導(dǎo)語(yǔ)：三維可視化在水利工程課程教學(xué)的運(yùn)用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：水利工程施工課程是水利專業(yè)實(shí)踐性、綜合性很強(qiáng)的課程，涉及大量的施工機(jī)械、施工方法等，學(xué)生普遍缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，學(xué)習(xí)起來有很大的困難。在教學(xué)中引進(jìn)三維可視化技術(shù)，利用AutodeskMaya，將復(fù)雜的機(jī)械操作、施工過程等用計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的形式表現(xiàn)出來，加深學(xué)生對(duì)內(nèi)容的理解，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和鉆研精神，從而提高教學(xué)效率與質(zhì)量。本文主要探討應(yīng)用于教學(xué)的可視化案例以及對(duì)教學(xué)效果的影響。

關(guān)鍵詞：水利工程;教學(xué)研究;三維可視化;AutodeskMaya

1引言

三維可視化是利用計(jì)算機(jī)將三維世界中的物體再現(xiàn)，并能夠表示三維物體復(fù)雜信息的一種可視化技術(shù)。[1]水利工程施工課程是水利專業(yè)實(shí)踐性、綜合性很強(qiáng)的重要課程，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中發(fā)揮著重要的作用。由于其具有較強(qiáng)實(shí)踐性，涉及大量具體工程的特殊施工機(jī)械、復(fù)雜施工方法等，而學(xué)生普遍缺乏工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，課堂講授內(nèi)容往往顯得晦澀難懂，不易理解和接受。本文利用AutodeskMaya，將復(fù)雜的機(jī)械操作、施工過程制作成動(dòng)畫，在上課的時(shí)候利用動(dòng)畫給學(xué)生講解相應(yīng)的施工過程，促進(jìn)學(xué)生的理解與記憶。

2三維可視化技術(shù)

2.1AutodeskMaya。AutodeskMaya是美國(guó)Autodesk公司出品的世界頂級(jí)的三維動(dòng)畫軟件，應(yīng)用對(duì)象是專業(yè)的影視廣告、角色動(dòng)畫、電影特技等。Maya功能完善，工作靈活，制作效率高，渲染真實(shí)感強(qiáng)，是電影級(jí)別的高端制作軟件。本研究中利用該軟件把水利工程施工課程中的機(jī)械操作過程和施工過程制作成動(dòng)畫，作為課上使用的教學(xué)資料。2.2動(dòng)畫的制作。根據(jù)實(shí)際工程資料圖片，使用AutodeskMaya軟件制定標(biāo)準(zhǔn)尺寸，將參考圖片導(dǎo)入到軟件的四視圖界面中，建造模型，制作光影和材質(zhì)效果，模擬真實(shí)場(chǎng)景，渲染制作成序列圖片，將序列圖片導(dǎo)入到AfterEffect軟件中，制作校準(zhǔn)顏色，制作特效，調(diào)整效果，最后輸出教學(xué)視頻。

