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三维制作软件在科普教育中的应用 摘要 随着信息网络技术及相关媒体技术的发展，新的教学媒体和教学 手段应运而生，传统的教学形式不断变革，为学生的学习创造了广阔 自由的环境，提供了丰富的资源。 在注重探索、体验等研究性学习方法的科普教育中，积极采用现 代媒体技术，能够充分发挥学生的积极性，从而起到事半功倍的教学 效果。 本文运用3 d sm a x 制作了移动通信原理知识的三维动画，作为 现代教学媒体，将教育和技术结合融合，积极探索3 d sm a x 和科普 教学内容的切合点，体现了现代教学媒体中教育理论与现代技术的融 合。通过具体的实践详细分析了三维动画教学影片的设计和制作过 程。对画面构成和内容的设计充分考虑到了学生心理的特点，使之能 达到较理想的效果。教学影片将复杂的知识精简浓缩，用2 分钟的影 片去讲述书本中几十页才能说明的科学技术原理。采取的形式新颖活 泼又独具吸引力，适合非通信专业的大学生甚至中小学生的移动通信 知识科普教育活动等等。教学影片使视觉形象和听觉形象相结合，能 够开拓学生的视野，增强学生对知识的感知，并突破传统教学媒体的 限制，为未来教学媒体的发展提供一种新的思路和手段。 关键词：3 d sm a x 、科普教育、教学媒体、移动通信、三维动画 t h ea p p l i c a t i o no ft h r e e d i m e n s i o n a l s o f t 、a r ei ns c i e n c ee d u c a t i o n a b s t r a c t a si n f o r m a t i o nn e t w o r kt e c h n o l o g ya n dr e l a t e dm e d i at e c h n o l o g y d e v e l o p i n g ，n e wt e a c h i n gm e d i aa n dt e a c h i n gm e t h o d sc o m ei n t ob e i n g t r a d i t i o n a lt e a c h i n gf o r m sh a v em a d eg r e a tc h a n g e sw h i c hc r e a t e da b r o a de n v i r o n m e n ta n dp r o v i d e daw e a l t ho fr e s o u r c e sf o rs t u d e n t s a c t i v eu s i n go fm o d e mm e d i at e c h n o l o g yi ns c i e n c ee d u c a t i o nw h i c h a t t a c h e si m p o r t a n c et oe x p l o r a t i o na n de x p e r i e n c ei sa b l et ob r i n gi n t o f u l l p l a yt h ee n t h u s i a s mo fs t u d e n t s ，a n di tm a yp l a yam o r ee f f e c t i v e e d u c a t i o n a lr e s u l t s i nt h i s p a p e r ，w eu s e3 d sm a xt op r o d u c tat h r e e - d i m e n s i o n a l a n i m a t i o n i tb e c o m e sam o d e mt e a c h i n gm e d i aw h i c h i n t e g r a t e e d u c m i o na n dt e c h n o l o g yt of i n dt h em e e t i n gp o i n to f3 d sm a xa n d s c i e n c eo ft e a c h i n g f r o ma c t u a lc a s e sw ea n a l y s i st h ed e s i g na n d p r o d u c t i o nd e t a i l so fv i d e oi nc o n t e n to fs c r e e n i ts i m p l i f i e dc o m p l e x p r o c e s st o d e m o n s t r a t ek n o w l e d g ei n2m i n u t e so fv i d e ow h i c ht a k e s d o z e n so f p a g e so nb o o k s s u c he d u c m i o nf o r mi sv e r yp o p u l a ri ns c i e n c e e d u c a t i o n a m o n g a l lk i n d so f