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化學(xué)實驗操作計算機試驗論文
化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的學(xué)科,化學(xué)實驗是化學(xué)這門學(xué)科不可缺少的組成部分。如理論的驗證、知識的理解、操作技能的訓(xùn)練、后續(xù)知識的學(xué)習(xí)以及科學(xué)研究,都離不開實驗。通過實驗可以培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力。隨著計算機輔助教學(xué)在教育領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用日益廣泛,用計算機模擬實驗教學(xué)不僅可以節(jié)約經(jīng)費,而且能改善實驗教學(xué)條件,提高實驗教學(xué)質(zhì)量。本課題旨在用Flash進行動畫制作,用Photoshop對圖片進行處理,用Premiere對視頻作處理,用SoundForge對聲音作處理,用COOL3D對文字作處理,以及用HyperSnap屏幕信息捕捉軟件等幾種多媒體軟件來設(shè)計和開發(fā)一套化學(xué)實驗基本操作的計算機輔助教學(xué)課件,并將之應(yīng)用于化學(xué)教學(xué),以適應(yīng)化學(xué)實驗教學(xué)改革的需要,提高化學(xué)實驗教學(xué)的效率與效果,同時也可作為畢節(jié)學(xué)院化學(xué)及相關(guān)專業(yè)學(xué)生實驗操作訓(xùn)練的有力補充。
1開發(fā)環(huán)境
1.1多媒體計算機,硬件配置2G內(nèi)存,CPU為Intel(R)IntelCore,顯卡、聲卡、網(wǎng)卡,80G硬盤。多媒體計算機要能綜合處理聲、文、圖像等信息,必須具備視頻和音頻信息的獲取、壓縮、解壓縮和多媒體的同步控制功能。配刻錄光驅(qū),刻錄光盤。輔助設(shè)備:掃描儀。
1.2軟件開發(fā)環(huán)境操作系統(tǒng)為MicrosoftWindowsXPProfessional版本2002ServicePack3,動畫制作與集成為FlashCS3,圖片處理為AdobePhotoshopCS3,視頻處理為PremiereProCS3,音頻處理軟件為SoundForge7.0以及屏幕信息捕捉軟件HyperSnap中文版。AdobeFlashCS3[1]是Adobe公司收購Macromedia公司后將享譽盛名MacromediaFlash更名為AdobeFlash后的一款動畫軟件。Flash軟件可以實現(xiàn)多種動畫特效,動畫都是由一幀幀的靜態(tài)圖片在短時間內(nèi)連續(xù)播放而造成的視覺效果,是表現(xiàn)動態(tài)過程、闡明抽象原理的一種重要媒體。尤其是在化學(xué)課件中,使用設(shè)計合理的動畫,不僅有助于學(xué)科知識的表達和傳播,使學(xué)習(xí)者加深對所學(xué)知識的理解,提高學(xué)習(xí)興趣和教學(xué)效率,同時也能為課件增加生動的藝術(shù)效果,特別對于以抽象教學(xué)內(nèi)容為主的課程更具有特殊的應(yīng)用意義。一個最簡單的Flash動畫是由一個場景的一個圖層的一個幀組成的[2]。最復(fù)雜的動畫包含多個場景,多個圖層,多個幀,動畫里面還包含有其他影片剪輯和大量的交互代碼。
2模擬實驗的設(shè)計與實現(xiàn)
“化學(xué)實驗基本操作的計算機模擬”是我們?yōu)榱搜芯坑嬎銠C輔助化學(xué)實驗教學(xué)而開發(fā)的計算機課件軟件,軟件里面的單個計算機模擬實驗都是可以單獨拿出來使用的課件“積件”[3]。所謂“積件”,指的是一個大課件系統(tǒng)中由許多獨立的小課件素材組織集成,這些課件素材就叫“積件”。它可能只是一個小動畫,甚至只是一幅圖片,也可能是具有完整功能的一個小課件。這種“積件”化的課件具有很大的靈活性,可滿足不同教師實際教學(xué)的需要,教師可以把這些“積件”作為課件素材進行再加工,開發(fā)出他們自己想要的、實際教學(xué)需要的新課件[4];教師用該軟件進行化學(xué)教學(xué),可以在較短的時間內(nèi)為學(xué)生講解實驗的全過程,不僅形象、生動,而且還能調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性,提高教學(xué)效率。對學(xué)生而言[5],可作為學(xué)生預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)之用,學(xué)生在實驗前,可以利用該軟件對整個實驗過程進行了解,這將提高化學(xué)實驗課的教學(xué)效率,減少化學(xué)實驗中的誤操作和化學(xué)藥品的消耗,學(xué)生在實驗后,可以直接進入整個課件系統(tǒng)對他們選擇的實驗進行觀看復(fù)習(xí),以鞏固所學(xué)知識。我們開發(fā)的“化學(xué)實驗基本操作的計算機模擬實驗”內(nèi)容包括高錳酸鉀制氧氣、實驗室制取蒸餾水、水的電解實驗、氫氣的純度檢驗、離子反應(yīng)、催化劑對化學(xué)反應(yīng)速率的影響、鐵與酸的反應(yīng)、吸熱反應(yīng)、中和反應(yīng)和布朗運動等化學(xué)實驗,都是用FlashCS3來制作的。
