導語：三維可視化在水利工程課程教學的運用一文來源于網友上傳，不代表本站觀點，若需要原創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實踐性、綜合性很強的課程，涉及大量的施工機械、施工方法等，學生普遍缺乏工程實踐經驗，學習起來有很大的困難。在教學中引進三維可視化技術，利用AutodeskMaya，將復雜的機械操作、施工過程等用計算機動畫的形式表現出來，加深學生對內容的理解，激發學生的學習熱情和鉆研精神，從而提高教學效率與質量。本文主要探討應用于教學的可視化案例以及對教學效果的影響。

關鍵詞：水利工程;教學研究;三維可視化;AutodeskMaya

1引言

三維可視化是利用計算機將三維世界中的物體再現，并能夠表示三維物體復雜信息的一種可視化技術。[1]水利工程施工課程是水利專業實踐性、綜合性很強的重要課程，在應用型人才培養中發揮著重要的作用。由于其具有較強實踐性，涉及大量具體工程的特殊施工機械、復雜施工方法等，而學生普遍缺乏工程實踐經驗，課堂講授內容往往顯得晦澀難懂，不易理解和接受。本文利用AutodeskMaya，將復雜的機械操作、施工過程制作成動畫，在上課的時候利用動畫給學生講解相應的施工過程，促進學生的理解與記憶。

2三維可視化技術

2.1AutodeskMaya。AutodeskMaya是美國Autodesk公司出品的世界頂級的三維動畫軟件，應用對象是專業的影視廣告、角色動畫、電影特技等。Maya功能完善，工作靈活，制作效率高，渲染真實感強，是電影級別的高端制作軟件。本研究中利用該軟件把水利工程施工課程中的機械操作過程和施工過程制作成動畫，作為課上使用的教學資料。2.2動畫的制作。根據實際工程資料圖片，使用AutodeskMaya軟件制定標準尺寸，將參考圖片導入到軟件的四視圖界面中，建造模型，制作光影和材質效果，模擬真實場景，渲染制作成序列圖片，將序列圖片導入到AfterEffect軟件中，制作校準顏色，制作特效，調整效果，最后輸出教學視頻。

