2.结题报告

时间:2017年07月21日 17:59    作者:     点击:

项目名称: 图形图像处理系列课程实践教学资源与平台的建设

项目类型:   (重点)

成果完成人:  孔令德、刘杰、杨慧炯、张麟华、郭芸俊

所在学校:  太原工业学院

      资助金额:     5

      起止年月: 2011 6 月至 2013 12

 

 

                              

 

一、教学改革项目结题简表

 

项目名称

图形图像处理系列课程实践教学资源与平台的建设

项目主持人

孔令德

专业技术职务

教授

所在单位

计算机工程系

项目主要研究人员名单

序号

姓名

职称

专业

承担的任务

1

刘杰

副教授

计算机科学与技术

总体设计,系统实现

2

杨慧炯

副教授

计算机科学与技术

总体设计

3

张麟华

副教授

计算机科学与技术

网站建设

4

郭芸俊

讲师

计算机科学与技术

系统实现

5

李丽亚

讲师

计算机科学与技术

C程序案例设计

6

傅宏智

讲师

计算机科学与技术

图形学案例设计

7

刘海静

助教

计算机科学与技术

数据结构案例设计

研究时间

立项年月

2011  6  

完成年月

2013  12 

教学改革研究与实践成果

如教学大纲、培养方案、课程标准、评价体系、教材(含音像教材)和教学软件课件、研究报告、论文著作等(可在以下栏目中分别详细列举)

1

C++程序设计、数据结构、计算机图形学、游戏设计基础等系列课程的教学、实验、实训大纲

2

计算机工程实践教学平台一套

3

开发和重新设计了《C++程序设计》案例72个,《计算机图形学》案例300个,《数据结构》案例17个,50个动画演示案例

4

编写教材4本,其中3本为国家“十二五”规划教材

5

项目组成员发表论文18篇;申报项目9项,其中5项为省级项目

6

学生收益,参加各种大赛和申报项目获奖85项。














二、教学改革项目工作总结

一、研究内容、研究方法及研究措施

1)研究内容

① 将“C++程序设计”课程的教学模式、教学内容、教学案例进行重新设计,按照图形图像处理方向的要求,通过定义图形图像的基本类结构,如颜色类、二维三维点类、矢量类、图像资源读取类、3DS模型导入类等来学习类、对象、动态对象数组、指针、引用、文件等教学内容,开发设计了近100多个实验和实训项目。

②将“数据结构”课程的教学模式、教学内容、教学案例进行重新设计,通过开发树木、地形、流水、白云等基本案例来学习链表、栈、队列、二叉树、四叉树、图等教学内容,设计和甄选了20多个具有代表性的实验项目和实训内容。

③ 通过“计算机图形学”课程的基本原理来开发球面、环面、圆柱面、圆锥面以及柏拉图多面体等基本三维模型,然后使用三维变换、透视投影、光照模型、纹理映射等原理制作游戏场景中的基本体素。课题组将在本项目执行期间,开发近300多个“计算机图形学”课程的实践教学案例,通过资源平台免费提供给学生学习。

④在“游戏开发基础”课程中,主要开发碰撞检测、3D音效、天空盒、粒子系统、骨骼动画等案例,使用多分辨率地形技术(LOD)来导入3DS模型建立三维场景,为研究性游戏案例的开发提供基本组件库。

⑤为突出应用型本科建设目标,优化了实验环节和内容,将图形图像处理方向系列课程中的每门课程实验侧重“综合与设计性实验”和“研究性实验”。

⑥将课程中使用到的原理开发为可视化演示模块,形象生动地说明图形学原理的工作过程,充分调动学生自主学习的积极性。

⑦为确保学生实验效果,设计研发了实践教学平台,实现实验过程的控制,为学

 

生实验、实训和自主学习创造良好的环境。

2)研究方法

采用基于Web的程序设计方法,将“计算机工程实践教学平台”划分为“项目管理”、“内容体系”、“质量保证”三大模块,如图1所示。

l        “项目管理”由“人员管理”、“课程管理”、“过程管理”以及“案例管理”等模块构成,实现整个实践教学平台的课程以及资源的整合,实践教学环节的控制。

l        “内容体系”由 “综合与设计性实验”和“研究性实验”子模块构成。

l        “质量保证”由“学习状态跟踪”、“实践项目评测”、“实践过程回溯”三个子模块构成。通过“实践项目评测”和“学习状态跟踪” 子模块,对学生的实践过程进行动态跟踪、评测,并及时进行指导;学生实践过程中的所有数据包括学习时间、完成质量、项目内容等都以数据库的形式记录下来,可以随时对每个学生的实验过程、结果和质量进行综合评价。

 

 

 

 

 

 

 

 

