（分析化学专业论文）仪器分析课件研究—色谱模拟实验课件与仪器分析检测课件的研究与开发.pdf

摘要 本文介绍了计算机辅助教学的发展历程，国内课件概况，分析了当前存在的 三种不同的教育理论，分析了a l l 也o n 】l ，a r e 著作工具和多媒体课件的特点，阐述 了计算机辅助化学课件的特点和优势。在综合评估国内外计算机辅助化学教学的 基础上，结合化学学科的特点，研制开发了仪器分析检测课件、单气路气相色谱 模拟实验、毛细管色谱模拟实验三个课件。另外，采用3 d sm a x 制作了色谱理 论的有关动画。 仪器分析检测课件具有高度的交互性，输入姓名和密码登录后可以通过键盘 和鼠标直接选择或输入结果并可进行更改。结果可以文本文件的形式进行保存， 有利于对学生的管理：另外，界面比较赏心悦目，有利于提高学生的积极性。 毛细管色谱模拟实验、单气路气相色谱模拟实验通过文字、图片、图形、动 画等多媒体形式对实际实验场景进行了展示，用a u t l l o n a r c 模拟了实验操作过 程，如打开载气源，调节载气的流量；点击点火按钮，点燃f i d 检测器的氢火焰；拖 动进样器，进行进样分析，完成一次进样的操作；对错误操作进行提示等。对分流装 置、尾吹装置的原理，色谱分离的原理等进行动画展示。在界面上可以对实验条 件进行选择，试验装置可以自我介绍。采用同步技术实现了参数调节与动画显示 的同步。 课件采用a m h o 刑a r e 、p h o t o s h o p 、f l a s h 、3 d sm a x 等多媒体工具制作而成， 成功地实现了助教、助学的目的，既可用于教师课堂演示，又可作为学生自主学 习之用。仪器分析检测课件、单气路气相色谱模拟实验课件、毛细管色谱实验课 件分别独立开发、方便阅读和后续的扩展。 用3 d sm a x 制作了液相色谱原理动画、热导池检测器动画、色谱速率理论 动画。液相色谱工作原理动画展示了梯度淋洗装置、高压泵工作原理、六通阀的 工作原理、色谱分离原理：热导池检测器动画展示了当有物质通过检测器时线路 中电流的变化；速率理论动画展示了传质阻力、纵向扩散、涡流扩散的成因及其 对流出曲线的影响。 这些课件的设计制作为化学、化工专业教学提供了方便，解决了分析仪器 设备不足的矛盾，并为其它化学课件的开发提供了一定的借鉴。 a b s t r a c t t h ed e v e l o p i n gp r o c e s so f t h ec o m p u t e ra s s i s t e di n s t n l c t i o na n dt 1 1 e c h 钳冶c t e r so ft h ec u r r e n tm u l t i m e d i as o f t w a r e sw e r ed i s c u s s e di nt h i s t h e s i s t h r e ei n s t m c t i o nt h e o f i e s ，d o m e s t i cc o u r s e w a r e ss u e y sw e r e g i v e n a u m o r w a r e w a si n t r o d u c e di nd e t a i l b yi m e g r a t i n g t h e a d v a m a g e s o fc b e m i c a lm c a ic o u r s e w 耵e i nt 1 1 e w o r l d ， a c h r o m a t o g r 印h yc o u r s e w a r e ，ac a p i l l a 哆c h m m a t o g r 印h yc o u r s e w a r c 锄d a ni n s 打i 皿e n t a la l l a l y s i st e s t i n gc o u r s e w a r ew e r ed e s i g i l e da n db u i l tu p i n s t m m e n t a la n a l y s i st e s t i n gc o u r s e w a r ch a sh i g hi m e r a c t i o nt h a t a r e rn a m e sa n dp a s s w o r d si n p u t t e dt h ea n s w e r sc o u l db ei n p u t t e da n d m o d i f i e dm r o u 曲k c y b o a r do rm o u s e t h ea n s w e rc o u l db es a v e di nt e x