3D動畫技術支持的高中物理建模與教學實踐

林國

摘 要：現代科學技術的飛速發展，促使很多信息技術與教育教學進行了有機融合，其中3D動畫技術在物理教學中被逐步應用起來，促使物理教學現代化、智能化、信息化，有助于提升教學質量與水平，為學生構建出高質量的物理課堂教學模式。為此，本文分析了采用3D動畫技術構建物理模型的優勢，并提出了具體實踐方法，最后針對當前應用進行了反思，希望可以為相關物理教育工作者提供參考。

關鍵詞：高中物理;物理教學;3D動畫技術;實踐方法

從當前大部分高中物理教師實際教學情況看，依然在采用傳統教學模式，固化的教學方式嚴重阻礙了學生物理邏輯思維能力、觀察能力、分析能力、實踐能力的提升。同時，課堂知識講授模式非常理論化，高中生學習壓力本來就大，導致學生覺得非常枯燥乏味，致使物理學習興趣不斷下降，對此，需要積極改變此種情況，充分發揮出3D動畫技術的優勢，豐富教學內容，創新教學形式，吸引學生興趣，進而有效調動學生積極性，自主參與到物理學習中。

一、采用3D動畫技術構建物理模型的優勢

（一）實現師生充分交互

傳統動畫的制作過程非常煩瑣，在3D動畫初始階段，需要花費大量的各類資源才可以完成一部優質的動畫。而隨著現代科技水平的不斷提升，動畫已經逐步應用到人們日常生活中的各個方面，此種發展趨勢有利于降低動畫制作開支，與此同時，也實現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、應用，為高中物理學科的教學提供了充足的支持，將其引入到物理課堂中，有助于提升物理教學效果，增加師生互動性，進而強化教學效果，幫助學生更好地理解物理知識。

（二）有助于激發學生學習興趣

高中物理知識本身就具有一定難度，很多知識點都非常抽象，所以，物理學科是很多高中生學習的一道坎，如果教師講解的內容再枯燥乏味，則會直接導致學生逐步喪失物理學習興趣，影響到學習成績。興趣一直是學生各個學習階段的重要驅動力，因此，引入3D動畫技術，將課本上靜態的知識轉化為動態效果，能夠極大地吸引學生注意力，對學生自主探究物理知識，產生學習欲望起到重要作用。在3D動畫的作用下，給予了學生視覺上的沖擊。同時，也豐富了教學類型，為物理教學創造了良好的獨特條件，有助于教師運用多種方式展示物理知識，進而達到預期教學成果。

（三）更加直觀形象地展現物理內容

物理學科本身屬于一門科學，其中的內容講究真實性，所以，借助3D動畫技術展現的內容也必須符合實際，要以科學為依據，不能隨意制作。從高中物理知識結構看，當中很多知識系統都是以具體實物，模擬實驗等展現，相對復雜，但在實際教學過程中，由于受到實驗場地、實驗器材、實驗條件、經費等很多因素影響，導致部分物理實驗不具備在課堂進行的條件[2]。而采用3D動畫技術，將一些大型、復雜的實驗以動畫的方式動態化展現，有助于更好地展現物理知識，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，可以提升教師教學效率與效果，幫助學生理解物理知識。

二、3D動畫技術支持下的高中物理課堂教學實踐分析

（一）明確教學內容

本文主要以高中物理魯科版教材為例，選取了電磁感應相關內容，其中“探究感應電流的產生條件”這部分內容需要使用到3D動畫技術。在“探究感應電流的產生條件”時，為達到教學目標，需要先讓學生觀察到實驗現象，并引導其分析實驗現象，最終才可以歸納并總結出感應電流的產生的條件。但在實際講授時，會遇到一些情況，比如：實驗現象不明顯，還有部分學校本身是沒有實驗條件的，而學生方面則是無法理解實驗現象產生的原因，主要是因為磁感線是一種看不見、摸不著的物理現象[3]，而高中學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，在此部分內容教授時，教師可以引入3D動畫以輔助學生的學習。

（二）3D動畫技術制作物理模型

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需求等，綜合分析后，本文選擇3DsMax進行操作。3D教學動畫需要較高質量的素材，才可以保證呈現出的動畫效果。物理教師在制作過程中，可以通過網絡途徑進行下載，比如：3D溜溜俠[4]，具備較高技術能力的教師也可以自己制作。但無論是選擇何種素材，都需要根據教學內容出發，選擇符合教學要求素材，防止搜集或者制作的素材與教學需求不符，做了無用功。

其次，要利用3DsMAX創建模型，主要經過創建模型、添加材質、創建燈光幾個過程，一些復雜的模型可以直接利用軟件中提供的基礎模型進行構建。而后，在動畫方面，借助3DsMAX設置關鍵幀，設置并計算出每個動作之間的時間以及具體動作位置，達到預期要求，在系統的作用下，會自動形成運動軌跡。

