3D動畫技術(shù)支持的高中物理建模與教學(xué)實(shí)踐

林國

摘 要：現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，促使很多信息技術(shù)與教育教學(xué)進(jìn)行了有機(jī)融合，其中3D動畫技術(shù)在物理教學(xué)中被逐步應(yīng)用起來，促使物理教學(xué)現(xiàn)代化、智能化、信息化，有助于提升教學(xué)質(zhì)量與水平，為學(xué)生構(gòu)建出高質(zhì)量的物理課堂教學(xué)模式。為此，本文分析了采用3D動畫技術(shù)構(gòu)建物理模型的優(yōu)勢，并提出了具體實(shí)踐方法，最后針對當(dāng)前應(yīng)用進(jìn)行了反思，希望可以為相關(guān)物理教育工作者提供參考。

關(guān)鍵詞：高中物理;物理教學(xué);3D動畫技術(shù);實(shí)踐方法

從當(dāng)前大部分高中物理教師實(shí)際教學(xué)情況看，依然在采用傳統(tǒng)教學(xué)模式，固化的教學(xué)方式嚴(yán)重阻礙了學(xué)生物理邏輯思維能力、觀察能力、分析能力、實(shí)踐能力的提升。同時，課堂知識講授模式非常理論化，高中生學(xué)習(xí)壓力本來就大，導(dǎo)致學(xué)生覺得非常枯燥乏味，致使物理學(xué)習(xí)興趣不斷下降，對此，需要積極改變此種情況，充分發(fā)揮出3D動畫技術(shù)的優(yōu)勢，豐富教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新教學(xué)形式，吸引學(xué)生興趣，進(jìn)而有效調(diào)動學(xué)生積極性，自主參與到物理學(xué)習(xí)中。

一、采用3D動畫技術(shù)構(gòu)建物理模型的優(yōu)勢

（一）實(shí)現(xiàn)師生充分交互

傳統(tǒng)動畫的制作過程非常煩瑣，在3D動畫初始階段，需要花費(fèi)大量的各類資源才可以完成一部優(yōu)質(zhì)的動畫。而隨著現(xiàn)代科技水平的不斷提升，動畫已經(jīng)逐步應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｉ钪械母鱾€方面，此種發(fā)展趨勢有利于降低動畫制作開支，與此同時，也實(shí)現(xiàn)了動畫與人之間的信息交流。也正是因為3D動畫軟件不斷開發(fā)、應(yīng)用，為高中物理學(xué)科的教學(xué)提供了充足的支持，將其引入到物理課堂中，有助于提升物理教學(xué)效果，增加師生互動性，進(jìn)而強(qiáng)化教學(xué)效果，幫助學(xué)生更好地理解物理知識。

（二）有助于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

高中物理知識本身就具有一定難度，很多知識點(diǎn)都非常抽象，所以，物理學(xué)科是很多高中生學(xué)習(xí)的一道坎，如果教師講解的內(nèi)容再枯燥乏味，則會直接導(dǎo)致學(xué)生逐步喪失物理學(xué)習(xí)興趣，影響到學(xué)習(xí)成績。興趣一直是學(xué)生各個學(xué)習(xí)階段的重要驅(qū)動力，因此，引入3D動畫技術(shù)，將課本上靜態(tài)的知識轉(zhuǎn)化為動態(tài)效果，能夠極大地吸引學(xué)生注意力，對學(xué)生自主探究物理知識，產(chǎn)生學(xué)習(xí)欲望起到重要作用。在3D動畫的作用下，給予了學(xué)生視覺上的沖擊。同時，也豐富了教學(xué)類型，為物理教學(xué)創(chuàng)造了良好的獨(dú)特條件，有助于教師運(yùn)用多種方式展示物理知識，進(jìn)而達(dá)到預(yù)期教學(xué)成果。

（三）更加直觀形象地展現(xiàn)物理內(nèi)容

物理學(xué)科本身屬于一門科學(xué)，其中的內(nèi)容講究真實(shí)性，所以，借助3D動畫技術(shù)展現(xiàn)的內(nèi)容也必須符合實(shí)際，要以科學(xué)為依據(jù)，不能隨意制作。從高中物理知識結(jié)構(gòu)看，當(dāng)中很多知識系統(tǒng)都是以具體實(shí)物，模擬實(shí)驗等展現(xiàn)，相對復(fù)雜，但在實(shí)際教學(xué)過程中，由于受到實(shí)驗場地、實(shí)驗器材、實(shí)驗條件、經(jīng)費(fèi)等很多因素影響，導(dǎo)致部分物理實(shí)驗不具備在課堂進(jìn)行的條件[2]。而采用3D動畫技術(shù)，將一些大型、復(fù)雜的實(shí)驗以動畫的方式動態(tài)化展現(xiàn)，有助于更好地展現(xiàn)物理知識，借助非常直觀、形象的方式將日常生活中遇到的物理問題，涵蓋的物理知識充分展現(xiàn)，可以提升教師教學(xué)效率與效果，幫助學(xué)生理解物理知識。

