摘 要： 針對可視化程序設(shè)計教學(xué)過程中顯現(xiàn)的問題，提出相應(yīng)的教學(xué)改進方法。以MFC框架為基礎(chǔ)，通過加強上機實踐、改進多媒體教學(xué)、引入實例及制作教學(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)專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)方式，為學(xué)生制定學(xué)習(xí)和實踐平臺，并開發(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)互動方式，開拓了學(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]，對于地理信息系統(tǒng)專業(yè)學(xué)生也必須緊跟時代潮流，將可視化程序設(shè)計掌握并運用到實踐學(xué)習(xí)中去。本校將OpenGL三維可視化程序設(shè)計作為一門必修課程列入教學(xué)計劃中。如何培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)本專業(yè)圖形的生成算法及顯示流程，如何利用VC與OpenGL結(jié)合進行學(xué)生程序開發(fā)能力的培養(yǎng)，并在有限的學(xué)時條件下，達到理想的教學(xué)目標(biāo)，不是一件易事。
1 OpenGL教學(xué)中存在的問題
1.1 VC++平臺環(huán)境不熟悉
傳統(tǒng)的教學(xué)平臺選擇VC++控制臺應(yīng)用程序作為演示平臺，該平臺程序設(shè)計簡單，易于理解，適合有C語言功底的學(xué)生學(xué)習(xí)。但該平臺可視化演示效果差，針對復(fù)雜的地理場景顯示顯得不夠?qū)挿海狈刹僮餍?，人機交互能力有限，教學(xué)實踐環(huán)節(jié)不夠科學(xué)，不夠系統(tǒng)[5]。
1.2 OpenGL庫函數(shù)眾多，難于掌握
OpenGL核心庫中包含115個函數(shù)（前綴為gl），實用庫中包含43個函數(shù)（前綴glu），輔助庫中包含31個函數(shù)（前綴aux），工具庫中包含30多個函數(shù)（前綴glut）[2]。每個庫中的函數(shù)都有很多的重載形式，這往往將需要掌握的庫函數(shù)加倍，在有限的課堂教學(xué)時間內(nèi)，想要掌握OpenGL庫中的眾多函數(shù)，會顯得力不從心。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)個數(shù)多，不易理解
OpenGL的很多庫函數(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），相對于投影函數(shù)來說，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)生們只會根據(jù)教學(xué)內(nèi)容進行編程，缺乏對相關(guān)函數(shù)與算法的直觀展示，不能有效地吸引學(xué)生主動去學(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)為將來工作不會涉及關(guān)于三維圖形設(shè)計方面的內(nèi)容，從而學(xué)習(xí)積極性不高，缺乏學(xué)習(xí)的主動性[4]。
2 教學(xué)方法改革與改進
2.1 選用MFC作為開發(fā)與講解框架
通常情況下，OpenGL以及計算機圖形學(xué)方面的教學(xué)都采用C/C++語言編寫，程序設(shè)計簡單，但可視化以及人機交互效果較差，學(xué)生掌握起來較困難。MFC（微軟基礎(chǔ)類庫）是VC++平臺下程序開發(fā)框架，該框架可以構(gòu)建基于對話框的應(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，通過使用MFC框架下的諸多可視化控件進行編程，可以迅速建立界面美觀、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)生的動手能力，通過不斷的探索人機交互操作，增進學(xué)習(xí)效率。
2.2 加強上機實踐輔導(dǎo)
OpenGL與MFC進行三維圖形可視化程序設(shè)計，除去課堂教學(xué)外，應(yīng)將大量的教學(xué)學(xué)時應(yīng)用在上機實踐環(huán)節(jié)上，通過布置相關(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)合進行程序開發(fā)；另一方面，通過推敲相關(guān)代碼，培養(yǎng)學(xué)生的實踐動手能力。
2.3 引用實例進行課堂教學(xué)
課前搜索一些與本節(jié)課程有關(guān)的應(yīng)用實例，如三維立體動畫、相關(guān)三維建?？梢暬?a class="innerlink" href="http://www.xxav2194.com/tags/軟件" title="軟件" target="_blank">軟件等[8]，在具體講解過程中，引入實例，既能提高學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣，又幫助他們提高對本節(jié)課的內(nèi)容理解。如打開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
由于計算機軟硬件的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的板書式教學(xué)已經(jīng)向多媒體教學(xué)方向發(fā)展，而OpenGL教學(xué)又與計算機程序相關(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、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)余時間依然可以隨時打開課件內(nèi)容學(xué)習(xí)，為學(xué)好OpenGL提供便利。
2.5 采用教學(xué)互動，提高學(xué)生的空間想象能力與語言表達
在一段學(xué)時的課堂教學(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，對現(xiàn)實世界的感興趣物體進行三維建模，要求寫出具體的程序代碼、建模思路及主要用到的OpenGL函數(shù)，并制作PPT在課堂上進行教學(xué)互動，這無形中提高了教學(xué)質(zhì)量，達到了良好的教學(xué)目的。同時，在編寫代碼時，提高學(xué)生的空間想象力與邏輯思維能力，在教學(xué)互動中，又能培養(yǎng)其語言表達能力。
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，圖中可以直觀展示glFrustum函數(shù)透視投影場景的效果及各參數(shù)的含義，右邊是該函數(shù)所攜帶的6個參數(shù)。根據(jù)圖解，學(xué)生們很容易就可以掌握這個函數(shù)的使用，圖2亦同理。
再以圖3為例，在顏色教學(xué)過程中，用到了MFC中滑塊、滾動條、旋鈕、編輯框等控件，通過三色分量RGB的任意取值，在右邊的顯示框中，動態(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。
通過這樣一些教學(xué)改革，啟發(fā)學(xué)生進行創(chuàng)造性思維，在教學(xué)互動過程中，同學(xué)們都紛紛拿出自己所建的模型進行討論，達到了良好的教學(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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