t 矗l e s ，i nf a v o ro fs t u d e n tm a n a g e m e n t f u r t h e n n o r e ，t h ei n t e r f a c e i s g o o d 1 0 0 h n ga n da t t m c t i v e ，i nf 打o ro ft r i g g e r i n gs t u d e n te n m u s i a s m i n c 印i l l a r yc h m m a t o g r a p h y a n d g s e x p e r i m e n t s i m u l a t i n g c o u r s e w a r et w ov i n u a lr e a l i t ys c e n e sa r el a i do u tw i t ht e x t ，p i c t u r c s ， g r a p h i c s ，c a r t o o n s w i t ha u m o n v a r et h eo p e r a t i n ge x p e r i m e n tp r o c e s si s s i m u l a t e d ，f o re x a m p l e ，o p e n i n gc a r r i e rg a s ，a d j u s t i n gc a r r i e rg a sf l u x ， c l i c h n gi n n a m i n gb u t t o na n di g n i t i n gf i dh y d r o g e nn a m e ，d r a g g i n g i n j e c t i n g s a m p l eg i z m oa n da c h i e v i n go n ei 巧e c t i n g s 锄p l eo p e r a t i n g ， g i v i n gw a m i ne r r o ro p e r a t i n ge t c a tt h es a m et i m e ，d i s t r i b u t i n gd e v i c e p r i n c i p l e ，c h r o m a t o g r a p h y s e p a r a t i n g t h e o r i e sa r e d i s p l a y e d w i t h c a r t o o n s o nt 1 1 ei n t e r f a c e ，e x p e r i m e n tc o n d i t i o nc o u l db eo p t i m i z e da n d d e v i c e sc o u l di n t r o d u c et h e m s e l v e s w i 也s y n c h r o i l i z a t i o nt e c h n o l o g y p a r 锄e t e r sa d j u s t i n ga n dc a i t o o n sd i s p l a y i n gs y n c h r o n i z i n gi s 如l f i l l e d p r o v i d e dw 弛i n t e r a c t i v ee x p e r i m e n t s ，铆os i m u l a t i n 哥e x p 面m e n t c o u r s e w a r e s ，w h i c hc a nb eu s e db yb o t ht h et e a c h e f sa n ds t l l d e n t s ，a r e m a d ew i t ha u t h o 州a r e ，f l a s h ，p h o t o s h o p ，3 d sm a xe t c t h e yc a nb e u s e di nt h ec l a s s r o o ma n dh o m eb ys t u d e n t s t h e yc a l la c h i e v em ea i mo f a s s i s t e di n s 缸1 l c t i o na l l dl e a m i n gs u c c e s s 如l l y e e r ym o d e li si n d 印e n d e n t t oo n ea 1 1 0 m e r t h ea i l a l 如c a lt e c l l n i q u e s ，p r i n c i p l e s ，m eu s