二、3D動畫技術(shù)支持下的高中物理課堂教學(xué)實(shí)踐分析

（一）明確教學(xué)內(nèi)容

本文主要以高中物理魯科版教材為例，選取了電磁感應(yīng)相關(guān)內(nèi)容，其中“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”這部分內(nèi)容需要使用到3D動畫技術(shù)。在“探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件”時，為達(dá)到教學(xué)目標(biāo)，需要先讓學(xué)生觀察到實(shí)驗現(xiàn)象，并引導(dǎo)其分析實(shí)驗現(xiàn)象，最終才可以歸納并總結(jié)出感應(yīng)電流的產(chǎn)生的條件。但在實(shí)際講授時，會遇到一些情況，比如：實(shí)驗現(xiàn)象不明顯，還有部分學(xué)校本身是沒有實(shí)驗條件的，而學(xué)生方面則是無法理解實(shí)驗現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，主要是因為磁感線是一種看不見、摸不著的物理現(xiàn)象[3]，而高中學(xué)生本身是不具備理解這一過程的能力，也想象不出磁場變化情況。因此，在此部分內(nèi)容教授時，教師可以引入3D動畫以輔助學(xué)生的學(xué)習(xí)。

（二）3D動畫技術(shù)制作物理模型

首先，在軟件選擇上，3D動畫制作軟件一般主要有3DsMAX、Cult3D、Uleadcool3D、Maya等，具體選擇哪一種，需要考慮軟件操作難度、兼容性、效果是否可以滿足教學(xué)需求等，綜合分析后，本文選擇3DsMax進(jìn)行操作。3D教學(xué)動畫需要較高質(zhì)量的素材，才可以保證呈現(xiàn)出的動畫效果。物理教師在制作過程中，可以通過網(wǎng)絡(luò)途徑進(jìn)行下載，比如：3D溜溜俠[4]，具備較高技術(shù)能力的教師也可以自己制作。但無論是選擇何種素材，都需要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容出發(fā)，選擇符合教學(xué)要求素材，防止搜集或者制作的素材與教學(xué)需求不符，做了無用功。

其次，要利用3DsMAX創(chuàng)建模型，主要經(jīng)過創(chuàng)建模型、添加材質(zhì)、創(chuàng)建燈光幾個過程，一些復(fù)雜的模型可以直接利用軟件中提供的基礎(chǔ)模型進(jìn)行構(gòu)建。而后，在動畫方面，借助3DsMAX設(shè)置關(guān)鍵幀，設(shè)置并計算出每個動作之間的時間以及具體動作位置，達(dá)到預(yù)期要求，在系統(tǒng)的作用下，會自動形成運(yùn)動軌跡。

最后，在動畫設(shè)置后，需要進(jìn)行格式保存，做好渲染處理，得到一段完整的動畫或者一些序列圖片。而對于視頻的后期處理與加工，教師可以根據(jù)教學(xué)需求，加入配音、文字講解等，剪輯美化動畫等[5]。

（三）設(shè)計思路

基于新課改理念下，教師在實(shí)際教學(xué)中除了要讓學(xué)生掌握知識與技能之外，更要學(xué)會學(xué)習(xí)的方法。在本節(jié)教學(xué)過程中，為培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)習(xí)興趣，提升其探究能力，整節(jié)課以探究式教學(xué)模式為主，在其中可以參合演示法、歸納法、多媒體輔助法等輔助教師教學(xué)。啟發(fā)學(xué)生思考，進(jìn)而激起學(xué)生的知識探究欲望，主動分析、解決問題，并借此過程學(xué)會科學(xué)探究的方法[6]。

（四）教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)情境

首先，在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)，可以采用創(chuàng)設(shè)情境的方式，教師通過控制教室燈的亮滅，吸引學(xué)生注意力，激發(fā)其好奇心，并向?qū)W生提出問題：“電是如何產(chǎn)生的？”而后，利用多媒體播放課前準(zhǔn)備好的視頻，創(chuàng)造問題情境，啟發(fā)學(xué)生調(diào)用過往學(xué)過的電和磁的關(guān)系。通過此種情境帶入的方式使得學(xué)生快速進(jìn)入學(xué)習(xí)狀態(tài)，為后續(xù)教學(xué)做好鋪墊。