3三維可視化技術(shù)在水利工程施工課程中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)教學(xué)過程中，強(qiáng)調(diào)以“教”為中心，教師不斷的向?qū)W生灌輸知識(shí)，學(xué)生被迫接受，用大量的時(shí)間去死記硬背知識(shí)點(diǎn)。但在以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)的教學(xué)活動(dòng)中，堅(jiān)持“以成果為導(dǎo)向”的原則，應(yīng)該從學(xué)生的角度出發(fā)，以“學(xué)”為中心，注重學(xué)生的學(xué)習(xí)過程與效果，尋求提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果的教學(xué)方法。3.1三維可視化教學(xué)的理論基礎(chǔ)。在教育活動(dòng)中，三維可視化是指一種通過可以覺察的視覺方式將思維進(jìn)行外化呈現(xiàn)的過程。[2]通過可視化技術(shù)，教師可以將抽象的知識(shí)轉(zhuǎn)化為具體的圖像形式，讓晦澀難懂的內(nèi)容變得一目了然。人的大腦分左右兩格半球，左半球主管抽象思維，即語(yǔ)言、邏輯數(shù)字的運(yùn)算加工，右半球主管形象思維，即音樂、美術(shù)、空間的知覺辨認(rèn)。在學(xué)習(xí)活動(dòng)中，左半球是優(yōu)勢(shì)半球，而右半球用的時(shí)間很少，常常處于閑置狀態(tài)，當(dāng)我們采用圖像進(jìn)行學(xué)習(xí)記憶時(shí)，相當(dāng)于把閑置的右半球調(diào)動(dòng)起來，記憶的效果就會(huì)更好一些。[3]3.2三維可視化教學(xué)的應(yīng)用實(shí)例。在實(shí)際的水利工程中，施工過程大多是依靠設(shè)計(jì)文件、圖紙和二維平面圖呈現(xiàn)出來，讀懂這些資料對(duì)于從業(yè)者來說并不困難。但在教學(xué)過程中，教學(xué)對(duì)象是沒有任務(wù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生，僅憑語(yǔ)言描述和靜態(tài)圖片無法讓他們清楚的明白施工過程中的每個(gè)細(xì)節(jié)，因此給學(xué)習(xí)造成很大的困難。針對(duì)水利工程施工課程的內(nèi)容設(shè)置，本研究選取其中最基本的施工環(huán)節(jié)——土石方工程中的挖掘機(jī)械施工過程，以及最具代表性的水利工程——三峽水利樞紐工程的建設(shè)過程進(jìn)行動(dòng)畫制作，對(duì)應(yīng)講解課程中的土石方開挖和施工導(dǎo)流的知識(shí)內(nèi)容。通過對(duì)課堂教學(xué)效果、學(xué)生反饋意見以及課程考核結(jié)果的綜合分析來研究三維可視化技術(shù)對(duì)教學(xué)效果的影響。3.2.1挖掘機(jī)械施工過程土石方工程是水利工程中基礎(chǔ)的施工項(xiàng)目，其中需要用到的挖掘機(jī)械種類有很多，工作原理各不相同，包括鏟式挖掘機(jī)、抓斗式挖掘機(jī)、拉鏟式挖掘機(jī)、斗輪式挖掘機(jī)、鏈斗式挖掘機(jī)和鏟運(yùn)機(jī)等，制作成動(dòng)畫更容易理解與區(qū)分。3.2.2三峽水利樞紐工程三峽水利樞紐工程是中國(guó)有史以來建設(shè)最大型的工程項(xiàng)目，是水利專業(yè)學(xué)生施工課程中很重要的一個(gè)工程實(shí)例。由于三峽工程分多期建設(shè)，包括多種水工建筑物的施工，過程復(fù)雜，對(duì)沒有施工經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生們來說學(xué)起來比較困難，制作成動(dòng)畫有利于老師的分析講解和學(xué)生的記憶理解。3.3三維可視化技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用效果分析。3.3.1課堂教學(xué)效果分析。通過對(duì)水利水電和港口航道與海岸工程兩個(gè)專業(yè)進(jìn)行連續(xù)兩年課堂效果的監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)使用三維動(dòng)畫配合施工過程的講解比傳統(tǒng)的語(yǔ)言圖片描述，學(xué)生學(xué)習(xí)的更快，課堂內(nèi)容開展的更順利，再通過課堂互動(dòng)提問環(huán)節(jié)可以看出學(xué)生對(duì)施工過程的理解更透徹。3.3.2問卷調(diào)查結(jié)果分析。向兩個(gè)專業(yè)152名學(xué)生發(fā)放調(diào)查問卷，回收有效問卷146份，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，得到主要結(jié)論如下：①91%的學(xué)生認(rèn)為在教學(xué)中應(yīng)用三維動(dòng)畫有助于內(nèi)容的理解學(xué)習(xí)；②95%的學(xué)生認(rèn)為看動(dòng)畫演示比文字更能激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣；③84%的學(xué)生對(duì)使用三維動(dòng)畫學(xué)習(xí)的兩部分內(nèi)容即土石方開挖和施工導(dǎo)流的知識(shí)比其他章節(jié)記憶的更深刻；④89%的學(xué)生認(rèn)為其他章節(jié)中關(guān)于施工過程的內(nèi)容都應(yīng)采用動(dòng)畫的方式展現(xiàn)出來，例如巖石的開挖爆破、地下連續(xù)墻的施工、鋼筋混凝土預(yù)制構(gòu)件的制作、高壓噴射灌漿的施工、高樁碼頭的施工等。⑤41%的學(xué)生認(rèn)為應(yīng)該讓他們也參與到動(dòng)畫的前期設(shè)計(jì)工作中；⑥67%的學(xué)生認(rèn)為三維動(dòng)畫也應(yīng)該盡可能應(yīng)用到其他課程中。3.3.3課程考核結(jié)果分析。該課程采用閉卷考試的方式進(jìn)行最終考核，通過對(duì)試卷分項(xiàng)成績(jī)的統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)論如下：①識(shí)圖題得分率最高達(dá)到85%，簡(jiǎn)答題得分率最低僅有51%；②基礎(chǔ)概念題得分率達(dá)到72%，綜合分析題得分率僅有47%；③涉及三維動(dòng)畫講解的內(nèi)容（包括土石方開挖和施工導(dǎo)流）得分率達(dá)到84%，其他施工過程分析題目得分率僅有53%。通過對(duì)課堂教學(xué)效果、問卷調(diào)查結(jié)果以及課程考核結(jié)果的綜合分析，可以發(fā)現(xiàn)即使有少數(shù)的學(xué)生認(rèn)為課程本身就很難，三維動(dòng)畫輔助教學(xué)并無幫助，但大量數(shù)據(jù)仍然表明三維動(dòng)畫應(yīng)用于水利施工課程可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高理解與記憶的效率，對(duì)教學(xué)效果有很明顯的提高作用。

4結(jié)論

可視化教學(xué)在計(jì)算機(jī)軟件和多媒體資料的幫助下，將被感知、被認(rèn)知、被想象、被推理的事物及其發(fā)展變化的形式和過程，用仿真化、模擬化、形象化、現(xiàn)實(shí)化的方式，在教學(xué)過程中表現(xiàn)出來。理論分析和實(shí)例應(yīng)用的結(jié)果都表明可視化教學(xué)有助于教師授課和學(xué)生學(xué)習(xí)，將傳統(tǒng)的教學(xué)模式向可視化教學(xué)過渡，把科學(xué)和藝術(shù)結(jié)合起來，定會(huì)使學(xué)生對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容兼具理性和感性的認(rèn)識(shí)，不僅有助于加深記憶而且還能對(duì)事物有更深刻的理解。

作者:劉佳 劉曉宇 劉洪州 鄭茜 單位:天津大學(xué)仁愛學(xué)院

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