创新模式下数字动画在能源学科实验教学中的应用研究

马晓林

（西安科技大学，陕西西安 710059）

创新模式下数字动画在能源学科实验教学中的应用研究

马晓林

（西安科技大学，陕西西安 710059）

能源学科作为科研型、实践性为主导的专业，实验教学在能源教学领域中的地位显得尤为重要。数字动画随着技术的不断更新和发展，数字动画所具有直观形象的特点，通过动态图形可视化、生动的地将能源实验展现在学生面前，使学生从生动的画面中了解知识点，并可重复、可逆的了解专业知识，从而达到阐明教学内容。通过分析数字动画在能源科学实验教学中的应用形式和应用方法的研究分析，总结出数字动画在能源科学实验教学中的优势和必要性。

数字动画；实验教学；视觉表现

1 数字动画在能源学科实验教学中的应用现状

1.1 数字动画在实验教学中的应用现状

数字动画在时间上具有很强的连续性，适用于事件的表现过程，相对于静态图像而言,其信息更加丰富、生动，表现力更自然。数字动画含有二维动画、三维动画、虚拟现实动画、交互动画几个分类，所具有直观形象的特点，能把语言、文字难于表现的事物形象通过动态图形，视觉的、生动的地展现在学生面前，使学生从生动的画面中了解知识点。由于数字动画具有无限的可塑性和创造性，因此在实验教学活动中，它的表现范围非常广泛，大到无边无垠的宇宙空间，小到肉眼看不到的原子、电子和微生物，甚至没有形象的抽象定义、逻辑思维等。通过用高度集中、简化的手法加以形象化，准确、形象地表达事物的现象和本质，使枯燥的知识内容、瞬间的实验过程、繁琐的实验操作变得活泼，便于观察和记录，强化对实验的理解和记忆加深。在人体解刨学教学中，可以利用图片和动画来展现人体结构的特点，以一种新颖而生动的手法向学生活灵活现的讲解人体解剖，在教学课堂上产生了非常好的教学效果。利用三维动画使学生对器官的立体结构以及内部交通情况产生一个非常深刻的认识。同时在化学实验教学中的应用也取得了显著的效果。一方面通过实物模拟再现，容易唤起学生可能淡化了的记忆，使记忆进一步加深；另一方面通过对比模拟实验，可以深化对新旧知识的认识。在固体物理学的计算机辅助教学中，采用三维动画动态模拟晶格结构，形象直观，给学生创造了很真实的物理情境，使学生能同步从多角度观察，从而可以把复杂抽象的概念转化为可轻松接受的物理图像。

1.2 能源学科实验教学的现状

在现阶段，能源危机与环境污染已成为制约人类社会进步和发展的两大障碍。国家经济的可持续发展，甚至全球经济的可持续发展对能源相关专业人才提出了新的要求，要求其能够尽快从事生产、科研等实践工作。各高校能源相关专业是培养人才的重要窗口，就肩负着培养具有丰富专业知识和实践经验专业人才的重要使命。在人才培养中，能源专业实验教学是能源类专业的重要课程之一。

目前现有的实验教学模式主要是课堂理论讲述，然后在实验室进行操作，理论知识和实验实训操作脱节，讲授理论知识实验、实训设备为静态图形或者文字描述，无法及时的获得实验过程、实验数据、实验现象、实验结果的深刻理解和认识。同时不能够有效的规范实验操作。实验教学中，学生一边听讲一边实际操作，授课现场比较混乱，听课效果也受到了影响。同时，班级人数较多，教师需要同时指导20～30个学生，教师的教学效果和教学精力都会显得不足。

