(shí)領(lǐng)域要求

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

表1 計(jì)算機(jī)主題的比重

分析CC2004中各課程計(jì)劃和表1可得出，CC-CS2001對(duì)圖形圖像與多媒體的知識(shí)要求最高，所涉及的具體知識(shí)單元見表2。

表2 和圖形圖像與多媒體相關(guān)的知識(shí)單元

CC-CS2001在附錄B的課程描述中，推薦了一些覆蓋知識(shí)領(lǐng)域和單元的課程，每門課程里對(duì)預(yù)備課程、課程提綱、覆蓋的知識(shí)單元、各單元學(xué)時(shí)做了較為詳細(xì)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(jī)交互和CS255W計(jì)算機(jī)圖形學(xué)等課程，高級(jí)課程有CS352圖形用戶接口、CS355高級(jí)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、CS356圖像處理等課程，但高級(jí)課程只給出課程名稱，還沒有詳細(xì)描述。

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

表3 CS250W和CS255W的知識(shí)單元

1.2CCC2002和教指委計(jì)算機(jī)科學(xué)規(guī)范的要求

CCC2002同CC2001一樣，把計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的知識(shí)體系劃分為知識(shí)領(lǐng)域、知識(shí)單元和知識(shí)點(diǎn)等三個(gè)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(shí)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)科教育的現(xiàn)狀及對(duì)典型課程設(shè)置的分析，給出了16門課程，分別為計(jì)算機(jī)導(dǎo)論，程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，離散結(jié)構(gòu)，算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)組織與體系結(jié)構(gòu)，微型機(jī)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，人工智能，數(shù)字邏輯，計(jì)算機(jī)組成基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)。在教指委的《計(jì)算機(jī)科學(xué)規(guī)范》中，也選取部分知識(shí)單元組成了15門核心課程，分別是計(jì)算機(jī)導(dǎo)論，程序設(shè)計(jì)基礎(chǔ)，離散結(jié)構(gòu)，算法與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，計(jì)算機(jī)組成基礎(chǔ)，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，人工智能，數(shù)字邏輯，社會(huì)與職業(yè)道德?？梢?，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)都為核心課程之一。

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

(1) 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)：計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門以計(jì)算機(jī)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(jì)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(jì)的設(shè)備和技術(shù)與模型(或者說觀察到的圖像)進(jìn)行交互；③能提供繪制模型的技術(shù)；④設(shè)計(jì)出有助于圖像保存的技術(shù)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的目標(biāo)是對(duì)人類的視覺中心及其他的認(rèn)知中心有進(jìn)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(jì)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(qiáng)對(duì)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(jìn)一步發(fā)現(xiàn)信息的處理過程；

(3) 虛擬現(xiàn)實(shí)：虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)是要讓用戶經(jīng)歷由計(jì)算機(jī)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(jìn)用戶與計(jì)算機(jī)創(chuàng)建的“世界”交互作用的環(huán)境；

(4) 計(jì)算機(jī)視覺：計(jì)算機(jī)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(duì)計(jì)算機(jī)視覺的理解和實(shí)踐依賴于計(jì)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(shí)。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(shí)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(shí)，但這不意味著它們必須安排在低年級(jí)的入門性課程中，因?yàn)橛行?dǎo)論性的知識(shí)，只有當(dāng)學(xué)生具有必需的基礎(chǔ)知識(shí)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(jì)算機(jī)專業(yè)推薦的教學(xué)計(jì)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(jì)算機(jī)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(shí)有人―機(jī)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(dá)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(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科生培養(yǎng)教學(xué)計(jì)劃中計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(shí)間。

3 存在問題及教改研究

篇（8）

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

【中圖分類號(hào)】G642 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2013）10-0144-02

一、引言

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究如何利用計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)專業(yè)本科一項(xiàng)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)也得到了相當(dāng)?shù)闹匾暋Ｒ缘乜諏W(xué)院為例，其下屬的兩個(gè)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(dá)到的實(shí)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(shí)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(jì)算機(jī)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(shí)間的推移，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程所處的地位日漸尷尬，將其從教學(xué)計(jì)劃中取消固然不妥，但又確實(shí)達(dá)不到應(yīng)有的效果。認(rèn)真分析其原因主要有如下兩點(diǎn)：

