創(chuàng)新模式下數(shù)字動(dòng)畫(huà)在能源學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

馬曉林

（西安科技大學(xué)，陜西西安 710059）

創(chuàng)新模式下數(shù)字動(dòng)畫(huà)在能源學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用研究

馬曉林

（西安科技大學(xué)，陜西西安 710059）

能源學(xué)科作為科研型、實(shí)踐性為主導(dǎo)的專業(yè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)在能源教學(xué)領(lǐng)域中的地位顯得尤為重要。數(shù)字動(dòng)畫(huà)隨著技術(shù)的不斷更新和發(fā)展，數(shù)字動(dòng)畫(huà)所具有直觀形象的特點(diǎn)，通過(guò)動(dòng)態(tài)圖形可視化、生動(dòng)的地將能源實(shí)驗(yàn)展現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生從生動(dòng)的畫(huà)面中了解知識(shí)點(diǎn)，并可重復(fù)、可逆的了解專業(yè)知識(shí)，從而達(dá)到闡明教學(xué)內(nèi)容。通過(guò)分析數(shù)字動(dòng)畫(huà)在能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用形式和應(yīng)用方法的研究分析，總結(jié)出數(shù)字動(dòng)畫(huà)在能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的優(yōu)勢(shì)和必要性。

數(shù)字動(dòng)畫(huà)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)；視覺(jué)表現(xiàn)

1 數(shù)字動(dòng)畫(huà)在能源學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

1.1 數(shù)字動(dòng)畫(huà)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

數(shù)字動(dòng)畫(huà)在時(shí)間上具有很強(qiáng)的連續(xù)性，適用于事件的表現(xiàn)過(guò)程，相對(duì)于靜態(tài)圖像而言,其信息更加豐富、生動(dòng)，表現(xiàn)力更自然。數(shù)字動(dòng)畫(huà)含有二維動(dòng)畫(huà)、三維動(dòng)畫(huà)、虛擬現(xiàn)實(shí)動(dòng)畫(huà)、交互動(dòng)畫(huà)幾個(gè)分類，所具有直觀形象的特點(diǎn)，能把語(yǔ)言、文字難于表現(xiàn)的事物形象通過(guò)動(dòng)態(tài)圖形，視覺(jué)的、生動(dòng)的地展現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生從生動(dòng)的畫(huà)面中了解知識(shí)點(diǎn)。由于數(shù)字動(dòng)畫(huà)具有無(wú)限的可塑性和創(chuàng)造性，因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中，它的表現(xiàn)范圍非常廣泛，大到無(wú)邊無(wú)垠的宇宙空間，小到肉眼看不到的原子、電子和微生物，甚至沒(méi)有形象的抽象定義、邏輯思維等。通過(guò)用高度集中、簡(jiǎn)化的手法加以形象化，準(zhǔn)確、形象地表達(dá)事物的現(xiàn)象和本質(zhì)，使枯燥的知識(shí)內(nèi)容、瞬間的實(shí)驗(yàn)過(guò)程、繁瑣的實(shí)驗(yàn)操作變得活潑，便于觀察和記錄，強(qiáng)化對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解和記憶加深。在人體解刨學(xué)教學(xué)中，可以利用圖片和動(dòng)畫(huà)來(lái)展現(xiàn)人體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，以一種新穎而生動(dòng)的手法向?qū)W生活靈活現(xiàn)的講解人體解剖，在教學(xué)課堂上產(chǎn)生了非常好的教學(xué)效果。利用三維動(dòng)畫(huà)使學(xué)生對(duì)器官的立體結(jié)構(gòu)以及內(nèi)部交通情況產(chǎn)生一個(gè)非常深刻的認(rèn)識(shí)。同時(shí)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用也取得了顯著的效果。一方面通過(guò)實(shí)物模擬再現(xiàn)，容易喚起學(xué)生可能淡化了的記憶，使記憶進(jìn)一步加深；另一方面通過(guò)對(duì)比模擬實(shí)驗(yàn)，可以深化對(duì)新舊知識(shí)的認(rèn)識(shí)。在固體物理學(xué)的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)中，采用三維動(dòng)畫(huà)動(dòng)態(tài)模擬晶格結(jié)構(gòu)，形象直觀，給學(xué)生創(chuàng)造了很真實(shí)的物理情境，使學(xué)生能同步從多角度觀察，從而可以把復(fù)雜抽象的概念轉(zhuǎn)化為可輕松接受的物理圖像。

