化学是一门以实验为基础的学科,化学实验是化学这门学科不可缺少的组成部分。如理论的验证、知识的理解、操作技能的训练、后续知识的学习以及科学研究,都离不开实验。通过实验可以培养学生分析、解决问题的能力。随着计算机辅助教学在教育领域内的应用日益广泛,用计算机模拟实验教学不仅可以节约经费,而且能改善实验教学条件,提高实验教学质量。本课题旨在用Flash进行动画制作,用Photoshop对图片进行处理,用Premiere对视频作处理,用SoundForge对声音作处理,用COOL3D对文字作处理,以及用HyperSnap屏幕信息捕捉软件等几种多媒体软件来设计和开发一套化学实验基本操作的计算机辅助教学课件,并将之应用于化学教学,以适应化学实验教学改革的需要,提高化学实验教学的效率与效果,同时也可作为毕节学院化学及相关专业学生实验操作训练的有力补充。

　　1开发环境

　　1.1多媒体计算机,硬件配置2G内存,CPU为Intel(R)IntelCore,显卡、声卡、网卡,80G硬盘。多媒体计算机要能综合处理声、文、图像等信息,必须具备视频和音频信息的获取、压缩、解压缩和多媒体的同步控制功能。配刻录光驱,刻录光盘。辅助设备:扫描仪。

　　1.2软件开发环境操作系统为MicrosoftWindowsXPProfessional版本2002ServicePack3,动画制作与集成为FlashCS3,图片处理为AdobePhotoshopCS3,视频处理为PremiereProCS3,音频处理软件为SoundForge7.0以及屏幕信息捕捉软件HyperSnap中文版。AdobeFlashCS3[1]是Adobe公司收购Macromedia公司后将享誉盛名MacromediaFlash更名为AdobeFlash后的一款动画软件。Flash软件可以实现多种动画特效,动画都是由一帧帧的静态图片在短时间内连续播放而造成的视觉效果,是表现动态过程、阐明抽象原理的一种重要媒体。尤其是在化学课件中,使用设计合理的动画,不仅有助于学科知识的表达和传播,使学习者加深对所学知识的理解,提高学习兴趣和教学效率,同时也能为课件增加生动的艺术效果,特别对于以抽象教学内容为主的课程更具有特殊的应用意义。一个最简单的Flash动画是由一个场景的一个图层的一个帧组成的[2]。最复杂的动画包含多个场景,多个图层,多个帧,动画里面还包含有其他影片剪辑和大量的交互代码。

　　2模拟实验的设计与实现

　　“化学实验基本操作的计算机模拟”是我们为了研究计算机辅助化学实验教学而开发的计算机课件软件,软件里面的单个计算机模拟实验都是可以单独拿出来使用的课件“积件”[3]。所谓“积件”,指的是一个大课件系统中由许多独立的小课件素材组织集成,这些课件素材就叫“积件”。它可能只是一个小动画,甚至只是一幅图片,也可能是具有完整功能的一个小课件。这种“积件”化的课件具有很大的灵活性,可满足不同教师实际教学的需要,教师可以把这些“积件”作为课件素材进行再加工,开发出他们自己想要的、实际教学需要的新课件[4];教师用该软件进行化学教学,可以在较短的时间内为学生讲解实验的全过程,不仅形象、生动,而且还能调动学生学习积极性,提高教学效率。对学生而言[5],可作为学生预习和复习之用,学生在实验前,可以利用该软件对整个实验过程进行了解,这将提高化学实验课的教学效率,减少化学实验中的误操作和化学药品的消耗,学生在实验后,可以直接进入整个课件系统对他们选择的实验进行观看复习,以巩固所学知识。我们开发的“化学实验基本操作的计算机模拟实验”内容包括高锰酸钾制氧气、实验室制取蒸馏水、水的电解实验、氢气的纯度检验、离子反应、催化剂对化学反应速率的影响、铁与酸的反应、吸热反应、中和反应和布朗运动等化学实验,都是用FlashCS3来制作的。

