以学生为主体的教学过程设计

李敬华 孔德慧 孙艳丰

摘要:本文从学生的需要和学习特点出发,阐述了以学生为主体设计“计算机图形学”专业课教学过程的方法。这样的教学方法注重对学生主观能动性的挖掘,旨在提高学生的学习兴趣,培养其学习能力,从而优化教学效果。

关键词:计算机图形学;教学过程;以学生为主体

中图分类号:G642 文献标识码:B

教学过程“三要素说”明确了教师及学生在教学过程中的作用,即教师是教学活动的主导,学生是教学活动的主体。这就表明教师在教学过程中应以学生为主体,从学生的需要和学生学习的特点出发,进行课程的设计和组织,从课上和课后的各环节提高学生学习的积极性、主动性,培养其学习能力。“计算机图形学”是一门综合性学科,对学生的代数、几何、数据结构、程序语言设计语言等基础知识和基本技能有较高要求,初学者普遍有畏难情绪。不过大学生阶段正是其人生逻辑记忆力发展的最高峰,教材内容抽象深奥、学习质量标准提高恰是促使其逻辑记忆力高度发展的动力。本文结合大学生的学习特点及教学体会,本着一切教学行为从学生角度出发的原则,积极探索、努力挖掘学生主体的参与性和主动性,针对不同的教学内容合理安排教学方法和环境使学生参与到教学活动中,寓能力培养于知识传授中。

1上好第一课,激发学生的学习兴趣

古人云:“知之者不如好之者,好之者不如乐之者”,可见兴趣培养的重要性。第一课通常都是绪论课,本次课除了使学生对该课程体系有个总体了解外,更重要的任务和目标是激发起学生对本门课的兴趣。大学生的学习活动具有明确的职业定向性,它是为毕业后参加职业活动做准备的。为此,第一课的教学内容要解决好“是什么”、“有什么用”的问题,唯有使学生学有所得,学有所用,才能激发起学生的学习兴趣和学习动力。在教学方法上,教师可以当前学生中比较盛行推崇的某游戏或软件为例子,引出支撑该成果的计算机图形学基本知识、基础理论的重要性。此外,通过丰富的成果图片或演示系统等来展示计算机图形领域的最新研究成果及其发展趋势,使学生能感受到运用所学知识会带来的成就感和满足感,从而激发他们的求知欲望。

2利用概念图技术,帮助学生构建知识体系

计算机图形学难学的原因之一就是涉及的内容广,难成体系。概念图技术作为一种知识以及知识间联系表示的强有力方法,可以深刻地揭示复杂概念之间的本质联系,建立新旧知识之间的融汇桥梁,从而为学习者提供理解、掌握并在此基础上构建新概念的便利途径。为此,教学研究组将概念图技术引入到计算机图形学课堂教学中,通过对计算机图形学的总体教学内容及各章节教学内容的讨论,形成各层次的认知概念图,如图1及图2所示。这样,设计概念图的过程就是理顺计算机图形学课程学习内容及脉络的过程,有利于提高学生的分析总结归纳能力,同时在教学过程中,学生会以概念图为学习的流程图,在学习各模块知识时学习目标会特别明确,有利于学生正确认识教师的教学进度和自己的学习进度,同时有利于学生思考新知识、比对旧知识,建立起新旧知识之间的联系,概念图将知识体系化的特点有利于帮忙学生理解和掌握知识。

3从典型习题入手加深对重点难点的理解,启迪学生思维

加涅的信息加工学习论认为,学习是一个有始有终的过程,对学生习得信息的复述、强化有利于提高信息的保持程度。为此,对重点难点问题来说,习题课的安排是特别必要的。以Bezier曲线学习为例,这部分知识点涉及的数学概念多,数学公式复杂,对于数学基础本不扎实的工科学生来说,“连续、一阶连续、二阶连续、主法向量、副法向量、曲率、挠率” 等概念容易混肴,学生学习起来有一定难度。题海战术一贯是高考生的杀手锏,我们在重点难点的讲授上,同样引入这一杀手锏,通过学生做题、讨论、师生互动来复述、强化帮助学生获得知识。当然习题的选择要有代表性,对于计算机图形学来说,机械工业出版社ZhiGang Xiang,Roy Plastock著的“计算机图形学习题与解答”是一本全美经典的学习指导系列丛书,非常有代表性且典型、面面俱到、重点突出。我们通常结合授课时学生的反应及课后调研选择恰当的习题安排习题课,习题课尽量让学生先独立思考、然后小组讨论来完成,教师在这一过程中注重把握观察学生解题情况,对普遍存在的问题和难点,给予启发式的点拨,引导其解题思路。

