摘 要： 針對(duì)可視化程序設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程中顯現(xiàn)的問(wèn)題，提出相應(yīng)的教學(xué)改進(jìn)方法。以MFC框架為基礎(chǔ)，通過(guò)加強(qiáng)上機(jī)實(shí)踐、改進(jìn)多媒體教學(xué)、引入實(shí)例及制作教學(xué)演示程序，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)OpenGL可視化函數(shù)工具包，結(jié)合地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)方式，為學(xué)生制定學(xué)習(xí)和實(shí)踐平臺(tái)，并開(kāi)發(fā)出相應(yīng)的教學(xué)演示系統(tǒng)，很好地輔助課堂教學(xué)，采用教學(xué)互動(dòng)方式，開(kāi)拓了學(xué)生的思維模式，顯著提高教學(xué)質(zhì)量。
關(guān)鍵詞： OpenGL；MFC；教學(xué)實(shí)踐；教學(xué)改革
可視化編程技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在各行各業(yè)中[1-4]，對(duì)于地理信息系統(tǒng)專(zhuān)業(yè)學(xué)生也必須緊跟時(shí)代潮流，將可視化程序設(shè)計(jì)掌握并運(yùn)用到實(shí)踐學(xué)習(xí)中去。本校將OpenGL三維可視化程序設(shè)計(jì)作為一門(mén)必修課程列入教學(xué)計(jì)劃中。如何培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)本專(zhuān)業(yè)圖形的生成算法及顯示流程，如何利用VC與OpenGL結(jié)合進(jìn)行學(xué)生程序開(kāi)發(fā)能力的培養(yǎng)，并在有限的學(xué)時(shí)條件下，達(dá)到理想的教學(xué)目標(biāo)，不是一件易事。
1 OpenGL教學(xué)中存在的問(wèn)題
1.1 VC++平臺(tái)環(huán)境不熟悉
傳統(tǒng)的教學(xué)平臺(tái)選擇VC++控制臺(tái)應(yīng)用程序作為演示平臺(tái)，該平臺(tái)程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，易于理解，適合有C語(yǔ)言功底的學(xué)生學(xué)習(xí)。但該平臺(tái)可視化演示效果差，針對(duì)復(fù)雜的地理場(chǎng)景顯示顯得不夠?qū)挿?，缺乏可操作性，人機(jī)交互能力有限，教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)不夠科學(xué)，不夠系統(tǒng)[5]。
1.2 OpenGL庫(kù)函數(shù)眾多，難于掌握
OpenGL核心庫(kù)中包含115個(gè)函數(shù)（前綴為gl），實(shí)用庫(kù)中包含43個(gè)函數(shù)（前綴glu），輔助庫(kù)中包含31個(gè)函數(shù)（前綴aux），工具庫(kù)中包含30多個(gè)函數(shù)（前綴glut）[2]。每個(gè)庫(kù)中的函數(shù)都有很多的重載形式，這往往將需要掌握的庫(kù)函數(shù)加倍，在有限的課堂教學(xué)時(shí)間內(nèi)，想要掌握OpenGL庫(kù)中的眾多函數(shù)，會(huì)顯得力不從心。從而打擊學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，不利于教學(xué)。
1.3 部分關(guān)鍵函數(shù)參數(shù)個(gè)數(shù)多，不易理解
OpenGL的很多庫(kù)函數(shù)所攜帶的參數(shù)往往有很多，且不易掌握。例如，投影函數(shù)glFrustum（GLdouble left，GLdouble Right，GLdouble bottom，GLdouble top，GLdouble near，GLdouble far）帶有6個(gè)參數(shù)，如果不配合圖解，很難讓學(xué)生理解并掌握它的使用。再比如二維紋理定義的函數(shù)void glTexImage2D（GLenum target，GLint level，GLint components，GLsizei width，glsizei height，GLint border，GLenum format，GLenum type，const GLvoid*pixels），相對(duì)于投影函數(shù)來(lái)說(shuō)，二維紋理定義函數(shù)就顯得更加復(fù)雜，直接講解，難以理解其參數(shù)含義，不易掌握，從而產(chǎn)生畏難負(fù)面效應(yīng)，不利于學(xué)生學(xué)習(xí)。
1.4 教學(xué)缺乏應(yīng)用背景，學(xué)習(xí)積極性不高
從學(xué)生的角度出發(fā)，學(xué)生們只會(huì)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行編程，缺乏對(duì)相關(guān)函數(shù)與算法的直觀(guān)展示，不能有效地吸引學(xué)生主動(dòng)去學(xué)習(xí)。再者，大多數(shù)同學(xué)不重視三維圖形可視化方面的學(xué)習(xí)，他們認(rèn)為將來(lái)工作不會(huì)涉及關(guān)于三維圖形設(shè)計(jì)方面的內(nèi)容，從而學(xué)習(xí)積極性不高，缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性[4]。
2 教學(xué)方法改革與改進(jìn)
2.1 選用MFC作為開(kāi)發(fā)與講解框架
