基于SPOC模式的图形学和可视化授课设计

马天

摘 要

本文分析了MOOC和SOPC的优缺点，并结合SPOC模式的授课特点，以图形学和可视化课程中“直线反走样”内容为例，设计了线上理论准备、线下讲解实践、课后考核加强、评估反馈的持续改进模式。本文研究对该课程的混合式教学改革具有一定的指导意义。

关键词

SPOC;授课设计;图形学;可视化

中图分类号： G642.4                        文献标识码： A

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2020.09.009

Abstract

In this paper，it is analyzed that the advantages and disadvantages between the MOOC and SOPC. Based on the teaching characteristics of SPOC mode， taking"anti-aliasing of Straight Line"in Graphics and Visualization courses as an Example in，a continuous improvement mode is designed，which include online theoretical preparation，offline explanation and practice， after-school assessment and evaluation feedback.This papers work has a certain guiding significance for the mixed teaching reform of the course.

Key Words

Small Private Online Course;Teaching design;Computer Graphics; Data Visualization

0 引言

計算机图形学和数据可视化课程是我校计算机学院的计算机科学与技术和软件工程等专业研究生的专业基础选修课，也是信息与计算科学、计算机科学与技术、软件工程等本科生的一门重要的专业基础课，其理论性和实践性都强。直线绘制技术是整个课程中二维和三维图形绘制的基础，而直线反走样技术又是真实感直线绘制效果的重要支撑，因此选择该部分为例进行授课设计探讨。由于其理论和算法内容抽象，而且随着新的培养方案修订的课时压缩的趋势，迫切需要结合新的授课方式，进行混合式教学方式的改革。

目前，传统的课堂授课方式还是在高校课堂中占有绝大部分的比例，章夏芬等[1]针对《计算机图形学》课程中仿射变换的内容，提出浅入深出的传统授课的理论讲解法，以变换的数学原理为基础，从二维变换到三维变换，再到综合实践拓展法相，进而启发学生对仿射变换内容的兴趣。王衍等[2]针对课程基础要求高、理论型强和实践性强的特点，提出运用任务驱动的教学思路，并设计促使学生主动思考的“学生课件”。随着大规模网络在线课程（MOOC）慕课[3]的出现，学生可以通过线上微课、作业、讨论、考核等MOOC平台资源，直接获得国内外著名教师的授课，对传统课堂教学带来了很大的冲击[4]。各高校也纷纷围绕MOOC开展了多维、综合的教学改革研究。但是，随着MOOC平台上课程数量和学生数量增加，也引起了这种单一网络模式下的课程完成率低、教学质量无法控制等问题[5]。因此，近年来出现了更多围绕小规模在线课程（SPOC）的教学模式改革研究，SPOC本质上就是MOOC和传统课堂结合的一种混合式教学模式，可以限制生源的数量和范围[6]，更加符合国内高校的教学实际，可以弥补MOOC和传统课堂的不足，为开展翻转课堂的教学改革打下基础。徐小平等[6]以线下与线上课程的翻转教学为例，探讨了课堂教学、在线教学和交流讨论形成的三位一体教学模式。王云霞等[7]根据SPOC模式分析了数字电路的课程教学，课前准备利用线上MOOC，课上教学采用翻转课堂，课后延伸采用在线测试。雷洪涛等[8]根据授课对象特征细分了三个子群体，针对不同群体设计了不同的自主互动式混合教学模式。

1 线上线下协同分析

根据以上分析，在进行基于SPOC模式的授课设计时，一定要把握好教学节奏，并处理好线上和线下授课的协调问题，明确一个大原则：线上MOOC负责理论知识讲解，线下课堂负责教学实践巩固，注重过程评估和反馈。为适应SPOC的教学模式，首先需要对计算机图形学和数据可视化课程的教学设计、单元内容、知识结构重新组织，精炼每节课教学内容，设计精悍独立的内容模块。然后，以问题实例来引导，以知识点开展教学，从而提高每节课的学习兴趣和效率。最后，如图1所示，设计了线上理论准备、线下讲解实践、课后考核加强、评估反馈的持续改进模式，其中课堂的讲解实践是承上启下的重要环节，需要精心设计其进程。

对于“直线反走样”内容模块，根据教学大纲，明确能够分析和应用直线距离加权反走样算法的教学目的，以直线扫描转换产生的“阶梯锯齿”问题引导。课前发布直线扫描转换、反走样理论的MOOC视频学习清单，并按照时间点检查完成情况;课中根据线上学习情况，有针对性的讲解线上问题、斜率大于1的核心算法流程，以及分组讨论实践;课后布置其他斜率情况的延伸练习作业;根据各环节线上考核情况，及时根据评估反馈调整线上和线下的教学组织。

2 课堂进程设计

课堂的讲解实践是整个持续改进模式的核心环节，必须能够有效地承接好线上的理论准备，并引导好后续的加强延伸训练，切实提高学生对教学目标的达成。对于“直线反走样”内容模块，授课进程主要分为以下四个步骤：

（1）首先，根据线上学习情况，有针对性的复习强调直线扫描转换产生阶梯锯齿的原因，反走样技术的分类和基本原理，挂图展示Windows系统基本画图工具和Visio等专业画图工具绘制直线的反走样效果的对比，引发学生对反走样技术的兴趣。

（2）然后，讲解直线距离加权反走样算法的原理和步骤，结合PPT进行分步动画展示，以斜率大于1的情况为例，详细分析距离判别式的构造。

（3）分组讨论与直线中点Bresenham扫描转换算法的过程的对比，并设计反走样算法的整个处理流程的程序化步骤，并直接进行分组上机实践。

（4）最后，挑选1个小组演示上机实践效果，引导学生课后分析其他斜率情况的距离判别式的构造，并布置课后线上考核作业。

3 结语

MOOC和传统课堂结合的混合式SPOC教学模式的教学改革已成为主流趋势，本文以图形学和可视化课程中“直线反走样”内容为例，设计了线上理论准备、线下讲解实践、课后考核加强、评估反馈的持续改进模式。后续，将依托图形学和可视化课程的MOOC建设，把持续改进模式付诸实践探索，并根据教学反馈结果不断完善。

参考文献

[1]章夏芬，朱昌明.计算机图形学中仿射变换的教学[J].计算机教育，2017（02）： 136-140.

[2]王衍，訾克明，邓晓红等.机械設计课程授课方法与考试形式并行改革思路探讨[J].轻工科技，2019，35（04）：176-177.

[3]薛璐，邓芳芳.2000-2018年我国慕课（MOOC）研究动态分析[J].现代商贸工业， 2020，41（05）：201-204.

[4]郑淑芳.慕课在高等教育发展中的优劣势研究[J].学周刊，2019（04）：6-7.

[5]黄来也.解读慕课（MOOC）、SPOC、微课、翻转课堂的含义[DB/OL].http：//w ww.sohu.com/a/156183475_631873. 2017.7.

[6]徐小平，钱广生，邓黎等.初探限制性在线课程的现代教学模式[J/OL].华西药学杂志：1-7[2020-01-29].https：//doi.org/10.13375/j.cnki.wcjps.2020.01.023.

[7]王云霞，柴志军，刘明亮.基于SPOC教学模式的数字电路课程教学探索[J].黑龙江科学，2020，11（01）：40-41.

[8]雷洪涛，张涛.授课对象特征导向的混合式教学模式设计研究——以改训学员“系统工程原理”课程为例[J].高等教育研究学报，2019，42（01）：56-63.