計算機圖形學課程思政探究

杭后俊 袁興龍 李杰 俞慶英

摘要：新工科理念下的面向成果導向教育（OBE）不能脫離培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人這一根本任務，要將“立德樹人”貫穿于課程教學的各個環節。以計算機圖形學課程為例，闡述了課程的知識結構，課程思政的目標，思政元素的融入設計，并圍繞具體翔實的課程思政案例，就本科計算機專業課程教學中如何實施教學環節與思政元素的深度融合展開較為深入的探討。

關鍵詞：計算機圖形學;知識結構;課程思政;融入;案例

中圖分類號：G642 ? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）02-0136-03

工科背景下的計算機專業人才培養方案注重工科教育人才培養模式的轉變，要求教師改變傳統的課堂教學方式，強調以學生為主體，向學生灌輸自主學習、終身學習的理念[1-3]。由于理工類學科自身具有的自然科學的特點，計算機專業課教師和其他理工科專業教師一樣，在教學過程中自覺不自覺地重視學生對“技術”的掌握與應用，而忽略了育人的職責。習近平總書記說過，“關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的”。科技沒有國界，但科技具有國家所有權屬性，其他國家的東西不可能無償給我們使用。因此，新工科理念下的面向成果導向教育（OBE）不能脫離培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人這一根本任務[4，5]。

目前我國每一所本科高校都開設了計算機專業，每年畢業生人數就超過10萬人。因此，如何做好“立德樹人”的根本任務，培養合格的社會主義接班人是我們每一位從事計算機專業教育的工作者必須時刻思考的問題。本文以計算機圖形學課程為例，深入探討計算機專業課程教學中如何實施課程思政。

1圖形學課程的知識結構

計算機圖形學課程是計算機科學與技術專業一門重要的專業方向課程，課程內容非常豐富，課程教學內容緊緊圍繞三維圖形流水線展開。目前，國內外圖形學主流教材[6-8]除第一章（緒論）和第二章（圖形系統概述）外，均從第三章開始分別覆蓋流水線的五個不同階段，如圖1所示。其中基本圖元生成算法包括線段的生成算法，（橢）圓（弧）的生成算法，區域填充算法等，以及視口變換，對應流水線的最后階段。三維觀察，包括觀察變換、觀察體及其規范化、三維裁剪、消隱技術、光照模型、紋理映射等內容，對應流水線的第②階段。圖形幾何變換、幾何造型技術對應流水線的第①階段，平行投影變換、透視投影變換則對應流水線的第③階段，而第④階段主要包括規范化變換和二維裁剪。

2圖形學課程思政的目標

教師在圖形學課程教學中要善于根據所講授內容的特點挖掘課程思政元素，一方面要注重提升學生的責任擔當，增強民族自豪感，強化感恩奉獻意識，另一方面還要培養他們的工匠精神，追求精益求精的品質以及團隊協作意識。要始終明確我們在培養什么人，怎樣培養人以及為誰培養人等問題，這關系黨和國家的未來，關系到高等教育培養社會主義建設者和接班人這一根本任務的實現。要用好課堂教學這個主環節，要將思政元素與圖形學課程內容做到自然融合，把成人成才的基本道理、社會主義核心價值觀、實現中華民族偉大復興的理想和責任融入教學中，真正做好學生奉獻祖國的引路人。要讓學生知道為何而學，形成專業自豪感和國家大局觀，能夠以成為國家棟梁、在中華民族偉大復興征程中實現人生價值為目標。

3 思政元素的融入設計

3.1 基于課程教學內容的思政元素融入

圖形學課程的課堂講授采用啟發式教學和探究型教學，依托知識載體，傳授相關的思想和方法，引導學生探索技術前沿，激發學生主動學習的興趣，培養學生獨立思考、分析問題和解決問題的能力，引導學生主動通過實踐和自學獲得自己想學到的知識。通過課程實驗培養學生熟練運用VC++實現各種基本圖形算法，具有運用OpenGL實現基本三維圖形流水線的初步能力。而教學設計的主要任務就是針對不同的教學內容靈活融入思政元素，如圖2所示。表1給出了圖形學課程主要教學內容與思政元素的融入設計策略。

3.2 基于課程線上平臺的思政元素融入

計算機圖形學課程采用線上線下混合式教學，要求學生通過“學習通”平臺進行課程的預習、復習，積極完成互動區的討論，完成作業、實驗報告、測試等過程性考核任務。通過在課程的線上平臺靈活融入思政元素，讓育人環節無處不在。例如在課程平臺資源庫中，教師通過精心設計蘊含思政元素的文獻資料，供學生自主學習。如圖3所示。