p e o p l ei n c l u d i n g c o m m u n i c a t i o n s p r o f e s s i o n a lc o l l e g es t u d e n t s ，e l e m e n t a r ya n dm i d d l es c h o o ls t u d e n t sa n d s oo n i tc o m b i n e dv i s u a la n da u d i t o r yi m a g et od e v e l o pt h ev i s i o no f v i s i t o r si ns c i e n c ee d u c a t i o nw h i c hh a sb r o k e nt h r o u g ht h et r a d i t i o n a l t e a c h i n gm e d i ar e s t r i c t i o n st op r o v i d ea ni n n o v a t i v ed i r e c t i o nf o rt h e f u t u r ed e v e l o p m e n to fm o d e m t e a c h i n gm e d i a k e yw o r d s ：3 d sm a x ，s c i e n c ee d u c a t i o n ，e d u c a t i o nm e d i a ，m o b i l e c o m m u n i c a t i o n s ，t h r e e - d i m e n s i o n a la n i m a t i o n 独创性( 或创新性) 声明 本人声明所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处， 本人签名：幺盈尘墼 本人承担切相关责任。 日期：丝! 至垒兰鱼! ：! 旦 关于论文使用授权的说明 学位论文作者完全了解北京邮电大学有关保留和使用学位论文的规定，即： 研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属北京邮电大学。学校有 权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许学位论文被 查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、 缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后遵守 此规定) 保密论文注释：本学位论文属于保密在一年解密后适用本授权书。非保密论 文注释：本学位论文不属于保密范围，适用本授权书。 本人签名：翌互盘垒 日期： 兰：i 垒兰旦! 三旦 导师签名：么堕l 兰三l 日期：j 鲨翠叠上盟 北京邮电大学硕上研究生论文三维制作软件在科普教育中的应用 1 1选题背景 第一章概述 在我国，2 0 世纪5 0 年代到6 0 年代前期，幻灯、录音、电影开始进入城市 中小学。在录像技术被引进教育领域之后，电影教学很快被淘汰。8 0 年代初期， 我国就开展了c a i 的应用，并进行了多种多媒体优化组合教学的实验，在信息 技术潮流的冲击下，网络教学、智能教学、虚拟现实教学迅速发展。现代教学媒 体随着信息技术的发展而发展起来的。【1 l 随着现代科学技术的飞速发展，教学媒体越来越广泛地应用于教学实践。在 确定了教学内容、学习目标、教学活动和学习方法之后，考虑要采用何种媒体来 传递教学信息。同时，为了使媒体的应用更具体、更有效，教师也有必要对教学 媒体进行设计。根据现代教学媒体作用的感觉通道不同和在教学中的作用的共 性，我们拟将教学媒体划分为视觉媒体、听觉媒体、视听觉媒体、交互媒体和多 媒体系统。1 2 】对记忆的研究表明，视听并用将获得更多的教学信息量，更长的记 忆保持率和最佳的学习效率。将视听结合所形成的媒体，具有直观、鲜明的图像 与生动的语言、语音、语调有机配合的特点。这种默契的配合创造出一种新的环 境气氛，不仅使所需传递的教学信息充分表达，而且有利于学习者学习兴趣地激 发，使学习者处于积极的学习状态，促进对信息的接受、理解和记忆。 由于教学媒体具备时空的灵活性、手段的趣味性等，因而能够激发学生对学 习的兴趣，促进学习效率的提高。学习的成功经验往往又可以导致学生学习需要 的满足，从而产生积极、愉快的学习欲望，使学习活动处于良性运作之中。 在培养学生良好的个性心理品质各方面，教学媒体也有着很大的吸引力与感 染力。正确的运用它，可以更有效地帮助学生分清是非，辨别美丑；它可以创设 一种教学所需要的情景，引起学生情绪的反应，进而诱发学生在感情上的参与， 如播放美丽的大自然和可爱的动画片，能促使学生产生热爱大自然的情感，对美 的追求，等等，这决不是一般说理教育所能比拟的。 现在，三维设计软件在众多领域得到了广泛的认可，而3 d sm a x 更是众多 三维设计软件中的佼佼者。它是目前世界上应用最广泛的三维建模、动画、渲染 软件。用户利用3 d sm a x 可以制作出高质量的动画、影视广告、新游戏以及建 筑效果图等等。