摘 要：本文针对作者几年来在“计算机图形学”课程教学过程中实际遇到的问题，从教师如何教授知识和学生如何学习知识两个方面进行深入分析和研究，提出了改进课堂教学、实验教学以及学生学习的方法。教学实践表明，这些改革能够取得预期的教学效果。
关键词：计算机图形学；教学效果；教学方法；学习方法
中图分类号：TP3 文献标识码：A
文章编号：1009-0118(2012)05-0129-02
一、引言
“计算机图形学”是计算机专业教学中的一门重要的专业基础课程，它的后续课程有：图像处理、多媒体技术、模式识别、计算机视觉以及虚拟现实等，在计算机专业的教学过程中占有很重要地位。“计算机图形学”课程最大特点是理论与实践结合较强，传统的教学模式很难满足这个要求，严重影响到课程的教学质量和教学效果。因此，“计算机图形学”课程的教学改革势在必行。
二、分析教学中存在的问题
“计算机图形学”主要研究与计算机图形表示、图形计算、图形处理和图形显示的相关原理与算法，它的内容丰富，涉及了数学、物理学、计算机科学、美学、心理学及艺术学等诸多方面的知识，具有很强的理论性、实践性和综合性。
在几届的课程教学中，作者先后使用偏理论教学和偏实践教学，都没能取得很好的效果。目前国内高校对这门课程的讲授常使用这两种方法。偏理论的教学过于强调理论知识(相关的数学基础知识、算法的推导、程序的实现)，学生很难理解和掌握，普遍反映：“上课听得懂，下课再问就不知道了”，学习态度从困惑变成厌倦，因为学生不知道这些知识有什么用。偏实践教学则是从实用角度出发，理论知识涉及得少且浅显。学生兴趣提升了却没有抓住课程的本质，错误的认为计算机图形学就是图片处理和动画制作。总结上述两种教学方法存在以下几个方面问题：
(一)知识点的混淆。由于本课程所学的内容多，学生在学习过程中没有清晰的知识框架和整体思路。知识越学越多、越学越乱。例如，在实际教学过程中，几种扫描转换算法讲授后，有些学生已区分不出各种算法所解决的问题。
(二)内容知其然不知其所以然。计算机图形学涵盖许多原理、算法、程序，这些内容都不容易理解和掌握，大部分学生不感兴趣。这就与他们原本对这门课程的理解有偏差，所以感觉很盲目，没有学习目标，最终丧失学习兴趣和热情。
(三)实践环节得不到应有效果。学生在有限的时间内很难完成对分析能力和编程能力要求很高的实验任务，进一步加深对该课程的排斥。
针对以上出现的问题，在有限的学时内，如何使学生系统地掌握计算机图形学的基础知识、重要的基础理论和生成图形的常用方法，值得深入的探讨。
三、课程教与学的改进
教学方法包含教师的教授方法和学生的学习方法。计算机图形学的教与学都应把握课程的整体结构和发展方向，强调理论学习与实践应用的结合。使学生在深刻理解图形学本质的同时，建立起这门学科的整体框架，为后续课程打基础。
(一)教师的教授方法
教师在学习过程中起着指导和协助作用。如何在课程的基本原理和基本技能传授给学生后，引导学生将所学的知识应用到实践中，去发现图形图像及其相关领域的问题；激励学生积极地分析和解决问题。
1、兴趣培养。古人云：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者”，让学生了解计算机图形学与自己的生活、工作、学习密切相关，兴趣就会油然而生。例如，从学生比较熟悉或推崇的某游戏或软件开始，介绍支撑该产品的计算机图形学基本知识和理论；或者展示计算机图形学在计算机动画、科学计算可视化、计算机艺术、多媒体应用等应用领域的最新研究成果和发展趋势。使学生萌生求知欲望，这是非常关键的一步。
2、合理安排。计算机图形学课程内容涉及图形显示处理流程、图形硬件设备、图形系统、二和三维图形的生成和处理算法、裁剪、几何变换、交互技术、三维消隐等方面，每一项内容又包含很多的技术、方法以及经典算法思路。教师不可能在有限的学时数内每个知识点逐个展开讲解，那样也不利于学生对知识的学习和掌握。怎样给学生展现一个清晰的计算机图形学课程内容脉络和整体框架呢？结合学生的认知能力，选择有代表性的讲授，强调基本概念、基本原理、经典算法(如Sutherland-Cohen算法、Bresenham算法、Z缓冲器算法、光线跟踪算法等)，做到突出重点、点面结合。例如，圆、椭圆的扫描转换的内容完全可在讲授直线段扫描转换算法后安排学生自学，因为它们的基本思想是相同的。这样，可以用节省的时间传授学生最大量的新知识，同时可以培养学生的自学能力。
3、形式多样。俗话说“一幅画胜过千言万语”，传统的黑板讲解结合生动有趣的多媒体教学，用flash、OpenGL等工具把复杂枯燥的数学推导和算法描述做成动画演示，使复杂问题简单化，抽象问题具体化。例如，Bezier曲线，B样条曲线，NURBS曲线曲面，数学公式抽象难懂，计算量大，学生普遍难以理解。使用OpenGL(OpenGL提供了近350个不同的调用函数，用来绘制复杂的三维景象)制作出他们的三维模型，动态演示算法执行过程，抽象的理论与具体的实物对照，从而加深理解。
4、注重实践。培养学生技术应用能力靠上机实验，合理安排实验课程是关键。学生要在边做边学、边学边做中加深对理论知识的认识和理解。教师结合学生的动手能力，制订切实可行的实验设计方案。
(二)学生的学习方法
学生要熟练掌握计算机图形学课程的知识精髓，课堂学习是远远不够的。要积极主动成为学习的主体，本文提出了几点建议供学生参考。教师也可以根据自身教学的实际情况借鉴使用。
1、扎实的数学基础、很强的编程能力这是学好该门课程的必要条件。例如，连续、一阶连续、二阶连续、曲率、绕率、参数表示、矢量、法向量、矩阵、矩阵运算等，都是计算机图形学中常用到的基础知识。这些都需要学生课前熟练掌握。
2、充分利用网络，开阔眼界。关注计算机图形及其相关学科领域的发展动向；基础算法产生背景、算法的应用领域、相关的学术报告和会议文献等，进而扩展知识的深度和广度。这不仅限于学好这门课程，其它课程也是适用的。
3、理顺计算机图形学课程的学习内容和整体架构，将每个知识点用知识树的形式串联在一起。如果一个问题有多种解决方法，可以采用对比的学习方法，将所学的原理、算法、程序进行比较，找出它们之间的区别与联系。例如：Bezier、B样条、NURBS曲线曲面间的比较，CSG树、边界表示法、八叉树表示等实体造型技术的比较等。
4、认真做好每次上机实验。运用学到的知识，发现问题、分析问题、解决问题，提高动手能力，这是学习的最终目的。
四、结合语
计算机图形学是一门实用较强的综合学科。在了解和掌握现有的和前人积累的知识同时，更重要的是知识的模仿和继承，突出探求知识能力和创新意识的培养。经过几年的教学探索和研究，上述的教学改革可以达到很好的教学效果。
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