最后，在動畫設置后，需要進行格式保存，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，教師可以根據教學需求，加入配音、文字講解等，剪輯美化動畫等[5]。

（三）設計思路

基于新課改理念下，教師在實際教學中除了要讓學生掌握知識與技能之外，更要學會學習的方法。在本節教學過程中，為培養學生物理學習興趣，提升其探究能力，整節課以探究式教學模式為主，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。啟發學生思考，進而激起學生的知識探究欲望，主動分析、解決問題，并借此過程學會科學探究的方法[6]。

（四）教學過程

1.創設情境

首先，在課堂導入環節，可以采用創設情境的方式，教師通過控制教室燈的亮滅，吸引學生注意力，激發其好奇心，并向學生提出問題：“電是如何產生的？”而后，利用多媒體播放課前準備好的視頻，創造問題情境，啟發學生調用過往學過的電和磁的關系。通過此種情境帶入的方式使得學生快速進入學習狀態，為后續教學做好鋪墊。

2.新課講授

由于探究感應電流的產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。在實際教學中，需要運用到3D動畫，幫助學生直觀地看到實驗現象，進而彌補傳統教學的不足，借助3D動畫技術模擬實驗中電磁線的運動情況，可以更加清晰地展現出電磁強度變化，化抽象為具體，為學生創建出真實的實驗氛圍，有助于幫助學生進一步深入理解產生感應電流條件。

在實際講解中，教師可以先引導學生回憶初中學過的閉合電路知識，并向學生提問：“產生感應電流的條件是什么？”接著播放3D動畫教學視頻，引導學生觀察實驗現象并填寫實驗表格。利用過往學習知識的導入引發學生對新知識的思考，幫助學生理解，并為后續實驗規律的推導奠定基礎。接著，教師向學生提出問題：“是否只有切割磁感線才能產生感應電流，還有哪些情況可以產生感應電流？”小組討論后，繼續觀察“磁鐵插入、抽出線圈實驗”“模擬法拉第實驗”的實驗現象。并引導學生針對現象進行充分討論，促使學生自主獲得認知，同時也培養學生分析能力、表達能力[7]。當學生得出結論后，讓學生結合自己的實驗記錄，分析其共同特征，分組討論、發言，最終在教師的引導下進行歸納總結。

3.課后延伸

為進一步提升學生對知識的理解與掌握，教師可以向學生提問，讓學生在課后自主探究。比如：讓學生從生活實際出發，思考還有哪些電磁感應現象，并提示學生如果利用導線制成繩子，能否發電。借此延伸課堂知識，促使學生感受到物理知識與日常生活之間的關聯，培養學生學習興趣，激發學生對物理不斷探索的欲望。

三、高中物理3D動畫教學反思

一方面，從多數制作的物理動畫看，當中部分物理知識存在科學上的錯誤，教師制作積極性不高。對此，學校可以開設3D動畫制作方面的培訓課程，加強對教師的動畫制作知識與能力培訓，保證物理知識科學性。同時，要制訂出一套系統的動畫制作方案，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生更容易接受物理知識，同時，也有助于加強教師動畫制作的技術水平[8]。

另一方面，在實際應用三維教學動畫輔助開展物理教學時，教師需要及時結合學生的反饋進行教學調整，比如：使用3D動畫教學演示的次數以及頻率。這就需要物理教師在實際教學中，要注意觀察學生聽課的反應情況，掌握動畫使用的時機，使得3D動畫教學發揮出應有的教學效果。更要分清主次，始終將學生和教學內容放在主要地位。

結束語

通過本文的研究，不難發現，3D動畫并不是適用于所有的物理實驗，只是對于那些受到條件限制而無法開展的物理實驗，學生無法通過想象理解的物理過程和知識點。教師需要清楚的是，3D動畫技術只是一種輔助開展高中物理實驗的工具，并不是重點以及主要內容。在科學技術不斷進步下，在未來，3D動畫技術將會更多地應用到教育領域中，推動學科教學動畫產生重大變革。

參考文獻

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[3]王恒.關于高中物理力學教學中融入生活情境的探索[J].科技資訊，2020，18（32）：106-107+110.

[4]黃悅.基于核心素養的高中物理實驗教學的創新與實踐[J].科學咨詢（教育科研），2020，67（11）：250-251.

[5]趙許濤.基于Kinect的動畫研究與實現[D].西安電子科技大學，2017，56（02）：123-124.

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[7]孫振濤.去分化：作為3D動畫的文化邏輯[J].當代電影，2019.78（06）：194-197.

[8]孫振濤.3D動畫電影研究：本體理論與文化[D].華東師范大學，2018，34（12）：125-127.

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