1    图形图像处理系列课程实践教学平台整体架构

3)研究目标

将系列课程的全部教学实践案例以课程模块的形式整合到“计算机工程实践教学平台”中,教师和学生通过互联网登录到实践平台。教师可以随时根据实际需要灵活配置平台的实践资源,学生可以进行学习和实训;平台可以自动对代码进行评测,给出评测结果,从而指导学生的实践过程;平台还将每一位学生用户的学习、实践过程以及学生完成每一个实践项目所花费的时间实时记录下来,以实践档案的形式保存在数据库中;教师可以在课程实验、课后作业、课程设计、毕业设计等环节,通过分析系统评测数据和实践档案数据,即可随时掌握学生的学习状态,从而为下一步的教学提供直接指导。学生的实践档案同时又是“职业档案”,用人单位可以通过实践教学平台,真实地了解到学生在校学习、实践过程以及综合实践能力。“计算机工程实践教学平台”通过科学设计、规范管理、开放运行,可以提高教学资源利用率,特别是基于系列课程的游戏开发的实战训练,为学生的就业提供了一个网络版的实训基地。

2)拟解决的关键问题

① 将系列课程以图形图像方向进行建设,设计并开发基于图形图像的教学案例,这些案例需具有相互兼容性。特别是对于“C++程序设计”与“数据结构”课程需要重新进行教学模式和教学内容的改革。

②实时图形显示与对应的代码跟踪是本平台开发的难点,需要借助于人工智能技术加以实现。

③“质量保证”中使用“学习状态及质量跟踪系统”与“实践项目评测”子模块对学生的学习特质进行分析和对教师的教学过程进行指导,需要使用数据挖掘技术进行分析,这也是本项目的难点。

 

二、研究成果

1. 图形图像系列课程建设

《C++程序设计A1》课程教学大纲《C++程序设计A2》课程教学大纲《数据结构》课程教学大纲《计算机图形学》课程教学大纲《图形图像处理技术》课程教学大纲《游戏设计基础》课程教学大纲《C++程序设计A1》实验教学大纲《C++程序设计A2》实验教学大纲《数据结构》实验教学大纲《计算机图形学》实验教学大纲《图形图像处理技术》实验教学大纲《游戏设计基础》实验教学大纲《C++程序设计课程设计》教学大纲《C++程序设计实践》教学大纲《图形图像处理实践周》教学大纲《数据结构课程设计》教学大纲《计算机图形学》教学大纲《基本图形图像处理应用》教学大纲《毕业实习》教学大纲(详细请参见佐证材料)

2. 案例建设

强化实验教学环节,精选实验实践案例,构建整体化实践教学环境使实验实践教学环节不间断,增强学生实践能力,培养应用型人才。项目组开发和设计了《C++程序设计》案例72个,《数据结构》案例17个,《计算机图形学》案例300 (详细请参见佐证材料)

3. 案例演示建设

在课程成功申报后,项目积极筛选优秀经典案例,将其实验实现效果以分步的方式动态演示出来,从而使学生易于理解计算机图形学原理的实现过程。研发了20多个演示动画,30多个原理算法实验过程动画,将图形生成的过程通过放大像素以动态演示的方式一步步展现出来,让学生通过算法过程演示跟踪代码执行的模块,立刻看到算法实现中的语句, 从而更准确地理解算法原理(具体动画效果请参见研究报告)。

 

4. 工程实验教学平台建设

图形图像处理系列课程实践教学平台以太原工业学院计算机工程系的实践教学管理需求为基础,提出将计算机相关专业系列课程实践教学体系以系统工程的方法进行建设,科学合理地确定课程学习过程中应达到的能力锻炼目标、应具备的工程化专业素养和应掌握的专业知识点。从而克服了计算机专业实践教学中的每门课程教学资源独立建设的“短板效应”。平台同时也提供了使用向导和丰富的原理级动画演示和使用案例,可以帮助学生使用此平台自主开发研究性项目。平台具有学习状态及质量跟踪评估系统,将每一位学生用户的学习、实践过程以实践档案的形式保存在数据库中,教师可以在课程实验、课后作业、课程设计、毕业设计等环节,通过分析系统评测数据和实践档案数据,即可随时掌握学生的学习状态,从而为下一步的教学提供直接指导。从而实现实践过程和环节的高效可控。本平台的研究成果借助于互联网技术,将为学习图形图像处理方向的教师和学生提供一个开放性实践平台。现计算机工程实验教学平台已经测试完毕,上线运行正常。

 

5. 教材建设情况(编写教材4本,其中3本为国家“十二五”规划教材)

(1)孔令德编著.《计算机图形学基础教程(Visual C++版)(第2版)》,清华大学出版社,2013(国家“十二五”规划教材)

(2)孔令德著.《计算机图形学实践教程(Visual C++版)(第2版)》,清华大学出版社,2013(国家“十二五”规划教材

(3)孔令德编著.《计算机图形学实验及课程设计》,清华大学出版社,2012(国家“十二五”规划教材)