1.2 能源學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)狀

在現(xiàn)階段，能源危機(jī)與環(huán)境污染已成為制約人類社會(huì)進(jìn)步和發(fā)展的兩大障礙。國(guó)家經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，甚至全球經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展對(duì)能源相關(guān)專業(yè)人才提出了新的要求，要求其能夠盡快從事生產(chǎn)、科研等實(shí)踐工作。各高校能源相關(guān)專業(yè)是培養(yǎng)人才的重要窗口，就肩負(fù)著培養(yǎng)具有豐富專業(yè)知識(shí)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)專業(yè)人才的重要使命。在人才培養(yǎng)中，能源專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是能源類專業(yè)的重要課程之一。

目前現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式主要是課堂理論講述，然后在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行操作，理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)操作脫節(jié)，講授理論知識(shí)實(shí)驗(yàn)、實(shí)訓(xùn)設(shè)備為靜態(tài)圖形或者文字描述，無(wú)法及時(shí)的獲得實(shí)驗(yàn)過(guò)程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的深刻理解和認(rèn)識(shí)。同時(shí)不能夠有效的規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，學(xué)生一邊聽(tīng)講一邊實(shí)際操作，授課現(xiàn)場(chǎng)比較混亂，聽(tīng)課效果也受到了影響。同時(shí)，班級(jí)人數(shù)較多，教師需要同時(shí)指導(dǎo)20～30個(gè)學(xué)生，教師的教學(xué)效果和教學(xué)精力都會(huì)顯得不足。

2 數(shù)字動(dòng)畫(huà)在能源學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

能源學(xué)科的課程特點(diǎn)主要體現(xiàn)為“內(nèi)容多”、“知識(shí)新”和“重實(shí)踐”三個(gè)方面。“重實(shí)踐”是指課程與工程實(shí)踐密切相關(guān)，所學(xué)內(nèi)容大多是實(shí)實(shí)在在的工程裝置，理論和實(shí)踐必須做到高度的統(tǒng)一。能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)表述主要是靜態(tài)文字和圖形的方式，學(xué)生對(duì)于知識(shí)的接受、理解難度較大，實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)通過(guò)數(shù)字動(dòng)畫(huà)的形象性、真實(shí)性、虛擬現(xiàn)實(shí)特性，把抽象的東西通過(guò)視覺(jué)元素表現(xiàn)出來(lái)，具有獨(dú)特的表現(xiàn)力和感染力。通過(guò)數(shù)字動(dòng)畫(huà)的表現(xiàn)特征運(yùn)用到能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中運(yùn)用方式有三點(diǎn)。第一，通過(guò)二維動(dòng)畫(huà)演示實(shí)驗(yàn)的理論原理；第二，通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)立體全方位的演示實(shí)驗(yàn)過(guò)程和原理；第三，通過(guò)交互動(dòng)畫(huà)學(xué)生參與到實(shí)驗(yàn)演示中。能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)因?yàn)閷I(yè)特殊性，涉及化學(xué)、物理、電力等學(xué)科領(lǐng)域，實(shí)驗(yàn)過(guò)程會(huì)出現(xiàn)許多的不定因素和偶然情況的發(fā)生，具有較高的危險(xiǎn)性。通過(guò)數(shù)字動(dòng)畫(huà)對(duì)能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)的表現(xiàn)，能夠最大限度的降低實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中的危險(xiǎn)性，為學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)過(guò)程增加安全保障。同時(shí)實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的重復(fù)演示和可逆演示。在有些科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)過(guò)程是不可停止，或者不可以暫停的，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象非常短暫。通過(guò)數(shù)字動(dòng)畫(huà)能夠延長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中現(xiàn)象的演示和展現(xiàn)，有效地提高了學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程和原理的理解、吸收。

