基于OBE理念的数媒技术专业“计算机图形学”课程教学改革

吴锋　王尔涵　王爱雨

关键词：OBE；计算机图形学；新工科；混合教学模式

中图法分类号：TP391 文献标识码：A

1引言

1981年，美国学者Spady首次提出成果导向教育（Outcome Based Education，OBE）理念。该理念倡导以学生为主导，学习成果（即通过学习，学生获得了什么赖以生存的能力）为导向设计并持续改进教学目标、教学内容和教学方法等。2017年6月9日，教育部在北京召开“新工科”研究及实践专家组成立暨第一次工作会议，要求全面落实“学生中心，成果导向，持续改进”。近年来，教育部提出“新工科”概念并重点发展新工科研究与实践项目。国内高校纷纷开展OBE专业建设与教学改革工程教育专业认证理念，面向全体学生，关注学习成效。

2工程教育与OBE

2.1 OBE理念的核心

首先以学生为中心：教师要关注学生最终需要获得怎样的能力，即教学目标。其次以成果为导向的课程设计：教师要关注学生需要学习哪方面知识技能，而不是教师想要传授什么。最后持续改进质量保障体系：教师要以最终的目标作为起点反向进行课程设计，打造一个新型的课程体系，以确保所有的教学活动指向最终学习成果，并且要检验这些学习活动对于最终学习成果是否有效。

2.2 OBE课程设计的逻辑框架

调研所在专业的行业需求，其决定了专业的培养目标，专业的培养目标决定了所在专业学生的毕业要求，由毕业要求决定了该专业的课程体系，具体到某一课程（如“计算机图形学”），深入研究该课程的教学内容、教学方式以及可以利用的线上线下教学资源。完善整个体系后，需要对该专业毕业生进行跟踪，听取行业的反馈（毕业生及用人单位的反馈），根据反馈来做持续的改进。根据改进的意见重新制定培养目标。例如，学生达到的毕业要求实际上是学校对社会输送人才的初级阶段，也可以认为工程师的初级阶段，其从事本专业5年并具备所对应的能力，才算是一名真正的工程师。

2.3 OBE理念对高校课程学习评价的启发

（1）以目标为导向制定教学目标。

（2）注重学生能力素质的培养。

（3）采取多元的评价方法。

（4）注重评价体系的公平公正性。

（5）制定合理的评价准则。

以上有3条都出现评价，我们需要合理评价学生的学习产出，而且依据评价提出改进意见，评价在OBE建设中是非常关键的环节。

“计算机图形学”作为数媒技术专业必修课对学科建设专业基础具有重要地位和作用。其课程改革主要有3方面：首先基于教学内容方面改革：其次基于教学方法及教学手段的改革：最后基于教学模式上的革新。

利用线上线下混合教育，学生根据各自需要在多样的空间、以多样的方式进行学习，即所有的实际空间成为学习的空间，所有的碎片化的时间都可以成为学习时间。基于问题的教学方法，将教学内容里的知识点及重点设计成层层问题，以学生为主导，充分考虑学生的学习成果，尊重学生的个体化差异，空松的时间和环境有助于培养具有自主学习综合素质能力、实践创新能力、应用能力和国际视野的高素质优秀人才。

3数字媒体专业“计算机图形学”课程研究内容、课程目标及课程体系

3.1“计算机图形学”课程主要研究内容

通过计算机将数字信息、数据信息转换成图形，并在专门的显示设备上显示其原理、方法和技术。例如，我们眼睛感知的“客观对象”，自然界一只兔子，通过计算机的代码生成技术计算生成计算机对象模型，得到“客观对象”的数学模型——“对象模型”，经过计算机加工处理生成具有三维特征的模型——“显示对象”：有了虚拟的对象模型，计算机可以通过改变数据参数，得到不同形态的对象也就形成了——“对象动画”。这是计算机图形学处理图像的过程（如图1所示）。

3.2“计算机图形学”课程核心目标

其课程核心目标是产生真实感图像——视觉交流：通过图形或几何的方式来表示或展示一些问题或信息。具体分为以下3步。

第一问题——观察：通过观察、思考，明确问题或要传达的信息。

第二问题——几何：通过建立几何模型，表达问题。

第三几何——图像：由几何模型生成图像，将问题或信息可视化，达到视觉交流的目的。

“计算机图形学”课程分为3个模块，即基础模块、建模与表示模块、绘制模块。（1）基础模块是向量、矩阵、齐次坐标和几何变换等。主要的软、硬件基础知识涉及图形API，如OpenGL、Direct3D等软件，硬件知识图形输出设备与输入技术的简单基础知识，如光栅显示器基础原理、颜色处理与颜色模型。（2）建模与表示模块是研究如何用图形方式表示现实或虚拟世界中的对象与信息，如一栋建筑、一辆汽车或者一个电影角色。模型在外部显示上通常以点、线、面、体等各种几何元素组合来表示，而在计算机内部通过坐标、连接关系所对应的几何信息與拓普信息来表示。（3）绘制模块将计算机对象的数字几何模型转换成直观形象的图形或图像，是数字几何模型的视觉可视化过程。绘制应用程序：给图形系统提供几何模型信息。几何处理：几何图元处理（插值）、投影、裁剪。像素处理：光栅化、像素着色。