3三維可視化技術在水利工程施工課程中的應用

在傳統教學過程中，強調以“教”為中心，教師不斷的向學生灌輸知識，學生被迫接受，用大量的時間去死記硬背知識點。但在以培養應用型人才為目標的教學活動中，堅持“以成果為導向”的原則，應該從學生的角度出發，以“學”為中心，注重學生的學習過程與效果，尋求提高學生學習效果的教學方法。3.1三維可視化教學的理論基礎。在教育活動中，三維可視化是指一種通過可以覺察的視覺方式將思維進行外化呈現的過程。[2]通過可視化技術，教師可以將抽象的知識轉化為具體的圖像形式，讓晦澀難懂的內容變得一目了然。人的大腦分左右兩格半球，左半球主管抽象思維，即語言、邏輯數字的運算加工，右半球主管形象思維，即音樂、美術、空間的知覺辨認。在學習活動中，左半球是優勢半球，而右半球用的時間很少，常常處于閑置狀態，當我們采用圖像進行學習記憶時，相當于把閑置的右半球調動起來，記憶的效果就會更好一些。[3]3.2三維可視化教學的應用實例。在實際的水利工程中，施工過程大多是依靠設計文件、圖紙和二維平面圖呈現出來，讀懂這些資料對于從業者來說并不困難。但在教學過程中，教學對象是沒有任務實踐經驗的學生，僅憑語言描述和靜態圖片無法讓他們清楚的明白施工過程中的每個細節，因此給學習造成很大的困難。針對水利工程施工課程的內容設置，本研究選取其中最基本的施工環節——土石方工程中的挖掘機械施工過程，以及最具代表性的水利工程——三峽水利樞紐工程的建設過程進行動畫制作，對應講解課程中的土石方開挖和施工導流的知識內容。通過對課堂教學效果、學生反饋意見以及課程考核結果的綜合分析來研究三維可視化技術對教學效果的影響。3.2.1挖掘機械施工過程土石方工程是水利工程中基礎的施工項目，其中需要用到的挖掘機械種類有很多，工作原理各不相同，包括鏟式挖掘機、抓斗式挖掘機、拉鏟式挖掘機、斗輪式挖掘機、鏈斗式挖掘機和鏟運機等，制作成動畫更容易理解與區分。3.2.2三峽水利樞紐工程三峽水利樞紐工程是中國有史以來建設最大型的工程項目，是水利專業學生施工課程中很重要的一個工程實例。由于三峽工程分多期建設，包括多種水工建筑物的施工，過程復雜，對沒有施工經驗的學生們來說學起來比較困難，制作成動畫有利于老師的分析講解和學生的記憶理解。3.3三維可視化技術在教學中的應用效果分析。3.3.1課堂教學效果分析。通過對水利水電和港口航道與海岸工程兩個專業進行連續兩年課堂效果的監測，發現使用三維動畫配合施工過程的講解比傳統的語言圖片描述，學生學習的更快，課堂內容開展的更順利，再通過課堂互動提問環節可以看出學生對施工過程的理解更透徹。3.3.2問卷調查結果分析。向兩個專業152名學生發放調查問卷，回收有效問卷146份，經過數據分析，得到主要結論如下：①91%的學生認為在教學中應用三維動畫有助于內容的理解學習；②95%的學生認為看動畫演示比文字更能激發他們學習的興趣；③84%的學生對使用三維動畫學習的兩部分內容即土石方開挖和施工導流的知識比其他章節記憶的更深刻；④89%的學生認為其他章節中關于施工過程的內容都應采用動畫的方式展現出來，例如巖石的開挖爆破、地下連續墻的施工、鋼筋混凝土預制構件的制作、高壓噴射灌漿的施工、高樁碼頭的施工等。⑤41%的學生認為應該讓他們也參與到動畫的前期設計工作中；⑥67%的學生認為三維動畫也應該盡可能應用到其他課程中。3.3.3課程考核結果分析。該課程采用閉卷考試的方式進行最終考核，通過對試卷分項成績的統計分析，結論如下：①識圖題得分率最高達到85%，簡答題得分率最低僅有51%；②基礎概念題得分率達到72%，綜合分析題得分率僅有47%；③涉及三維動畫講解的內容（包括土石方開挖和施工導流）得分率達到84%，其他施工過程分析題目得分率僅有53%。通過對課堂教學效果、問卷調查結果以及課程考核結果的綜合分析，可以發現即使有少數的學生認為課程本身就很難，三維動畫輔助教學并無幫助，但大量數據仍然表明三維動畫應用于水利施工課程可以激發學生的學習興趣，提高理解與記憶的效率，對教學效果有很明顯的提高作用。

4結論

可視化教學在計算機軟件和多媒體資料的幫助下，將被感知、被認知、被想象、被推理的事物及其發展變化的形式和過程，用仿真化、模擬化、形象化、現實化的方式，在教學過程中表現出來。理論分析和實例應用的結果都表明可視化教學有助于教師授課和學生學習，將傳統的教學模式向可視化教學過渡，把科學和藝術結合起來，定會使學生對學習內容兼具理性和感性的認識，不僅有助于加深記憶而且還能對事物有更深刻的理解。

作者:劉佳 劉曉宇 劉洪州 鄭茜 單位:天津大學仁愛學院

參考文獻：

[1]徐孟超.淺談國內外三維可視化發展及其應用[J].現代測繪,2012,(6):60-62.

[2]顧培蒂.可視化技術在教育中的應用[D].北京師范大學,2008.

[3]邸占英.在科學課中通過觀察發展學生的形象思維能力[J].基礎教育論壇,2012,(21):36-38.

[4]林婕.三維可視化設計在水電工程中的應用初探[J].計算機應用,2007,(34):54-56.

[5]吳曉紅,黃金莎.可視化教學設計研究[J].學科科學,2016,(3):76-79.