计算机图形学课程思政探究

杭后俊 袁兴龙 李杰 俞庆英

摘要：新工科理念下的面向成果导向教育（OBE）不能脱离培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人这一根本任务，要将“立德树人”贯穿于课程教学的各个环节。以计算机图形学课程为例，阐述了课程的知识结构，课程思政的目标，思政元素的融入设计，并围绕具体翔实的课程思政案例，就本科计算机专业课程教学中如何实施教学环节与思政元素的深度融合展开较为深入的探讨。

关键词：计算机图形学;知识结构;课程思政;融入;案例

中图分类号：G642        文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）02-0136-03

工科背景下的计算机专业人才培养方案注重工科教育人才培养模式的转变，要求教师改变传统的课堂教学方式，强调以学生为主体，向学生灌输自主学习、终身学习的理念[1-3]。由于理工类学科自身具有的自然科学的特点，计算机专业课教师和其他理工科专业教师一样，在教学过程中自觉不自觉地重视学生对“技术”的掌握与应用，而忽略了育人的职责。习近平总书记说过，“关键核心技术是要不来、买不来、讨不来的”。科技没有国界，但科技具有国家所有权属性，其他国家的东西不可能无偿给我们使用。因此，新工科理念下的面向成果导向教育（OBE）不能脱离培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人这一根本任务[4，5]。

目前我国每一所本科高校都开设了计算机专业，每年毕业生人数就超过10万人。因此，如何做好“立德树人”的根本任务，培养合格的社会主义接班人是我们每一位从事计算机专业教育的工作者必须时刻思考的问题。本文以计算机图形学课程为例，深入探讨计算机专业课程教学中如何实施课程思政。

1图形学课程的知识结构

计算机图形学课程是计算机科学与技术专业一门重要的专业方向课程，课程内容非常丰富，课程教学内容紧紧围绕三维图形流水线展开。目前，国内外图形学主流教材[6-8]除第一章（绪论）和第二章（图形系统概述）外，均从第三章开始分别覆盖流水线的五个不同阶段，如图1所示。其中基本图元生成算法包括线段的生成算法，（椭）圆（弧）的生成算法，区域填充算法等，以及视口变换，对应流水线的最后阶段。三维观察，包括观察变换、观察体及其规范化、三维裁剪、消隐技术、光照模型、纹理映射等内容，对应流水线的第②阶段。图形几何变换、几何造型技术对应流水线的第①阶段，平行投影变换、透视投影变换则对应流水线的第③阶段，而第④阶段主要包括规范化变换和二维裁剪。

2图形学课程思政的目标

教师在图形学课程教学中要善于根据所讲授内容的特点挖掘课程思政元素，一方面要注重提升学生的责任担当，增强民族自豪感，强化感恩奉献意识，另一方面还要培养他们的工匠精神，追求精益求精的品质以及团队协作意识。要始终明确我们在培养什么人，怎样培养人以及为谁培养人等问题，这关系党和国家的未来，关系到高等教育培养社会主义建设者和接班人这一根本任务的实现。要用好课堂教学这个主环节，要将思政元素与图形学课程内容做到自然融合，把成人成才的基本道理、社会主义核心价值观、实现中华民族伟大复兴的理想和责任融入教学中，真正做好学生奉献祖国的引路人。要让学生知道为何而学，形成专业自豪感和国家大局观，能够以成为国家栋梁、在中华民族伟大复兴征程中实现人生价值为目标。

3 思政元素的融入設计

3.1 基于课程教学内容的思政元素融入

图形学课程的课堂讲授采用启发式教学和探究型教学，依托知识载体，传授相关的思想和方法，引导学生探索技术前沿，激发学生主动学习的兴趣，培养学生独立思考、分析问题和解决问题的能力，引导学生主动通过实践和自学获得自己想学到的知识。通过课程实验培养学生熟练运用VC++实现各种基本图形算法，具有运用OpenGL实现基本三维图形流水线的初步能力。而教学设计的主要任务就是针对不同的教学内容灵活融入思政元素，如图2所示。表1给出了图形学课程主要教学内容与思政元素的融入设计策略。

3.2 基于课程线上平台的思政元素融入

计算机图形学课程采用线上线下混合式教学，要求学生通过“学习通”平台进行课程的预习、复习，积极完成互动区的讨论，完成作业、实验报告、测试等过程性考核任务。通过在课程的线上平台灵活融入思政元素，让育人环节无处不在。例如在课程平台资源库中，教师通过精心设计蕴含思政元素的文献资料，供学生自主学习。如图3所示。

