Flash动画在激光课程中的应用意义

申子钺 褚云婷 邓浩国 姜璐宜 陈秀艳

摘 要：激光的发明到现在已经有将近60年了，期间对于激光理论的研究以及技术的应用有了快速的发展，并且对现代人类社会科学技术产生了深刻的影响，传统的教学的方式和推广有很大的局限性，不方便教育者的解说以及学习者的理解。文章分析了“激光原理”课程基于Flash动画制作进行教学改革的意义，并结合“激光原理”课程的特点，提出创新型的教育教学改革方案。

关键词：激光；Flash动画；应用意义

1916年爱因斯坦就预言了激光，直到1960年第一台激光器才被首次成功制造问世。随后很长一段时间内，许多不同种类的激光器被陆续研究制造出来，激光使人们运用前所未有的先进方式和方法，获得空前的效益和成果，进一步促进了生产力的发展。激光技术的研究也不断深化到多层领域中。从在教学课件发展中得到了广泛应用的Flash动画入手，将激光知识中的一些物理过程用动画的形式演示出来，通过这样的方式有利于学习者理解。

1 激光与激光原理

1.1 激光

激光已经应用到人们的生活、科研、工业、医学、军事等方方面面。生活上，我们经常接触到的DVD、数码相机、智能手机、激光打印复印等都应用了激光技术；科研上，激光可以为我们提供测量基准，提供极端物理条件，可以作为先进的光源；工业上，激光是信息通信、存储、准直、导航定位、加工、表面处理等必不可少的工具；医学上，激光美容、激光手术已经为我们所熟知；军事上，激光技术更是深入到了武器装备的方方面面，因此，激光技术被列为国家战略支撑技术。激光的发光原理就在于激发态的原子由于受到外来光的激励作用便跃迁到低能级，在同一时间内发出一个与外来激励光子完全一样的光子，从而可以实现光的放大。激光的形成则是依据介质内的受激辐射向外部发出大量光子，在光和物质的相互作用下，介质中存在吸收与受激辐射的同时，在高能级上存在的粒子也可以通过自发辐射而释放出光子。由此产生激光必须具备3个条件：激光工作物质（提供放大作用的增益介质）、外界的激励源（可以实现上下能级粒子数反转）、光学谐振腔（用于增长激活介质的工作长度、控制光束的传播方向、选择被激辐射光频率以提高单色性）。

如图1所示，原子系统中存在两个能级E2和E1，它们之间满足辐射跃迁的定则，假如受到的外来能量为hv= E2·E1的光照射在它上时，E2能级的原子由于受到外来光的激励作用以至于原子跃迁到能级较低的E1上去，几乎相同的时间内发射出一个与外来光子完全相同的光子[1]。

1.2 激光原理

“激光原理”是理工类院校光信息、光电类和物理专业的必修专业课，介绍了激光发展简史及激光的特性，激光产生的基本原理，光学谐振腔与激光模式，高斯光束，激光工作物质的增益特性，激光器的工作特性，激光特性的控制与改善，典型激光器，半导体激光器，光通信系统中的激光器和放大器，激光全息技术，激光与物质的相互作用，以及激光在其他领域的应用等内容。

当前大部分学校该课程还维持着传统的教学模式，主要存在以下问题：

（1）传统的教学的方式和推广有很大的局限性，不方便教育者的解说以及学习者的理解。

（2）传统教学方法缺乏吸引力，教学效果不理想。在传统的“激光原理”教学中，理论计算、分析和讲解处于主导地位。我们认为，目前更需要生动形象的教学，需要现代化的教学手段，提高学生学习的兴趣，提高学生的思维水平和创新能力。

2 Flash动画

世界上第一部动画从诞生到如今已经有100多年历史，动画片作为一种艺术形式，如今充分地融入我们每个人的日常生活当中。动画的原理和电影相似，同样都是利用人眼的“视觉暂留”现象，面对一幅幅静止的画面进行不断连续放映时，整个过程看起来会像是在“运动”的。但是动画与电影的不同之处在于，它拍摄对象不是演员人物，而是动画师们用手绘画出的一张张生动逼真的图片，Flash动画与经典动画相同，由一系列连续运动的图片帧组成，数个帧按一定顺序排列、再按一定的速度播放就组成了一个动画运动的效果。需要做的很多动作，通过设计师创作出起始画面和结束画面就能够完成，剩余的部分只要利用计算机自动运算出结果，相比较于经典动画不仅节省了大量动画制作时的劳动投入。并且以这种方式不但可以制作出移动、缩放、旋转、色彩渐变、加速与减速和设置路径等一些动画特殊效果，而且生成的动画文件在体积占比上也会小很多。由于Flash采用的是Action Script对象语言，使得Flash有了非常大的扩展空间。制作人员可以轻易添加很多网络中常见的交互动画，使用户直接参与，对Flash入门制作者的软件知识水平要求也不是很高[2]。

3 结合意义

从Flash环节入手，将激光原理的技术过程演示用动画的形式展现出来，弥补了传统教学模式的不足。该模式充分利用了信息化技术和新媒体资源，不但增加了学生的参与性，满足了学生反复学习的需求和答疑需求，更改变了教学过程中的关系，使得师生可以双向互动。这对于“激光原理”这种理解难度大的课程，是一种很好的解决方案。

4 结合方式

4.1 教学形式创新

通过课堂上的教学，课程课时少、难度大、教学任务繁重，教师为了保证完成教学内容，许多知识点无法进行详细讲解，使学生无法深入理解相关知识，通过Flash动画演示的方式直观清楚、言简意赅地向学生展示最基本、最核心的物理过程，使學生在最短的时间内理解并掌握核心的物理过程。Flash动画独立于浏览器之外，给浏览器加入相应的插件就可以观看。制作水平高的Flash动画可在各种平台和操作系统播放，任何访问者看到的内容和效果都是一样的，甚至连字体大小和色彩都不会因为平台的不同而产生任何变化[3]，使得教学形式多样化，甚至学生课下可以自己制作理解，课上学生带着遇到的难点和疑问，在课堂上与教师和其他同学进行互动学习、共享和讨论。

4.2 教学内容创新

通过针对“激光原理”课程中的重点、难点，有的放矢、有针对性地进行Flash动画的制作与讲解（见图2），例如电光调Q、声光调Q、染料调Q、电光偏、声光偏转、机械偏转[4]等核心且较难理解的物理原理，使学生图片化地理解和掌握重点和难点内容。

5 结语

在新教育环境下，教学方式应该向多样化趋势发展。Flash不仅在教学方面有很大的应用空间，通过Flash动画能很生动、形象地表达出激光原理知识的技术过程。在其他的领域中，Flash也有非常大的应用前景。本文所提出的Flash动画制作在“激光原理”课程中的应用，降低了“激光原理”课程核心内容的理解难度，提高了学生学习的兴趣，对“激光原理”课程在本科基础教育中有着重大意义。

[参考文献]

[1]陈家璧，彭润玲.激光原理及应用[M].3版.北京：电子工业出版社，2011.

[2]李纲，余婕.flash CS6动画设计与制作[M].北京：电子工业出版社，2017.

[3]贾玉珍，王绪宛.Flash CS6中文版基础教程[M].北京：北京人民邮电出版社，2017.

[4]周炳琨.激光原理[M].北京：电子工业出版社，1980.