Flash動畫在激光課程中的應(yīng)用意義

申子鉞 褚云婷 鄧浩國 姜璐宜 陳秀艷

摘 要：激光的發(fā)明到現(xiàn)在已經(jīng)有將近60年了，期間對于激光理論的研究以及技術(shù)的應(yīng)用有了快速的發(fā)展，并且對現(xiàn)代人類社會科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生了深刻的影響，傳統(tǒng)的教學(xué)的方式和推廣有很大的局限性，不方便教育者的解說以及學(xué)習(xí)者的理解。文章分析了“激光原理”課程基于Flash動畫制作進行教學(xué)改革的意義，并結(jié)合“激光原理”課程的特點，提出創(chuàng)新型的教育教學(xué)改革方案。

關(guān)鍵詞：激光；Flash動畫；應(yīng)用意義

1916年愛因斯坦就預(yù)言了激光，直到1960年第一臺激光器才被首次成功制造問世。隨后很長一段時間內(nèi)，許多不同種類的激光器被陸續(xù)研究制造出來，激光使人們運用前所未有的先進方式和方法，獲得空前的效益和成果，進一步促進了生產(chǎn)力的發(fā)展。激光技術(shù)的研究也不斷深化到多層領(lǐng)域中。從在教學(xué)課件發(fā)展中得到了廣泛應(yīng)用的Flash動畫入手，將激光知識中的一些物理過程用動畫的形式演示出來，通過這樣的方式有利于學(xué)習(xí)者理解。

1 激光與激光原理

1.1 激光

激光已經(jīng)應(yīng)用到人們的生活、科研、工業(yè)、醫(yī)學(xué)、軍事等方方面面。生活上，我們經(jīng)常接觸到的DVD、數(shù)碼相機、智能手機、激光打印復(fù)印等都應(yīng)用了激光技術(shù)；科研上，激光可以為我們提供測量基準(zhǔn)，提供極端物理條件，可以作為先進的光源；工業(yè)上，激光是信息通信、存儲、準(zhǔn)直、導(dǎo)航定位、加工、表面處理等必不可少的工具；醫(yī)學(xué)上，激光美容、激光手術(shù)已經(jīng)為我們所熟知；軍事上，激光技術(shù)更是深入到了武器裝備的方方面面，因此，激光技術(shù)被列為國家戰(zhàn)略支撐技術(shù)。激光的發(fā)光原理就在于激發(fā)態(tài)的原子由于受到外來光的激勵作用便躍遷到低能級，在同一時間內(nèi)發(fā)出一個與外來激勵光子完全一樣的光子，從而可以實現(xiàn)光的放大。激光的形成則是依據(jù)介質(zhì)內(nèi)的受激輻射向外部發(fā)出大量光子，在光和物質(zhì)的相互作用下，介質(zhì)中存在吸收與受激輻射的同時，在高能級上存在的粒子也可以通過自發(fā)輻射而釋放出光子。由此產(chǎn)生激光必須具備3個條件：激光工作物質(zhì)（提供放大作用的增益介質(zhì)）、外界的激勵源（可以實現(xiàn)上下能級粒子數(shù)反轉(zhuǎn)）、光學(xué)諧振腔（用于增長激活介質(zhì)的工作長度、控制光束的傳播方向、選擇被激輻射光頻率以提高單色性）。

如圖1所示，原子系統(tǒng)中存在兩個能級E2和E1，它們之間滿足輻射躍遷的定則，假如受到的外來能量為hv= E2·E1的光照射在它上時，E2能級的原子由于受到外來光的激勵作用以至于原子躍遷到能級較低的E1上去，幾乎相同的時間內(nèi)發(fā)射出一個與外來光子完全相同的光子[1]。

1.2 激光原理

“激光原理”是理工類院校光信息、光電類和物理專業(yè)的必修專業(yè)課，介紹了激光發(fā)展簡史及激光的特性，激光產(chǎn)生的基本原理，光學(xué)諧振腔與激光模式，高斯光束，激光工作物質(zhì)的增益特性，激光器的工作特性，激光特性的控制與改善，典型激光器，半導(dǎo)體激光器，光通信系統(tǒng)中的激光器和放大器，激光全息技術(shù)，激光與物質(zhì)的相互作用，以及激光在其他領(lǐng)域的應(yīng)用等內(nèi)容。

當(dāng)前大部分學(xué)校該課程還維持著傳統(tǒng)的教學(xué)模式，主要存在以下問題：

（1）傳統(tǒng)的教學(xué)的方式和推廣有很大的局限性，不方便教育者的解說以及學(xué)習(xí)者的理解。

（2）傳統(tǒng)教學(xué)方法缺乏吸引力，教學(xué)效果不理想。在傳統(tǒng)的“激光原理”教學(xué)中，理論計算、分析和講解處于主導(dǎo)地位。我們認為，目前更需要生動形象的教學(xué)，需要現(xiàn)代化的教學(xué)手段，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，提高學(xué)生的思維水平和創(chuàng)新能力。