作为最先进的现代教学媒体，三维立体动画可以突破时空限制， 再现历史场面；表现宏观和微观世界；表现高速运动和低速运动；展示复杂的工 艺过程( 如爆炸、细菌活动、生物生长) 及一些特殊的训练( 如外科手术) 等。 北京邮电大学硕士研究生论文三维制作软件在科普教育中的应用 【3 1 现代教学媒体不仅能提供各类感性材料，且能促进学生成功的感知，通过媒体 材料画面的构图、镜头的相接、颜色的对比等突出事物的本质特征，引导学习者 有效的进行辨别。 1 2 研究目的 有着强大功能的3 d sm a x 被广泛地应用于商业领域，但是在教育领域，却 较少看到它的应用，最多的就是4 d 影院上映的一些三维动画科教片，用动画电 影的形式介绍比较浅显的科技知识。1 4 实践证明这种形式很受中小学生甚至大学 生的喜爱，这种寓教于乐的学习方式更容易被接受。但是这种方式的局限性较大： 首先，现在的三维电影大都是讲解一些自然规律，如宇宙的奥秘、水资源的 循环过程等等，讲得也很浅显，适应的人群一般只有中小学生。而对于一些比较 有深度、比较复杂的知识，比如移动通信知识，还没有应用3 d sm a x 来进行展 示的先例。 其次，一部三维电影所能展示的知识都是由动画制作人员进行设计创作，他 们没有经过科学的教学设计阶段，而更注重影片的商业效应，只把画面做得漂亮， 能吸引眼球，这样的影片会使学习者把注意力都放在影片的趣味性而忽视了其知 识性，所以不能把它作为一种可以长期依赖的学习手段。 3 d sm a x 作为现代教学媒体技术制作的三维动画，表现力强，延伸人的感 官，以形体、色彩、动感与音响艺术效果感染吸引学生，能扩大视野，启迪思维。 在课堂教学中采用这种形式最突出的作用就是有利于激发学习兴趣，能使学生处 于一种爱学与乐学的学习状态，诱发学生的学习兴趣，为顺利开展教学做好了充 分的准备。本研究的目的是运用现代教学媒体，使视觉形象和听觉形象相结合， 开拓学生的视野，增强学生对教材的感知。教学媒体提供了人物、环境、事物等 内部变化和发展过程等方面的具体形象，让学生获得丰富的表象，有利于促进学 生进行思维活动。表象积累得越丰富多样，联想、想象等创造性思维的天地也就 越广阔。 1 3 研究方法 本课题采用的研究方法主要有： 1 、文献研究法。文献研究法主要指搜集、鉴别、整理文献，并通过对文献 的研究分析形成对事实的科学认识的方法。在本研究中价值在于能提供关于3 d s m a x 研究的理论、方法以及研究问题的背景资料等。本课题查询文献范围主要 北京邮电大学硕士研究生论文三维制作软件在科普教育中的应用 包括：国内外关于科普教育、高等教育学、3 d sm a x 专著；关于现代教学媒体 提高教学效率研究的相关文献；我国将3 d sm a x 应用与教学的文献等。 2 、理论分析法。本课题对教育学原理、科普教育原理、教学设计理论、教 育心理学理论和科普教育理论等多个角度特点进行理论分析、比较、综合，为 3 d sm a x 制作的三维动画作为现代教学媒体应用于科普教育提供充分的理论依 据。 3 、访谈法。访谈即是以口头形式，根据被询问者的答复搜集客观的、不带 偏见的事实材料，以准确地说明样本所要代表的总体的一种方式。尤其是在研究 比较复杂的问时需要向不同类型的人了解不同类型的材料。具有较好的灵活性和 适应性，非常容易和方便可行，引导深入交谈可获得可靠有效的资料；在写作本 文的过程中访谈了一些参观过本影片的中小学生、大学生以及社会各阶层人士， 将他们对本影片的评价和意见作为参考。 本论文采用的主要技术有3 d sm a x 动画制作技术。 1 4 研究内容 本论文研究的主要内容有： 第一章：了解国内外当前最前沿的现代教学媒体技术的特点与优势。对当前 3 d sm a x 技术进行调研并学习其使用方法，并关注分析国内外现有的运用3 d s m a x 技术作为教学媒体的案例其相关的新闻报道，社会各界的评述等，追踪当 今国内外j 下在开展的项目，以及它的社会效应，给人们的学习方式的带来的影响。 等等。同时对论文进行规划，包括研究目的、研究方法和研究内容。 第二章：从教育学原理、科普教育原理、教学设计理论、教育心理学理论和 科普教育理论等多个角度，论述要在科普教育中使用现代教学媒体技术的理论根 据。 第三章：对我国科普教育的现状进行分析，提出加强科普教育建设的几个方 面，论述积极采用现代教学媒体技术，不断优化科普教育手段的重要性。并对媒 体技术的发展进行回顾，总结多媒体教学手段较之于传统教学手段的优势以及如 何发挥这些优势。 第四章：介绍3 d sm a x 软件特点以及其发展的历史，并从生物化学多媒体 课件制作和在动物解剖学中的两个应用实例进一步介绍软件的特点和优势。 第五章：设计3 d sm a x 技术展示移动通信知识的详细脚本，充分的分析要 展示的移动通信知识的特点及要素，从理论上论述怎么样进行科学的教学设计， 使3 d sm a x 的优点能够充分体现在移动通信知识的展示活动中。充分地学习 北京邮电大学硕士研究生论文三维制作软件在科普教育中的应用 3 d sm a x 软件制作流程，按照设计的方法一步一步地制作移动通信知识立体动 画，着重从技术的角度包括详细论述制作一个展示移动通信知识的三维动画大体 需要的步骤和每一步的实现方法。