1.從課程的定位來看，作為一門獨(dú)立學(xué)科，計(jì)算機(jī)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(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)輔助制圖，計(jì)算機(jī)視覺等部分[4]。然而作為一個(gè)主要培養(yǎng)地學(xué)領(lǐng)域人才的高等院校，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，并能夠使用計(jì)算機(jī)對(duì)地學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖形繪制與表現(xiàn)，進(jìn)一步生產(chǎn)出社會(huì)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)基本以清華大學(xué)孫家廣院士主編的《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》內(nèi)容為范本。教學(xué)內(nèi)容大部分重點(diǎn)集中于圖形生成算法，圖形標(biāo)準(zhǔn)、圖形交互、曲線曲面造型、真實(shí)感圖形生成與顯示算法等章節(jié)[5]。這其中的許多知識(shí)點(diǎn)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(shí)間來將這些知識(shí)點(diǎn)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程教學(xué)無法達(dá)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(shí)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(shí)到了這一點(diǎn)，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(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)改革活動(dòng)。在這次改革中，老師們將自己的授課經(jīng)歷進(jìn)行了分享，并著重對(duì)地學(xué)相關(guān)專業(yè)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)過程中的問題進(jìn)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(dòng)中進(jìn)行驗(yàn)證。實(shí)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(shí)充分運(yùn)用到實(shí)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)大綱和教學(xué)計(jì)劃。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教學(xué)內(nèi)容涉及到數(shù)學(xué)、物理、計(jì)算機(jī)等多個(gè)學(xué)科[7]。每個(gè)學(xué)科又涉及到一些相對(duì)抽象的理論與復(fù)雜算法實(shí)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(shí)間內(nèi)掌握。此外，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，目前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一些教學(xué)安排與現(xiàn)實(shí)也存在一定的脫節(jié)。如許多計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的實(shí)習(xí)環(huán)節(jié)中會(huì)要求學(xué)生去實(shí)現(xiàn)基本圖形的生成算法，對(duì)許多非計(jì)算機(jī)專業(yè)本科生而言，這一做法的必要性值得商榷。因?yàn)榫推鋵I(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，大部分的圖形生成算法實(shí)現(xiàn)都已經(jīng)固化到了計(jì)算機(jī)硬件（顯卡、GPU）中，現(xiàn)實(shí)工作中極少場合需要編程實(shí)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(jì)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(jì)、角色形象設(shè)計(jì)、游戲程序設(shè)計(jì)、多媒體后期處理、人機(jī)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(duì)傳統(tǒng)課程“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整的基礎(chǔ)上，針對(duì)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、算法與編程實(shí)現(xiàn)，以及3D圖形開發(fā)技術(shù)的最新進(jìn)展。

本文首先對(duì)傳統(tǒng)“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”課程存在的問題進(jìn)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(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了討論；最后總結(jié)我們的經(jīng)驗(yàn)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(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)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(dòng)畫、游戲?yàn)榇淼臄?shù)字娛樂產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，極大地推動(dòng)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，但是目前計(jì)算機(jī)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(duì)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(duì)當(dāng)前應(yīng)用領(lǐng)域中所用到的最新圖形技術(shù)設(shè)計(jì)較少。隨著動(dòng)畫、游戲等技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)”的教學(xué)內(nèi)容陳舊。

3.實(shí)踐案例教學(xué)內(nèi)容欠缺。目前計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的教學(xué)沒有理論結(jié)合實(shí)踐，缺乏講解具體算法的實(shí)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(shí)際應(yīng)用需要嚴(yán)重脫節(jié)，使得學(xué)生學(xué)習(xí)一學(xué)期后也無法進(jìn)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(shí)俱進(jìn)、理論與實(shí)踐并重的課程，不僅要把經(jīng)典計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)圖形技術(shù)的最新發(fā)展，并結(jié)合具體實(shí)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(jì)

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

第1講為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)，主要介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的定義、研究范疇，計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展熱點(diǎn)，課時(shí)為2學(xué)時(shí)。

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(diǎn)Bresenham算法，圓的生成算法包括簡單方程生成圓和圓的中點(diǎn)Bresenham算法以及多邊形的光柵化算法，課時(shí)為4學(xué)時(shí)。

第3講為圖形變換，圖形變換是計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(shí)為4學(xué)時(shí)。

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(shí)為3學(xué)時(shí)。

第5講為真實(shí)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(shí)為時(shí)。

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(shí)為4學(xué)時(shí)。

第7講為游戲特效繪制技術(shù)，主要講述常用的特效實(shí)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(dòng)畫技術(shù)、煙霧火特效技術(shù)和眩光特效技術(shù)等，課時(shí)為3學(xué)時(shí)。

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(shí)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(shí)為2學(xué)時(shí)。

第9講為計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)，主要講述幾種最典型的動(dòng)畫運(yùn)動(dòng)生成方法，包括關(guān)鍵幀方法、過程動(dòng)畫、變形動(dòng)畫、基于物理模型的方法和人體動(dòng)畫，課時(shí)為2學(xué)時(shí)。

與傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)相比，本課程偏重最新的三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)技術(shù)。用較少的課時(shí)介紹經(jīng)典的二維圖元繪制算法，然后重點(diǎn)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(shí)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(jìn)行具體編程，使學(xué)生可以利用所學(xué)知識(shí)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(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

