創新模式下數字動畫在能源學科實驗教學中的應用研究

馬曉林

（西安科技大學，陜西西安 710059）

創新模式下數字動畫在能源學科實驗教學中的應用研究

馬曉林

（西安科技大學，陜西西安 710059）

能源學科作為科研型、實踐性為主導的專業，實驗教學在能源教學領域中的地位顯得尤為重要。數字動畫隨著技術的不斷更新和發展，數字動畫所具有直觀形象的特點，通過動態圖形可視化、生動的地將能源實驗展現在學生面前，使學生從生動的畫面中了解知識點，并可重復、可逆的了解專業知識，從而達到闡明教學內容。通過分析數字動畫在能源科學實驗教學中的應用形式和應用方法的研究分析，總結出數字動畫在能源科學實驗教學中的優勢和必要性。

數字動畫；實驗教學；視覺表現

1 數字動畫在能源學科實驗教學中的應用現狀

1.1 數字動畫在實驗教學中的應用現狀

數字動畫在時間上具有很強的連續性，適用于事件的表現過程，相對于靜態圖像而言,其信息更加豐富、生動，表現力更自然。數字動畫含有二維動畫、三維動畫、虛擬現實動畫、交互動畫幾個分類，所具有直觀形象的特點，能把語言、文字難于表現的事物形象通過動態圖形，視覺的、生動的地展現在學生面前，使學生從生動的畫面中了解知識點。由于數字動畫具有無限的可塑性和創造性，因此在實驗教學活動中，它的表現范圍非常廣泛，大到無邊無垠的宇宙空間，小到肉眼看不到的原子、電子和微生物，甚至沒有形象的抽象定義、邏輯思維等。通過用高度集中、簡化的手法加以形象化，準確、形象地表達事物的現象和本質，使枯燥的知識內容、瞬間的實驗過程、繁瑣的實驗操作變得活潑，便于觀察和記錄，強化對實驗的理解和記憶加深。在人體解刨學教學中，可以利用圖片和動畫來展現人體結構的特點，以一種新穎而生動的手法向學生活靈活現的講解人體解剖，在教學課堂上產生了非常好的教學效果。利用三維動畫使學生對器官的立體結構以及內部交通情況產生一個非常深刻的認識。同時在化學實驗教學中的應用也取得了顯著的效果。一方面通過實物模擬再現，容易喚起學生可能淡化了的記憶，使記憶進一步加深；另一方面通過對比模擬實驗，可以深化對新舊知識的認識。在固體物理學的計算機輔助教學中，采用三維動畫動態模擬晶格結構，形象直觀，給學生創造了很真實的物理情境，使學生能同步從多角度觀察，從而可以把復雜抽象的概念轉化為可輕松接受的物理圖像。

1.2 能源學科實驗教學的現狀

在現階段，能源危機與環境污染已成為制約人類社會進步和發展的兩大障礙。國家經濟的可持續發展，甚至全球經濟的可持續發展對能源相關專業人才提出了新的要求，要求其能夠盡快從事生產、科研等實踐工作。各高校能源相關專業是培養人才的重要窗口，就肩負著培養具有豐富專業知識和實踐經驗專業人才的重要使命。在人才培養中，能源專業實驗教學是能源類專業的重要課程之一。

目前現有的實驗教學模式主要是課堂理論講述，然后在實驗室進行操作，理論知識和實驗實訓操作脫節，講授理論知識實驗、實訓設備為靜態圖形或者文字描述，無法及時的獲得實驗過程、實驗數據、實驗現象、實驗結果的深刻理解和認識。同時不能夠有效的規范實驗操作。實驗教學中，學生一邊聽講一邊實際操作，授課現場比較混亂，聽課效果也受到了影響。同時，班級人數較多，教師需要同時指導20～30個學生，教師的教學效果和教學精力都會顯得不足。