通常情況下，OpenGL以及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)方面的教學(xué)都采用C/C++語(yǔ)言編寫(xiě)，程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，但可視化以及人機(jī)交互效果較差，學(xué)生掌握起來(lái)較困難。MFC（微軟基礎(chǔ)類(lèi)庫(kù)）是VC++平臺(tái)下程序開(kāi)發(fā)框架，該框架可以構(gòu)建基于對(duì)話(huà)框的應(yīng)用程序、基于單文檔的應(yīng)用程序以及基于多文檔的應(yīng)用程序，通過(guò)使用MFC框架下的諸多可視化控件進(jìn)行編程，可以迅速建立界面美觀(guān)、通俗易懂、便于交互操作的程序框架，其典型的消息事件驅(qū)動(dòng)模式[6-7]，如菜單消息映射、基本控件消息映射（按鈕等），增加了人機(jī)交互操作，提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，大大提高學(xué)生的動(dòng)手能力，通過(guò)不斷的探索人機(jī)交互操作，增進(jìn)學(xué)習(xí)效率。
2.2 加強(qiáng)上機(jī)實(shí)踐輔導(dǎo)
OpenGL與MFC進(jìn)行三維圖形可視化程序設(shè)計(jì)，除去課堂教學(xué)外，應(yīng)將大量的教學(xué)學(xué)時(shí)應(yīng)用在上機(jī)實(shí)踐環(huán)節(jié)上，通過(guò)布置相關(guān)的圖形演示程序及圖形顯示算法，一方面培養(yǎng)學(xué)生熟悉VC++編程環(huán)境，熟悉MFC與OpenGL如何聯(lián)合進(jìn)行程序開(kāi)發(fā)；另一方面，通過(guò)推敲相關(guān)代碼，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力。
2.3 引用實(shí)例進(jìn)行課堂教學(xué)
課前搜索一些與本節(jié)課程有關(guān)的應(yīng)用實(shí)例，如三維立體動(dòng)畫(huà)、相關(guān)三維建模可視化軟件等[8]，在具體講解過(guò)程中，引入實(shí)例，既能提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，又幫助他們提高對(duì)本節(jié)課的內(nèi)容理解。如打開(kāi)Google SketchUp三維建模軟件，在其中演示物體的繪制、物體的平移、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作，幫助他們學(xué)習(xí)glVertex（）、glTranslate（）、glRotate（）等函數(shù)，并理解函數(shù)所帶參數(shù)的意義，啟發(fā)學(xué)生們?nèi)ニ伎肌?br />
2.4 制作教學(xué)課件及相應(yīng)的演示程序
由于計(jì)算機(jī)軟硬件的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的板書(shū)式教學(xué)已經(jīng)向多媒體教學(xué)方向發(fā)展，而OpenGL教學(xué)又與計(jì)算機(jī)程序相關(guān)聯(lián)，更加體現(xiàn)出多媒體教學(xué)的優(yōu)越性，圖形顯示直觀(guān)、易懂，符合學(xué)生們的好奇心理。將OpenGL講解內(nèi)容按前后章節(jié)，利用powerpoint制作出精美的教學(xué)課件，并配以程序演示，從很大程度上吸引學(xué)生的注意力，并且，課件后附具體的作業(yè)，將其拷貝給每一位學(xué)生，在課后業(yè)余時(shí)間依然可以隨時(shí)打開(kāi)課件內(nèi)容學(xué)習(xí)，為學(xué)好OpenGL提供便利。
2.5 采用教學(xué)互動(dòng)，提高學(xué)生的空間想象能力與語(yǔ)言表達(dá)
在一段學(xué)時(shí)的課堂教學(xué)完成后，布置一次大作業(yè)，要求學(xué)生們基于MFC框架，自由發(fā)揮，對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的感興趣物體進(jìn)行三維建模，要求寫(xiě)出具體的程序代碼、建模思路及主要用到的OpenGL函數(shù)，并制作PPT在課堂上進(jìn)行教學(xué)互動(dòng)，這無(wú)形中提高了教學(xué)質(zhì)量，達(dá)到了良好的教學(xué)目的。同時(shí)，在編寫(xiě)代碼時(shí)，提高學(xué)生的空間想象力與邏輯思維能力，在教學(xué)互動(dòng)中，又能培養(yǎng)其語(yǔ)言表達(dá)能力。
3 基于MFC的教學(xué)演示程序
為幫助C++功底較淺的學(xué)生學(xué)習(xí)，將基礎(chǔ)的MFC與OpenGL程序框架搭建好，供日后學(xué)生自己向其中添加OpenGL建模代碼，并基于此編寫(xiě)所有圖形顯示程序。以投影變換為例，圖1為教學(xué)演示投影函數(shù)詳解，圖中可以直觀(guān)展示glFrustum函數(shù)透視投影場(chǎng)景的效果及各參數(shù)的含義，右邊是該函數(shù)所攜帶的6個(gè)參數(shù)。根據(jù)圖解，學(xué)生們很容易就可以掌握這個(gè)函數(shù)的使用，圖2亦同理。
再以圖3為例，在顏色教學(xué)過(guò)程中，用到了MFC中滑塊、滾動(dòng)條、旋鈕、編輯框等控件，通過(guò)三色分量RGB的任意取值，在右邊的顯示框中，動(dòng)態(tài)顯示當(dāng)前取值顏色，一方面使學(xué)生們熟悉MFC常用控件的使用，另一方面，掌握OpenGL中有關(guān)顏色操作函數(shù)，將MFC與OpenGL的聯(lián)合更加深入易懂。
通過(guò)這樣一些教學(xué)改革，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性思維，在教學(xué)互動(dòng)過(guò)程中，同學(xué)們都紛紛拿出自己所建的模型進(jìn)行討論，達(dá)到了良好的教學(xué)效果。從改革教學(xué)方法、教學(xué)課件入手，利用實(shí)例吸引學(xué)生注意力，不斷提高本課程的教學(xué)質(zhì)量。
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