(4)孔令德,宋云编著.《三维建模与动画基础》,清华大学出版社,2012

6.论文发表情况(发表论文18)

(1)孔令德.基于双三次Bezier曲面在球体建模中的应用.计算机软件与应用(已录,北大核心)

(2)刘杰,基于SIFT特征的SAR图像匹配,舰船科学技术,2016.3(北大核心)

(3)孔令德,刘晋钢. 应用型工科院校计算机图形学教学模式改革.计算机教育,2011.9

(4)孔令德.计算机图形学实践教学资源库的设计与建设.计算机教育,2013.13

(5)孔令德.动态多光源三维场景演示系统的设计与实现.山西师范大学学报,2016.01

(6)杨慧炯,韩燕丽,应用型工科院校软件工程专业工程化特色人才培养模式研究,计算机教育,2012.3

(7)张麟华,孔令德、杨慧炯,面向图形图像处理的C++课程案例设计,计算机教育,2013.2

(8)刘杰,浅析基于模型的三维跟踪方法的设计,山西电子技术,2014.6

(9)刘杰,基于灰度匹配的序列影像的目标跟踪研究与实现研究,网络安全技术与应用。2014.12

(10)韩燕丽,杨慧炯,基于图像空间的浮雕肖像生成方法研究,软件工程师,2015.10

(11)韩燕丽,杨慧炯,基于颜色量化的肖像漫画生成方法研究,软件工程师,2015.11

(12)康凤娥,孔令德.球体建模技术的研究与实现. 山西大同大学学报,2011.04

(13)康凤娥,孔令德.基本图元像素级实验系统的设计与实现.山西师范大学学报,2012.01

(14)康凤娥,孔令德.MFC框架下3DS模型接口的研究与实现.山西师范大学学报,2013.01

(15)康凤娥,孔令德.逆向直线算法在绘制彩色多边形中的应用.西北师范大学学报,2014.01

(16)韩燕丽,杨慧炯,基于Android平台手机安全通讯录的设计与实现,软件工程师,2015.12

17)刘杰,孔令德、杨慧炯,中华傅山园三维虚拟漫游系统的研究与设计,电子测试,2012.12

(18)刘海静.结合ACM竞赛和CDIO理论的数据结构课程教学研究.电子商务,2016.7(录用)

 

   7.项目成员课题申报情况(申报项目9项,其中5项为省级项目)

 

 (1)杨慧炯教授2014年主持申报了“省级教学实验示范中心计算机工程实践教学平台的建设”的省级教改项目

(2)孔令德教授2013年主持申报了“省级教学实验示范中心计算机工程实践教学平台的建设”的省级实验教学示范中心项目

(3)孔令德教授2013年主持申报了“计算机工程实验中心”的省级虚拟实验教学示范中心项目

(4)孔令德、杨慧炯教授主讲的“计算机图形学”课程评为山西省高等学校精品资源共享课

(5)孔令德教授2013年主持成功申报山西省高等学校特色专业

(6)刘杰老师2013年主持申报了“计算机教学实验示范中心管理平台建设”的校级教改项目

(7)傅宏智老师2013年主持申报了“基于面向对象语言的图像处理\案例化教学的研究”的校级教改项目

(8)刘海静老师2014年主持申报了“以项目驱动的数据结构课程教学改革研究与实践”的校级教改项目

(9) 李丽亚老师2013年主持申报了“ 《C程序设计》实验项目的设计与开发”的校级教改项目

 

8.获奖情况

(1)  2014,由孔令德编著,清华大学出版社出版的《计算机图形学基础教程(Visual C++版)(第2版)》、《计算机图形学实践教程(Visual C++版)(第2版)》、《计算机图形学实验及课程设计》和《计算机图形学基础教程(Visual C++版)习题解答与编程实践》配套教材,被教育部评为“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材.

(2)  2012年,“计算机图形学实践教学资源库的建设”荣获“山西省教学成果一等奖”。

(3)  2013年,“计算机图形学”,被山西省教育厅评为“山西省精品资源共享课”。

(4)  2015年由孔令德教授编写的《计算机图形学基础教程(Visual C++版)(第2版)》荣获第四届中国大学出版社图书奖优秀教材一等奖。

(5)  2013年,孔令德教授入选山西省高等学校“131领军人才”工程,成为优秀中青年拔尖创新人才。

(6)  20129月杨慧炯教授被评为“山西省师德标兵”称号。

(7)  2014年杨慧炯教授指导学生参加“中国大学生服务外包创新大赛”荣获“企业命题组”团体三等奖。

(8)  2015年杨慧炯教授指导学生参加“山西省互联网+大学生创新创业大赛”荣获第一名并获得最佳指导教师奖。

(9)  2015年杨慧炯教授被评为2015届本科毕业设计(论文)优秀指导教师。

(10)  2014年刘杰老师指导学生参加山西省“兴晋挑战杯”全省大学生课外学术科技作品竞赛荣获一等奖并获优秀指导教师称号。

(11)  2012年刘杰老师被评为山西省优秀辅导员(班主任)。

(12)  2012年刘杰老师指导学生参加全国软件专业人才设计与创业大赛分别获山西赛区一等奖二次,二等奖一次,并荣获优秀指导教师。

(13)  2015年刘杰老师指导学生参加华北五省及港澳台大学生计算机应用大赛一等奖并荣获优秀指导教师。

 

