崔志剛 馬素霞

摘 要：形象生動的多媒體技術(shù)用于計算機輔助教學(xué)之中，為教育信息化提供了重要的實現(xiàn)方式。針對理工科的教學(xué)特點，動畫仿真技術(shù)作為多媒體教學(xué)的一種重要形式，可充分發(fā)揮其內(nèi)容豐富、交互性強等特點，對專業(yè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)進行建模仿真、再現(xiàn)安裝過程及工作原理，尤其對于肉眼不易觀察到的設(shè)備內(nèi)部具體結(jié)構(gòu)，可使學(xué)生獲得深刻的感性認(rèn)識。文章以汽輪機原理課程中級的工作原理為例，采用3DS MAX制作其工作過程的動畫，將動畫仿真技術(shù)應(yīng)用于專業(yè)課程的教學(xué)過程中，可有效促進學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性以及記憶力，并直接對教學(xué)起到節(jié)約時間、提高質(zhì)量的積極作用。

關(guān)鍵詞：多媒體教學(xué) 3DS MAX軟件 動畫仿真技術(shù) 理工科專業(yè)課程

中圖分類號：G642.1

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1004-4914（2015）08-223-02

引言

隨著多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用，采用先進教學(xué)設(shè)備的多媒體教學(xué)，使得教學(xué)模式不斷發(fā)展，實現(xiàn)了教育技術(shù)的現(xiàn)代化發(fā)展。為了提高單位時間的教學(xué)密度，降低勞動強度，同時加強學(xué)生學(xué)習(xí)的主動積極性，有效提高教學(xué)效果，高校教師要更新教育思想和教學(xué)觀念，從教學(xué)內(nèi)容、形式、方法等角度不斷地開展綜合化改革，以滿足廣大學(xué)生渴望探索和掌握知識、培養(yǎng)創(chuàng)造性思維和自學(xué)能力的需求。

理工科專業(yè)課程內(nèi)容抽象，包括專業(yè)設(shè)備運行原理、結(jié)構(gòu)和設(shè)計等綜合性知識，具有很強的理論性和實踐性。利用設(shè)備的靜態(tài)圖片來講述的傳統(tǒng)教學(xué)方式，缺乏直觀性和趣味性，學(xué)生無法獲得形象的感性認(rèn)識，學(xué)習(xí)過程單調(diào)枯燥、難于掌握。針對這種教學(xué)效果較差的現(xiàn)狀，將動畫仿真技術(shù)應(yīng)用于專業(yè)課程的教學(xué)過程，以三維模型來展示設(shè)備結(jié)構(gòu)、以動畫展現(xiàn)運行原理，使學(xué)生更好地理解和接受課程內(nèi)容。這樣教師能順利進行教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)，學(xué)生也獲得豐富的學(xué)習(xí)興趣，使得學(xué)習(xí)效率大大提高，達到深刻理解并靈活運用，進一步培養(yǎng)創(chuàng)造性能力的目的。

一、多媒體教學(xué)

（一）多媒體教學(xué)的特點

多媒體教學(xué)集成了各種多媒體技術(shù)共同來呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，把各種信息形式包括聲音、文字、圖形、影像、動畫等進行加工組合，具有突出的集成性、交互性和教育性①，教師有更多的時間與學(xué)生進行交流，是一種新型的教育形式和現(xiàn)代化教學(xué)手段，明顯提高了教學(xué)效率。

（二）動畫仿真技術(shù)的應(yīng)用

利用動畫制作軟件及圖像處理技術(shù)，動畫仿真技術(shù)對一系列靜止的圖像畫面，進行連續(xù)播放以得到運動效果。其應(yīng)用于多媒體教學(xué)中，運用充分的感性資料進行形象直觀的教學(xué)，可使課堂教學(xué)更具有豐富的吸引力和感染力，具有生動、豐富、即時反饋等特點，有效提高了教學(xué)質(zhì)量。

動畫仿真技術(shù)可使教材中枯燥、抽象、靜態(tài)的教學(xué)內(nèi)容更加具體、直觀、動態(tài)地展現(xiàn)出來，可起到突出重點、激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣以及集中注意力的作用。其以形象的視聽覺刺激，讓學(xué)生從生動活潑的畫面中自己分析、展開聯(lián)想，而獲得深刻的抽象認(rèn)識，具有傳統(tǒng)教學(xué)方式無法達到的效果。課堂互動性大大增強，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性和積極性，加深對學(xué)習(xí)內(nèi)容的印象和理解，達到更好的教學(xué)效果。