基于OBE制定“计算机图形学”课程目标。

（1）具备解决复杂图形问题所需的专业知识和技能。

（2）掌握软件图形增项设计理论方法，具备程序代码开发技能。

（3）掌握软件开发过程中所使用的工具。

（4）具备口头与书面的专业问题表达与交流能力。

（5）具备自主学习能力。

3.3“计算机图形学”课程体系

“计算机图形学”课程的相关学科跨度较大。图像处理是将客观世界中原来存在的物体影像处理成数字化图像，如图像压缩、图像复原、图像增强技术（计算机图形学重要研究）。模式识别是用数学技术来研究模式的自动处理和判断，如语言识别人脸识别。几何模型研究如何方便灵活、有效地建立几何形体的数学模型以及在计算机中更好地储存和管理这些模型数据。如建立数学模型以及存储模型数据。

计算机图形学重点是从数据到图像的生成。其中，明确课程目标对毕业设计要求的支撑关系。

（1）工程技术知识：具备解决复杂图像软件工程问题所需要的专业知识——课程目标1。

（2）为工程问题提出行之有效的解决方案：掌握计算机图形学设计理论与方法，具备图形软件开发技能——课程目标2。

（3）技术应用及现代工具使用：掌握图像软件开发过程中的使用工具——课程目标3。

（4）沟通：具备口头与书面的专业问题表达与交流——课程目标4。

（5）终身学习能力：具备自主学习能力——课程目标5。

3.4基于OBE理念的“计算机图形学”课程评价机制

具体如表1所列。

4基于OBE理念的“计算机图形学”课程线上线下混合教学

4.1教学目标和评价机制

传统图形学教学多数以教师为中心，重点在课堂讲授图形相关数据原理或者图形技术算法，通过平时成绩和期末考查来检验学习和教学效果，教学目标是让学生掌握软件绘制图形原理甚至理解算法原理。前者重实践而轻理论，容易使学生掌握知识不深人，不能总体看待问题，无法实现理论创新；后者轻实践重理论，易使课程教学枯燥乏味，尤其是数媒的学生对于图形图像形成原理感觉枯燥乏味，降低了学生学习兴趣。这种传统的教学内容一刀切，忽略了学生的个体差异，以及学生学习能力、创新能力、综合应用能力和学生视野的培养。

为了适应数字媒体技术专业经济社会发展对人才培养的新要求，借着国家建设“新工科”的东风，本文提出了新的计算机图形学教学目标。新的教学目标基于OBE理念反向设计，充分考虑学生的个体化差异，主要围绕学生的基础理论、创新思维、编程实践和综合应用4大主题而设立。借助互联网教育平台为教师提供多维视角，及时了解学生动态，为师生搭建畅通无阻的沟通渠道，构建闭环课程评价体系，提升学生学习体验，培养学生自主学习、创新、实践应用能力和国际视野。在此基础上，还需要考虑学生个性化需求，在教学过程中借助互联网采取灵活多样的教学策略，并提供丰富的教学内容。

4.2教学内容及教学策略

计算机图形学涉及多学科知识，内容宽泛、抽象。结合OBE理念并以学生毕业所用到的知识为主线，采用课堂授课方式传授经典理论知识。考虑到计算机科学与技术专业的基本要求以及学生的未来发展需求，基于OBE理念，在充分尊重学生的基础上，将课程内容分为经典理论、前沿技术和实践应用3部分，通过将丰富的互联网资源有机融入教学过程中，实现理论与实践、讲授与讨论、经典与前沿、阅读与思考相结合的线上线下混合教学。线上教学内容是知识的补充与延伸，而线下教学内容则是知识的线上教学，为学生提供信息化服务，利用网络平台提供的丰富功能及时了解学生的学习动态，适时调整教学内容，构建基于OBE理念的闭环教学评价体系。线下教学分为课堂教学和编程实践。为便于学生课后自主学习，同步课堂，课堂教学改变以往传授的教学方式，以解决问题启发引导式教学，重点引导学生自主整合知识点、构建个性化知识体系。通过课前预习内容的铺垫，引导学生发现问题；组织小组讨论，启发学生自主分析、解决问题；最后教师课堂总结，总结算法中可以复用的经典思想，通过文献导读引导学生了解相关前沿知识，启发学生课后延伸思考。实践环节加深对基础理论知识的理解，给学有余力的学生提供拓展知识和创新的土壤，通过拓展阅读和问答形式，深化基础理论，紧跟学科前沿。

5结束语

数字媒体技术专业以毕业设计为目标，专业方向就业为前提进行计算机图形学教学改革，以OBE教学模式为评价标准，不断丰富教学模式，提升教育教学质量，完善教学评价合理性，有助于计算机图形学课程教学目标的达成，以及教学效果的实现，从而提升数字媒体专业毕业学生的技能和专业素养。

作者簡介：

吴锋（1981—），硕士，副教授，研究方向：计算机图形设计表达。