i n gg u i d a l l c e o ft h ei n s t l l m l e n t sa r eg i v e no u tb yw o r d s ，p i c t u r e s ，g r a p h i c s ，c a n o o n s b e i n gu s e df o rr e 颤_ e n c ct oo m e re x p e r i m e n 诅1c o u r s e w a r e sd e v e l o p i n g ， t h ek c y p r i n c i p l e sa n dt i p so fd e v e l o p i n g t 1 1 ec o u r s e w a r ea r ei n t r o d u c e di n d c t a i l w i t h3 d sm a xl i q u i dc h r o m a t o g r 印h yt h e o 叫c a n o o n ，t c d c a n o o n ，c h r o m a t o g r a p h yr a t et h e o r yc a n o o n 。l ct h e o r yc a r t o o ng i v e sa v i e wt h a th o wh i 曲一p r e s s u r ep u m pw o r k s ，h o ws i x - p a mv a l v ew o r k s ，h o w c h r o m a t o g r a p h ys 印锄t e ss u b s t a n c e s ；t c dc a r t o o ns h o w st 1 1 e c u n e n t c h a n g e sw h e ns o m es u b s t a n c e sg om r o u 班t c d ；r a t et h e o vc a r t o o n e x p l a i n st h ec a u s eo ff o 彻a t i o no fm a s st m n s f e rr e s i s t a n c e ，l o n g i t u d i n a l d i 渤s i n g ，e d d yc u r r e md i 肺s i n ga 1 1 dh o w 也e ya 彘c tc h r o m a t o g r 印h y c u n r e t h e s ec o u r s e w a r e sb r i n gc o n v e n i e n c et oc h e m i s 田a n dc h e m i c a l e n g i n e e r i n gt e a c h e r s i n t e a c h i n g ，s o f t e n i n gc o n t r a d i c t i o n sb e c a u s eo f s h o r to fa n a l y t i c a l i n s t n l m e n t s 郑州大学硕士学位论文仪器分析课件研究色谱模拟实验课件与仪器分析检涮课件的研究与开发 、 文献综述 计算机辅助教学( c o n l p u l e ra 8 s i s t e di | 1 s n l l c t i o n ，c a i ) 即计算机直接用于支持 教与学的各类应用。狭义地理解，c a i 是一种教学形态，是利用计算机的功能和特 点，代替( 或部分代替) 教师面向学习者，促使学习者实现有效学习的教学形态。随 着c a i 的发展，我们可以在更广泛的意义上来理解这一概念，c a i 是一项重要的新 兴教育技术，代表了一个十分广阔的计算机应用领域，包括将计算机直接用于为教 学目的服务的各类应用。多媒体技术在c a i 中的应用，即多媒体c a i 。 计算机辅助教学( c a i ) 形成于2 0 世纪5 0 年代末期。从此，传统的教育模式受 到前所未有的挑战，人类宣告进入计算机教育应用时代。随着计算机技术、网络 技术、通信技术、人工智能技术的迅猛发展，并结合教育理论、认知理论研究的 不断深入，计算机辅助教学也日益受到世界各国教育部门的高度重视，并逐渐形成 一种多学科综合、包罗多种新技术、具有自身理论基础的新型学科【i 】a 1 1 计算机辅助教学的产生与发展概况 在二十世纪2 0 年代，美国心理学家锡德尼普莱西( s i d n e yp r e s s e y ) 提出了利 用机器进行教学的概念。他曾设计了一台自动教学机器。虽然这台教学机器因设 计上的一些问题以及当时的条件还不够成熟，没有引起人们的重视，但它却是机器 辅助教学思想的萌芽。