基于多时空一体化教学资源的计算机图形图像系列课程教学改革

摘要：针对计算机图形图像系列课程教学资源不完善及教学方法与教学手段单一性问题，构建了能够推广应用的多维空间的教学资源和多时段教学资源。提出了系列课程的教学方法的改革和系列课程的教学手段的改革，将科研成果和创新方法融入理论教学，自动评阅和自动反馈融入管理软件，有效地提高了计算机图形图像系列课程的教学质量。

关键词：教学资源；多时空；系列课程

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）41-0100-02

随着计算机信息技术的发展，教学资源的建设成为高校课程建设的一个重要内容。许多教师针对教学资源的建设提出了相应的方法与措施，于超等[1]提出了立体化教学资源平台的组成要素。刘亚丰等[2]对虚拟仿真教学资源建设原则与标准进行了论述，也有针对具体课程的教学资源进行建设与研究的建议。本文针对系列课程教学资源进行多方位的教学改革。

一、计算机图形图像系列课程教学资源设计

1.系列课程简介。该系列课程的组合是根據图形图像处理的特点而形成，主要包括《计算机图形学》、《数字图像处理》和《人工智能》三门计算机类的专业课程，《计算机图形学》主要是通过计算机根据数学模型生成图形的系列方法及算法；《数字图像处理》主要是对已有图像进行增强、分割、编码、复原等内容，图形与图像都是图像工程中的内容；《人工智能》主要内容是智能算法，其最直接的应用就是图像处理。图形学与图像处理交叉的部分基础内容是图形的图像纹理映射、图像空间的深度缓存消隐等；图像处理与人工智能交叉的部分基础内容是基于神经网的图像识别；图形学与人工智能交叉的部分基础内容是图形数据的图搜索等。

2.教学资源设计。计算机图形图像系列课程教学资源设计如图1所示，其中电子资源指直接利用现有软件制作的课件、实验指导、教学设计等，这种资源大多数教师都能制作，建设的重点是内容的提炼，没有正式印刷的教学资源都可归为这一类。软件资源是需要进行程序设计的软件，大部分必须由主讲教师或熟悉课程内容的教师制作，如演示程序、应用案例软件、实验教学软件、学习训练软件等。多时段主要是指教学资源第一次使用的时间段，因为教学资源在整个教学过程中都在起作用。

二、以程序设计为主导的系列课程的教学方法改革，提高学生编程能力

1.统一系列课程程序设计语言。计算机图形图像系列课程的教学效果与课程中所选用的算法实现软件密切相关，目前我国高校在《计算机图形学》课程常用OpenGL或Visual C++；在《数字图像处理》课程中常用MATLAB或Visual C++；在《人工智能》课程中常用PROLOG或Visual C++。我们将系列课程的算法实现语言逐步从Visual Basic都统一到Visual C++环境，不使用任何函数或控件，从底层编程，使学生巩固所学理论知识，深刻理解与掌握计算机图形图像系列课程的方法与算法。对于计算机专业的学生，同时也会提高学生的编程能力。

2.系列课程算法演示软件设计。在课堂上除了介绍图形图像系列课程的方法原理外，还需要介绍基本算法的程序设计思路，使学生能够提高学生编程能力，并开发相应的算法演示教学软件将系列课程中基本算法的实际效果演示出来，从而将枯燥的理论概念转为可见的图形图像结果，使学生能够感受到系列课程的魅力所在，可以提高学生的学习兴趣，同时也可以提高课堂教学的效率。

我们自行开发了系列课程课堂教学资源的算法演示软件，演示软件尽量将系列课程算法中的各种可变参数作为用户的输入数据，使学生可以真正体会到各种算法中的可变参数的实际意义。系列课程算法演示软件部分功能包括：计算机图形学中的二维直线曲线生成、区域填充多种方法、点阵与矢量字符、几何与投影多种变换、三维消隐处理、真实感图形显示等；数字图像处理中的图像灰度多种变换、空间滤波多种处理、图像的多种几何变换、图像的频率域处理、图像的多种编码方法、图像的复原处理等；人工智能中的图搜索多种方法、博弈树搜索、遗传算法、基于产生式的推理、决策树学习算法、神经网络算法等。算法的程序设计在我们出版的教材及参考书中都有描述。

三、以应用案例为主线的系列课程的教学方式改革，提高学生学习兴趣

在教学过程中，特别要注重理论联系实际，努力将一些抽象的理论知识应用到实际的案例中，可以激发学生的学习热情，使学生乐学、易学并会学。

系列课程的应用案例的选择可以从以下几个方面考虑：

1.与日常生活相关：案例可与学生熟悉的日常生活相关，这些案例虽然不“新”，但与基本理论知识结合较紧密，使学生学以致用。数字图像处理中的车牌定位涉及灰度变换、灰度投影等知识点，十字绣图案的生成涉及彩色变换等知识点。人工智能中的迷宫搜索和八数码移动涉及图的搜索等知识点，一字棋游戏涉及博弈树搜索等知识点，动物识别系统涉及产生式推理等知识点。

2.与科研成果相关：从我们的科研成果中提炼出算法简单易行的部分内容作为教学案例，这类案例一般是综合型案例，适用于课程设计，可使学生感觉科学研究并不是高深莫测的，激发学生的创新意识。

3.与图像APP软件相关：手机APP软件经常会出现一些与拍照有关的图像应用软件，而且用户也较多，这些软件大都与图形图像课程有关。软件中的一些功能可作为课程的应用案例。

以上案例程序既不能太大，又要步骤简洁，即利用课程中的基本知识就可以基本实现，学生易理解而且大部分学生可以独立完成。部分应用案例内容在我们出版的参考书中有描述。

四、以学生为中心的系列课程的教学手段改革，提高学生实践能力

1.以学生动手为核心的实验教学手段改革。系列课程的实验教学就是要求学生在规定时间内完成一定工作量的程序编写、调试与运行结果，它是系列课程的一个重要环节。由于部分学生的程序设计能力并不很强，一些学生在每次实验过程中，花费了大量时间在界面设置上；另外每次实验教师也要花一定时间点名和检查学生的实验结果，为了提高学生的学习效率与教师的工作效率，我们开发了基于C/S的网络版与单机版的实验教学平台软件资源。使用实验教学平台，可以提高学生的实际动手能力，提高教学质量及教学工作效率。

2.以学生学习为中心的课外学生练习改革。学生课外练习采用学习训练的方式，训练平台是以学生为中心的课外教学软件资源，学生课后可以在平台上进行自主学习与练习。例如我们开发的《人工智能》课程训练平台，学生通过基本方法的训练，可以让学生自己分析问题与解决问题，挖掘学生的潜力，提高创新能力。

结束语：

系列课程多维空间多时段教学资源丰富多样，既有教材与参考书，也有电子资源，还有多种类型的教学软件资源。教师与学生在课前、课中、课后中都有相应资源可以使用。教学资源形式多样、内容丰富，我们将科研成果融入教材资源、创新方法融入案例教学、自动评阅融入实验管理、自动反馈融入学习软件，对于提高计算机图形图像系列课程的教学质量有一定的指导意义。

参考文献：

[1]于超，时庆涛，等.计算机专业立体化教学资源平台构建，当代教育实践与教学研究，2017.11：9

[2]刘亚丰，苏莉，等.虚拟仿真教学资源建设原则与标准，实验技术与管理，2017（34）.5：8-10