2.1化學(xué)實驗儀器的制作我們都知道,做化學(xué)實驗需要很多儀器,而且化學(xué)儀器的外形多種多樣,在計算機上逐一的繪制,會花費很多精力與時間,所以我們主要從以下三個方面來獲取化學(xué)實驗所需的儀器圖形:首先,最好的方法是直接從Internet網(wǎng)上找相關(guān)的儀器圖片;其次是用掃描儀從化學(xué)教材中把需要的儀器圖片掃描到電腦,以JPEG格式存儲,并在AdobeFlashCS3中將其轉(zhuǎn)化為圖形元件;再次,就是一些簡單的實驗儀器如燒杯、試管、木塊、水槽等可以直接用FlashCS3繪制。我們在開發(fā)“化學(xué)實驗基本操作的計算機模擬實驗”中,因為需要的化學(xué)實驗儀器比較多,所以我們在開發(fā)的前期工作中,先把實驗儀器庫做出來,之后,才開始制作每一個基本實驗。例如我們在“高錳酸鉀制氧氣”這個實驗中,會涉及到鐵架臺、酒精燈、棉花、鐵夾、水槽、玻板、集氣瓶、導(dǎo)管、橡膠管、燒杯、木塊等儀器,其代碼名稱依次為:tiejiatai、jiujingdeng、mianhua、tiejia、shuicao、boban、jiqiping、daoguan、xiangjiaoguan、shaobei、mukuai;以及實驗、退出、原理、聲音開、聲音關(guān)等按鈕和酒精燈火焰、酒精燈蓋、氣泡、火柴、火柴火焰、手、高錳酸鉀等元件。制作化學(xué)實驗所需儀器的三種方法中的第一種和第三種方法都比較簡單,在這里主要說明一下第二種方法:用掃描儀從化學(xué)教材中把需要的儀器圖片掃描到電腦,以JPEG格式存儲,并在AdobeFlashCS3中將其轉(zhuǎn)化為圖形元件。我們打開AdobeFlashCS3軟件,新建一個flash文檔,創(chuàng)建新圖形元件并給元件命名,然后建兩個圖層分別為圖層1、圖層2,將從化學(xué)教材上掃描下來的圖片導(dǎo)入到圖層1中并將該圖片鎖定。在圖層2中,用繪圖工具描圖層1中儀器的輪廓,調(diào)整輪廓圖形并填充顏色,設(shè)置其透明度,把圖層1刪除后保存。
2.2實驗交互操作界面制作實驗交互操作界面的制作較簡單,主要是圖形的繪制和背景顏色的調(diào)整,制作方法如下:(1)打開AdobeFlashCS3應(yīng)用程序,在時間軸上新建如下圖層:背景、相關(guān)知識、文本說明、交互提示和動作腳本。(2)在背景圖層上,用工具箱中的“工具”區(qū)中的繪圖工具畫出背景圖案,用“顏色”區(qū)的筆觸顏色和填充色對背景圖案進行著色。(3)在相關(guān)知識圖層上,用繪圖工具畫出矩形框圖形,將其設(shè)置為按鈕元件,命名為“相關(guān)知識”。在相關(guān)知識的按鈕元件時間軸中,新建四個圖層:矩形框、背景、文字和動作腳本。在矩形框圖層的舞臺上用繪圖工具畫出矩形框圖形,在背景圖層的舞臺上導(dǎo)入一幅背景圖作為背景,在動作腳本圖層和文字層的時間軸上各插入2個關(guān)鍵幀,每一幀在舞臺上的內(nèi)容都不相同,在文字層的舞臺上輸入與實驗相關(guān)文本信息,動作腳本圖層在幀上打開代碼窗口都寫:stop(),如圖1。(4)在文本說明圖層中,用文字工具在舞臺上寫實驗操作說明。(5)在交互提示圖層中,用繪圖工具畫出箭形框圖形,將其設(shè)置為按鈕元件,命名為“交互提示”。在交互提示的按鈕元件時間軸中,新建兩個圖層:交互按鈕和動作腳本。2.3實驗演示動畫制作(1)從已經(jīng)做好的實驗儀器元件庫中拖出化學(xué)實驗所需的儀器放在對應(yīng)的圖層上,即一個儀器元件放在一個圖層上,并調(diào)整實驗儀器元件的大小和位置。(2)以“高錳酸鉀制氧氣”為例,新建以下幾個影片剪輯,并為它們增加相應(yīng)的圖層。這幾個影片剪輯分別是:酒精燈火焰的動畫,主要使用形狀漸變動畫和逐幀動畫技術(shù);火柴火焰的動畫,主要使用形狀漸變動畫技術(shù);水槽內(nèi)的氣泡變化的動畫,主要使用運動動畫技術(shù)。(3)添加交互控制按鈕“開始演示”、“再觀看一次”。(4)在時間軸上調(diào)整各個圖層動畫播放的先后順序,如圖2。
3結(jié)束語
在化學(xué)教學(xué)中,有的實驗現(xiàn)象不能直接觀察,如原電池中電子的流動方向;有的不適宜直接操作,如水加到濃硫酸中的危險性;有的難以直接觀測生產(chǎn)過程,如工業(yè)上電解飽和食鹽水生產(chǎn)氯氣和燒堿。這些教學(xué)內(nèi)容都可以利用多媒體課件進行模擬演示,彌補實驗的不足和缺陷,同時還能有效解決學(xué)校經(jīng)費不足和實驗設(shè)施不完善等問題。通過實驗?zāi)M演示,學(xué)生既可以學(xué)到相關(guān)的實驗知識,也可以掌握一定的實驗操作技能。
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