“3D游戲圖形學(xué)”是一門實(shí)踐性很強(qiáng)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(shí)俱進(jìn)，除了理論教學(xué)外，必須輔以足夠的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，著重培養(yǎng)學(xué)生的編程實(shí)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(jìn)行具體的三維圖形編程。實(shí)驗(yàn)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(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)類型包括基本型、設(shè)計(jì)型和綜合型三種。

篇（10）

一、認(rèn)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)的相關(guān)概念、原理和知識(shí)，具有一定實(shí)踐體會(huì)和相關(guān)的編程能力，了解當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這門功課，沒有學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)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(diǎn)：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(qiáng)調(diào)基本概念、基本原理，以如何“逼真”地模擬現(xiàn)實(shí)世界的物體為主線。其次也要突出重點(diǎn)，對(duì)一些要求掌握的算法，要仔細(xì)分析，強(qiáng)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(shí)現(xiàn)就容易理解，對(duì)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(diǎn)（如：真實(shí)感圖形顯示、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、人機(jī)交互技術(shù)與虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等）及重要文獻(xiàn)，使學(xué)生了解學(xué)科發(fā)展情況，也同時(shí)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(shí)用軟件之間的關(guān)系。應(yīng)介紹計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論、算法在流行的圖形設(shè)計(jì)和動(dòng)畫制作軟件中的應(yīng)用，促進(jìn)理論學(xué)習(xí)和實(shí)用軟件使用形成互動(dòng)。

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(shí)，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(fù)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(diǎn)，強(qiáng)調(diào)追求高效率、精益求精是算法不斷改進(jìn)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(huì)使很多學(xué)生感到困惑、煩躁，會(huì)使學(xué)習(xí)的積極性下降。

三、恰當(dāng)設(shè)計(jì)課前、課后習(xí)題習(xí)題應(yīng)與課堂教學(xué)、上機(jī)實(shí)驗(yàn)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(fù)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(duì)課堂教學(xué)內(nèi)容的消化、吸收、補(bǔ)充、完善和提高。習(xí)題一定要精心設(shè)計(jì)和選擇，特別避免作業(yè)形式單一、難度較大，否則就會(huì)使學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒。注意循序漸進(jìn)、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(jì)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(dú)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)習(xí)題集》。

四、充分重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性，上機(jī)實(shí)驗(yàn)是其重要環(huán)節(jié)?；灸繕?biāo)是將學(xué)生的計(jì)算機(jī)操作能力、分析能力、設(shè)計(jì)能力與應(yīng)用實(shí)踐結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生由淺入深地掌握計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基本理論和算法。好的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容充滿了趣味性，又有挑戰(zhàn)性，在上機(jī)實(shí)驗(yàn)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(jì)必不可少課程設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)踐教學(xué)的另一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是對(duì)學(xué)生計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程以及相關(guān)知識(shí)的綜合測試，是對(duì)學(xué)生圖形設(shè)計(jì)的問題分析、算法設(shè)計(jì)與分析、程序設(shè)計(jì)和調(diào)試等能力的考核，是進(jìn)一步提高教學(xué)質(zhì)量的有效途徑。課程設(shè)計(jì)在課程教學(xué)的中后期完成。課程設(shè)計(jì)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(jì)任務(wù)不宜過難，最好在實(shí)驗(yàn)課的基礎(chǔ)上進(jìn)行，可以是實(shí)驗(yàn)的綜合、改進(jìn)、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(píng)定課程設(shè)計(jì)成績，作為課程總成績的重要組成部分。

六、嚴(yán)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(duì)課堂、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)進(jìn)行有效的管理，及時(shí)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(píng)定學(xué)生的課程成績時(shí)，全面考核各重要教學(xué)環(huán)節(jié)（如上課、作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)、期末考試等）的學(xué)習(xí)情況，應(yīng)充分重視平時(shí)的學(xué)習(xí)情況，鼓勵(lì)在平時(shí)作業(yè)、實(shí)驗(yàn)、課程設(shè)計(jì)中獨(dú)立思考，并有所創(chuàng)新。每次作業(yè)、實(shí)驗(yàn)都要給出等級(jí)，各環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)情況都有逐一評(píng)定成績，并按比例記入到課程的總成績中。總之，計(jì)算機(jī)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(shí)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(shí)，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(diǎn)和難點(diǎn)，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(dòng)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]何援軍.計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2009.2.

