基于雨课堂的计算机图形学教学改革研究

杨武英 孙巧榆

（江苏海洋大学电子工程学院，江苏 连云港 222005）

0 引言

计算机图形学是我国工科类专业普遍开设的课程之一，是一门涉及学科领域相当广的交叉性学科，对老师和学生的要求都比较高，但是这门课应用范围广，对学生的益处大，所以不少学校开设了这门课。

在教学改革过程中，将雨课堂引入到本课程的教学中来，借助雨课堂的平台将计算机图形学之前所学课程中需要用到的铺垫知识进行归纳整理，课前提前进行推送。教师既可以推送相关的参考资料，如推送视频、文献等，还可以对重点内容加上语音提醒，使得学生能够在上课前做好准备，从而解决学生课前预习中先修知识不足的问题。教师还可以通过“雨课堂”提供的后台统计数据详细了解学生预习的执行情况，以及学生在预习过程中的反馈信息。将计算机图形学侧重前沿应用的部分通过平台进行拓展，使得学生可以更直观地了解图形学发展的现状和应用前景，进一步提升学习积极性。仔细研究计算机图形学教学过程中学生需要有所了解但又没有学习过的知识，以例题或者案例的形式使其变成学生可以理解的形式引入到课堂教学中。借助雨课堂的互动平台加强师生、生生之间的有序互动，让学生借助微信等手段来参加全体限时讨论的题目、完成课堂作业，保持学习热情，教师也能对学生的学习情况及时掌握从而及时作出有效应对。

1 雨课堂介绍

雨课堂是一种新型的智慧教学工具，它是由学堂在线与清华大学在线教育办公室共同研发的，操作简单，使用方便[1]。雨课堂基于云计算技术，使用时将雨课堂作为Powerpoint的一个教学插件，可以通过微信扫描登录方式开展教学活动。学生在利用雨课堂学习时不需要再安装专门的软件，只需要利用微信登录就可以浏览幻灯片、教学视频等，并有多种互动方式。制作雨课堂课件时，分为教师和学生功能，课件制作形式和传统课件相似，借助群发公告形式为班级学生提供文字、图片和视频等。课件教学资源主要是学生课前课后线上知识学习，结合学生学习情况为其设置针对性试题内容，通常包括单选、多选、主观题等内容，将各种资源推动给学生，学生收到推送内容后，使用手机微信登陆后接受推送基本信息，积极参与到教学活动中。雨课堂可以为学生提供“课上+课下”教学功能，做好数据搜集工作，为学生提供课前预习、课堂教学和课后作业等内容，有教师在线实时辅助学生学习。总之，雨课堂利用大家经常使用的微信来帮助学生更好地进行预习、学习和测试，支持作业、互动、弹幕、数据分析等功能。本课程在教学改革过程中，将雨课堂引入到本学科的教学中来，通过雨课堂和传统教学手段相结合，提前解决学生课前预习中遇到的基础铺垫知识不足的问题，课前和课上可以及时掌握学生的学习情况，互动性非常好。课后可以更好地实现复习拓展，激发学生学习计算机图形学的热情，进一步提高教学效果。

2 计算机图形学教学中的问题

计算机图形学是一门重要的专业课，是计算机图形相关专业知识学习的基础。该课程研究如何利用计算机表示、生成、处理和显示图形。该课程是一门交叉性学科，涉及到的专业知识比较广泛，对数学基础知识和计算机知识的掌握要求较高，对教师教学和学生学习要求也较高，难度较大。

目前计算机图形学课堂教学还是以传统教学模式为主，课时较少，理论知识和算法较多，学生学习压力大，尤其是对数学基础和计算机基础较弱的同学来说，学习难度大。教学内容抽象度高，单一的传统教学模式难以提高学生的学习兴趣，学生课前和课后的学习情况难以把握和互动，这些都是计算机图形学的教学现状。

