基于计算思维的计算机图形学教学改革

总结如下，培养学生们运用计算机图形学的理论提出问题、分析问题和解决问题。

1）在第1章概述部分引入了OpenGL绘图程序包的介绍和使用说明，并以实验的方式要求学生掌握基于OpenGL的简单图形设计方法；在后面章节的课程中也融入OpenGL的使用和功能介绍，将图形学理论与OpenGL绘图程序包相结合。这样，有利于学生在学习问题求解的方法（即算法）的同时，掌握问题求解的手段（即OpenGL），将抽象的算法和形象的工具实现技术融会贯通。

2）将第2章的基本图形生成算法设为学生自学部分。内容涵盖了基本的光栅图形生成算法，详细说明了计算机在显示器上绘制直线和圆弧的算法、多边形的填充与其他相关的图形基本元素的生成算法。这部分难度适中，很适合学生课后学习，教材提供部分源代码，学生通过自学将代码补齐，完成实验。

3）将第3-7章的内容用一个实验串起来讲，这个实验要求学生们完成一个三维实体或场景的建模与交互。我们先展示实验作品，然后通过分析作品的实现过程，引申出相关各个章节的理论部分，并一一扩展开来。最后，学生通过自行设计场景、分析实验架构、动手编程等过程来亲身体验。

4）增加讨论课和第9章的技术前沿讲座，激发学生的探索精神，培养他们批判性和创造性的计算思维能力。

4.面向计算思维的教学方法

4.1“所见即所得”的课堂教学方式

计算机图形学是一门思维性很强的课程，涵盖的知识点广而抽象，因此，我们改进了传统的按知识点分拆讲解为主的教学方式，采用了“形象→抽象→形象”的“所见即所得”的教学方式。例如，在讲解颜色、光照、视图模型变换等知识点之前，我们先“形象”地展现一个三维场景，并对此展开分析，将三维场景绘制相关的知识点“抽象”出来，并逐章展开讲解，并让学生参与讨论；最后，通过实验的方式让学生自行设计并编程实现一个“形象”的三维场景。这种“所见即所得”的教学方式将计算机图形学抽象的思维过程形象地表达出来，并通过布置实验，很好地调动了学生思考和探究的积极性，从而达到培养学生计算思维能力的目标。

4.2采用注重培养计算思维能力的实验内容

本课程设置18学时的课内实验，包括4个实验项目，具体安排如表3所示。

本课程的实践性较强，因此课程考核摒弃了笔试方式，采用实验考核和项目考核相结合的方式。实验考核主要考查学生平时对相关知识的掌握程度，主要由第1、2和第4个实验组成。项目考核基于第3个实验，要求学生分组（每组不超过2人）完成一个比较复杂的三维模型或场景的建模项目，利用OpenGL、C++和FLTK，设计并制作三维真实感场景，要求提交设计制作文档、源代码、可执行文件、PPT演示文稿等材料。

5.改革效果

通过课程的学习，多数学生均能掌握现代计算机图形学的基本原理和交互式图形系统的实现技术，具备了使用计算机图形软件、分析和设计图形系统的基本能力，了解了计算机图形学的研究方向和发展前景。

通过与学生座谈，我们发现学生对课程的学习内容有了充分的认识，特别是在设计三维模型时，能够理解绘画步骤，掌握图形学建模流程，并且有意识地运用计算思维思考问题和解决问题。

6.结语

实践证明以上教学改革取得了良好的教学效果，然而学生计算思维能力的培养并非一朝一夕之功，也不是通过一两门课程的教学就能完成的。今后，我们将以计算思维的视角看待所教授的各门专业课程，在教学内容的选取与组织、实验内容的设计、教学方法的提炼上进行改革。

（编辑：彭远红）

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