3D动画技术支持的高中物理建模与教学实践

林国

摘 要：现代科学技术的飞速发展，促使很多信息技术与教育教学进行了有机融合，其中3D动画技术在物理教学中被逐步应用起来，促使物理教学现代化、智能化、信息化，有助于提升教学质量与水平，为学生构建出高质量的物理课堂教学模式。为此，本文分析了采用3D动画技术构建物理模型的优势，并提出了具体实践方法，最后针对当前应用进行了反思，希望可以为相关物理教育工作者提供参考。

关键词：高中物理;物理教学;3D动画技术;实践方法

从当前大部分高中物理教师实际教学情况看，依然在采用传统教学模式，固化的教学方式严重阻碍了学生物理逻辑思维能力、观察能力、分析能力、实践能力的提升。同时，课堂知识讲授模式非常理论化，高中生学习压力本来就大，导致学生觉得非常枯燥乏味，致使物理学习兴趣不断下降，对此，需要积极改变此种情况，充分发挥出3D动画技术的优势，丰富教学内容，创新教学形式，吸引学生兴趣，进而有效调动学生积极性，自主参与到物理学习中。

一、采用3D动画技术构建物理模型的优势

（一）实现师生充分交互

传统动画的制作过程非常烦琐，在3D动画初始阶段，需要花费大量的各类资源才可以完成一部优质的动画。而随着现代科技水平的不断提升，动画已经逐步应用到人们日常生活中的各个方面，此种发展趋势有利于降低动画制作开支，与此同时，也实现了动画与人之间的信息交流。也正是因为3D动画软件不断开发、应用，为高中物理学科的教学提供了充足的支持，将其引入到物理课堂中，有助于提升物理教学效果，增加师生互动性，进而强化教学效果，帮助学生更好地理解物理知识。

（二）有助于激发学生学习兴趣

高中物理知识本身就具有一定难度，很多知识点都非常抽象，所以，物理学科是很多高中生学习的一道坎，如果教师讲解的内容再枯燥乏味，则会直接导致学生逐步丧失物理学习兴趣，影响到学习成绩。兴趣一直是学生各个学习阶段的重要驱动力，因此，引入3D动画技术，将课本上静态的知识转化为动态效果，能够极大地吸引学生注意力，对学生自主探究物理知识，产生学习欲望起到重要作用。在3D动画的作用下，给予了学生视觉上的冲击。同时，也丰富了教学类型，为物理教学创造了良好的独特条件，有助于教师运用多种方式展示物理知识，进而达到预期教学成果。

（三）更加直观形象地展现物理内容

物理学科本身属于一门科学，其中的内容讲究真实性，所以，借助3D动画技术展现的内容也必须符合实际，要以科学为依据，不能随意制作。从高中物理知识结构看，当中很多知识系统都是以具体实物，模拟实验等展现，相对复杂，但在实际教学过程中，由于受到实验场地、实验器材、实验条件、经费等很多因素影响，导致部分物理实验不具备在课堂进行的条件[2]。而采用3D动画技术，将一些大型、复杂的实验以动画的方式动态化展现，有助于更好地展现物理知识，借助非常直观、形象的方式将日常生活中遇到的物理问题，涵盖的物理知识充分展现，可以提升教师教学效率与效果，帮助学生理解物理知识。

二、3D动画技术支持下的高中物理课堂教学实践分析

（一）明确教学内容

本文主要以高中物理鲁科版教材为例，选取了电磁感应相关内容，其中“探究感应电流的产生条件”这部分内容需要使用到3D动画技术。在“探究感应电流的产生条件”时，为达到教学目标，需要先让学生观察到实验现象，并引导其分析实验现象，最终才可以归纳并总结出感应电流的产生的条件。但在实际讲授时，会遇到一些情况，比如：实验现象不明显，还有部分学校本身是没有实验条件的，而学生方面则是无法理解实验现象产生的原因，主要是因為磁感线是一种看不见、摸不着的物理现象[3]，而高中学生本身是不具备理解这一过程的能力，也想象不出磁场变化情况。因此，在此部分内容教授时，教师可以引入3D动画以辅助学生的学习。

（二）3D动画技术制作物理模型

首先，在软件选择上，3D动画制作软件一般主要有3DsMAX、Cult3D、Uleadcool3D、Maya等，具体选择哪一种，需要考虑软件操作难度、兼容性、效果是否可以满足教学需求等，综合分析后，本文选择3DsMax进行操作。3D教学动画需要较高质量的素材，才可以保证呈现出的动画效果。物理教师在制作过程中，可以通过网络途径进行下载，比如：3D溜溜侠[4]，具备较高技术能力的教师也可以自己制作。但无论是选择何种素材，都需要根据教学内容出发，选择符合教学要求素材，防止搜集或者制作的素材与教学需求不符，做了无用功。

其次，要利用3DsMAX创建模型，主要经过创建模型、添加材质、创建灯光几个过程，一些复杂的模型可以直接利用软件中提供的基础模型进行构建。而后，在动画方面，借助3DsMAX设置关键帧，设置并计算出每个动作之间的时间以及具体动作位置，达到预期要求，在系统的作用下，会自动形成运动轨迹。

最后，在动画设置后，需要进行格式保存，做好渲染处理，得到一段完整的动画或者一些序列图片。而对于视频的后期处理与加工，教师可以根据教学需求，加入配音、文字讲解等，剪辑美化动画等[5]。

