动画仿真技术在理工科多媒体教学中的应用研究

工作原理，尤其对于肉眼不易观察到的设备内部具体结构，可使学生获得深刻的感性认识。文章以汽轮机原理课程中级的工作原理为例，采用3DS MAX制作其工作过程的动画，将动画仿真技术应用于专业课程的教学过程中，可有效促进学生的学习主动性以及记忆力，并直接对教学起到节约时间、提高质量的积极作用。

关键词：多媒体教学 3DS MAX软件 动画仿真技术 理工科专业课程

中图分类号：G642.1

文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2015）08-223-02

引言

随着多媒体技术的广泛应用，采用先进教学设备的多媒体教学，使得教学模式不断发展，实现了教育技术的现代化发展。为了提高单位时间的教学密度，降低劳动强度，同时加强学生学习的主动积极性，有效提高教学效果，高校教师要更新教育思想和教学观念，从教学内容、形式、方法等角度不断地开展综合化改革，以满足广大学生渴望探索和掌握知识、培养创造性思维和自学能力的需求。

理工科专业课程内容抽象，包括专业设备运行原理、结构和设计等综合性知识，具有很强的理论性和实践性。利用设备的静态图片来讲述的传统教学方式，缺乏直观性和趣味性，学生无法获得形象的感性认识，学习过程单调枯燥、难于掌握。针对这种教学效果较差的现状，将动画仿真技术应用于专业课程的教学过程，以三维模型来展示设备结构、以动画展现运行原理，使学生更好地理解和接受课程内容。这样教师能顺利进行教学过程的各个环节，学生也获得丰富的学习兴趣，使得学习效率大大提高，达到深刻理解并灵活运用，进一步培养创造性能力的目的。

一、多媒体教学

（一）多媒体教学的特点

多媒体教学集成了各种多媒体技术共同来呈现教学内容，把各种信息形式包括声音、文字、图形、影像、动画等进行加工组合，具有突出的集成性、交互性和教育性①，教师有更多的时间与学生进行交流，是一种新型的教育形式和现代化教学手段，明显提高了教学效率。

（二）动画仿真技术的应用

利用动画制作软件及图像处理技术，动画仿真技术对一系列静止的图像画面，进行连续播放以得到运动效果。其应用于多媒体教学中，运用充分的感性资料进行形象直观的教学，可使课堂教学更具有丰富的吸引力和感染力，具有生动、丰富、即时反馈等特点，有效提高了教学质量。

动画仿真技术可使教材中枯燥、抽象、静态的教学内容更加具体、直观、动态地展现出来，可起到突出重点、激发学生的学习兴趣以及集中注意力的作用。其以形象的视听觉刺激，让学生从生动活泼的画面中自己分析、展开联想，而获得深刻的抽象认识，具有传统教学方式无法达到的效果。课堂互动性大大增强，充分发挥学生的主动性和积极性，加深对学习内容的印象和理解，达到更好的教学效果。

二、理工科专业课程教学

（一）理工科教学特点

理工科类专业课程不仅涵盖知识体系庞大的内容，还通常与实际工程紧密联系，在社会不断发展的背景下，教学内容从基础理论到前沿技术应用更新速度很快。理工科专业课程的教学要求学生在掌握理论基础上，着重提高动手实践能力，做到实践教学与理论教学的有效结合是课程教学重点。教师采用多媒体讲授方式进行生动的专业知识教学，并结合新技术专题讲座;同时以工程实习和案例教学方式②来培养学生的实践能力。

（二）专业课程教学难点

理工科专业课程的传统教学方式主要是采用黑板、挂图、模型、幻灯等教具进行教学，这些方式缺乏动感，存在灵活性差、局限性大等缺点，讲授过程往往因循守旧、表述单调，无法快速使学生形成空间想象能力，教学过程中学生被动接受，师生间交流和学生间协作很少③，无法使学生积极投入课堂之中，形成学生难于理解的教学结果。

动画仿真技术作为一种生动活泼的教学形式，使抽象变形象、复杂变简单，并有助于激发学生的兴趣，让学生由被动接受知识变为主动学习知识。对于专业设备的结构特性、运动原理、工作过程等抽象的内容，难以形象讲述，制成动画模拟片段后，可使学生对抽象、复杂的设备结构和工作原理有了形象化的认识，较为容易理解接受，达到良好的教学效果。

