面向一流课程目标的图形学课程思政设计

马 天，张杰慧，符立梅，王罗惠

（西安科技大学计算机科学与技术学院，陕西西安 710054）

0 引言

为贯彻落实中共十九大精神和习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上的讲话精神，教育部于2019 年启动一流本科课程“双万计划”，在实施意见中明确指出建设目标：“落实立德树人根本任务……深入挖掘各类课程和教学方式中蕴含的思想政治教育元素，建设新时代要求的一流本科课程。”随后，教育部在2021 年启动了课程思政示范课程、团队和研究中心的建设工作，通过示范引领和资源共享的方式，促进课程思政高质量建设。文献［3］提出课程思政建设与教学改革的“四步工作法”，包括教学理念突出专业特点、教学方法讲究授课风格、教学资源打造课程品牌及教学管理固化教学成果；文献［4］通过综合分析课程思政的内涵，指出重点在专业课程中实现显性与隐性教育的融通，从知识、能力和情感3 个方面设定课程目标。

对于计算机类专业课，文献［5］分析专业课在规模、感染力、灵活性等方面的优势，根据计算机类专业的特点，挖掘人文、伦理、敬业、时政等五类思政元素；文献［6］设计7个与爱国主义教育、法制教育等思政主题相融合的Python程序课程教学案例；文献［7］从软件需求分析过程中，凝炼出社会主义核心价值观、职业素养等思政元素，提升学生参与度及其对热点问题的认知；文献［8］进行计算机图形学课程中隐性思政教育探索，尝试在各部分教学内容中融入社会主义核心价值观，并通过在线微视频等方式进行拓展教育；文献［9］以OBE 理念为指导，精心组织操作系统课程教学内容，并融入国产系统技术自信的思政元素；文献［10］指出目前专业课程思政缺乏系统性设计问题，设计计算机类专业课程思政建设的一种层次目标体系结构，给出溯源溯理和自然引领的两种教学方法，以及一种“学、思、践、悟”的教学策略。

计算机图形学作为计算机科学与技术、软件工程等专业核心课程，侧重技能培养，理论与实践应用并重。通过本课程的理论教学和实验，使学生了解计算机图形信息处理的基本理论和方法，掌握基本图形屏幕显示的程序设计方法，培养学生的独立思考能力，结合理论和实践环节，培养和提高学生分析问题和解决问题的能力，为进一步学习虚拟现实与可视化相关内容打下坚实的理论和实践基础。综上所述，课程思政是一流课程建设核心目标之一，是大学生思想政治教育的有效补充，专业课程则是课程思政最主要和最理想的阵地。但是，现有研究普遍缺少基于课程目标的系统性课程思政设计。因此，本文根据一流本科课程建设和课程育人要求，分析制定课程目标，构建与思政元素有机结合的课程体系，并通过具体的教学设计阐述课程思政的教学过程，最后进行实践效果分析。

1 课程目标制定

根据一流本科课程建设目标，参照计算机专业工程教育认证要求，结合学校“励志图存，自强不息”的胡杨精神，基于学校“立足西部，面向全国”培养应用型高级专门人才的办学定位，突出培养心系社会并有时代担当的技术性人才的目标任务，主要从知识、能力和素养等方面制定以下课程目标：

课程目标1：能够依据计算机图形学课程中的理论，分析图形表示和生成算法；掌握二维图形和三维图形的几何变换，立体图像的投影变换、消隐处理和窗视变换，并建立各类变换的数学模型。

课程目标2：能够运用计算机图形学相关编程技巧进行各类算法的编程实现，在基本算法基础上进行扩展，并运用调试工具进行结果分析、解释。

课程目标3：能够针对计算机科学领域的复杂工程问题，成立研究型学习小组，合作开发，选择、使用技术与工具，团队协作完成课程选题、设计、完善和汇报。

课程目标4：能够主动与其他学科背景的成员合作，具备技术攻坚的使命担当，培养求真务实、实践创新、精益求精的职业素养。

课程目标关系如图1 所示，4 个目标相互关联、层次递进，形成了系统性的培养目标要求。其中，“目标1”为课程基本知识理论内容的要求，“目标2”和“目标3”为图形编程、系统分析和小组协作、表达等能力的要求，“目标4”对职业素养和思政育人提出了整体目标要求。

Fig.1 Progressive relationship of course objectives图1 课程目标的递进关系

2 课程体系构建

专业课的课程思政不同于思政课程，不是简单直接地信仰价值传授，思政元素也不是独立于教学内容的大道理，需要教师不断提高自身思想政治理论水平，坚持“盐溶于汤”的课程思政理念，做到情景契合、内容融合，对章节内容进行分析、挖掘和升华，形成有机融入课程教学内容的“育人新体系”，使学生产生共情认同，进而达到专业知识和思政素养同步培养的目标。