完成移动通信知识的三维动画影片的制作。 第六章：对3 d sm a x 软件在火山地质景观三维建模与动态模拟以及在水利 工程中等其他领域的应用进行简单的介绍和分析。 第七章：总结全文，包括本文取得的成绩和创新点以及本研究的局限等，并 对用3 d sm a x 制作的三维动画影片这种新的教学媒体的应用前景做出展望。 北京邮电大学硕士研究生论文 三维制作软件在科普教育中的应用 第二章理论依据和基本概念 2 1 教育学原理 教学的媒体的应用必须以教育教学的理论为依据，以提高教学效率，实现教 学目标为目的，在形式上，又通过一定的教学策略反映出来。 所谓教学效率，是学生的学习获取与教师、学生的教学活动量在时间尺度上 的衡量，它必须以教学目标为依据。而教学目标与人们的教育观念直接关联。教 学目标是有教育的社会功能决定的，它的分类及表述目前常偏重于层次的划分与 外显的行为。 第一，教学的对象是发展中的人，学生在获取知识、技能和能力，并在生理、 心理的其他侧面以及社会化等诸方面得到迅速成长，但彼此间的成长速度并不相 同； 第二，外显的行为目标一般不能准确揭示出全部心理活动的内隐因素，制定 教学目标如果仅是从知识出发，离开了教与学的具体行为，必将问题百出。 教学策略专以表示未达到某种预测效果所采取的多种教学行动的综合方案， 就是在教学目标确定以后，根据已定的教学任务和学生的特征，有针对性的选择 和结合相关的教学内容、教学组织的形式，教学方法和技术，以便新城具有效率 意义的特定的教学方案。【3 】 教学策略具有如下基本特征： 第一，综合性。选择或制定教学策略必须对教学内容、媒体、组织形式、方 法、步骤和技术等要素加以综合考虑。 第二，可操作性。教学策略不是抽象的教学原则，也不是在某种教学思想指 导下建立起来的教学模式，而是可供教师和学生在教学中参照执行或操作的方 案，有着明确具体的内容。 第三，灵活性。教学策略根据不同的教学目标和任务，并参照学生的初始状 态，选择最适宜的教学内容、教学媒体、教学组织形式、教学方法并将其组合起 来，保证教学过程的有效进行，以便实现特定的教学目标，完成特定的教学任务。 2 2 教育心理学理论 教学媒体的选择和应用要切合学习者的心理特征。具体地，要能够有效激发 学生的学习动机，促进学生对学习对象的认知 北京邮电大学硕士研究生论文三维制作软件在科普教育中的应用 所谓学习动机是指引起学生学习活动，维持学习活动，并使该学习活动指向 既定目标的内在心理历程。学习动机的形成有内在与外在两种原因；前者指学习 动机因外在诱因所引起，而后者则是起因于个体自己内在的需求。多数知识型学 科的学习动机，是靠学科本身的正诱因特征而引起的。因此，在教学之初如何设 计教材教法以及教学活动，使之具有正诱因的特征，从而引导学生喜欢学习，自 然是培养学习动机的首要条件。处在学习动机获得满足之后，就有可能转化为内 在学习动机。【4 j 针对学生们所表现的种种学习动机的差异，将学习动机归之为两类。第一类 为全面认真学习的学生，其学习行为背后的学习动机，成为普遍型学习动机；第 二类是只对某几种学科认真的学会僧，其学习动机行为背后的学习动机，成为偏 重型学习动机。 从教育心理学的观点而言，学校教育主张以学生心理上的需求、满足、价值 三者关系为基础，使其在学习过程中，从心理“产生”知、情、意、三方面心理 特质的改变为目的。通过较好的教学手段，在学习中培养学生对学习的兴趣，而 愿意继续求知。我们知道学生获得信息不单是随意注意的结果它还要受到情绪状 态的影响。事实上，情绪状态是由认知过程( 期望) 生理状态和环境因素在大脑皮 层整合的结果。大脑皮层的兴奋是情绪行为的最重要的条件。当大脑皮层处于抑 制状态时，学生是不可能很好地进行学习的。教师应想方设法将这种抑制状态转 化为兴奋状态。利用环境中的刺激因素通过感官刺激大脑皮层使学生兴奋起来， 是最有效的方法。 2 3 教学设计理论 2 3 1 教学媒体设计理论 由于教学媒体日益渗透到教学过程中，对于教学过程中的教育媒体的分析和 选择，已成为教学设计中必不可少的重要环节之一。选择和运用教学媒体时要注 意以下几点： ( 1 ) 媒体与教学内容的统一性 做到媒体与内容的统一必须坚持两个出发点：一是从教学目标出发。教学目 标规定了教师希望学生取得的学习结果，为了达到不同的教学目标，需要采用不 同的教学媒体。二是从所教学科的内容出发。【5 】由于各学科的性质不同，适应的 教学媒体会有所区别；同一学科内章节内容不同，对教学媒体也有不同的要求。 【5 1 北京邮电大学硕士研究生论文三维制作软件在科普教育中的应用 ( 2 ) 媒体与教学方法的协调性 教学方法是教学的中介，是教师和学生为达到教学目标所采取的途径和程 序。媒体与教学方法的协调就是要根据不同的教学内容，采取适当的教学方法和 选择与之配合的媒体，并使之协调，易产生最佳效果。 ( 3 ) 媒体与认知水平的相容性 不同年龄段的学习者由于认知水平的不同，对媒体的相容性也有所区别。因 此考虑教学媒体必须考虑他们的年龄特征。在科普教学中采用适当的形式有利于 激发学习兴趣，并采用形象生动的表现形式将深奥的内容表现出来，使广大学习 者易于接受，从而达到寓教于乐的目的 此外，在选择和运用教学媒体要注意形式上的美观性和手法上的创新性。