以學生為主體的教學過程設(shè)計

李敬華 孔德慧 孫艷豐

摘要:本文從學生的需要和學習特點出發(fā),闡述了以學生為主體設(shè)計“計算機圖形學”專業(yè)課教學過程的方法。這樣的教學方法注重對學生主觀能動性的挖掘,旨在提高學生的學習興趣,培養(yǎng)其學習能力,從而優(yōu)化教學效果。

關(guān)鍵詞:計算機圖形學;教學過程;以學生為主體

中圖分類號:G642 文獻標識碼:B

教學過程“三要素說”明確了教師及學生在教學過程中的作用,即教師是教學活動的主導,學生是教學活動的主體。這就表明教師在教學過程中應以學生為主體,從學生的需要和學生學習的特點出發(fā),進行課程的設(shè)計和組織,從課上和課后的各環(huán)節(jié)提高學生學習的積極性、主動性,培養(yǎng)其學習能力?！坝嬎銠C圖形學”是一門綜合性學科,對學生的代數(shù)、幾何、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序語言設(shè)計語言等基礎(chǔ)知識和基本技能有較高要求,初學者普遍有畏難情緒。不過大學生階段正是其人生邏輯記憶力發(fā)展的最高峰,教材內(nèi)容抽象深奧、學習質(zhì)量標準提高恰是促使其邏輯記憶力高度發(fā)展的動力。本文結(jié)合大學生的學習特點及教學體會,本著一切教學行為從學生角度出發(fā)的原則,積極探索、努力挖掘?qū)W生主體的參與性和主動性,針對不同的教學內(nèi)容合理安排教學方法和環(huán)境使學生參與到教學活動中,寓能力培養(yǎng)于知識傳授中。

1上好第一課,激發(fā)學生的學習興趣

古人云:“知之者不如好之者,好之者不如樂之者”,可見興趣培養(yǎng)的重要性。第一課通常都是緒論課,本次課除了使學生對該課程體系有個總體了解外,更重要的任務(wù)和目標是激發(fā)起學生對本門課的興趣。大學生的學習活動具有明確的職業(yè)定向性,它是為畢業(yè)后參加職業(yè)活動做準備的。為此,第一課的教學內(nèi)容要解決好“是什么”、“有什么用”的問題,唯有使學生學有所得,學有所用,才能激發(fā)起學生的學習興趣和學習動力。在教學方法上,教師可以當前學生中比較盛行推崇的某游戲或軟件為例子,引出支撐該成果的計算機圖形學基本知識、基礎(chǔ)理論的重要性。此外,通過豐富的成果圖片或演示系統(tǒng)等來展示計算機圖形領(lǐng)域的最新研究成果及其發(fā)展趨勢,使學生能感受到運用所學知識會帶來的成就感和滿足感,從而激發(fā)他們的求知欲望。

2利用概念圖技術(shù),幫助學生構(gòu)建知識體系

計算機圖形學難學的原因之一就是涉及的內(nèi)容廣,難成體系。概念圖技術(shù)作為一種知識以及知識間聯(lián)系表示的強有力方法,可以深刻地揭示復雜概念之間的本質(zhì)聯(lián)系,建立新舊知識之間的融匯橋梁,從而為學習者提供理解、掌握并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建新概念的便利途徑。為此,教學研究組將概念圖技術(shù)引入到計算機圖形學課堂教學中,通過對計算機圖形學的總體教學內(nèi)容及各章節(jié)教學內(nèi)容的討論,形成各層次的認知概念圖,如圖1及圖2所示。這樣,設(shè)計概念圖的過程就是理順計算機圖形學課程學習內(nèi)容及脈絡(luò)的過程,有利于提高學生的分析總結(jié)歸納能力,同時在教學過程中,學生會以概念圖為學習的流程圖,在學習各模塊知識時學習目標會特別明確,有利于學生正確認識教師的教學進度和自己的學習進度,同時有利于學生思考新知識、比對舊知識,建立起新舊知識之間的聯(lián)系,概念圖將知識體系化的特點有利于幫忙學生理解和掌握知識。