4課程思政的案例設計

案例1：講三維觀察，強化感恩奉獻品格

三維觀察是計算機圖形學的重要內容，主要包括觀察坐標系、觀察變換、觀察體、觀察體規范化、投影變換、二維及三維裁剪、（投影）窗口到視區的變換等知識，是三維圖形流水線的核心環節。教師在教學中應當結合具體的游戲或虛擬現實引擎進行講解，如圖4所示。并在教學內容的講解過程中自然融入思政元素：要想以后成為一名出色的游戲軟件虛擬現實應用系統的設計師，必須熟練掌握三維圖形流水線。告訴學生盡管目前在我國也有許多從事這方面設計與開發的技術隊伍，但與國外相比還有很大的差距。我們現在使用的主流VR引擎（比如Unity）都是別人的產品，在使用上還是受制于人的，曾有一段時間國內用戶上不了Unity官網，不能正常使用其免費資源。希望同學們不要辜負國家的培養，發揚刻苦學習的精神，夯實專業基礎，筑牢專業根基，將來不僅要成為出色的游戲設計師，更要成為一名出色的引擎開發師，有能力去開發屬于我們自己的游戲或VR引擎，報效國家，奉獻社會，為實現中國夢貢獻自己的力量。

案例2：講紋理映射，培養精益求精態度

真實感圖形生成技術主要講解對三維場景對象進行消隱處理、光照處理和紋理映射等內容。而這一過程是在觀察坐標系下（投影變換之前）進行的。如圖5所示。

案例以凹凸紋理映射技術為例。

教師：給出一個如圖6（a）所示的桶白模，問學生能不能確定這只桶是什么材質的？

學生：不能確定。

教師：真實感圖形生成技術主要任務是研究如何用二維顯示器真實逼真地顯示三維場景，但僅僅通過消隱、添加顏色、設置光照是不能實現的，還需要通過紋理映射技術。出示對桶實施顏色紋理映射后的模型效果，如圖6（b）所示。

學生：（一致地回答）這是一只木桶。

教師：這只桶只是看起來像木桶，還達不到逼真的效果。顏色紋理映射技術只是將一幅紋理映射到物體表面上，而不考慮表面的凹凸細節，對模擬光滑表面比較適合，但對于粗糙不平的表面需要進一步使用凹凸紋理映射。

（思政元素的自然融入：）我們做任何事情都不能僅僅滿足于差不多就行，要努力做到更好，養成精益求精的態度。

教師：出示對桶實施凹凸紋理映射后的模型效果，如圖6（c）所示，讓學生體會不一樣的逼真效果。

（思政元素的自然融入：）精益求精態度和卓越品質是我們計算機專業同學應當具有的一種追求，應當努力達到的一種境界。這個時代屬于我們每一個人，在今后的工作崗位上，如果我們每一位同學都能夠擁有這種態度和品質，心懷感恩心態和無私奉獻的精神，我們的國家將會變得更加富裕和強大。

5 結束語

計算機專業人才培養不能脫離培養德智體美勞全面發展的社會主義建設者和接班人這一根本任務，要將“立德樹人”貫穿于課程教學的各個環節。同時也要認識到，課程思政是一項系統工程，沒有現成的方法可以借鑒，需要廣大教師自覺做課程思政的踐行者和探究者。課程思政元素是隱含在課程的每一個章節、每一個知識單元中，需要我們在專業課程的教學設計時進行有效挖掘。通過思政元素和計算機專業課程內容的有機融合，不僅夯實學生的學科專業基礎知識、培養學生的刻苦學習精神，而且強化他們的使命感和責任感、知行合一的實踐能力、嚴謹求實的科學精神和自覺奉獻的愛國情懷，從而真正實現全程育人、全方位育人。

參考文獻：

[1] 陳作聰，朱曉靜.新工科建設背景下計算機專業人才培養的改革與探索[J].中國現代教育裝備，2020（9）：53-55.

[2] 陳作聰，王哲河.基于OBE理念的高校計算機專業人才培養策略研究[J].中國現代教育裝備，2020（17）：86-89.

[3] 劉冰，秦曉宏，李夢東.工科課程中的科學精神與人文素養教育[J].計算機教育，2020（1）：12-15.

[4] 劉衛國，奎曉燕，嚴暉，等.“計算機程序設計基礎”課程思政教學設計[J].工業和信息化教育，2020（11）：1-5.

[5] 李靜，胡國華.Python語言程序設計課程思政資源挖掘及教學路徑探索[J].計算機教育，2020（1）：24-28.

[6] （美）Donald Hearn，（美）M.Pauline Baker. 計算機圖形學[M]. 蔡士杰等譯.北京：電子工業出版社，2005.

[7] 楊欽，徐永安，翟紅英.計算機圖形學[M].北京：清華大學出版社，2005.

[8] 項志鋼.計算機圖形學[M].北京：清華大學出版社，2006.

【通聯編輯：王力】

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