三、动画仿真技术的应用及功能

（一）动画仿真应用实例

《汽轮机原理》作为能源与动力工程专业的重要课程，其针对汽轮机设备的结构、工作原理展开学习内容，本文以其为例来讨论动画仿真技术在理工科专业课程中的应用及教学效果。

教材中级的结构大多为平面图，仅包含喷嘴和动叶的截图信息，无法准确显示实际汽轮机中级的叶栅结构，学生难以通过空间想象获得对级的认识。而动画仿真技术可将级的具体结构以三维空间形式清晰显示，改变视角即可获得空间各位置处的部件组成及相互关系，将学生由原教材中平面图的二维思维引向全三维立体思维。本文采用200MW汽轮机某高压级的数据，由图1可见此级中36片动叶通过所嵌装叶轮过盈连接在转轴上，皆属于旋转的转子部件，而112片静叶及所嵌装隔板皆属于静止的静子部件。

级的工作过程也是教学难点，学生较难一下子从平面图接受动叶的旋转原因，动画仿真技术可对显示动叶的旋转及其与蒸汽的相互关系，本文采用动态模拟方法，将在流动过程中的工作蒸汽以球形粒子来代表，由于蒸汽流动速度和动叶旋转速度飞快，故而需在保持二者速度相对值不变的基础上，进行慢速动画展示，以看清楚蒸汽和动叶的运动规律，选取两个代表性时刻的截图分别见图2和图3。图2中蒸汽首先进入喷嘴流道中，其流至动叶时如图3所示，这样可以显示出蒸汽在喷嘴流道和动叶流道中的流动过程、并由蒸汽位置反映出动叶的旋转，即呈现出在蒸汽使转子部件（包括动叶、叶轮和轴）的旋转运动。通过对级的工作原理进行动画仿真，可促使学生较容易理解蒸汽驱动动叶旋转的作用，使得原来很难理解的内容，在课堂上就能掌握，并有助于学生进一步学习掌握蒸汽对叶片的作用力、做功能力以及效率等连贯性知识。

（二）动画仿真技术的功能

由上述实例可见，动画仿真技术应用于多媒体教学中，对不同内容采用与其适合的动画教学手法，可实现以下功能：

1.实现生动形象化的教学。相对于传统的教学静态图像，动画仿真使教学内容变为丰富生动的立体造型，便于观察和认识，提高了教学过程的生动性，把抽象的设备原理变为直观的模型动画，使学生更容易理解设备的空间结构，获得充分的感性认识。

2.更加灵活地组织教学内容。动画仿真技术可从各个角度展示设备结构，并可根据教学过程的需要，对局部重要结构进行放大或缩小，以使学生充分获得三维立体思维;动画软件处理还可展示现实不易观察到的局部结构，以及对设备内部结构进行多角度展示，使各部分形象及其相互关系完整、清楚地展现。

3.动态模拟工作原理以解决教学难点。采用设备工作过程的动画，学生可直观的看到设备组件的运动过程，使设备运动中复杂的进程都得到清晰详尽的展示;并通过模拟显示技术，表现出肉眼不易观察、难以想象的设备内部工作状态，比如显示出蒸汽等工质的流动轨迹，帮助学生更深刻地理解设备工作原理。

4.对虚拟形象实现直观化教学。动画仿真可对各种形象进行夸张、比拟和象征，使抽象的理论得到图像化和动态化，用虚拟方式对理论做出易于理解的表达，使学生亲身感受、充满兴趣，提高学生学习的积极主动性，实现最佳教学效果。

5.达到理论联系实际的教学目标。动画仿真可涉及专业中的生产、加工、应用等方面，使学生从形象的感知中获得知识，在趣味的学习中形成技能，有效提高了学生对理工科工程实践的感性认识。

四、结语

多媒体教学将枯燥、抽象的理论赋予直观、生动的形象，可使内容、结构和运动原理变得直观，容易理解，提高学生的学习兴趣和积极参与度。采用动画仿真技术，可把教学中抽象的、复杂的概念用生动形象的动画形式体现出来。本文通过《汽轮机原理》中级的工作过程的动画制作，课堂使用情况证明，本文所制作的动画已达到了预期的效果，使课程难点和重点变得生动、简单易学。研究表明，利用动画技术进行教学能调动学生的学习兴趣，大大提高了教学质量，在理工科专业课程的教学中应积极合理使用，充分发挥它的巨大作用。

（项目来源：2012年度太原理工大学教育教学改革项目一般项目，项目名称：《汽轮机原理》与《新型动力循环》集成化教学法研究）

注释：

①郑昌厚.论计算机多媒体技术的现状及发展趋势[J].价值工程，2011（3）：172-172

②经柏龙.论案例教学在教师专业课程教学中的运用[J].教育科学，2006（5）：39-42

③谢香云.师生互动对教学方法改革的影响[J].教育评论，2004（1）： 64-67

（作者单位：太原理工大学电气与动力工程学院 山西太原 030024）

[第一作者简介：崔志刚（1980—），男，山西长治人，太原理工大学电气与动力工程学院讲师，主要从事电厂汽轮机课程教学研究]

（责编;若佳）

推荐访问:仿真技术 在理 工科 多媒体 动画