[2]吳元斌.“計(jì)算機(jī)圖形學(xué)”教學(xué)的幾點(diǎn)體會(huì)

篇（11）

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

《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》既是計(jì)算機(jī)科學(xué)研究領(lǐng)域中一門重要的學(xué)科，同時(shí)也是建立在傳統(tǒng)圖學(xué)、現(xiàn)代數(shù)學(xué)及計(jì)算機(jī)科學(xué)上的一門交叉學(xué)科。它已廣泛應(yīng)用在于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造、計(jì)算機(jī)輔助繪圖、計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)、工業(yè)過程控制、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫藝術(shù)、科學(xué)計(jì)算可視化、人機(jī)交互和虛擬現(xiàn)實(shí)等諸多領(lǐng)域[1]?；凇队?jì)算機(jī)圖形學(xué)》領(lǐng)域的巨大發(fā)展和《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程教學(xué)中存在的諸多問題，有必要對(duì)該課程的教學(xué)進(jìn)行改革，從而提升該課程的教學(xué)水平?！队?jì)算機(jī)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(shí)感圖形計(jì)算與顯示、曲線曲面造型、人機(jī)交互技術(shù)、科學(xué)計(jì)算可視化、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、自然景物仿真、虛擬現(xiàn)實(shí)等[2]。

一、目前教學(xué)中存在的問題

《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程是一門理論與實(shí)踐結(jié)合性強(qiáng)的課程，這導(dǎo)致在實(shí)際教學(xué)過程中存在以下四個(gè)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(duì)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?yàn)樗麄冋J(rèn)為通過對(duì)《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》的學(xué)習(xí)可以處理漂亮的圖片、制作炫目的動(dòng)畫和進(jìn)行游戲編程等。然而該課程實(shí)際上是去探究實(shí)現(xiàn)這些操作的原理，是研究更本質(zhì)的知識(shí)。學(xué)生一開始對(duì)該課程充滿好奇和期待，但隨著課程的深入講解，他們會(huì)感到本課程的理論知識(shí)枯燥，導(dǎo)致學(xué)習(xí)興趣不斷下降。

2.學(xué)生動(dòng)手能力的不足?！队?jì)算機(jī)圖形學(xué)》這門課程要求學(xué)生具有較強(qiáng)的編程能力和動(dòng)手能力，因?yàn)橐莆蘸蛯?shí)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(dòng)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(duì)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?！队?jì)算機(jī)圖形學(xué)》盡管是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一門重要學(xué)科，但在計(jì)算機(jī)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(jí)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(duì)課程的理解也存在著偏頗?；谶@個(gè)現(xiàn)狀，任課教師也就只能在實(shí)際授課時(shí)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(shí)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(shí)踐，一方面表現(xiàn)在實(shí)踐課時(shí)安排上（本校課堂教學(xué)的課時(shí)是實(shí)踐教學(xué)的兩倍）；另一方面是開設(shè)的實(shí)驗(yàn)更多的只是算法驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。這使得原本很重要的實(shí)踐活動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樾问?，這勢必阻礙學(xué)生運(yùn)用所學(xué)圖形學(xué)理論知識(shí)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(shí)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(qiáng)，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(dá)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(jìn)行授課。但其實(shí)對(duì)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(shí)，需要運(yùn)用板書進(jìn)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(huì)思考，從而更好、更正確地理解各種圖形算法。

2.加強(qiáng)實(shí)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(shí)，不能只講理論，這樣太空洞。應(yīng)圍繞具體的實(shí)例進(jìn)行教學(xué)，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)（比如flash）對(duì)一些算法進(jìn)行動(dòng)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(shí)，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(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使其具備主動(dòng)學(xué)習(xí)的能力。不過因?yàn)檎n時(shí)有限，演示實(shí)例不能太復(fù)雜，能把算法講解清楚即可。

3.加強(qiáng)實(shí)踐能力的培養(yǎng)?！队?jì)算機(jī)圖形學(xué)》理論和算法是比較深?yuàn)W和難懂的，不是很容易掌握，但其實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻是直觀和生動(dòng)的。該課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性和應(yīng)用性，因此上機(jī)實(shí)驗(yàn)是其重要環(huán)節(jié)。在教學(xué)過程中需要繼續(xù)加強(qiáng)學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生把所學(xué)的基本理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)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?jì)算機(jī)圖形學(xué)》在本校的總學(xué)時(shí)數(shù)為48學(xué)時(shí)，其中的實(shí)驗(yàn)課時(shí)數(shù)為14學(xué)時(shí)，這14個(gè)學(xué)時(shí)7次實(shí)驗(yàn)基本能夠滿足課程實(shí)踐教學(xué)的需要。本課程的實(shí)驗(yàn)根據(jù)難易程度可分為如下兩個(gè)層次[3]：①基本實(shí)驗(yàn)。主要是為了鍛煉學(xué)生對(duì)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(shí)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(dú)立完成。②綜合實(shí)驗(yàn)。這類實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)?？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(shí)間內(nèi)完成。

參考文獻(xiàn)：