摘 要：针对可视化程序设计教学过程中显现的问题，提出相应的教学改进方法。以MFC框架为基础，通过加强上机实践、改进多媒体教学、引入实例及制作教学演示程序，引导学生学习OpenGL可视化函数工具包，结合地理信息系统专业学生的培养方式，为学生制定学习和实践平台，并开发出相应的教学演示系统，很好地辅助课堂教学，采用教学互动方式，开拓了学生的思维模式，显著提高教学质量。
关键词：OpenGL；MFC；教学实践；教学改革
可视化编程技术已经广泛应用在各行各业中[1-4]，对于地理信息系统专业学生也必须紧跟时代潮流，将可视化程序设计掌握并运用到实践学习中去。本校将OpenGL三维可视化程序设计作为一门必修课程列入教学计划中。如何培养学生学习本专业图形的生成算法及显示流程，如何利用VC与OpenGL结合进行学生程序开发能力的培养，并在有限的学时条件下，达到理想的教学目标，不是一件易事。
1 OpenGL教学中存在的问题
1.1 VC++平台环境不熟悉
传统的教学平台选择VC++控制台应用程序作为演示平台，该平台程序设计简单，易于理解，适合有C语言功底的学生学习。但该平台可视化演示效果差，针对复杂的地理场景显示显得不够宽泛，缺乏可操作性，人机交互能力有限，教学实践环节不够科学，不够系统[5]。
1.2 OpenGL库函数众多，难于掌握
OpenGL核心库中包含115个函数（前缀为gl），实用库中包含43个函数（前缀glu），辅助库中包含31个函数（前缀aux），工具库中包含30多个函数（前缀glut）[2]。每个库中的函数都有很多的重载形式，这往往将需要掌握的库函数加倍，在有限的课堂教学时间内，想要掌握OpenGL库中的众多函数，会显得力不从心。从而打击学生的学习兴趣，不利于教学。
1.3 部分关键函数参数个数多，不易理解
OpenGL的很多库函数所携带的参数往往有很多，且不易掌握。例如，投影函数glFrustum（GLdouble left，GLdouble Right，GLdouble bottom，GLdouble top，GLdouble near，GLdouble far）带有6个参数，如果不配合图解，很难让学生理解并掌握它的使用。再比如二维纹理定义的函数void glTexImage2D（GLenum target，GLint level，GLint components，GLsizei width，glsizei height，GLint border，GLenum format，GLenum type，const GLvoid*pixels），相对于投影函数来说，二维纹理定义函数就显得更加复杂，直接讲解，难以理解其参数含义，不易掌握，从而产生畏难负面效应，不利于学生学习。
1.4 教学缺乏应用背景，学习积极性不高
从学生的角度出发，学生们只会根据教学内容进行编程，缺乏对相关函数与算法的直观展示，不能有效地吸引学生主动去学习。再者，大多数同学不重视三维图形可视化方面的学习，他们认为将来工作不会涉及关于三维图形设计方面的内容，从而学习积极性不高，缺乏学习的主动性[4]。
2 教学方法改革与改进
2.1 选用MFC作为开发与讲解框架
通常情况下，OpenGL以及计算机图形学方面的教学都采用C/C++语言编写，程序设计简单，但可视化以及人机交互效果较差，学生掌握起来较困难。MFC（微软基础类库）是VC++平台下程序开发框架，该框架可以构建基于对话框的应用程序、基于单文档的应用程序以及基于多文档的应用程序，通过使用MFC框架下的诸多可视化控件进行编程，可以迅速建立界面美观、通俗易懂、便于交互操作的程序框架，其典型的消息事件驱动模式[6-7]，如菜单消息映射、基本控件消息映射（按钮等），增加了人机交互操作，提升学生的学习兴趣，大大提高学生的动手能力，通过不断的探索人机交互操作，增进学习效率。
2.2 加强上机实践辅导
OpenGL与MFC进行三维图形可视化程序设计，除去课堂教学外，应将大量的教学学时应用在上机实践环节上，通过布置相关的图形演示程序及图形显示算法，一方面培养学生熟悉VC++编程环境，熟悉MFC与OpenGL如何联合进行程序开发；另一方面，通过推敲相关代码，培养学生的实践动手能力。