2 數字動畫在能源學科實驗教學中應用優勢

能源學科的課程特點主要體現為“內容多”、“知識新”和“重實踐”三個方面。“重實踐”是指課程與工程實踐密切相關，所學內容大多是實實在在的工程裝置，理論和實踐必須做到高度的統一。能源科學實驗教學中，實驗相關知識表述主要是靜態文字和圖形的方式，學生對于知識的接受、理解難度較大，實驗教學活動通過數字動畫的形象性、真實性、虛擬現實特性，把抽象的東西通過視覺元素表現出來，具有獨特的表現力和感染力。通過數字動畫的表現特征運用到能源科學實驗教學中運用方式有三點。第一，通過二維動畫演示實驗的理論原理；第二，通過三維動畫立體全方位的演示實驗過程和原理；第三，通過交互動畫學生參與到實驗演示中。能源科學實驗因為專業特殊性，涉及化學、物理、電力等學科領域，實驗過程會出現許多的不定因素和偶然情況的發生，具有較高的危險性。通過數字動畫對能源科學實驗的表現，能夠最大限度的降低實驗教學過程中的危險性，為學生熟悉實驗過程增加安全保障。同時實現實驗過程的重復演示和可逆演示。在有些科學實驗中，實驗過程是不可停止，或者不可以暫停的，實驗現象非常短暫。通過數字動畫能夠延長實驗過程中現象的演示和展現，有效地提高了學生對于實驗過程和原理的理解、吸收。

在實驗教學實際操作過程中，由于學生對實驗不熟悉操作，每一次的實驗都是對能源造成一定的浪費，通過數字動畫對實驗過程的展示和模擬，可以有效的節約實驗時間和資源成本。同時，隨著數字動畫技術的發展，三維虛擬動畫技術得到迅速的普及，在醫療、軍事、游戲、科研等領域運用越來越多。在能源科學實驗教學中引入三維虛擬動畫技術，完成對實驗的模擬。形成一個試驗數據庫，里面包含有實驗儀器、實驗藥品、實驗道具以及實驗效果模擬動畫。學生可以通過虛擬平臺操作來完成實驗過程。首先學生能夠在不損耗儀器和設備的情況下，可以接觸到最先進的實驗、設備的操作，有效地提高了學生對新科技的接觸和吸收。其二，在虛擬實驗操作過程中，學生可以多次重復實驗過程中的部分實驗操作，從而達到針對性的實驗教學。其三，通過虛擬實驗操作平臺，可以記錄學生的操作過程和操作數據，通過三維動畫進行演示，可以讓學生了解實驗操作過程中所出現的錯誤部分，教師根據操作情況完成成績評定和針對輔導。

3 數字動畫在能源學科實驗教學中的應用意義

能源科學內涵豐富，是一門綜合性強、涉及面廣、與國民經濟密相關的學科。從能源科學本身發展看，能源科學是研究能源在開采和利用中的基本規律及其應用的科學。由于能源的多樣性，能源科學的研究必然要涉及到眾多的學科，例如化學、物理、生物等眾多領域。不同學科領域之間的交叉、綜合已成為當代能源科學科研、發展的一個基本趨勢與特征。能源科學實驗的教學方式受到科研機構、教學機構的廣泛關注。

數字動畫運用于能源科學實驗教學活動中，針對能源科學實驗的特征，通過運用數字動畫的美學特征和技術特點，豐富能源科學實驗的教學方式，增強能源科學實驗相關知識的形象、準確傳播。數字動畫運用于實驗教學活動中的理論意義，是在于把數字動畫技術和能源科學實驗知識相結合，提出實驗教學新的教學形式理論，為能源科學實驗教學的有效性、安全性、準確性提出理論支持和經驗。

根據能源科學的學科特征，歸納出數字動畫運用到實驗教學中的方式和表現手法。運用數字動畫具有連續性特點，在實驗教學中通過優化實驗教學方法，運用數字動畫的手段和特點闡述、表現實驗的內容和原理，精心設計數字動畫在實驗教學中的使用方式，利用連貫性、趣味性和直觀性的特點，滿足能源科學實驗教學的需要，在能源科學實驗教學中起到重要的作用。

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2096-4110（2017）03（c）-0050-02