根据层次递进的4 个课程目标要求，立足学院专业特点和课程特质，充分挖掘课程各章节内容中的思政点，通过各种优秀中华文化、精神观念拓宽学生的知识面，渗透到专业知识的教学过程中，构建如表1 所示蕴含思政素养的课程体系。第1、2 和10 章，重点培养学生文化自信、科技强国的担当精神；第3-9 章，重点培养学生求真务实、精益求精的科学精神，以及博观约取、分而治之的辩证思维。最终，达到培养专业知识扎实并有时代担当的应用型高级专门人才的目标。

Table 1 Curriculum system with ideological and political objectives表1 蕴含思政目标的课程体系

续表

3 教学设计示例

课程教学采用线上线下混合式教学，在智慧树平台自建高级计算机图形学原理与实践慕课。本节以“第2 章二维图形绘制”为例，详细介绍该章课程内容与思政元素有机融合的教学设计。线下课程开始前，提前给学生布置线上慕课学习任务，包括直线扫描转换算法、圆扫描转换算法和面填充算法等基础理论内容，线下课程则直接通过算法的综合应用展开教学。

首先，在章节内容引入上，通过“讲好中国故事，绘制中国元素”的方式，让学生深刻感受中华先贤的智慧，进而增强国家认同和文化自信。中华文明五千年，创造了很多传统文化符号和工艺品，比如刚柔相济、虚怀若谷的太极精神。通过展示太极八卦图的形状，引出二维图形绘制的基本知识点：线绘制和面填充。

然后，通过分析太极八卦图的组成，引导学生“透过现象看本质”，培养学生“辩证统一、分而治之”的辩证唯物主义的思想。如图2 所示，太极八卦鱼图案是由五个不同大小的圆和一个半圆组成，分别为：最大的黑框空心圆，大圆右半边的黑心半圆，虚线所示的鱼头处一黑、一白两个圆，鱼眼处一黑、一白两个小圆。因此，整个太极八卦图案的绘制就分解成了基本的圆绘制和面填充问题，只需按照黑心半圆、鱼头黑白圆、鱼眼黑白小圆、大空心圆的层次顺序依次绘制即可。

Fig.2 Components of the Taiji Bagua fish pattern图2 太极八卦鱼图案组成

最后，通过翻转课堂方式，考查学生自学慕课基本理论情况。重点分组讨论几种直线扫描转换算法的演变，培养学生的工匠精神和科学精神。先指出直线是组成线框图形的基本图元，一些复杂的图案也是由多条直线组成，单个直线绘制效率的影响会被数倍放大。因此，直线的绘制一定要速度快，算法设计时要尽量使用整数加减法，避免乘除、开方等复杂运算。数值微分（DDA）算法，虽然简单直接，但是必须用浮点数运算完成；中点Bresenham 算法则通过判断中点误差项，只需要通过整数加减法就能实现，在处理效率上更高。以此引导学生在后续图形算法设计时，一定要求真务实、精益求精。

当前大学生处在一个高度信息化、网络化的时代，他们更喜欢通过手机短视频接收信息。因此，通过自建的线上慕课拓展案例，进一步作课程思政延伸。在介绍慕课的第1 章“图形学在动画和电影特效领域的应用”时，通过展示大圣归来、哪吒、流浪地球等优秀国产影片片段，引出中国动画电影的崛起、电影特效渲染技术快速进步、一批新兴电影特效公司产生，以增强学生科技强国的使命感。第10 章，通过虚幻引擎5 的演示视频介绍最新的虚拟微多边形几何技术，引出其技术理论基础来自北京大学顾险峰教授于20 世纪90 年代发表的论文，并推荐大家阅读其编撰的《计算共形几何》一书，指出中国在计算几何领域取得了很大进步，从追赶者逐渐变为领先者，以此增强学生的开拓创新精神。

4 实践效果分析

层次递进的课程目标和蕴含思政元素的课程体系已融入2020 版课程大纲中，并在相关专业的课程教学中进行了两个学期的实践。课程教学采用多平台联动、线上线下混合式的模式，“雨课堂”后台统计的课堂数据如表2 所示，“智慧树”慕课后台统计的学生线上学习数据如表3所示。

Table 2 Classroom data statistics from‘Rain Classroom’表2 “雨课堂”课堂数据统计

Table 3 Online learning data statistics from‘Treenity’表3 “智慧树”线上学习数据统计

由表2 和表3 可以看出，从2019-20-2 学期开始实施2020 版课程大纲后，课程思政对课堂教学起到了积极作用，学生在线下课堂的参与热情和线上学习的认真度都有明显提升。从学生发表的讨论观点可以看出，学生更加关注我国传统文化，并体现了求真务实、精益求精的科学精神和科技强国的使命感。

5 结语

课程思政是实现专业课程与思政课程同向同行、协同共建，形成全员育人、全过程育人和全方位育人格局的有力支撑，也是一流课程建设的核心目标。本文分析制定课程目标，构建与思政元素有机结合的课程体系，并通过具体的教学设计说明课程思政的教学过程。实践效果表明，本文工作对课堂教学起到了积极作用。通过不断的实践完善，最终将形成可复制、可推广的课程思政建设方案，以期为计算机类课程思政的教学改革提供有益参考。