3從典型習題入手加深對重點難點的理解,啟迪學生思維

加涅的信息加工學習論認為,學習是一個有始有終的過程,對學生習得信息的復述、強化有利于提高信息的保持程度。為此,對重點難點問題來說,習題課的安排是特別必要的。以Bezier曲線學習為例,這部分知識點涉及的數(shù)學概念多,數(shù)學公式復雜,對于數(shù)學基礎(chǔ)本不扎實的工科學生來說,“連續(xù)、一階連續(xù)、二階連續(xù)、主法向量、副法向量、曲率、撓率” 等概念容易混肴,學生學習起來有一定難度。題海戰(zhàn)術(shù)一貫是高考生的殺手锏,我們在重點難點的講授上,同樣引入這一殺手锏,通過學生做題、討論、師生互動來復述、強化幫助學生獲得知識。當然習題的選擇要有代表性,對于計算機圖形學來說,機械工業(yè)出版社ZhiGang Xiang,Roy Plastock著的“計算機圖形學習題與解答”是一本全美經(jīng)典的學習指導系列叢書,非常有代表性且典型、面面俱到、重點突出。我們通常結(jié)合授課時學生的反應及課后調(diào)研選擇恰當?shù)牧曨}安排習題課,習題課盡量讓學生先獨立思考、然后小組討論來完成,教師在這一過程中注重把握觀察學生解題情況,對普遍存在的問題和難點,給予啟發(fā)式的點撥,引導其解題思路。

4恰當選擇、適度安排自學內(nèi)容,幫助學生擴展專業(yè)信息的深廣度

大學生學習除課堂教學這一主要途徑外,還要按照教學大綱要求在課外完成一些任務(wù)。課外任務(wù)的布置有利于培養(yǎng)學生的自學能力,使他們學會在明確目標的情況下,合理安排時間完成預期任務(wù)。為了使學生及時了解該學科領(lǐng)域的發(fā)展動向,開闊其眼界,我們通常在課前有針對性地提供一些來自ACM SIGGRAPH等圖形學領(lǐng)域的頂級國際會議論文成果或相關(guān)經(jīng)典文獻供學生閱讀。由于大學生的表現(xiàn)欲和好勝心都特別強,所以我們安排其在課前用5～10分鐘的時間把閱讀的資料概述講給其他學生,一方面抽查了學生的自學效果,另一方面也滿足了學生的成就心理,實踐表明學生對這些課本外的算法背景和應用資料很感興趣,也提高了他們課程學習的積極性。

此外,我們會結(jié)合下次課的教學內(nèi)容適當布置復習相關(guān)數(shù)學知識,為下次課的順利進行做準備,比如在介紹梁友棟-Barsky線段裁剪法時,涉及到直線的參數(shù)表示這一數(shù)學知識,根據(jù)教學經(jīng)驗,學生對直線的參數(shù)表示法記憶不扎實影響了后續(xù)的聽課質(zhì)量;再比如二維基本變換涉及大量的關(guān)于矢量和矩陣的有關(guān)內(nèi)容,課上回顧舊知識是相當耗時的,為保證課上能開篇講授新知識,講授前安排大家復習是必要的。此外,在講授了直線段掃描轉(zhuǎn)換算法后,圓、橢圓的掃描轉(zhuǎn)換這一節(jié)的教學內(nèi)容也可以安排學生自學。因為中點畫圓算法、中點畫橢圓算法與中點畫線算法的基本思想是相同的。這樣,既保證了在有限的學時內(nèi)傳授給學生最大量的新知識,又培養(yǎng)了學生的學習興趣和自學能力。