在教学过程中如何利用有效的教学方法，解决课时少与内容多的矛盾、理论与实践的矛盾、学科发展与社会应用的矛盾，是各个高校在计算机图形学教学工作中必须面临的一个重要问题。在计算机图形学的教学中有以下几个问题比较突出：一是学生知识储备不够，对之前学习的其他课程内容的掌握不够牢固，数学基础薄弱，从而导致上课时对涉及这些知识的地方无法真正理解，听不懂。有的同学即使能够回忆起来，但是因为不熟练而导致回想速度较慢，无法适应新课的上课节奏。二是计算机图形学课内的课时有限，无法在课堂上全面复习和拓展之前其它课程中的储备知识。课堂上只能简单回顾这些知识点，因为学生学习基础各不相同，所以每位同学的理解和掌握程度就很难统一把控。三是学生在学习这门课的过程中，觉得部分内容太抽象，对这些内容在学科领域的应用和发展前景不了解，学起来接受度不高。而计算机图形学这门课算法较多，需要讲解的知识点比较多，课内难以达到较为丰富的课外知识扩充。四是课堂提问因为时间有限，大多数时候只能了解少部分学生的掌握情况，不能全面了解学生的学习情况，从而不能有侧重点地解决问题。为了解决这些问题，探索实践新的教学方案势在必行[3]。

3 计算机图形学课程的“雨课堂”实践研究

3.1 基于雨课堂的教学模式方案设计

针对计算机图形学的教学现状，现借助雨课堂的优势，将雨课堂和传统教学模式进行融合，提出混合式教学模式方案设计：一是针对学生对之前修读的科目知识储备不够的问题，借助雨课堂的平台将计算机图形学教学过程中需要用到的先修知识进行整理归纳，将本次课需要的先修内容通过平台推送给对应班级的学生。具体实施可以以PPT课件的方式整合在一起推送给学生，也可以以视频、文献资料的方式发给学生，对于重点内容，还可以加上适当的语音说明。学生可以通过学习这些课件、视频，来实现对其他科目铺垫知识的复习和回顾，这样就可以使得学生在上课前做好准备，可以解决学生因为先修知识不足而听不懂本次课的问题。学生对于自己不理解的内容可以及时在“雨课堂”中进行各种反馈，如果有学生疑问比较多的知识点，教师可以以语音方式进行讲解，也可以在后续线下课上分配一定的时间进行重点解答。本课程采用传统模式讲课时，经常遇到部分学生数学基础不扎实的问题，引入雨课堂之后，在预习环节中会推送本次上课用到的内容，大大改善了上课质量，并且缩短了上课时对铺垫知识的重复讲解时间。二是仔细研究计算机图形学教学过程中学生需要有所了解的拓展知识及应用，以具体案例的形式使其变成学生可以理解的形式引入到教学中来，进一步提高学生的学习热情。三是将计算机图形学的相关背景、热点与前沿进行整理，推送给学生，使得学生可以更直观地了解图形学发展的现状和应用前景，增加学习兴趣，拓展专业领域的知识面，提高对专业的前瞻性。这一部分内容在传统教学模式中因课时关系，占比重较少，和雨课堂良好结合，可以实现对传统教学的有益补充。四是借助雨课堂的互动平台加强师生、生生之间的有序互动，让学生参加限时讨论题目、完成课堂作业，保持学习热情，教师也能对学生的学习情况及时掌握，及时作出有效应对。五是对于“雨课堂”中提供的“弹幕”功能，采取的方法是在计算机图形学讲课过程中关闭弹幕，讲完之后定时开放弹幕，以方便学生提问和交流。这样既利用了“雨课堂”中提供的“弹幕”互动功能，也能够保证讲课过程中过多的弹幕信息不会影响教学活动的正常进行。