（三）设计思路

基于新课改理念下，教师在实际教学中除了要让学生掌握知识与技能之外，更要学会学习的方法。在本节教学过程中，为培养学生物理学习兴趣，提升其探究能力，整节课以探究式教学模式为主，在其中可以参合演示法、归纳法、多媒体辅助法等辅助教师教学。启发学生思考，进而激起学生的知识探究欲望，主动分析、解决问题，并借此过程学会科学探究的方法[6]。

（四）教学过程

1.创设情境

首先，在课堂导入环节，可以采用创设情境的方式，教师通过控制教室灯的亮灭，吸引学生注意力，激发其好奇心，并向学生提出问题：“电是如何产生的？”而后，利用多媒体播放课前准备好的视频，创造问题情境，启发学生调用过往学过的电和磁的关系。通过此种情境带入的方式使得学生快速进入学习状态，为后续教学做好铺垫。

2.新课讲授

由于探究感应电流的产生条件的客观以及主观条件的制约，需要借助辅助手段完成教学。在实际教学中，需要运用到3D动画，帮助学生直观地看到实验现象，进而弥补传统教学的不足，借助3D动画技术模拟实验中电磁线的运动情况，可以更加清晰地展现出电磁强度变化，化抽象为具体，为学生创建出真实的实验氛围，有助于帮助学生进一步深入理解产生感应电流条件。

在实际讲解中，教师可以先引导学生回忆初中学过的闭合电路知识，并向学生提问：“产生感应电流的条件是什么？”接着播放3D动画教学视频，引导学生观察实验现象并填写实验表格。利用过往学习知识的导入引发学生对新知识的思考，帮助学生理解，并为后续实验规律的推导奠定基础。接着，教师向学生提出问题：“是否只有切割磁感线才能产生感应电流，还有哪些情况可以产生感应电流？”小组讨论后，继续观察“磁铁插入、抽出线圈实验”“模拟法拉第实验”的实验现象。并引导学生针对现象进行充分讨论，促使学生自主获得认知，同时也培养学生分析能力、表达能力[7]。当学生得出结论后，让学生结合自己的实验记录，分析其共同特征，分组讨论、发言，最终在教师的引导下进行归纳总结。

3.课后延伸

为进一步提升学生对知识的理解与掌握，教师可以向学生提问，让学生在课后自主探究。比如：让学生从生活实际出发，思考还有哪些电磁感应现象，并提示学生如果利用導线制成绳子，能否发电。借此延伸课堂知识，促使学生感受到物理知识与日常生活之间的关联，培养学生学习兴趣，激发学生对物理不断探索的欲望。

三、高中物理3D动画教学反思

一方面，从多数制作的物理动画看，当中部分物理知识存在科学上的错误，教师制作积极性不高。对此，学校可以开设3D动画制作方面的培训课程，加强对教师的动画制作知识与能力培训，保证物理知识科学性。同时，要制订出一套系统的动画制作方案，汇集大量的素材，让所有教师都会制作3D动画。这样不仅可以使得学生更容易接受物理知识，同时，也有助于加强教师动画制作的技术水平[8]。

另一方面，在实际应用三维教学动画辅助开展物理教学时，教师需要及时结合学生的反馈进行教学调整，比如：使用3D动画教学演示的次数以及频率。这就需要物理教师在实际教学中，要注意观察学生听课的反应情况，掌握动画使用的时机，使得3D动画教学发挥出应有的教学效果。更要分清主次，始终将学生和教学内容放在主要地位。

结束语

通过本文的研究，不难发现，3D动画并不是适用于所有的物理实验，只是对于那些受到条件限制而无法开展的物理实验，学生无法通过想象理解的物理过程和知识点。教师需要清楚的是，3D动画技术只是一种辅助开展高中物理实验的工具，并不是重点以及主要内容。在科学技术不断进步下，在未来，3D动画技术将会更多地应用到教育领域中，推动学科教学动画产生重大变革。

参考文献

[1]赵连栋.新高考背景下高中物理实验教学与智慧课堂有效结合实践研究[J].科学咨询（教育科研），2020，67（12）：235-236.

[2]安红霞，唐京武.高中物理实验教学中核心素养的培养[J].科学咨询（科技·管理），2020，56（12）：269-270.

[3]王恒.关于高中物理力学教学中融入生活情境的探索[J].科技资讯，2020，18（32）：106-107+110.

[4]黄悦.基于核心素养的高中物理实验教学的创新与实践[J].科学咨询（教育科研），2020，67（11）：250-251.

[5]赵许涛.基于Kinect的动画研究与实现[D].西安电子科技大学，2017，56（02）：123-124.

[6]洪永杰.3D动画场景在高中物理教学中的应用研究[D].华中师范大学，2017，67（12）：258-259.

[7]孙振涛.去分化：作为3D动画的文化逻辑[J].当代电影，2019.78（06）：194-197.

[8]孙振涛.3D动画电影研究：本体理论与文化[D].华东师范大学，2018，34（12）：125-127.

福建省中青年教师教育科研项目（基础教育研究专项）“3D动画技术支持下的高中物理模型建构能力培养策略研究”;项目编号：JSZJ20178（福建教育学院资助）。