二十世纪5 0 年代，美国教育心理学家斯金纳( b f s k i i l i l 刚 在教学机器的基础上提出了学习材料程序化的想法，后来发展成为“程序教学”。 正是在这些理论的指导下使计算机成了教学的重要工具，从而产生了计算机辅助 教学。从技术上看，计算机辅助教学的发展大体上经历了四个阶段： ( 1 ) 形成阶段：大约在1 9 5 8 年至1 9 6 5 年之间。这一时期的主要特点是以一些 大学和计算机公司为中心进行计算机辅助教育的软件、硬件的开发研究工作，出 现了一些有代表性的系统。其中，世界上第一个计算机教学系统是美国i b m 公司 于1 9 5 8 年研制成功的。该公司利用台i b m 6 5 0 计算机连接一台电传打字机向 小学生教授二进制算术，并能根据学生的要求产生练习题。 ( 2 ) 实用化阶段：这一时期大约在1 9 6 5 年至1 9 7 5 年之间。这个时期有两个特 点：第一，研究规模扩大，先期的研究成果大量投入应用；第二，计算机辅助教学的应 郑州大学硕士学位论文仪器分析课件研究色谱模拟实验课件与仪器分析检测课件的研究与开发 用范围不断扩大。并进一步趋向实用化。 ( 3 ) 发展完善阶段：这一时期大约是从1 9 7 5 年到二十世纪8 0 年代后期。这一 时期有三个特点：第一，大型的计算机辅助教学系统迸一步完善圆；第二，微型计算 机的出现，使计算机辅助教学的发展有了突破性的变化；第三，智能化计算机辅助 教学的出现对计算机辅助教学的发展产生了重大影响。 ( 4 ) 成熟阶段：进入二十世纪9 0 年代以来，计算机辅助教学开始成熟起来。这 一时期计算机辅助教学的显著特点是：多媒体化、网络化、智能化。基于h l b 啪l e t 的教育应用迅速发展，新颖的网上教学形式应运而生，人们在网上建立了在线教育 教学系统，出现了虚拟教室、虚拟实验室、虚拟图书馆、虚拟校园、虚拟大学等 新的概念 3 堋。 1 2 国内课件概况 计算机辅助教学就是利用功能强大的多媒体计算机作为媒体，开展教与学的 一种教育培训手段。就全球范围看，我国的计算机辅助教学研究起步较晚，是在二 十世纪8 0 年代后期展开研究的，但发展很快。1 9 8 6 年召开全国第一届学术会议并 筹备成立学会，次年三月召开第二届年会并正式成立全国计算机辅助教育学会。 现已开过五次年会，发表论文涉及理论力学、外语、数学等广泛的学科及课程， 并已有一大批c a i 教学系统通过鉴定投入教学实用。另外，清华大学、北京大学、 西安交大等条件较好的重点院校还相继成立了c a i 中心，积极开展这方面的研究 和应用，从目日u 来看，我国开发的c a i 软件水平不一，但一般具有中文显示、教 学法细腻、注意启发式教学的特点，有些也具有相当水平o 】。 原国家教委于1 9 9 4 年对全国2 8 8 所工科院校进行的计算机辅助教学状况调查 显示，有4 0 2 8 的院校较广泛地开展了计算机辅助教学工作，共研制或使用的 课件总数为1 7 6 4 件，而在基础课中，几乎每门课程都设置、开发了相应的计算机 辅助教学课件 1 ”。计算机辅助教学的现状与未来发展具有关部门统计：若将对应 于一册书内容的一张光盘定义为一种教育软件的话，我国目前的教育软件大约有 30 0 0 种以上。这些教学软件大多集中在初中升高中、高中升大学方面。1 9 9 4 年 匡l 家教委组织了第1 届全国普通高等学校优秀c a i 软件评奖工作，6 9 项成果获奖。 一批国家级的试题库和大型系列课件陆续通过鉴定，被推广使用。 我国的计算机辅助教育与培训的研究和应用主要经历了三个阶段： 郑卅f 大学硕士学位论文仪器分析课件研究色谱模拟实验课件与仪姆分析检塑竖壁塑墅塞皇三堕 一是试题库的研制开发。这一阶段最有代表性的是英语试题库，其层次和种类 都比较齐全，且应用效果也比较好。 二是课程辅助教学系统与大型训练仿真器的研制与开发。前者几乎遍及大中 小学的各门基础课；后者主要应用与军工系统以及重大危险环境的训练仿真，如大 型发电站系统和飞行模拟器等。 三是计算机辅助教学写作系统及培训用小型训练仿真器的研究开发，两者的 成果及应用是越来越多，越来越好。由此可见，我国的计算机辅助教育与培训的发 展从浅到深，从研究到应用普及，从教育到培训，表明了c a i 在我国的广阔前景。 1 3 化学课程方面的应用 在1 9 8 7 年成立了第一期计算机辅助教学软件编写协作组，到1 9 9 1 年经匡i 家鉴 定共完成无机、有机、分化、物化( 实验) 、结构化学等9 个课程的软件( 共1 6 8 张软 盘，软件特点：以理科性内容为主，中文制作，菜单式) 。1 9 9 3 年底，工科c a r 协作组成 立，首批成员有包括清华大学在内的2 9 所学校( 1 9 9 6 年发展成为5 l 所) 。目前，已有 为数不少的化学c a i 课件涌现出来，其中不少是很具推广价值的【1 2 】。 