媒 体的画面构图要清晰匀称、色彩逼真，在使用手法的设计上，防止单纯模仿，要 有所创新。 2 3 2 教学设计过程模式理论 教学设计综合了教学过程中包括教学目标、教学内容、教学对象、教学策略、 教学媒体、教学评价在内的诸多基本要素，并运用系统方法对教学过程加以模式 化。目前，采用文字和图解的形式对教学设计过程进行描述是教学设计研究中体 现系统论思想的一个特色，教学设计者在进行有效教学设计时需要运用的一些步 骤和技术，包括： l 、教学目标的确定 2 、进行教学分析 3 、确定起点能力 4 、制定行为目标 5 、编制标准参照测验 6 、选择教学策略 7 、设计和选择教学材料 8 、设计和进行形成性评价 9 、修改教学 1 0 、设计和进行总结性评价 可以看出，这一模式是基于一般教学过程的设计过程，也是一个以学习者为 中心的设计过程。其特点在于： ( 1 ) 强调学生学习任务的分析以及起点能力的确立； ( 2 ) 教学设计是个反复的过程，需要设计者不断进行分析、评估和修f ， 北京邮电大学硕士研究生论文三维制作软件在科普教育中的应用 以期完成具体的教学任务，达到教学目标t 6 2 3 3 科普教育理论 为适应知识经济时代对高层次创新型人才的需求，我国适时实施了“科教 兴国”战略。而对广大青少年的科普教育工作是实施这一伟大战略的重要组成部 分。 我们开展青少年科普工作主要围绕两个目的进行，一是用科学启迪青少年 心灵，二是在实践中提高他们的能力。为了使教育内容更贴近学生实际，更加科 学化、系列化、制度化、多样化，我们从“近、实、小”做起，鼓励学生从身边发 现问题，从实际出发，从小事做起，逐步培养科学的世界观。【7 】 在具体实施过程中，我们的原则是坚持“六性：一是方向性，即用健康的、 科学的思想和事例感染学生，激人奋进；二是针对性，即根据青少年不同的心理特 征，不同的兴趣、爱好，采取不同的教育和疏导方法；三是基础性，即从小事做起，从 日常生活做起；四是层次性，即根据不同地区、不同年龄的学生，采取不同的方法和 途径；五是体验性，即让学生亲自参加实践，经受锻炼和考验；六是趣味性，即丌展丰 富多彩、喜闻乐见的活动，使教育活动更具吸引力和感召力。 北京邮电大学硕士研究生论文 三维制作软件在科普教育中的应用 第三章科普教育及相关理论研究 3 1科普教育 3 1 1 科普教育现状分析 科普教育包含着各种丰富的科学前沿发展信息，在科技教学方法上所提倡探 索、发现、体验、等研究性学习方法也将提高青少年对自然科学实际问题的理解， 对自然科学地方法了解，加强对基本科学态度和科学方法的熏陶，提高动手能力、 参与社会的能力、处理实际问题的能力、自我保护意识和保护能力。 上海市科教团工委就上海市青少年科学素养进行了一次广泛的调查，其 2 0 0 7 年6 月公布的当代上海市青少年科学素养调查报告中显示： 2 1 9 9 的被调查青少年完全相信网络算命，1 2 3 8 的被调查对象经常阅读 算命、占卜等书籍和杂志。 青少年学生中对与科学技术有关的报道、话题不太感兴趣的近4 0 ，比表示 很感兴趣的受访者多3 左右。 仅有3 7 4 6 的被调查者去过各类科普场馆1 次，并且多数是以集体组织的 形式前往。 青少年在回答过去两年中没有去过科普场馆的原因时，有4 9 3 1 的人表示 是因为学校或单位没有组织，有4 8 9 9 的人回答是因为没有时间。【8 】【9 】【1 0 】 当代上海青少年对科学知识的重要性较为认同，有4 5 左右的青少年认为 科学很有用，6 4 3 5 的人认为科学可以让他知道更多知识。这一点是最令人感 到欣慰的。【8 】 上海是我国经济、社会各事业最发达的地区之一，尤其是教育始终走在全国 前列，对青少年的科普教育也领先于全国其他地区。上海对青少年科普教育调查 结果尚且如此，其他地区的青少年学生科普教育情况将更令人担忧。这份报告不 得不引起我们的思考，从而认真反思我们的教育思想和教育行为。【9 】 以上调查数据反映我们的科普教育中至少存在以下个五方面的问题： ( 1 ) 对科普教育工作的重要性认识不足，发展还很不平衡。 ( 2 ) 科普投入不足。早在1 9 9 6 年，全国科普工作会议就提出：到2 0 0 0 年 人均科普工作经费能达到0 5 元。但是，到现在实现这个目标的地方还很少，许 多地方的人均科普工作经费只有几分钱。 ( 3 ) 科普宣传的方式方法尚有差距。科普以往比较重视对科学知识的宣传， 北京邮电大学硕士研究生论文三维制作软件在科普教育中的应用 而对科学思想、科学方法和科学精神的宣传不够。如何以学生易于理解、喜闻乐 见的方式，通过适当的载体让学生接受科学思想、科学方法和科学精神，还需要 进一步探索。 ( 4 ) 科技馆等科普设施的建设仍然是一个薄弱环节。科技馆等科普设施是科 普工作的主要阵地，当前科普设旌数量少，质量也需要进一步地提高。 ( 5 ) 科普工作教师队伍建设还有待加强。【l l 】【1 2 】 出现上述几个问题，原因有以下几方面： 首先，教育观念落后。我国传统的科学教育通常将科学技术片面地划分为不 同学科，青少年不能接受全面的科学熏陶与培养。在教育过程中，则更多强调“双 基”的教学模式，重视知识的灌输，忽视对创新意识与能力、科学态度、精神与 情感的培养。 应试教育对科普教育形成抵触和排斥。