基于計算思維的計算機圖形學教學改革探討

李谷偉

摘 要：隨著計算機圖形學的高速發展，現已成為一門獨立的學科，而現有的計算機圖形學課程教學方法依然守舊，由于計算思維的理念愈加成熟，因此，把計算思維應用到計算機圖形學的課程教學中去，能夠更好的讓學生掌握實際技能。

關鍵詞：計算思維 計算機圖形學 教學

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）05（b）-0152-01

1 計算思維的理念和表達體系

1.1 計算思維的理念

2006年3月，美國卡內基·梅隆大學計算機科學系主任周以真（Jeannette M. Wing）教授在美國計算機權威期刊《Communicat

ions of the ACM》雜志上給出，并定義的計算思維（Computational Thinking）。周教授認為：計算思維是運用計算機科學的基礎概念進行問題求解、系統設計、以及人類行為理解等涵蓋計算機科學之廣度的一系列思維活動[1]。通俗點來理解，計算思維就是面對任何一個復雜的問題，對它進行求解方法分析、過程設計、最終解決問題的一種思維。

1.2 計算思維的表達體系

計算思維在宏觀層面，揭示了計算機的泛在特性；大自然中的萬物都存在計算屬性，社會、人物之間也存在計算屬性；計算是人工科學，也是自然科學。在微觀層面，它挖掘了計算的內涵特性；整理一個學科的本質特征和核心方法以及原理的歸類、分析。我們通過分類的“核心概念”方法來構建計算思維的表述體系：計算、抽象、自動化、設計、通信、協作、記憶、評估。如圖1所示

2 計算機圖形學教學改革的需求

2.1 計算機圖形學課程教學現狀

計算機圖形學（Computer Graphics，通常簡稱為CG）是一種使用數學算法將二維或三維圖形轉化為計算機顯示器的柵格形式的科學[2]。它包含了計算機輔助設計（CAD）、三維建模（3D）以及實物仿真等等內容，范圍涉及面非常廣泛，而現有的教學模式仍然停留在非常守舊的階段。

2.2 計算機圖形學教學改革需求

需求：（1）我們需要構建相對穩定、能夠體現計算機圖形學思想和方法的核心內容。（2）我們需要更加突出思維方法的訓練。

滿足：（1）有限的課時應對教學改革的壓力和不斷更新的技術。（2）更好地詮釋課程建設的目標，更好地體現學科特征。

3 圍繞計算機圖形學教學改革的實施模式

3.1 對計算思維的基礎認識

計算思維強調的是培養計算能力，但它并不是要顛覆原本的課程內容，而是通過對內容的再組織與優化，甚至二次優化，突出核心內容和方法；而在教學方法改革方面強調的是加強思維方法的訓練。

3.2 計算思維如何在課程中被融入

首先要讓廣大教師理解計算思維的理念，并且讓教師能夠體會計算思維的先進性，從而對學生進行分類培養定位。其次過程需要分類分層次的逐步進行，不可一步促成。

3.3 教師在實際課程中如何應用計算思維

在任何課程的學習中，激發學生的學習興趣是最為重要的，因此計算思維運用的第一步就是觸發學生對課程的學習興趣，然后使學生了解相關內容的核心問題和核心解決方法；通過對問題的引入、尋求解決問題的思路、引出問題的解決方法或實現方法、進一步的拓展和思考。其中，選取合適的案例非常重要，案例必須能夠體現本知識點的運用并且全面具體。基本的實施模式有下列三種模式：（1）教學方法驅動：不改變內容，而改變或者改進具體的教學方法。（2）內容整合或重組：對內容進行局部調整，突出其核心和重點，并適當的進行刪減。（3）全面整改：擴大內容面，全面提升，大面積更新。

4 案例分析：浙江東方職業技術學院“3Ds Max三維制作”課程建設

4.1 提出問題

（1）現有教學內容如何組織和梳理。（2）實踐教學如何安排。（3）計算思維核心概念如何滲透和掌握。（4）如何讓學生更好的理解課本知識點。

4.2 核心—教學方法推進（教學方法驅動模式）

（1）針對高職學生的理解力和掌握計算機能力的程度，將內容進行刪減，確定課程內容由基礎+應用組成，而把高級工業設計部分進行刪減。（2）傳統的3D課程模式一般有兩種：一是前半部分課時講解理論知識點，后半部分進行實際操作課安排；二是任務驅動式教學，一講一練的模式；而基于計算思維的教學安排，應該采取發散的思維去安排課程模式。（3）通過課程講解過程中適當的引入計算思維的概念，并按照計算思維的理念去引導學生，讓學生主動自發的去滲透其理念。（4）通過計算思維的引入，合理的利用案例，能夠讓學生更好的理解和掌握知識點。然而教學方法如何推進？新方法又有何優勢？這里將它和傳統的任務驅動式教學方法進行對比（舉例制作雪人模型）。

任務驅動式的教學過程：首先給學生講解演練一次雪人模型。其次讓學生克隆制作一次雪人模型。最后接著讓學生制作一個類似的雪人模型進行擴展練習。融入了計算思維的教學過程：首先給學生演練一次雪人模型的制作。其次對雪人模型中可以加入的其他元素以及知識點進行講解。最后讓學生制作一個自己認為更加形象的雪人模型。

兩者的區別：計算思維教學過程由于對雪人模型可以添加修改的知識點進行講解，可以讓學生將一系列的知識點通過一個實例來掌握，而且還可以讓學生進行發散的思考和設計雪人模型，最后不但提高了學生的學習興趣，也更加好的掌握了一系列的相關知識點，學生設計的模型更加靈活多樣，使學生的創新意識在課堂上得到了鍛煉。而不像傳統教學過程，限定了學生的設計空間，只能照著書本案例進行克隆復制，容易導致學生失去學習興趣，對知識點進行死記硬背，不能靈活掌握。

參考文獻

[1] 董衛軍.計算機導論—— 以計算思維為導向[M].電子工業出版社，2014，2.

[2] （美）赫恩.計算機圖形學[M].電子工業出版社，2010，7.endprint