　　2.1化学实验仪器的制作我们都知道,做化学实验需要很多仪器,而且化学仪器的外形多种多样,在计算机上逐一的绘制,会花费很多精力与时间,所以我们主要从以下三个方面来获取化学实验所需的仪器图形:首先,最好的方法是直接从Internet网上找相关的仪器图片;其次是用扫描仪从化学教材中把需要的仪器图片扫描到电脑,以JPEG格式存储,并在AdobeFlashCS3中将其转化为图形元件;再次,就是一些简单的实验仪器如烧杯、试管、木块、水槽等可以直接用FlashCS3绘制。我们在开发“化学实验基本操作的计算机模拟实验”中,因为需要的化学实验仪器比较多,所以我们在开发的前期工作中,先把实验仪器库做出来,之后,才开始制作每一个基本实验。例如我们在“高锰酸钾制氧气”这个实验中,会涉及到铁架台、酒精灯、棉花、铁夹、水槽、玻板、集气瓶、导管、橡胶管、烧杯、木块等仪器,其代码名称依次为:tiejiatai、jiujingdeng、mianhua、tiejia、shuicao、boban、jiqiping、daoguan、xiangjiaoguan、shaobei、mukuai;以及实验、退出、原理、声音开、声音关等按钮和酒精灯火焰、酒精灯盖、气泡、火柴、火柴火焰、手、高锰酸钾等元件。制作化学实验所需仪器的三种方法中的第一种和第三种方法都比较简单,在这里主要说明一下第二种方法:用扫描仪从化学教材中把需要的仪器图片扫描到电脑,以JPEG格式存储,并在AdobeFlashCS3中将其转化为图形元件。我们打开AdobeFlashCS3软件,新建一个flash文档,创建新图形元件并给元件命名,然后建两个图层分别为图层1、图层2,将从化学教材上扫描下来的图片导入到图层1中并将该图片锁定。在图层2中,用绘图工具描图层1中仪器的轮廓,调整轮廓图形并填充颜色,设置其透明度,把图层1删除后保存。

　　2.2实验交互操作界面制作实验交互操作界面的制作较简单,主要是图形的绘制和背景颜色的调整,制作方法如下:(1)打开AdobeFlashCS3应用程序,在时间轴上新建如下图层:背景、相关知识、文本说明、交互提示和动作脚本。(2)在背景图层上,用工具箱中的“工具”区中的绘图工具画出背景图案,用“颜色”区的笔触颜色和填充色对背景图案进行着色。(3)在相关知识图层上,用绘图工具画出矩形框图形,将其设置为按钮元件,命名为“相关知识”。在相关知识的按钮元件时间轴中,新建四个图层:矩形框、背景、文字和动作脚本。在矩形框图层的舞台上用绘图工具画出矩形框图形,在背景图层的舞台上导入一幅背景图作为背景,在动作脚本图层和文字层的时间轴上各插入2个关键帧,每一帧在舞台上的内容都不相同,在文字层的舞台上输入与实验相关文本信息,动作脚本图层在帧上打开代码窗口都写:stop(),如图1。(4)在文本说明图层中,用文字工具在舞台上写实验操作说明。(5)在交互提示图层中,用绘图工具画出箭形框图形,将其设置为按钮元件,命名为“交互提示”。在交互提示的按钮元件时间轴中,新建两个图层:交互按钮和动作脚本。2.3实验演示动画制作(1)从已经做好的实验仪器元件库中拖出化学实验所需的仪器放在对应的图层上,即一个仪器元件放在一个图层上,并调整实验仪器元件的大小和位置。(2)以“高锰酸钾制氧气”为例,新建以下几个影片剪辑,并为它们增加相应的图层。这几个影片剪辑分别是:酒精灯火焰的动画,主要使用形状渐变动画和逐帧动画技术;火柴火焰的动画,主要使用形状渐变动画技术;水槽内的气泡变化的动画,主要使用运动动画技术。(3)添加交互控制按钮“开始演示”、“再观看一次”。(4)在时间轴上调整各个图层动画播放的先后顺序,如图2。

　　3结束语

　　在化学教学中,有的实验现象不能直接观察,如原电池中电子的流动方向;有的不适宜直接操作,如水加到浓硫酸中的危险性;有的难以直接观测生产过程,如工业上电解饱和食盐水生产氯气和烧碱。这些教学内容都可以利用多媒体课件进行模拟演示,弥补实验的不足和缺陷,同时还能有效解决学校经费不足和实验设施不完善等问题。通过实验模拟演示,学生既可以学到相关的实验知识,也可以掌握一定的实验操作技能。