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際操作過(guò)程中，由于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)不熟悉操作，每一次的實(shí)驗(yàn)都是對(duì)能源造成一定的浪費(fèi)，通過(guò)數(shù)字動(dòng)畫(huà)對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的展示和模擬，可以有效的節(jié)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間和資源成本。同時(shí)，隨著數(shù)字動(dòng)畫(huà)技術(shù)的發(fā)展，三維虛擬動(dòng)畫(huà)技術(shù)得到迅速的普及，在醫(yī)療、軍事、游戲、科研等領(lǐng)域運(yùn)用越來(lái)越多。在能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入三維虛擬動(dòng)畫(huà)技術(shù)，完成對(duì)實(shí)驗(yàn)的模擬。形成一個(gè)試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，里面包含有實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)藥品、實(shí)驗(yàn)道具以及實(shí)驗(yàn)效果模擬動(dòng)畫(huà)。學(xué)生可以通過(guò)虛擬平臺(tái)操作來(lái)完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程。首先學(xué)生能夠在不損耗儀器和設(shè)備的情況下，可以接觸到最先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)、設(shè)備的操作，有效地提高了學(xué)生對(duì)新科技的接觸和吸收。其二，在虛擬實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，學(xué)生可以多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的部分實(shí)驗(yàn)操作，從而達(dá)到針對(duì)性的實(shí)驗(yàn)教學(xué)。其三，通過(guò)虛擬實(shí)驗(yàn)操作平臺(tái)，可以記錄學(xué)生的操作過(guò)程和操作數(shù)據(jù)，通過(guò)三維動(dòng)畫(huà)進(jìn)行演示，可以讓學(xué)生了解實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中所出現(xiàn)的錯(cuò)誤部分，教師根據(jù)操作情況完成成績(jī)?cè)u(píng)定和針對(duì)輔導(dǎo)。

3 數(shù)字動(dòng)畫(huà)在能源學(xué)科實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用意義

能源科學(xué)內(nèi)涵豐富，是一門(mén)綜合性強(qiáng)、涉及面廣、與國(guó)民經(jīng)濟(jì)密相關(guān)的學(xué)科。從能源科學(xué)本身發(fā)展看，能源科學(xué)是研究能源在開(kāi)采和利用中的基本規(guī)律及其應(yīng)用的科學(xué)。由于能源的多樣性，能源科學(xué)的研究必然要涉及到眾多的學(xué)科，例如化學(xué)、物理、生物等眾多領(lǐng)域。不同學(xué)科領(lǐng)域之間的交叉、綜合已成為當(dāng)代能源科學(xué)科研、發(fā)展的一個(gè)基本趨勢(shì)與特征。能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式受到科研機(jī)構(gòu)、教學(xué)機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注。

數(shù)字動(dòng)畫(huà)運(yùn)用于能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中，針對(duì)能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)的特征，通過(guò)運(yùn)用數(shù)字動(dòng)畫(huà)的美學(xué)特征和技術(shù)特點(diǎn)，豐富能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方式，增強(qiáng)能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)相關(guān)知識(shí)的形象、準(zhǔn)確傳播。數(shù)字動(dòng)畫(huà)運(yùn)用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)中的理論意義，是在于把數(shù)字動(dòng)畫(huà)技術(shù)和能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)相結(jié)合，提出實(shí)驗(yàn)教學(xué)新的教學(xué)形式理論，為能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性、安全性、準(zhǔn)確性提出理論支持和經(jīng)驗(yàn)。

根據(jù)能源科學(xué)的學(xué)科特征，歸納出數(shù)字動(dòng)畫(huà)運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的方式和表現(xiàn)手法。運(yùn)用數(shù)字動(dòng)畫(huà)具有連續(xù)性特點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中通過(guò)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，運(yùn)用數(shù)字動(dòng)畫(huà)的手段和特點(diǎn)闡述、表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容和原理，精心設(shè)計(jì)數(shù)字動(dòng)畫(huà)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的使用方式，利用連貫性、趣味性和直觀性的特點(diǎn)，滿足能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的需要，在能源科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起到重要的作用。

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2096-4110（2017）03（c）-0050-02