2.3 引用实例进行课堂教学
课前搜索一些与本节课程有关的应用实例，如三维立体动画、相关三维建模可视化软件等[8]，在具体讲解过程中，引入实例，既能提高学生们的学习兴趣，又帮助他们提高对本节课的内容理解。如打开Google SketchUp三维建模软件，在其中演示物体的绘制、物体的平移、旋转、缩放等操作，帮助他们学习glVertex（）、glTranslate（）、glRotate（）等函数，并理解函数所带参数的意义，启发学生们去思考。
2.4 制作教学课件及相应的演示程序
由于计算机软硬件的飞速发展，传统的板书式教学已经向多媒体教学方向发展，而OpenGL教学又与计算机程序相关联，更加体现出多媒体教学的优越性，图形显示直观、易懂，符合学生们的好奇心理。将OpenGL讲解内容按前后章节，利用powerpoint制作出精美的教学课件，并配以程序演示，从很大程度上吸引学生的注意力，并且，课件后附具体的作业，将其拷贝给每一位学生，在课后业余时间依然可以随时打开课件内容学习，为学好OpenGL提供便利。
2.5 采用教学互动，提高学生的空间想象能力与语言表达
在一段学时的课堂教学完成后，布置一次大作业，要求学生们基于MFC框架，自由发挥，对现实世界的感兴趣物体进行三维建模，要求写出具体的程序代码、建模思路及主要用到的OpenGL函数，并制作PPT在课堂上进行教学互动，这无形中提高了教学质量，达到了良好的教学目的。同时，在编写代码时，提高学生的空间想象力与逻辑思维能力，在教学互动中，又能培养其语言表达能力。
3 基于MFC的教学演示程序
为帮助C++功底较浅的学生学习，将基础的MFC与OpenGL程序框架搭建好，供日后学生自己向其中添加OpenGL建模代码，并基于此编写所有图形显示程序。以投影变换为例，图1为教学演示投影函数详解，图中可以直观展示glFrustum函数透视投影场景的效果及各参数的含义，右边是该函数所携带的6个参数。根据图解，学生们很容易就可以掌握这个函数的使用，图2亦同理。
再以图3为例，在颜色教学过程中，用到了MFC中滑块、滚动条、旋钮、编辑框等控件，通过三色分量RGB的任意取值，在右边的显示框中，动态显示当前取值颜色，一方面使学生们熟悉MFC常用控件的使用，另一方面，掌握OpenGL中有关颜色操作函数，将MFC与OpenGL的联合更加深入易懂。
通过这样一些教学改革，启发学生进行创造性思维，在教学互动过程中，同学们都纷纷拿出自己所建的模型进行讨论，达到了良好的教学效果。从改革教学方法、教学课件入手，利用实例吸引学生注意力，不断提高本课程的教学质量。
参考文献
[1] 刘煜岗，蔡洪斌.《计算机图形学》实验教学研究与探讨[J].实验科学与技术，2012，10（6）：262-264.
[2] RICHARD S. WRIGHT， J R. Benjamin Lipchak Nicholas haemel， 张琪，付飞（译）.OpenGL超级宝典[M].北京：人民邮电出版社，2011.
[3] BO CHEN，HARRY H.Cheng.Interpretive OpenGL for Computer Graphics[J]. COMPUTERS &GRAPHICS， 2005，29：331-339.
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[5] 张灿.基于OpenGL实验平台的计算机图形学教学改革研究[J].电脑知识与技术，2012，8（32）：7826-7827.
[6] 贺少华，吴新跃.基于VC++和OpenGL的大型机械装置虚拟教学训练系统的开发[J].系统仿真学报，2009，21（4）：1059-1062.
[7] 黄燕挺.三维控件在教学实验中的应用研究[J].计算机与数字工程，2011，39（8）：192-195.
[8] 杨长强，郑永果.“计算机图形学”教改实践[J].计算机教育，2010（24）：53-56.