5注重實踐環(huán)節(jié),學以致用

“計算機圖形學”作為一門專業(yè)課一般是面向大學三年級的學生開設(shè)的,該階段的大學生面臨著職業(yè)選擇和就業(yè),因此實踐能力的培養(yǎng)具有特別重要的意義,特別地計算機圖形學的特點及教學目標也決定了實踐是必不可少的重要環(huán)節(jié)。通過對圖形系統(tǒng)硬件設(shè)備及軟件實現(xiàn)算法的實踐,完成的可視化的用戶圖形界面及各種應用系統(tǒng)有利于學生從實踐中體會到成就感,進而有利于培養(yǎng)其學習興趣。課程組根據(jù)教學內(nèi)容,設(shè)計了若干綜合各個知識點的上機實踐課,旨在使學生掌握圖形學的方法,增強解決實際問題的能力。課程設(shè)計了8學時實踐環(huán)節(jié),題目如:交互式用戶界面設(shè)計、二維圖元的掃描轉(zhuǎn)換算法設(shè)計與實現(xiàn)、二維圖形裁剪算法、真實感圖形設(shè)計、計算機動畫程序設(shè)計等并以一個綜合的大作業(yè)來評價學生的學習情況。在實踐這一環(huán)節(jié)中,無論是程序代碼還是課設(shè)報告撰寫,都以模版或教學案例方法促使學生養(yǎng)成良好的科研規(guī)范性和嚴謹性。

6建設(shè)網(wǎng)絡(luò)資源庫,為學生提供便捷豐富的學習資源

大學生的課程排得不是很滿,有較多的自學時間,教師在課堂教學中也不可能講授教材有關(guān)內(nèi)容的一切方面,因此教師應努力為學生創(chuàng)設(shè)各種學習平臺,方便學生課后自學。為此,我們進行了計算機圖形學網(wǎng)絡(luò)資源庫建設(shè),計算機圖形學教學研究組的全體教師共同努力,收集整理計算機圖形學相關(guān)資料,內(nèi)容涵蓋課程介紹、教學大綱、教學課件、課堂教學、課程評價、演示系統(tǒng)、教師隊伍、教師獲獎各方面。該資源庫的建立為學生在任何時間任何地點自學圖形學提供了資料查詢的便利條件。為了使學生了解計算機圖形學領(lǐng)域的最新研究成果及其發(fā)展趨勢,為了使學生對感興趣的內(nèi)容有深入了解和鉆研,文獻整理、完善網(wǎng)站工作還在進行中,擬增加經(jīng)典論文、著名學術(shù)報告、SIGGRAPH等圖形學方向頂級會議文獻、推薦參考書等內(nèi)容。同時擬增加師生互動平臺,方便教師及時了解學生學習動態(tài)、及時解答學生問題。

7結(jié)束語

提高學生培養(yǎng)的質(zhì)量,歸根結(jié)底還是要堅持“以學生為主體”不動搖,堅持一切從學生需要出發(fā),并結(jié)合學生特點因材施教。通過在教學內(nèi)容、教學方式、教學過程等各方面的改革調(diào)動學生的主體能動性,培養(yǎng)其學習能力。實踐表明,上述教學過程提高了學生的參與度,外延了其課外自學時間和內(nèi)容,其自學創(chuàng)新能力和動手實踐能力都有相應提高。

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[4] 教育部人事司組. 高等教育學(修訂版)[M]. 北京:高等教育出版社,2005.

The Design of the Student-Subjected Teaching Process

——Research and Investigation of Computer Graphics Teaching Method

LI Jing-hua, KONG De-hui, SUN Yan-feng

(Beijing Key Laboratory of Multimedia and Intelligent Software Technology, College of Computer Science and Technology,

Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)

Abstract: This paper designed the student-subjected teaching process of computer Graphics according to students needs and learning characteristics, emphasized digging the subjective initiative of the students, and aimed to increase the learning interest of the students and cultivated their learning ability, thereby optimized teaching effect.

Key Words: computer graphics; teaching process; student-subjected