科普在西方国家受到青少年的广泛欢 迎，一个重要的因素是他们的学校注重培养学生的素质和能力、科普与学校教育 在目标上是一致的，这些国家的中小学生在校课程少，课业轻，考试压力小，有 时间有精力去参加科普活动，家长和老师出于丰富学生科技经历及扩大视野的需 要，大都会积极鼓励甚至陪同学生一起参与这样的活动，丰富学校科学教学的科 普资源和活动也容易引入学校。而在我国，学校长期实行的是应试教育体制，中 小学生背负着沉重的课业学习以及考试压力，不可能经常参加课外科技活动。绝 大多数的学校教师和家长更是视科普为异类，对学生参与这样的活动避而远之， 甚至持反对态度。没有广大青少年的积极参与，我国青少年科普工作自然就不能 落到实处。 第二，我国政府和社会对科普尚缺乏重视。美国的等西方一些发达国家以促 进青少年为主要对象的科普事业的发展，指定了相当规模的科普项目资助计划， 经费少则数百万美元，多则数千万美元。政府每年根据科技博物馆、大众传媒、 科技团体、大学、研究机构等提出的科普项目申请，择优支持一批科普项目，鼓 励项目执行机构从企业、民间基金会等其他渠道争取其所需经费，由此逐步建立 起政府出资支持，科技博物馆、大众传媒、科技团体等积极参与，企业等出资赞 助的科普社会化组织框架。 我国科技部以及受国家财政支持运转的自然科学基金会和科协用于科普的 经费都非常有限，没有面向全国的、有规模、有影响的科普项目资助计划，应有 政府发挥的杠杆作用无力发挥，也就难以调动各种社会团体从事科普的积极性。 第三，我国青少年科普工作缺乏创新机制，科普长期未被认定是创造性的工 作，直接影响了科普工作者的创新积极性。古板、说教、形式雷同或有形式无内 容的科普活动居多，对青少年缺乏吸引力。英美等国家的青少年科普工作是非常 北京邮电大学硕士研究生论文三维制作软件在科普教育中的应用 注重创新的他们认为，科普工作只有不断创新，才会获得出奇的效果，才能对 青少年永远具有出奇的效果，才能对青少年永远具有吸引力。 3 1 2 加强我国科普教育建设 为此，我们必须加强和改进青少年科学普及教育工作。从以下几点进行改进 和建设： l 、更新观念，优化队伍，建立科普教育的有效机制。 在新世纪中，国家间综合国力的竞争，体现着高素质创新人才的竞争，而学 校教育承担着培养和选拔新世纪需要的创新型高素质人才的重担。“科教兴国 战略正是培养创新型高素质人才的伟大举措。实施“科教兴国”战略，广大青少 年的科普教育工作是其重要组成部分。而建设一支事业心强、业务好、热爱青少 年科普教育工作的教师队伍，是确保青少年科普教育工作有序、有效实施的重要 措施。中国青少年科学技术及活动指导纲要中指出：“提高相关教师、辅导员 的科技素养，建立素质水平的考评与督导制度，加强针对教师、辅导员的培训、 辅导和研讨工作，在开展科技知识和技能培训，辅导的同时，应增加思维方法和 人才成长规律等方面的内容。”实施纲要的主阵地在学校，主要指导者在教 师。教师是学校教育最基本的承担者，加强青少年的科普教育，我们首先必须培 养一支科普意识强，业务能力优的教师队伍，培养具有基本素质加特长的师资队 伍，这不仅是素质教育的需要，也是学校办特色学校发展的需要。在加强校本培 训的同时，我们也应该充分发掘校外科普教育的资源，可以聘请社会上各行各业 的优秀科技人员作为校外科技辅导员，优化科普教育的师资建设，为青少年的科 普教育提供强有力的师资保障。【l 习 2 、开展活动，加强实践，建立科普教育的实效机制。 在中小学开展科普活动，其目的是培养青少年的动手和创造性思维能力。开 展形式多样的活动，在丰富多彩的实践中培养青少年的科普意识和实践能力，是 把这项工作推向纵深的重要举措。一是充分利用各种宣传媒体，加强科普宣传力 度。如通过书写横幅、标语、布置画廊、扳报、开办广播、展览等宣传手段，使 每一个青少年学生都能主动积极地投入到科普活动之中，营造浓烈的科技学习氛 围；二是因地制宜，根据实际，将科技活动跟团队活动，学科兴趣小组、综合实 践活动、研究性学习有机的结合起来。采取走出去、请进来的方法，调动社会上 一切可以调动的力量。，开展“五个一活动：即每一学年至少读一本科普书、 看一场科普电影、参观一次科技场馆、参加一次科技活动、制作一件科技小作品。 通过每天播出- n 科技新闻，“科普之窗”每周出版一期“科技天地”，每月出版 北京邮电大学硕士研究生论文三维制作软件在科普教育中的应用 一份“科技信息一，每学期班级黑板报出版一期科普专题黑板报，每学年举行一 次全校性的科技知识竞赛，每年举办一次科技节，组织学生参观、访问、调查等 实践活动。通过开展形式新颖、健康向上、贴近青少年生活、内容丰富的课外科 普教育活动，使广大青少年在参与活动中受到科学的熏陶，增强他们对科学的兴 趣，培养他们学科学、爱科学、讲科学、用科学的良好风尚，为技术创新培养后 继人才。三是注意普及与提高相结合。在全面开展科普教育活动的基础上，根据 实际情况可以进行重点突破，创建特色，提升活动档次和质量，促进科普教育又 稳又好地开展。【1 4 j 3 、健全组织，提供保障，建立科普教育的长效机制。 加强制度建设，提供有力保障，是科普教育稳步开展的重要保证。一是要建 立和完善政府职能部门的科技教育机制，健全以学校为中心的科技活动运行机 制。要使青少年科技教育工作责任到位，任务落实。