三、研究成果的创新点和应用情况

1.项目主要特色

①实验平台三大模块为实践教学的质量提供了保障

通过“管理平台”、“内容体系”和“质量保证”三大模块搭建了图形图像处理系列课程实践教学平台,使得实践教学的教学内容、教学过程和教学质量得到全面监控,克服了单独设置课程中实践教学的“短板效应”。

②资源的开放式配置为平台提供了丰富的实践教学资源

本平台采用开放式架构设计,通过互联网进行发布,保证了内容和资源的开放性。教师可以根据应用需求,自主添加图形图像处理的其他相关课程的实践教学资源;学生使用本平台可以自主学习与图形图像处理相关的原理、方法和案例,并完成课程设计、毕业设计等实践项目。

③ 整体建设的系列课程强化了课程之间的连续性

按照专业特色方向的要求,对“C++程序设计”、“面向对象程序设计”、“数据结构”、“计算机图形学”以及“游戏开发基础”等系列课程的教学目标、教学大纲以及教学方法进行整体建设,培养学生的综合能力和工程化思想。

 

2. 项目收益和推广情况

目前,已有200余家高等院校使用了课题组编写的纸质教材作为计算机图形学教材。其中40家给出了使用反馈信息,有厦门大学、上海大学、南京工业大学、北京工商大学、郑州大学、南通大学、中南大学、辽宁工业大学、成都理工大学、内蒙古师范大学、广西工学院、河北师范大学、太原理工大学阳泉学院、盐城工学院、常州工学院、三峡大学、黑龙江工程学院、四川托普信息技术职业学院、宁德师范高等专科学校、河南师范大学、上海商学院、福建龙岩学院、中南民族大学管理学院、闽江学院、肇庆学院、福建省泉州市泉州师范学院、浙江科技学院等。同时他们也通过我院的计算机图形学精品课程网站来下载、使用本课程提供的实践教学资源。

计算机工程实训平台的建设为我校广大师生提供了交流和开放的实验实训平台,先后开出了20多项开放实验项目,有近2000人次下载和观看了平台提供的案例和实验内容,直接受益学生近4万人,取得了较好的社会反响。

2013 1019 -20日,由教育部高等学校计算机类专业教学指导委员会、清华大学出版社主办,山西省计算机学会协办,我院承办的2013年高等学校计算机特色专业建设论坛在我院举行。

3. 学生培养效果

随着资源库在我系连续几年的应用,许多学生将图形图像处理领域作为了就业方向,并取得了很好的成绩。学生参加各种大赛和申报项目获奖85项(详情参见研究报告)。

 

三、项目研究费用支出情况

 

经费总额(万元)

5.0

省教育厅

5.0

主管部门(有关厅局)

0

合作单位经费

0

学校配套经费

0

额(万元)

支出根据及理由

会议费、差旅费

1.3907

参加学术交流会议

项目研究费、

调研费

2.6803

教材评审费、版面费、调研费

合作交流费

0.4783

通讯费、邮费、研讨会费

必要的设备与

软件费

0.2188

图书资料、数据存储盘

管理费

0

其他

0.2319

复印装订费。

   

5.0

四、结题审核意见

 

学校意见:

该项目主要将图形图像等课程进行整体化建设,根据应用型培养目标对培养目标和大纲做了整体化修订,使图形图像处理特色更加明确。为充分锻炼学生实践能力,项目采用案例化教学法为学生开发设计了400多个教学案例和一套工程实践教学平台。在项目期间,项目成员共编写教材4本,其中3本为国家“十二五”规划教材;发表论文18篇;申报项目9项,其中5项为省级项目;指导学生参加各种大赛和申报项目获奖85项。

孔令德 教授主持的“图形图像处理系列课程实践教学资源与平台的建设”山西省高等学校重点教学改革项目,较好的完成了项目设定目标,取得了一定成果,收到良好的社会效益。

同意该项目结题。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

学校(盖章)

 

                                       

专家组意见:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                         专家组组长(签字):

       

省教育厅意见:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(盖章)

 

                                                            

五、附

 

项目研究与实践成果相关材料复印件见作证材料

  • 附件【2.结题报告.doc】已下载

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