二、理工科專業(yè)課程教學(xué)

（一）理工科教學(xué)特點

理工科類專業(yè)課程不僅涵蓋知識體系龐大的內(nèi)容，還通常與實際工程緊密聯(lián)系，在社會不斷發(fā)展的背景下，教學(xué)內(nèi)容從基礎(chǔ)理論到前沿技術(shù)應(yīng)用更新速度很快。理工科專業(yè)課程的教學(xué)要求學(xué)生在掌握理論基礎(chǔ)上，著重提高動手實踐能力，做到實踐教學(xué)與理論教學(xué)的有效結(jié)合是課程教學(xué)重點。教師采用多媒體講授方式進行生動的專業(yè)知識教學(xué)，并結(jié)合新技術(shù)專題講座;同時以工程實習(xí)和案例教學(xué)方式②來培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力。

（二）專業(yè)課程教學(xué)難點

理工科專業(yè)課程的傳統(tǒng)教學(xué)方式主要是采用黑板、掛圖、模型、幻燈等教具進行教學(xué)，這些方式缺乏動感，存在靈活性差、局限性大等缺點，講授過程往往因循守舊、表述單調(diào)，無法快速使學(xué)生形成空間想象能力，教學(xué)過程中學(xué)生被動接受，師生間交流和學(xué)生間協(xié)作很少③，無法使學(xué)生積極投入課堂之中，形成學(xué)生難于理解的教學(xué)結(jié)果。

動畫仿真技術(shù)作為一種生動活潑的教學(xué)形式，使抽象變形象、復(fù)雜變簡單，并有助于激發(fā)學(xué)生的興趣，讓學(xué)生由被動接受知識變?yōu)橹鲃訉W(xué)習(xí)知識。對于專業(yè)設(shè)備的結(jié)構(gòu)特性、運動原理、工作過程等抽象的內(nèi)容，難以形象講述，制成動畫模擬片段后，可使學(xué)生對抽象、復(fù)雜的設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理有了形象化的認(rèn)識，較為容易理解接受，達到良好的教學(xué)效果。

三、動畫仿真技術(shù)的應(yīng)用及功能

（一）動畫仿真應(yīng)用實例

《汽輪機原理》作為能源與動力工程專業(yè)的重要課程，其針對汽輪機設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理展開學(xué)習(xí)內(nèi)容，本文以其為例來討論動畫仿真技術(shù)在理工科專業(yè)課程中的應(yīng)用及教學(xué)效果。

教材中級的結(jié)構(gòu)大多為平面圖，僅包含噴嘴和動葉的截圖信息，無法準(zhǔn)確顯示實際汽輪機中級的葉柵結(jié)構(gòu)，學(xué)生難以通過空間想象獲得對級的認(rèn)識。而動畫仿真技術(shù)可將級的具體結(jié)構(gòu)以三維空間形式清晰顯示，改變視角即可獲得空間各位置處的部件組成及相互關(guān)系，將學(xué)生由原教材中平面圖的二維思維引向全三維立體思維。本文采用200MW汽輪機某高壓級的數(shù)據(jù)，由圖1可見此級中36片動葉通過所嵌裝葉輪過盈連接在轉(zhuǎn)軸上，皆屬于旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)子部件，而112片靜葉及所嵌裝隔板皆屬于靜止的靜子部件。

級的工作過程也是教學(xué)難點，學(xué)生較難一下子從平面圖接受動葉的旋轉(zhuǎn)原因，動畫仿真技術(shù)可對顯示動葉的旋轉(zhuǎn)及其與蒸汽的相互關(guān)系，本文采用動態(tài)模擬方法，將在流動過程中的工作蒸汽以球形粒子來代表，由于蒸汽流動速度和動葉旋轉(zhuǎn)速度飛快，故而需在保持二者速度相對值不變的基礎(chǔ)上，進行慢速動畫展示，以看清楚蒸汽和動葉的運動規(guī)律，選取兩個代表性時刻的截圖分別見圖2和圖3。圖2中蒸汽首先進入噴嘴流道中，其流至動葉時如圖3所示，這樣可以顯示出蒸汽在噴嘴流道和動葉流道中的流動過程、并由蒸汽位置反映出動葉的旋轉(zhuǎn)，即呈現(xiàn)出在蒸汽使轉(zhuǎn)子部件（包括動葉、葉輪和軸）的旋轉(zhuǎn)運動。通過對級的工作原理進行動畫仿真，可促使學(xué)生較容易理解蒸汽驅(qū)動動葉旋轉(zhuǎn)的作用，使得原來很難理解的內(nèi)容，在課堂上就能掌握，并有助于學(xué)生進一步學(xué)習(xí)掌握蒸汽對葉片的作用力、做功能力以及效率等連貫性知識。