2 数字动画在能源学科实验教学中应用优势

能源学科的课程特点主要体现为“内容多”、“知识新”和“重实践”三个方面。“重实践”是指课程与工程实践密切相关，所学内容大多是实实在在的工程装置，理论和实践必须做到高度的统一。能源科学实验教学中，实验相关知识表述主要是静态文字和图形的方式，学生对于知识的接受、理解难度较大，实验教学活动通过数字动画的形象性、真实性、虚拟现实特性，把抽象的东西通过视觉元素表现出来，具有独特的表现力和感染力。通过数字动画的表现特征运用到能源科学实验教学中运用方式有三点。第一，通过二维动画演示实验的理论原理；第二，通过三维动画立体全方位的演示实验过程和原理；第三，通过交互动画学生参与到实验演示中。能源科学实验因为专业特殊性，涉及化学、物理、电力等学科领域，实验过程会出现许多的不定因素和偶然情况的发生，具有较高的危险性。通过数字动画对能源科学实验的表现，能够最大限度的降低实验教学过程中的危险性，为学生熟悉实验过程增加安全保障。同时实现实验过程的重复演示和可逆演示。在有些科学实验中，实验过程是不可停止，或者不可以暂停的，实验现象非常短暂。通过数字动画能够延长实验过程中现象的演示和展现，有效地提高了学生对于实验过程和原理的理解、吸收。

在实验教学实际操作过程中，由于学生对实验不熟悉操作，每一次的实验都是对能源造成一定的浪费，通过数字动画对实验过程的展示和模拟，可以有效的节约实验时间和资源成本。同时，随着数字动画技术的发展，三维虚拟动画技术得到迅速的普及，在医疗、军事、游戏、科研等领域运用越来越多。在能源科学实验教学中引入三维虚拟动画技术，完成对实验的模拟。形成一个试验数据库，里面包含有实验仪器、实验药品、实验道具以及实验效果模拟动画。学生可以通过虚拟平台操作来完成实验过程。首先学生能够在不损耗仪器和设备的情况下，可以接触到最先进的实验、设备的操作，有效地提高了学生对新科技的接触和吸收。其二，在虚拟实验操作过程中，学生可以多次重复实验过程中的部分实验操作，从而达到针对性的实验教学。其三，通过虚拟实验操作平台，可以记录学生的操作过程和操作数据，通过三维动画进行演示，可以让学生了解实验操作过程中所出现的错误部分，教师根据操作情况完成成绩评定和针对辅导。

3 数字动画在能源学科实验教学中的应用意义

能源科学内涵丰富，是一门综合性强、涉及面广、与国民经济密相关的学科。从能源科学本身发展看，能源科学是研究能源在开采和利用中的基本规律及其应用的科学。由于能源的多样性，能源科学的研究必然要涉及到众多的学科，例如化学、物理、生物等众多领域。不同学科领域之间的交叉、综合已成为当代能源科学科研、发展的一个基本趋势与特征。能源科学实验的教学方式受到科研机构、教学机构的广泛关注。

数字动画运用于能源科学实验教学活动中，针对能源科学实验的特征，通过运用数字动画的美学特征和技术特点，丰富能源科学实验的教学方式，增强能源科学实验相关知识的形象、准确传播。数字动画运用于实验教学活动中的理论意义，是在于把数字动画技术和能源科学实验知识相结合，提出实验教学新的教学形式理论，为能源科学实验教学的有效性、安全性、准确性提出理论支持和经验。

根据能源科学的学科特征，归纳出数字动画运用到实验教学中的方式和表现手法。运用数字动画具有连续性特点，在实验教学中通过优化实验教学方法，运用数字动画的手段和特点阐述、表现实验的内容和原理，精心设计数字动画在实验教学中的使用方式，利用连贯性、趣味性和直观性的特点，满足能源科学实验教学的需要，在能源科学实验教学中起到重要的作用。

[1]张兰.试论电脑动画在教育技术中的应用[J].科技创新导报,2012(14):163.

[2]李福鑫.论三维动画在人体解剖学教学中的应用[J].才智,2014(10):148.

[3]杨金球.电脑动画应用于化学教学例谈[J].实验教学与仪器,2000(9):16-17.

[4]马志军,梁坤.三维动画技术在固体物理学教学中的应用[J].科技视界,2014(26):48,80.

[5]惠晶.新能源转换与控制技术[M].北京：机械工业出版社,2008.

[6]张春友,赵华洋.新能源教学改革的几点思考[J].内蒙古民族大学学报:自然科学版,2014,29(4):405-406.

[7]吴承康,徐建中,金红光.能源科学发展战略研究[J].世界科技研究与发展,2000(4):1-6.

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2096-4110（2017）03（c）-0050-02