3.2 课前预习环节具体实施

本课程需要用到数学和计算机语言等选修课的知识，但是在之前的教学过程中发现有部分学生对于选修知识掌握不牢固，上课的时候回忆起来速度较慢或已经忘记，比如常见图形的参数化表示、矩阵的运算等内容，在教学过程中发现有的同学因为没有掌握牢固而放弃了后续的学习，影响了教学质量。但是课内课时又很有限，不能再详细系统地讲解先修知识。引入“雨课堂”之后，就可以在课前把这些先修知识和背景资料推送给学生，让学生在课前及时补充这些内容[4]。以往讲授裁剪算法时，很多同学对于梁友栋-Barskey裁剪算法理解起来有困难，需要教师占用较多的课堂时间来结合实例帮助学生理解这个算法。用“雨课堂”进行课前知识补充和预习之后，课堂教学效果得到了明显提升。“雨课堂”还为PPT课件提供了语音的支持，有需要提醒的重难点可以提醒学生。教师可以通过“雨课堂”提供的统计数据掌握学生的预习情况，学生也可以及时在“雨课堂”中进行反馈，对于学生普遍已经会了的知识点，课上可以以考察为主，对于学生不会较多的知识点，就可以多分配时间进行进一步的讲解。

3.3 课堂教学环节具体实施

在计算机图形学的课上教学环节中，“雨课堂”也可以发挥其重要作用。因为上课班级人数较多，每次点名考勤需要花较多时间，选择“雨课堂”授课后，“雨课堂”会为本次课程生成班级二维码或暗号，学生通过手机微信就可以完成考勤签到，教师通过“雨课堂”可以掌握每位学生的出勤情况，非常方便。

在计算机图形学的讲课过程中，采用了混合式教学模式，教师可以根据平台提供的学生预习数据和反馈情况，有针对性地进行讲解和考察。对于学生预习后反馈理解较好的内容，就可以少讲多考察，看学生是否真正掌握。通过“雨课堂”在课件中插入随堂测试题目，所有学生都可以参与，以便了解学生的实际掌握情况，这比传统的课堂提问更节省时间，同时了解的范围也更广。对于学生理解有困难的部分，则是采用了PPT课件和板书相结合的方式，进一步重点讲解。因为图形学中很多算法需要图表，这些图放在PPT课件上展示比较方便，学生也可以在“雨课堂”课件上查看图表。在教学实践中发现，因为学生手机屏幕较小，所有内容放在课件上的话，学生需要不断操作手机，影响上课听讲，所以这里采取的是在PPT课件上展示图表，讲解相关算法的时候用板书一步步分解推导，根据学生的听课反应调整讲解速度，收到了较好的效果。

“雨课堂”中提供的“弹幕”功能，可以在一定程度上增加课堂互动性，但是在实践中发现，如果上课时一直开放该功能，有的学生会即时发布一些信息，信息过多时会对老师上课进程有一定干扰，所以采取的方法是在计算机图形学讲课过程中关闭弹幕，讲完之后会定时开放弹幕，以方便学生提问和交流。这样既利用了“雨课堂”中提供的“弹幕”互动功能，也能够保证教学活动的正常进行。

3.4 课后环节具体实施

因为计算机图形学课内以理论讲解为主，部分学生在学习这门课的过程中，觉得内容太抽象，学起来接受度不高，如果能够利用“雨课堂”的课后推送功能，将计算机图形学的有关应用内容和拓展知识以更加丰富有趣的方式介绍给学生，则可以让学生更好地学以致用。如曲线和曲面这一部分的内容，采用了参数化的表示方法，较为抽象，部分学生学习热情不高，而通过“雨课堂”平台，使学生看到看似抽象的理论可以绘制出生动的图形，从而进一步理解曲线的参数含义，提升学习的兴趣。还可以在课后推送拓展内容，使得学生可以更直观地了解图形学相关理论的发展现状和应用前景。教师还可以通过“雨课堂”的作业环节来考察学生的课后复习掌握情况，通过学生的答题和作业情况进行有针对性的答疑，并对学生的学习表现进行考核。

4 结语

本文针对计算机图形学教学过程中存在的问题，提出了基于雨课堂的计算机图形学教学改革研究，给出了主要思路、方案设计和具体实施方法。在具体实施过程中，结合实际教学情况，将“雨课堂”和传统教学手段相结合，解决了学生选修课知识不足以及课上互动、课后拓展等问题，提升了学生的学习自主性，对课内教学形成了有益支撑，进一步保证了教学质量。