在面向2 1 世纪的综合素质教育中，c a i 对培养学生的创造性、动手技能、获取 新知识的能力和综合运用知识的能力具有显著的功效。 1 3 1 化学c a i 的特点1 p 1 7 i 在现代化学教育中c a i 显示了极大的优势，不仅可以使教育、教学变得生动、 形象，还可以扩展课程的深度和广度，进而推动了课程内容和体系的改革。在化学 教学中，c a i 有着无可比拟的优势：模拟原子、原子团、分子等的结构和变化机理， 使化学反应过程生动形象，帮助学生理解和掌握基本原理：对有毒害物质出现的实 验进行模拟，可以避免毒害物质对师生身体的损害，减少实验消耗；对实验仪器仿 真和剖视及实验过程的仿真，使学生了解实验机理和仪器操作原理，提高实验作用， 尤其对大型精密仪器的仿真，将学生由不可视的机械操作带入主动介入，灵活运 用所学基本知识的新天地中；由学生自己通过c a i 软件学习实验知识，可以让学生 自行设计实验，使开放实验室成为可能。 1 3 2 化学实验类教学软件1 8 4 】 现代化学分析技术现代科技的发展，赋予分析测试适时、再现、原位、无损 失的要求，掌握现代化学分析技术尤为重要。实验类软件国内外已有丌发2 5 1 。化 郑州大学硕士学位论文仪器分析课件研究一色谱模拟实验谦件与仪器分析检测课件的研究与开发 学实验类更是屡见不鲜。其中大连理工大学研制的有机化学实验m m c a i 教学 课件将实验教学内容科学安排，通过交互式和场景设计，由多媒体技术表现出来， 极大地提高了学生对实验课学习的兴趣，促进了实验教学手段的现代化，实验教学 内容的系统化和实验操作的规范化。本课件内容丰富，集预习、演示、模拟、复 习、测试、学习等教学环节为一体对提高教学效果和质量起积极作用。适用于 不同层次学生的不同需求( 如验证性、综合性、研究性实验) ，也可满足其它教学环 节( 如毕业论文) 的需要。南开大学研制的无机化学模拟实验：基础实验、中级实 验，将无机化学实验中难度较大的、重要且有代表性的实验及因有关因素在常 规实验中无法开设的但又很重要的实验收录其中。本课件内容丰富，跟踪学科前 沿，可操作性强，可用于教学演示及学生自学。 大连理工大学研制的“多媒体分析化学c a i ”、“基础仪器分析虚拟实验室” 课件，是融多媒体课程讲授与仪器原理演示和实验仿真模拟为一体的多功能c a i 软件。其特点是具有超文本方式动态设计的电子教案：有分析仪器原理与实验演 示仿真模拟：包括填充柱气相色谱、液相色谱、离子色谱、毛细管色谱、高效毛 细管电泳、原子吸收、紫外可见、红外光谱、电位分析、核磁共振分析原理与谱 图识别、色一质谱连用、离子色谱分析原理等，这部分内容可通过c a i ，将仪器“搬” 上讲台，动态显示其微观原理，快速模拟分析过程及谱图识别；有分析化学图片库， 可实现快速查阅、浏览等操作，可在教学中随时调用以配合电子教案使用：有分析 化学学习室，可完成分析化学发展史、多媒体元素周期表与数据查询，是极好的教 学辅助工具；有分析化学虚拟考场，可通过计算机对各章内容的重点、难点加强复 习，并通过自己选题，进入考场，进行测验检查学生对所学习内容的掌握程度。 由西北大学研制的现代化学分析技术多媒体教材，采用三维动画、视频技 术、数字图像技术，并结合完整的讲解。在遵循教学原则的前提下，在定性的层次 上介绍了当前最具代表性、国内外较为先进的七种大型现代化学分析仪器：气相 色谱质谱联用仪( g c - m s ) 、傅立叶变换红外光谱仪( f i i r ) 、紫外一可见光谱仪 ( u v s ) 、傅立叶变换核磁共振谱仪( f t - n m r ) 、原子发射光谱仪( i c p a e s l 、原子 吸收光谱仪( a a s ) 、x 一射线衍射仪( 含四圆单晶衍射仪) 。各仪器的介绍包括基本 理论、仪器工作原理、仪器结构、重要部件、信号产生原理、信号检测原理、仪 器操作过程，检测结果的分析方法、解析方法和应用领域等。该软件适用于高校 4 郑州大学硕士学位论文仪器分析课件研究色谱模拟实验课件与仪器分析检测课件的研究与开发 基础化学课程教学。同时在基础理论、新技术方面具新颖性和先进性。现行的教 学软件在播放方式上注意到师生交流的问题。“顺序播放”、“可控播放”( 可慢、 可停) 、“逐页播放”多种播放方式，任由教师选择；选用同步解说词或静音，任由教 师声情并茂地讲解更增强了讲课效果。 1 4c a i 的发展趋势0 2 6 2 7 l 1 4 1 智能化c a i 随着计算机人工智能技术的高度发展，专家系统和人工智能技术将广泛应用 于c a i 中。它能模拟教师允许学生与计算机双向问答式的交互活动为学生提供 新型的学习环境；鼓励学生提出问题并能理解学生用自然语苦表达的提问；能够深 入地了解学生的学习情况，检测和判断学生犯错误的原因并予以纠正：根据学生的 学习特点和学习风格自动调整教学策略，进行自我修改和完善，动态地控制整个教 学过程。