化學實驗操作計算機試驗論文

化學實驗操作計算機試驗論文

　　化學是一門以實驗為基礎的學科,化學實驗是化學這門學科不可缺少的組成部分。如理論的驗證、知識的理解、操作技能的訓練、后續知識的學習以及科學研究,都離不開實驗。通過實驗可以培養學生分析、解決問題的能力。隨著計算機輔助教學在教育領域內的應用日益廣泛,用計算機模擬實驗教學不僅可以節約經費,而且能改善實驗教學條件,提高實驗教學質量。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計和開發一套化學實驗基本操作的計算機輔助教學課件,并將之應用于化學教學,以適應化學實驗教學改革的需要,提高化學實驗教學的效率與效果,同時也可作為畢節學院化學及相關專業學生實驗操作訓練的有力補充。

　　1開發環境

　　1.1多媒體計算機,硬件配置2G內存,CPU為Intel(R)IntelCore,顯卡、聲卡、網卡,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,刻錄光盤。輔助設備:掃描儀。

　　1.2軟件開發環境操作系統為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軟件可以實現多種動畫特效,動畫都是由一幀幀的靜態圖片在短時間內連續播放而造成的視覺效果,是表現動態過程、闡明抽象原理的一種重要媒體。尤其是在化學課件中,使用設計合理的動畫,不僅有助于學科知識的表達和傳播,使學習者加深對所學知識的理解,提高學習興趣和教學效率,同時也能為課件增加生動的藝術效果,特別對于以抽象教學內容為主的課程更具有特殊的應用意義。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模擬實驗的設計與實現

　　“化學實驗基本操作的計算機模擬”是我們為了研究計算機輔助化學實驗教學而開發的計算機課件軟件,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,開發出他們自己想要的、實際教學需要的新課件[4];教師用該軟件進行化學教學,可以在較短的時間內為學生講解實驗的全過程,不僅形象、生動,而且還能調動學生學習積極性,提高教學效率。對學生而言[5],可作為學生預習和復習之用,學生在實驗前,可以利用該軟件對整個實驗過程進行了解,這將提高化學實驗課的教學效率,減少化學實驗中的誤操作和化學藥品的消耗,學生在實驗后,可以直接進入整個課件系統對他們選擇的實驗進行觀看復習,以鞏固所學知識。我們開發的“化學實驗基本操作的計算機模擬實驗”內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、催化劑對化學反應速率的影響、鐵與酸的反應、吸熱反應、中和反應和布朗運動等化學實驗,都是用FlashCS3來制作的。

　　2.1化學實驗儀器的制作我們都知道,做化學實驗需要很多儀器,而且化學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實驗所需的儀器圖形:首先,最好的方法是直接從Internet網上找相關的儀器圖片;其次是用掃描儀從化學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“化學實驗基本操作的計算機模擬實驗”中,因為需要的化學實驗儀器比較多,所以我們在開發的前期工作中,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中將其轉化為圖形元件。我們打開AdobeFlashCS3軟件,新建一個flash文檔,創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,將從化學教材上掃描下來的圖片導入到圖層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,調整輪廓圖形并填充顏色,設置其透明度,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整,制作方法如下:(1)打開AdobeFlashCS3應用程序,在時間軸上新建如下圖層:背景、相關知識、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”區中的繪圖工具畫出背景圖案,用“顏色”區的筆觸顏色和填充色對背景圖案進行著色。(3)在相關知識圖層上,用繪圖工具畫出矩形框圖形,將其設置為按鈕元件,命名為“相關知識”。在相關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個關鍵幀,每一幀在舞臺上的內容都不相同,在文字層的舞臺上輸入與實驗相關文本信息,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)從已經做好的實驗儀器元件庫中拖出化學實驗所需的儀器放在對應的圖層上,即一個儀器元件放在一個圖層上,并調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;火柴火焰的動畫,主要使用形狀漸變動畫技術;水槽內的氣泡變化的動畫,主要使用運動動畫技術。(3)添加交互控制按鈕“開始演示”、“再觀看一次”。(4)在時間軸上調整各個圖層動畫播放的先后順序,如圖2。

　　3結束語

　　在化學教學中,有的實驗現象不能直接觀察,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過程,如工業上電解飽和食鹽水生產氯氣和燒堿。這些教學內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校經費不足和實驗設施不完善等問題。通過實驗模擬演示,學生既可以學到相關的實驗知識,也可以掌握一定的實驗操作技能。

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