4课程思政的案例设计

案例1：讲三维观察，强化感恩奉献品格

三维观察是计算机图形学的重要内容，主要包括观察坐标系、观察变换、观察体、观察体规范化、投影变换、二维及三维裁剪、（投影）窗口到视区的变换等知识，是三维图形流水线的核心环节。教师在教学中应当结合具体的游戏或虚拟现实引擎进行讲解，如图4所示。并在教学内容的讲解过程中自然融入思政元素：要想以后成为一名出色的游戏软件虚拟现实应用系统的设计师，必须熟练掌握三维图形流水线。告诉学生尽管目前在我国也有许多从事这方面设计与开发的技术队伍，但与国外相比还有很大的差距。我们现在使用的主流VR引擎（比如Unity）都是别人的产品，在使用上还是受制于人的，曾有一段时间国内用户上不了Unity官网，不能正常使用其免费资源。希望同学们不要辜负国家的培养，发扬刻苦学习的精神，夯实专业基础，筑牢专业根基，将来不仅要成为出色的游戏设计师，更要成为一名出色的引擎开发师，有能力去开发属于我们自己的游戏或VR引擎，报效国家，奉献社会，为实现中国梦贡献自己的力量。

案例2：讲纹理映射，培养精益求精态度

真实感图形生成技术主要讲解对三维场景对象进行消隐处理、光照处理和纹理映射等内容。而这一过程是在观察坐标系下（投影变换之前）进行的。如图5所示。

案例以凹凸纹理映射技术为例。

教师：给出一个如图6（a）所示的桶白模，问学生能不能确定这只桶是什么材质的？

学生：不能确定。

教师：真实感图形生成技术主要任务是研究如何用二维显示器真实逼真地显示三维场景，但仅仅通过消隐、添加颜色、设置光照是不能实现的，还需要通过纹理映射技术。出示对桶实施颜色纹理映射后的模型效果，如图6（b）所示。

学生：（一致地回答）这是一只木桶。

教师：这只桶只是看起来像木桶，还达不到逼真的效果。颜色纹理映射技术只是将一幅纹理映射到物体表面上，而不考虑表面的凹凸细节，对模拟光滑表面比较适合，但对于粗糙不平的表面需要进一步使用凹凸纹理映射。

（思政元素的自然融入：）我們做任何事情都不能仅仅满足于差不多就行，要努力做到更好，养成精益求精的态度。

教师：出示对桶实施凹凸纹理映射后的模型效果，如图6（c）所示，让学生体会不一样的逼真效果。

（思政元素的自然融入：）精益求精态度和卓越品质是我们计算机专业同学应当具有的一种追求，应当努力达到的一种境界。这个时代属于我们每一个人，在今后的工作岗位上，如果我们每一位同学都能够拥有这种态度和品质，心怀感恩心态和无私奉献的精神，我们的国家将会变得更加富裕和强大。

5 结束语

计算机专业人才培养不能脱离培养德智体美劳全面发展的社会主义建设者和接班人这一根本任务，要将“立德树人”贯穿于课程教学的各个环节。同时也要认识到，课程思政是一项系统工程，没有现成的方法可以借鉴，需要广大教师自觉做课程思政的践行者和探究者。课程思政元素是隐含在课程的每一个章节、每一个知识单元中，需要我们在专业课程的教学设计时进行有效挖掘。通过思政元素和计算机专业课程内容的有机融合，不仅夯实学生的学科专业基础知识、培养学生的刻苦学习精神，而且强化他们的使命感和责任感、知行合一的实践能力、严谨求实的科学精神和自觉奉献的爱国情怀，从而真正实现全程育人、全方位育人。

参考文献：

[1] 陈作聪，朱晓静.新工科建设背景下计算机专业人才培养的改革与探索[J].中国现代教育装备，2020（9）：53-55.

[2] 陈作聪，王哲河.基于OBE理念的高校计算机专业人才培养策略研究[J].中国现代教育装备，2020（17）：86-89.

[3] 刘冰，秦晓宏，李梦东.工科课程中的科学精神与人文素养教育[J].计算机教育，2020（1）：12-15.

[4] 刘卫国，奎晓燕，严晖，等.“计算机程序设计基础”课程思政教学设计[J].工业和信息化教育，2020（11）：1-5.

[5] 李静，胡国华.Python语言程序设计课程思政资源挖掘及教学路径探索[J].计算机教育，2020（1）：24-28.

[6] （美）Donald Hearn，（美）M.Pauline Baker. 计算机图形学[M]. 蔡士杰等译.北京：电子工业出版社，2005.

[7] 杨钦，徐永安，翟红英.计算机图形学[M].北京：清华大学出版社，2005.

[8] 项志钢.计算机图形学[M].北京：清华大学出版社，2006.

【通联编辑：王力】

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