（二）動畫仿真技術(shù)的功能

由上述實例可見，動畫仿真技術(shù)應(yīng)用于多媒體教學(xué)中，對不同內(nèi)容采用與其適合的動畫教學(xué)手法，可實現(xiàn)以下功能：

1.實現(xiàn)生動形象化的教學(xué)。相對于傳統(tǒng)的教學(xué)靜態(tài)圖像，動畫仿真使教學(xué)內(nèi)容變?yōu)樨S富生動的立體造型，便于觀察和認(rèn)識，提高了教學(xué)過程的生動性，把抽象的設(shè)備原理變?yōu)橹庇^的模型動畫，使學(xué)生更容易理解設(shè)備的空間結(jié)構(gòu)，獲得充分的感性認(rèn)識。

2.更加靈活地組織教學(xué)內(nèi)容。動畫仿真技術(shù)可從各個角度展示設(shè)備結(jié)構(gòu)，并可根據(jù)教學(xué)過程的需要，對局部重要結(jié)構(gòu)進行放大或縮小，以使學(xué)生充分獲得三維立體思維;動畫軟件處理還可展示現(xiàn)實不易觀察到的局部結(jié)構(gòu)，以及對設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行多角度展示，使各部分形象及其相互關(guān)系完整、清楚地展現(xiàn)。

3.動態(tài)模擬工作原理以解決教學(xué)難點。采用設(shè)備工作過程的動畫，學(xué)生可直觀的看到設(shè)備組件的運動過程，使設(shè)備運動中復(fù)雜的進程都得到清晰詳盡的展示;并通過模擬顯示技術(shù)，表現(xiàn)出肉眼不易觀察、難以想象的設(shè)備內(nèi)部工作狀態(tài)，比如顯示出蒸汽等工質(zhì)的流動軌跡，幫助學(xué)生更深刻地理解設(shè)備工作原理。

4.對虛擬形象實現(xiàn)直觀化教學(xué)。動畫仿真可對各種形象進行夸張、比擬和象征，使抽象的理論得到圖像化和動態(tài)化，用虛擬方式對理論做出易于理解的表達，使學(xué)生親身感受、充滿興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極主動性，實現(xiàn)最佳教學(xué)效果。

5.達到理論聯(lián)系實際的教學(xué)目標(biāo)。動畫仿真可涉及專業(yè)中的生產(chǎn)、加工、應(yīng)用等方面，使學(xué)生從形象的感知中獲得知識，在趣味的學(xué)習(xí)中形成技能，有效提高了學(xué)生對理工科工程實踐的感性認(rèn)識。

四、結(jié)語

多媒體教學(xué)將枯燥、抽象的理論賦予直觀、生動的形象，可使內(nèi)容、結(jié)構(gòu)和運動原理變得直觀，容易理解，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極參與度。采用動畫仿真技術(shù)，可把教學(xué)中抽象的、復(fù)雜的概念用生動形象的動畫形式體現(xiàn)出來。本文通過《汽輪機原理》中級的工作過程的動畫制作，課堂使用情況證明，本文所制作的動畫已達到了預(yù)期的效果，使課程難點和重點變得生動、簡單易學(xué)。研究表明，利用動畫技術(shù)進行教學(xué)能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，大大提高了教學(xué)質(zhì)量，在理工科專業(yè)課程的教學(xué)中應(yīng)積極合理使用，充分發(fā)揮它的巨大作用。

（項目來源：2012年度太原理工大學(xué)教育教學(xué)改革項目一般項目，項目名稱：《汽輪機原理》與《新型動力循環(huán)》集成化教學(xué)法研究）

注釋：

①鄭昌厚.論計算機多媒體技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].價值工程，2011（3）：172-172

②經(jīng)柏龍.論案例教學(xué)在教師專業(yè)課程教學(xué)中的運用[J].教育科學(xué)，2006（5）：39-42

③謝香云.師生互動對教學(xué)方法改革的影響[J].教育評論，2004（1）： 64-67

（作者單位：太原理工大學(xué)電氣與動力工程學(xué)院 山西太原 030024）

[第一作者簡介：崔志剛（1980—），男，山西長治人，太原理工大學(xué)電氣與動力工程學(xué)院講師，主要從事電廠汽輪機課程教學(xué)研究]

（責(zé)編;若佳）