结合政府职能部门、校外青 少年科技教育机构和社会科普管理组织资源，使这三方面的科技教育组织资源得 到合理选用，围绕共同的目标，形成开展青少年科技教育工作的合力。二是要构 建青少年科技教育工作新的网络机制，使这项工作责任到人。学校除了建立科技 工作负责人制度外，更要建立与各个类别科技活动相对应的科技教师网络机制， 同时与校外科技教育机构中的各科技组、室相匹配。要不断扩大和完善社会上的 科普志愿者队伍，从而建立起一个纵横结合，条块联动，各方参与的科技教育网 络机制。三是还应建立和完善青少年科技教育的保障机制，保障科技工作长期、 稳定、有效、扎实的开展。【i5 】首先，应该建立和完善f 确的评估机制。如在教 育督导中，加强对科技教育的督导，通过评选科技特色学校，科普教育基地等活 动，保证科技教育工作典型的质量。其次，要不断加大科技教育投入的同时，应 建立经常性的经费投入保障机制。如每位学生的人均科技经费制就是一项很好的 投入机制。 4 、积极采用现代教学媒体技术，不断优化科普教育手段 现代教学媒体表现力强，延伸人的感官，以形体、色彩、动感与音响艺术效 果感染吸引学生，能扩大视野，启迪思维。积极采用现代教学媒体技术在科普教 学中最突出的作用就是有利于激发学习兴趣，能使学生处于一种爱学与乐学的学 习状态，诱发学生的学习兴趣，让学生获得丰富的表象，为顺利丌展教学做好了 充分的准备，有利于促进学生进行思维活动。 青少年科普教育是一项综合性的教育实践和系统性的教育工程。丌展和实施 青少年科技教育，是贯彻落实党和国家“科教兴国”战略举措与整体推进素质教 育发展的一项基础工作。我们应提高对这项工作的认识，把这项工作做实、做好。 北京邮电大学硕士研究生论文三维制作软件在科普教育中的应用 3 2 教学媒体发展历程回顾 现代教学媒体是随着信息技术的发展而发展起来的。在我国，2 0 世纪5 0 年 代到6 0 年代前期，幻灯、录音、电影开始进入城市中小学。在录像技术引进之 后，电影教学很快被淘汰。8 0 年代初期，我国就开展了c a i 的应用，并进行了 多媒体游优化组合教学的实验，但在世界信息技术潮流的冲击下，实验结果还没 有来得及全面推广，网络教学，智能教学，虚拟现实教学等就取而代之了。 3 3 与传统教学比较，多媒体教学的优势 多媒体课件有生动、丰富、即时反馈等特点，可以激发学生的学习兴趣，提高 学习效率。能够按照教学过程给学生提供知识内容，举例说明、进行演示、反复 学习，这更有利于学生对知识的理解和巩固，提高教学质量。 l 、有利于提高教学效率。多媒体课件能够将授课内容以大纲的形式呈现出 来，增大了教师对教学资源的控制范围，并且为教师控制学生的学习提供了帮助。 另一方面，能呈现形象的视听觉刺激，生动活泼的画面能激发学生的学习兴趣， 加深对学习内容的印象和理解。 2 、清晰呈现教学内容。在课堂教学中，有许多传统媒体所不能完成的任务， 例如在讲解比较抽象的知识时，多媒体课件则能以生动形象的形式充分展示出 来。 3 、运用多媒体巩固练习，提高教学效果。在设计练习时，教师要把练习内容 和学生的认知特点，心理特征结合起来，动动脑筋把练习题设计的有情趣。学生 在趣味盎然的气氛中解决了问题。练习是巩固知识点，提升知识，把知识转化为 能力的活动。利用多媒体可以使枯燥得数学计算变的生动灵活。 现代教育学实践证明学生在获取知识时仅依靠听觉，那么三小时后能保持 7 0 ，三天后仅能保持1 0 ；若仅依靠视觉，则三小时后能保持7 2 ，三天后可 保持2 0 ；如果综合依靠视觉和听觉，则三小时后可保持8 5 ，三天后可保持 信息量的6 5 ，运用多媒体，使学生可以以交互方式进行学习，通过视、听、触、 动等方式把全部知觉调动起来，使人机互动，形成教学双向互动，互促互补。通过 大小互补，动静互补调动学生的感知能力，使学生更好地发挥创造性思维，有效 地调节、选取、组织、传递、反馈各种信息，由于视听结合，手眼并用及其模拟、 反馈、个别指导和游戏的内在感染力，故具有极大的吸引力，有利于学生参与， 能够激发学生的兴趣，帮助学生建立新旧知识之间的联系，调动学生的学习主动 性和积极性，使学生自觉地学习。这样可以激发学生的学习兴趣，增强学生的学 北京邮电大学硕士研究生论文 三维制作软件在科普教育中的应用 习积极性，提高学习效率。【1 6 l 3 4 怎样才能发挥多媒体教学的优势 发挥多媒体教学的优势，应当注意做到以下几点： l 、注意与新的教育理论相结合 ( 1 ) 注意在多媒体教学中设计真实的背景。 教学中要运用多媒体提供丰富的、真实的背景资料，它反映知识在实际中运 用的方法，它要求考虑实际问题的复杂性并从中进行探索，以便学生形成自己的 认知结构。 ( 2 ) 多媒体程序要设计学生的合作过程、反思过程和表述过程。 情景学习的研究表明学习是一个社会化的过程，学生之间的合作具有明显 的效果。因此对于多媒体交互式教学，应该设计一些过程和内容，让学生进行讨 论，合作解决，以提高多媒体教学的效率。 ( 3 ) 对学生的评价也是多媒体教学过程的一部分。 在多媒体教学设计过程中，我们应该考虑到学生有可能出现的各种认识和 解决问题的过程，并设计相关的评价，结合学生的思考，促进学生对自身认知结 构中缺点和优点的认识，从而优化认知结构。 