1.實驗設計方法和問題分析

國際先進工程教育理念CDIO方法，讓學生以主動、實踐、課程之間存在有機聯(lián)系的方式學習，該方法有實踐可操作性、全面系統(tǒng)性和廣泛適應性這三方面優(yōu)點，文獻融合該理念方法進行了圖形學課程教學改革，設計了一個分層次的完整實驗體系，包括基礎驗證實驗、綜合強化實驗和創(chuàng)新培育實驗三個層次。通過分析以上三種方法，總結出以下共同的觀點：實驗設計要以學生為中心，充分激發(fā)學生的主觀能動性，內容難度要分層次，具有可操作性。

然后對目前計算機圖形學實驗設計中存在的問題進行分析。一是與前導課程的銜接問題，該課程一般在大三以上開設，線性代數(shù)等數(shù)學課程內容間隔時間較長，而C/C++程序設計語言、數(shù)據(jù)結構等課程又缺乏實踐，有的專業(yè)VC程序設計課程還沒開課；二是很多圖形學實驗設計都是基于OpenGL圖形API，整個實驗的設計變成了OpenGL圖形平臺的應用熟悉過程，一些圖形學基本算法的實驗變成了OpenGL函數(shù)的調用，圖形學算法實驗無法起到應有的實踐練習作用；三是圖形學算法知識點分散，學生難以融會貫通、完整地掌握相關算法之間的聯(lián)系；四是實驗效果不理想，由于同時進行實驗的學生過多，導致實驗指導無法面面俱到，有些學生不認真進行實驗、抄襲實驗報告來應付。通過以上問題分析，在進行實驗設計時要選擇合適的練習平臺，設計實驗項目時要考慮到課程延續(xù)性、整體實驗展示和實驗管理考核問題。

2.層次性實驗設計

計算機學院信息與計算科學屬于理科，該專業(yè)學生的數(shù)學基礎很強，對于課程中涉及到的圖形算法內容容易理解，但是該專業(yè)學生的編程基礎相對薄弱，對于課程中算法的程序實現(xiàn)有一定難度；軟件工程、計算機科學與技術兩個專業(yè)則剛好相反。兼顧三個專業(yè)學生的特點，需要選擇理論與實踐并重的理論課程教材，這里選用的是清華大學出版社出版、孔令德編著的《計算機圖形學基礎教程（VisualC++版）(第2版)》。該書配套的實踐教輔書內容太廣，實驗項目設計綜合性太強，現(xiàn)有實驗指導書的內容陳舊且與新教材不匹配，因此需要精選實驗項目、重新制定實驗指導書。根據(jù)第2節(jié)對實驗設計方法和問題的分析和三個專業(yè)學生的特點，實驗項目采用分層次方法進行設計，包括整體實驗項目設計的層次性以及每個實驗項目難度的層次性。

首先是整體實驗項目設計的層次性，設計實驗項目順序時，要采用自頂而下的思想，第一個實驗項目要能使學生對圖形學的渲染繪制流程形成整個概念，能明白圖形學是用來做什么的，都包括哪些步驟，后續(xù)實驗項目則對應每一個繪制步驟具體進行實驗練習；然后是實驗項目難度的層次性，設計每個實驗項目時，要考慮到不同層次學生的練習效果，對實驗內容進行難度劃分，這里將每個實驗項目劃分為基本練習、拓展練習和思考練習三項，其中基本練習用來對教材算法進行實現(xiàn)驗證，拓展練習用來綜合應用所學算法實現(xiàn)復雜問題，思考練習用來分析還要做什么工作，激發(fā)學生探索后續(xù)章節(jié)知識理論的興趣，達到促進理論課程學習的目的。

所有實驗都是基于VC的MFC，版本選擇較新的VisualStudio2005，圖形生成、填充、幾何變換、投影變換、光照等全部從底層進行設計實現(xiàn)。實驗課程結束后，則通過分組課程設計的形式進行綜合性練習。根據(jù)整體教學任務課時情況，計算機圖形學實驗課程為8次16學時，為保證教學和實驗的連貫性，其中實驗內容安排對應教材知識點和示例。受實驗課時限制，實驗教學時可以采用“先授之以魚，再授之以漁”方式進行，先演示實驗的預期效果，再讓學生進行模仿、探索實驗，以提高實驗效率。實驗成績主要考核學生對具體算法的理解和實現(xiàn)能力，由平時實驗成績和課程設計成績組成，為使成績判定公平合理，平時實驗成績通過考勤和現(xiàn)場提交實驗成果判定，課程設計成績通過分組答辯、綜合打分判定。

3.結語

計算機圖形學實驗對該課程的教學至關重要，通過分析目前實驗設計方法和問題，結合計算機學院各專業(yè)學生的特點和教學大綱的要求，對計算機圖形學實驗進行了層次性設計，即自頂而下的實驗項目組織和三層難度的實驗內容設計。通過層次性實驗設計，可有效提高學生實驗效果，更好地促進該課程理論教學。后續(xù)還要在實驗教學中進行不斷的調研完善。

作者：馬天 單位：西安科技大學計算機科學與技術學院