2 Flash動畫

世界上第一部動畫從誕生到如今已經(jīng)有100多年歷史，動畫片作為一種藝術(shù)形式，如今充分地融入我們每個人的日常生活當(dāng)中。動畫的原理和電影相似，同樣都是利用人眼的“視覺暫留”現(xiàn)象，面對一幅幅靜止的畫面進行不斷連續(xù)放映時，整個過程看起來會像是在“運動”的。但是動畫與電影的不同之處在于，它拍攝對象不是演員人物，而是動畫師們用手繪畫出的一張張生動逼真的圖片，F(xiàn)lash動畫與經(jīng)典動畫相同，由一系列連續(xù)運動的圖片幀組成，數(shù)個幀按一定順序排列、再按一定的速度播放就組成了一個動畫運動的效果。需要做的很多動作，通過設(shè)計師創(chuàng)作出起始畫面和結(jié)束畫面就能夠完成，剩余的部分只要利用計算機自動運算出結(jié)果，相比較于經(jīng)典動畫不僅節(jié)省了大量動畫制作時的勞動投入。并且以這種方式不但可以制作出移動、縮放、旋轉(zhuǎn)、色彩漸變、加速與減速和設(shè)置路徑等一些動畫特殊效果，而且生成的動畫文件在體積占比上也會小很多。由于Flash采用的是Action Script對象語言，使得Flash有了非常大的擴展空間。制作人員可以輕易添加很多網(wǎng)絡(luò)中常見的交互動畫，使用戶直接參與，對Flash入門制作者的軟件知識水平要求也不是很高[2]。

3 結(jié)合意義

從Flash環(huán)節(jié)入手，將激光原理的技術(shù)過程演示用動畫的形式展現(xiàn)出來，彌補了傳統(tǒng)教學(xué)模式的不足。該模式充分利用了信息化技術(shù)和新媒體資源，不但增加了學(xué)生的參與性，滿足了學(xué)生反復(fù)學(xué)習(xí)的需求和答疑需求，更改變了教學(xué)過程中的關(guān)系，使得師生可以雙向互動。這對于“激光原理”這種理解難度大的課程，是一種很好的解決方案。

4 結(jié)合方式

4.1 教學(xué)形式創(chuàng)新

通過課堂上的教學(xué)，課程課時少、難度大、教學(xué)任務(wù)繁重，教師為了保證完成教學(xué)內(nèi)容，許多知識點無法進行詳細講解，使學(xué)生無法深入理解相關(guān)知識，通過Flash動畫演示的方式直觀清楚、言簡意賅地向?qū)W生展示最基本、最核心的物理過程，使學(xué)生在最短的時間內(nèi)理解并掌握核心的物理過程。Flash動畫獨立于瀏覽器之外，給瀏覽器加入相應(yīng)的插件就可以觀看。制作水平高的Flash動畫可在各種平臺和操作系統(tǒng)播放，任何訪問者看到的內(nèi)容和效果都是一樣的，甚至連字體大小和色彩都不會因為平臺的不同而產(chǎn)生任何變化[3]，使得教學(xué)形式多樣化，甚至學(xué)生課下可以自己制作理解，課上學(xué)生帶著遇到的難點和疑問，在課堂上與教師和其他同學(xué)進行互動學(xué)習(xí)、共享和討論。

4.2 教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)新

通過針對“激光原理”課程中的重點、難點，有的放矢、有針對性地進行Flash動畫的制作與講解（見圖2），例如電光調(diào)Q、聲光調(diào)Q、染料調(diào)Q、電光偏、聲光偏轉(zhuǎn)、機械偏轉(zhuǎn)[4]等核心且較難理解的物理原理，使學(xué)生圖片化地理解和掌握重點和難點內(nèi)容。

5 結(jié)語

在新教育環(huán)境下，教學(xué)方式應(yīng)該向多樣化趨勢發(fā)展。Flash不僅在教學(xué)方面有很大的應(yīng)用空間，通過Flash動畫能很生動、形象地表達出激光原理知識的技術(shù)過程。在其他的領(lǐng)域中，F(xiàn)lash也有非常大的應(yīng)用前景。本文所提出的Flash動畫制作在“激光原理”課程中的應(yīng)用，降低了“激光原理”課程核心內(nèi)容的理解難度，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，對“激光原理”課程在本科基礎(chǔ)教育中有著重大意義。

[參考文獻]

[1]陳家璧，彭潤玲.激光原理及應(yīng)用[M].3版.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2]李綱，余婕.flash CS6動畫設(shè)計與制作[M].北京：電子工業(yè)出版社，2017.

[3]賈玉珍，王緒宛.Flash CS6中文版基礎(chǔ)教程[M].北京：北京人民郵電出版社，2017.

[4]周炳琨.激光原理[M].北京：電子工業(yè)出版社，1980.