2 、选择适当的多媒体工具软件 主要对于计算机软件不同的教学内容和过程，对多媒体软件的要求不同，如 果在程序实施过程中还需要调用其他高级资源，如系统资源，进行更高效的编程， 这时可以选择更专业的。、甚至来进行多媒体编程。当然这对教师技术的要求越 来越高，因此教师要不断学习新技术以适应教育技术的发展。 总之，多媒体教育技术飞速发展，教学过程中多媒体技术的运用越来越普 遍。教师在学习多媒体、计算机技术的同时，应该关注教育理论的发展，随时用先 进的教育理论来指导自己的多媒体教学，发挥多媒体教学的优势。【l | 7 】 北京邮电大学硕士研究生论文三维制作软件在科普教育中的应用 第四章三维制作软件在教学中的应用研究 社会在进步，科学技术在飞速发展，现代设计方法正成为企业参与市场竞争的 有力武器，设计师无限的创意、闪烁的灵感都需要用设计的“语言一来表现，设 计效果图就是设计的“语言 ，在设计中占有重要的地位，它是评价设计成功与否 的很直观的依据。虽然手绘的效果图在设计中仍不可忽视，但它耗费时间，需要技 巧，透视角度不易掌握，特别是色彩与材质的表现不容易实现，还有光影和明暗效 果也不易绘制得逼真，而利用电脑绘制出的效果图，这些问题就可以轻而易举地 解决了。3 d sm a x 就是现在流行的三维效果图设计的优秀软件，它广泛应用于广 告设计、影视动画、建筑装璜设计、工业设计、多媒体制作、辅助教学以及可视 化控制等很多领域。 4 13 d sm a x 软件简介 3 ds t u d i om a x ，常简称为3 d sm a x 或m a x ，是d i s c r e e t 公司开发的( 后被 a u t o d e s k 公司合并) 基于p c 系统的三维动画渲染和制作软件。【i9 】其前身是基于 d o s 操作系统的3 ds t u d i o 系列软件，最新版本是2 0 0 9 。在w i n d o w sn t 出现以前， 工业级的c g 制作被s g i 图形工作站所垄断。3 ds t u d i om a x + w i n d o w sn t 组合的 出现一下子降低了c g 制作的门槛，首选开始运用在电脑游戏中的动画制作，后 更进一步开始参与影视片的特效制作，例如x 战警i i ，最后的武士等。 2 3 d sm a x 广泛应用于广告、影视、工业设计、建筑设计、多媒体制作、游 戏、辅助教学以及工程可视化等领域。，深深扎根于玩家心中的劳拉角色形象就 是3 d sm a x 的杰作。 2 0 】而在国内发展的相对比较成熟的建筑效果图和建筑动画 制作中，3 d sm a x 的使用率更是占据了绝对的优势。根据不同行业的应用特点 对3 d sm a x 的掌握程度也有不同的要求，建筑方面的应用相对来说要局限性大 一些，它只要求单帧的渲染效果和环境效果，只涉及到比较简单的动画；片头动 画和视频游戏应用中动画占的比例很大，特别是视频游戏对角色动画的要求要高 一些；影视特效方面的应用则把3 d sm a x 的功能发挥到了极至 3 d s m a x 具有强大的功能，制作的三维动画效果完全可以和图形工作站上 的三维动画软件制作的效果相媲美。至今为止，3 ds t u d i o m a x 版本已经由最初 的1 0 发展到8 0 ，增加了许多新的功能，因此许多动画爱好者选择3 d s m a x 来 制作栩栩如生的动画。在多媒体教学中，利用3 d s m a x 制作多视角动画或者三 维立体图像，可以逼真的进行模拟和演示。【l 9 】 北京邮电大学硕士研究生论文三维制作软件在科普教育中的应用 4 23 d sm a x 软件发展历史 随着计算机软硬技术的发展3 d sm a x 软件的经历了从d o s 版本到 w i n d o w s 版本的发展，主要有以下几种版本形式： d o s 版本的3 ds t u d i o 诞生在8 0 年代末，那时只要有一台3 8 6d x 以上的 微机就可以圆一个电脑设计师的梦。但是进入9 0 年代后，p c 业及w i n d o w s9 x 操 作系统的进步，使d o s 下的设计软件在颜色深度、内存、渲染和速度上存在严 重不足，同时，基于工作站的大型三维设计软件s o f i i m a g e 、l i g h t w a v e 、w a v e f i o n t 等在电影特技行业的成功使3 ds t u d i o 的设计者决心迎头赶上。与前述软件不同， 3 ds t u d i o 从d o s 向w i n d o w s 的移植要困难得多，而3 ds t u d i om a x 的开发则几 乎从零开始。 3 ds t u d i om a x1 0 - 1 9 9 6 年4 月，3 ds t u d i om a x1 0 诞生了，这是3 ds t u d i o 系列的第一个w i n d o w s 版本。 3 ds t u d i om a x r 2 ：1 9 9 7 年8 月4 日在加利福尼亚洛杉矶s i g g r a p h9 7 上正式发 布。新的软件不仅具有超过以往3 ds t u d i om a x 几倍的性能，而且还支持各种三维 图形应用程序开发接v i ，包括o p e n g l 和d i r e c t 3 d 。3 ds t u d i om a x 针对i n t e