4恰当选择、适度安排自学内容,帮助学生扩展专业信息的深广度

大学生学习除课堂教学这一主要途径外,还要按照教学大纲要求在课外完成一些任务。课外任务的布置有利于培养学生的自学能力,使他们学会在明确目标的情况下,合理安排时间完成预期任务。为了使学生及时了解该学科领域的发展动向,开阔其眼界,我们通常在课前有针对性地提供一些来自ACM SIGGRAPH等图形学领域的顶级国际会议论文成果或相关经典文献供学生阅读。由于大学生的表现欲和好胜心都特别强,所以我们安排其在课前用5～10分钟的时间把阅读的资料概述讲给其他学生,一方面抽查了学生的自学效果,另一方面也满足了学生的成就心理,实践表明学生对这些课本外的算法背景和应用资料很感兴趣,也提高了他们课程学习的积极性。

此外,我们会结合下次课的教学内容适当布置复习相关数学知识,为下次课的顺利进行做准备,比如在介绍梁友栋-Barsky线段裁剪法时,涉及到直线的参数表示这一数学知识,根据教学经验,学生对直线的参数表示法记忆不扎实影响了后续的听课质量;再比如二维基本变换涉及大量的关于矢量和矩阵的有关内容,课上回顾旧知识是相当耗时的,为保证课上能开篇讲授新知识,讲授前安排大家复习是必要的。此外,在讲授了直线段扫描转换算法后,圆、椭圆的扫描转换这一节的教学内容也可以安排学生自学。因为中点画圆算法、中点画椭圆算法与中点画线算法的基本思想是相同的。这样,既保证了在有限的学时内传授给学生最大量的新知识,又培养了学生的学习兴趣和自学能力。

5注重实践环节,学以致用

“计算机图形学”作为一门专业课一般是面向大学三年级的学生开设的,该阶段的大学生面临着职业选择和就业,因此实践能力的培养具有特别重要的意义,特别地计算机图形学的特点及教学目标也决定了实践是必不可少的重要环节。通过对图形系统硬件设备及软件实现算法的实践,完成的可视化的用户图形界面及各种应用系统有利于学生从实践中体会到成就感,进而有利于培养其学习兴趣。课程组根据教学内容,设计了若干综合各个知识点的上机实践课,旨在使学生掌握图形学的方法,增强解决实际问题的能力。课程设计了8学时实践环节,题目如:交互式用户界面设计、二维图元的扫描转换算法设计与实现、二维图形裁剪算法、真实感图形设计、计算机动画程序设计等并以一个综合的大作业来评价学生的学习情况。在实践这一环节中,无论是程序代码还是课设报告撰写,都以模版或教学案例方法促使学生养成良好的科研规范性和严谨性。

6建设网络资源库,为学生提供便捷丰富的学习资源

大学生的课程排得不是很满,有较多的自学时间,教师在课堂教学中也不可能讲授教材有关内容的一切方面,因此教师应努力为学生创设各种学习平台,方便学生课后自学。为此,我们进行了计算机图形学网络资源库建设,计算机图形学教学研究组的全体教师共同努力,收集整理计算机图形学相关资料,内容涵盖课程介绍、教学大纲、教学课件、课堂教学、课程评价、演示系统、教师队伍、教师获奖各方面。该资源库的建立为学生在任何时间任何地点自学图形学提供了资料查询的便利条件。为了使学生了解计算机图形学领域的最新研究成果及其发展趋势,为了使学生对感兴趣的内容有深入了解和钻研,文献整理、完善网站工作还在进行中,拟增加经典论文、著名学术报告、SIGGRAPH等图形学方向顶级会议文献、推荐参考书等内容。同时拟增加师生互动平台,方便教师及时了解学生学习动态、及时解答学生问题。

7结束语

提高学生培养的质量,归根结底还是要坚持“以学生为主体”不动摇,坚持一切从学生需要出发,并结合学生特点因材施教。通过在教学内容、教学方式、教学过程等各方面的改革调动学生的主体能动性,培养其学习能力。实践表明,上述教学过程提高了学生的参与度,外延了其课外自学时间和内容,其自学创新能力和动手实践能力都有相应提高。

参考文献:

[1] 教育部人事司组. 高等教育心理学(修订版)[M]. 北京:高等教育出版社,2005.

[2] 龚绍文. 大学青年教师教学入门-大学施教学初步[M]. 北京:北京理工大学出版社,2007.

[3] 倪明田,吴良芝. 计算机图形学[M]. 北京:北京大学出版社,1999.

[4] 教育部人事司组. 高等教育学(修订版)[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