2.新課講授

由于探究感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件的客觀以及主觀條件的制約，需要借助輔助手段完成教學(xué)。在實(shí)際教學(xué)中，需要運(yùn)用到3D動畫，幫助學(xué)生直觀地看到實(shí)驗現(xiàn)象，進(jìn)而彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，借助3D動畫技術(shù)模擬實(shí)驗中電磁線的運(yùn)動情況，可以更加清晰地展現(xiàn)出電磁強(qiáng)度變化，化抽象為具體，為學(xué)生創(chuàng)建出真實(shí)的實(shí)驗氛圍，有助于幫助學(xué)生進(jìn)一步深入理解產(chǎn)生感應(yīng)電流條件。

在實(shí)際講解中，教師可以先引導(dǎo)學(xué)生回憶初中學(xué)過的閉合電路知識，并向?qū)W生提問：“產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件是什么？”接著播放3D動畫教學(xué)視頻，引導(dǎo)學(xué)生觀察實(shí)驗現(xiàn)象并填寫實(shí)驗表格。利用過往學(xué)習(xí)知識的導(dǎo)入引發(fā)學(xué)生對新知識的思考，幫助學(xué)生理解，并為后續(xù)實(shí)驗規(guī)律的推導(dǎo)奠定基礎(chǔ)。接著，教師向?qū)W生提出問題：“是否只有切割磁感線才能產(chǎn)生感應(yīng)電流，還有哪些情況可以產(chǎn)生感應(yīng)電流？”小組討論后，繼續(xù)觀察“磁鐵插入、抽出線圈實(shí)驗”“模擬法拉第實(shí)驗”的實(shí)驗現(xiàn)象。并引導(dǎo)學(xué)生針對現(xiàn)象進(jìn)行充分討論，促使學(xué)生自主獲得認(rèn)知，同時也培養(yǎng)學(xué)生分析能力、表達(dá)能力[7]。當(dāng)學(xué)生得出結(jié)論后，讓學(xué)生結(jié)合自己的實(shí)驗記錄，分析其共同特征，分組討論、發(fā)言，最終在教師的引導(dǎo)下進(jìn)行歸納總結(jié)。

3.課后延伸

為進(jìn)一步提升學(xué)生對知識的理解與掌握，教師可以向?qū)W生提問，讓學(xué)生在課后自主探究。比如：讓學(xué)生從生活實(shí)際出發(fā)，思考還有哪些電磁感應(yīng)現(xiàn)象，并提示學(xué)生如果利用導(dǎo)線制成繩子，能否發(fā)電。借此延伸課堂知識，促使學(xué)生感受到物理知識與日常生活之間的關(guān)聯(lián)，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生對物理不斷探索的欲望。

三、高中物理3D動畫教學(xué)反思

一方面，從多數(shù)制作的物理動畫看，當(dāng)中部分物理知識存在科學(xué)上的錯誤，教師制作積極性不高。對此，學(xué)?？梢蚤_設(shè)3D動畫制作方面的培訓(xùn)課程，加強(qiáng)對教師的動畫制作知識與能力培訓(xùn)，保證物理知識科學(xué)性。同時，要制訂出一套系統(tǒng)的動畫制作方案，匯集大量的素材，讓所有教師都會制作3D動畫。這樣不僅可以使得學(xué)生更容易接受物理知識，同時，也有助于加強(qiáng)教師動畫制作的技術(shù)水平[8]。

另一方面，在實(shí)際應(yīng)用三維教學(xué)動畫輔助開展物理教學(xué)時，教師需要及時結(jié)合學(xué)生的反饋進(jìn)行教學(xué)調(diào)整，比如：使用3D動畫教學(xué)演示的次數(shù)以及頻率。這就需要物理教師在實(shí)際教學(xué)中，要注意觀察學(xué)生聽課的反應(yīng)情況，掌握動畫使用的時機(jī)，使得3D動畫教學(xué)發(fā)揮出應(yīng)有的教學(xué)效果。更要分清主次，始終將學(xué)生和教學(xué)內(nèi)容放在主要地位。

結(jié)束語

通過本文的研究，不難發(fā)現(xiàn)，3D動畫并不是適用于所有的物理實(shí)驗，只是對于那些受到條件限制而無法開展的物理實(shí)驗，學(xué)生無法通過想象理解的物理過程和知識點(diǎn)。教師需要清楚的是，3D動畫技術(shù)只是一種輔助開展高中物理實(shí)驗的工具，并不是重點(diǎn)以及主要內(nèi)容。在科學(xué)技術(shù)不斷進(jìn)步下，在未來，3D動畫技術(shù)將會更多地應(yīng)用到教育領(lǐng)域中，推動學(xué)科教學(xué)動畫產(chǎn)生重大變革。

參考文獻(xiàn)

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福建省中青年教師教育科研項目（基礎(chǔ)教育研究專項）“3D動畫技術(shù)支持下的高中物理模型建構(gòu)能力培養(yǎng)策略研究”;項目編號：JSZJ20178（福建教育學(xué)院資助）。