基于計算思維的計算機圖形學教學改革與實踐

張起榮+張繼燕+王燕

摘 要： 計算機圖形學是計算機專業的高年級課程，它由于學科涉及數學知識較多、理論內容難懂、要求較高的實踐性能力，造成學生不能較好地掌握內容，將計算思維引入教學中，達到了良好的教學效果。

關鍵詞： 計算思維 計算機圖形學 教學改革與實踐

一、計算機圖形學概述

在2006年，計算思維概念是美國周以真教授正式提出的教育理念。他認為計算思維不僅屬于計算機科學家，還和閱讀、寫作、算術一樣，成為每個人必須具備的基本技能。計算思維概念一經提出，就引發了很多國家學術界的強烈反響。

計算機圖形學是理論和實踐相結合的課程，需要一定的數學知識基礎，理論建立在實踐應用的基礎上，課程有一定的難度，學生不容易聽懂和看懂教學內容。將計算思維的能力訓練引入該課程中，使學生不僅能更深刻地理解該課程理論的能力，而且能具有怎么將理論和實踐融合解決實踐應用的能力。

面向未來，貴州工程應用技術學院秉承“艱苦創業、不斷進取”的辦學精神，堅持以興學育人為根本，以培養服務工業化、城鎮化建設等需要的一線工程師和服務基礎教育需要的一線教師為目標，立足畢節、服務貴州、面向全國，不斷深化產教融合、校企合作，深化教學改革、提高教學質量和辦學水平，努力建設特色鮮明的高水平應用技術大學，為實現貴州與全國同步全面建成小康社會作出更大貢獻。為了實現上述目標，在教學過程中就不斷秉承上述辦學思想和思路。

二、計算思維的計算機圖形學教學方法改革

因為一條直線怎么計算出來通過一系列畫圖發現了規律，找到了用計算機表示現實事物的辦法。通過具體的算法講解分析了上述計算思維的思想。這樣使學生以后在工作中遇到新問題，可以用計算思維解決問題，不是死板學習數學理論，而是能靈活運用數學理論解決實際工作中的問題。

2.有的學生在學習中缺乏總結規律的能力，在課程中有意培養學生這方面的思維，比如在計算機圖形學中，一大特點是把不少數學公式總結變成一個統一的公式，有個這個統一的公式，對進行編程更加便利，同時能用數學公式進行更廣泛的應用。如2D矩陣表示中，P′=P+T表示二位變換的平移公式；P′=R·P表示二位變換的旋轉公式；P′=S·P表示二位變換的變比公式；對于平移、旋轉和縮放變換，每個基本的變換都可表示為普通矩陣形式：P′=M1*P+M2，最終得到P′=M*P。這個公式就更具有廣泛性。老師不用計算思維分析，多數學生沒有意識到非常簡單的一個總結數學公式的統一性，對一門學科建立了非常深厚的基礎。訓練學生將同一用途的公式進行總結統一，這為以后他們進一步進行科學研究打開了思路。

3.用計算思維教會學生會利用數學公式，如表示直線的公式，有方程的，有參數形式的，在這門課里，進行不同的研究是，在有的地方如進行畫線算法是用的直線方程，但是在表示三維對象時，則參數方程就有優勢。對于同樣一個問題，學生要學會用不同的公式表示同一的事物，然后會在不同情況下使用不同條件的同一事物的數學公式解決實際問題。直線方程的公式學生在初中和高中都學過，但是老師當初只是為解數學題而進行的數學訓練，學生并不會運用這些公式解決實際計算機中的問題。但是計算機圖形學就是建立在如此簡單的初高中數學知識上的，發現了規律，實現了用計算機顯示圖形。通過計算思維對該門課程的分析，不僅讓學生感覺到了數學的魅力，而且增強了他們用數學公式解決計算機方面問題的實際能力。這恰恰是我校提出的培養學生的目標。

三、結語

通過該研究，使得計算機圖形學的教學更有深度和廣度，使學生不會感覺這門課很難，而且覺得這門課非常有意思，是在跟這些計算機圖形學的奠基人在思想上的交流，使學生愛學愛研究愛思考。使學生感到搞研究沒有想象中那么難，而是很有趣的一件事情。對學生以前的初高中學過的數學公式進行實際用途的擴展，開闊他們的思路，培養他們的發散思維和逆向思維等。如果學生以后考上研究生繼續進行計算機圖形學方面的研究，則可給他們打下良好的研究基礎，使他們在計算機圖形學研究中能夠承前啟后。如果學生以后在軟件公司從業，則可為他們解決算法上的一些問題找到新思路。培養學生將復雜的問題簡單化，降低算法復雜度。

參考文獻：

[1]王振武.計算機圖形學基礎[M].北京：清華大學出版社，2011.

[2]Wing J M.Computational thinking[J].Communications of the ACM，2006，49（3）：33-35.