但是，目前真正能够应用于实际的成熟的智能化e a i 系统还很少。这将 有赖于人工智能技术的进一步发展，是下一代c a i 的研究热点。 1 4 2 虚拟现实的c a l 虚拟现实是指由多媒体计算机生成的一个实时的可以通过视觉、声音和触觉 进行沟通的交互式人工环境。它高度逼真地模拟使用者在自然环境中的多种特 性。在这个人工造就的环境里，一些特殊的设置( 如头盔和数据手套) 可以给系统使 用者造成强烈的幻觉，产生身临其境的体验，使得置身于其问的人全身心地投入到 周围的一个虚拟现实世界中，并对其真实性不产生怀疑。在这种环境中学习的人 能动手操作虚拟世界中的各种对象，直接接受现实世界中难以或无法接受的知识 和技能，最终达到常规教学难以实现的教育目标。如网上虚拟实验室已经很多， 包括从力学、电磁学、热学、化学试验等方面。这种虚拟现实技术给计算机以非 常强的表现力，加大了人们获得的信息量。这种支持体型教育的新方法正成为计 算机辅助教学发展的新方向。 1 4 3 集成化c a i 集成化c a l 针对教学的某一部分内容，做出适合于教学使用的“平台式”软 件，并提供开放性的素材库，教师可以根据需要从素材库中选取素材，也可以对素 材库进行扩充，使教师在这种软件环境中方便地对各种素材进行自由组合，编辑形 成具有个性的符合学生特点的课件，以满足不同的教学需要。 郑州大学硕士学位论文仪器分析课件研究色谱模拟实验课件与仪器分析检测课件的研究与开发 1 4 4 绩效支持系统的出现和发展 针对传统意义上的计算机辅助教学中指导思想存在的问题，现今国际上计算 机辅助教学已经逐渐从“教”为中心向以“学”为中心、从“教师”为中心向以 “学生”为中心转移，开始逐渐淡化计算机辅助教学的概念( 如美国现在已很少使 用“计算机辅助教学”这一名词) ，出现了一种“脱计算机辅助教学”化的发展方 向。基于这种分析和认识，国际上开发了以绩效技术为基础的绩效支持系统 ( p e r f 0 加a l l c es u p p o r ts ”t 锄) 简称p s s ) ，成为当今和未来计算机辅助教学新的发 展方向和热点。p s s 与传统意义上的计算机辅助教学主要有以下几点区别： 首先是p s s 更为强调学习的自主过程，在人机互动关系中坚持以人为本的 基本原则。在p s s 系统中，更加重视学习者的内在动机和主观能动性，学习者自发 的学习占主导地位，而“教”、“辅导”则仅仅是一种辅助手段。 其次，与计算机辅助教学要求学生适应计算机和软件不同，p s s 主要以计算机 和软件适应学习者的需求为主，这也是绩效技术的主要特点之一。正如尼葛洛庞 帝在其数字化生存中提出了一个朴素而深刻的问题：为什么机器非要设计得 与人们的日常生活相距甚远? 为什么非要人们被动地适应机器的各种繁琐要求和 规定? 基于绩效技术的p s s 是从相反的方向展开研究，即研究如何设计机器使之 更适应人类，而非相反。 p s s 与计算机辅助教学的另一个主要区别在于：计算机辅助教学主要由专家、 教师来构思、设计和制作，虽然也可以征询、参考学习者的需要和反馈，但主体在 “教”的一方；而p s s 则在某种意义上是教与学双方的产物，学生与教师处于平等 对话的地位，其最突出的体现在于“用户参与设计”和“循环设计”两个方面。 因此可以说，p s s 的开发和研究结合了当今世界教育理论的最新发展，推动了教育 观念的更新。 1 s 相关概念 1 5 1j 寸算机辅助教育( c o m p u t * b a s e de d u c a t i o n ，c b e ) 习惯上，将计算机在教育领域的各类应用统称为c b e 。一般认为c b e 主要包 括：计算机辅助教学( c a i ) 和计算机管理教学( c m i ) 两个方面。但随着计算机在教 育领域应用范围的不断扩大，c b e 的概念也有了适当扩展。目前，有的学者认为至 少应将计算机支持的学习资源( c s u t c o m p u t s u p p o n e dl e a n l i n gr e s o u r c e s ) 作 郑州大学硕士学位论文仪器分析课件研究色谱模拟实验课件与仪器分析检测课件的研究与开发 为c b e 的重要方面。 1 5 2 教学软件与课件 教学软件在概念上泛指各种能为教学目的服务的应用软件。可分为内容特定 教学软件、内容相关教学软件、内容无关教学软件三类。课件译自英文 “c o u r s e w a r e ”，其本意是课程软件。课件中必须包含具体学科的教学内容，在概 念上属于教学软件，属于内容特定的教学软件。 1 5 3 网络课件与网络课程 课件是对一个或几个知识点实施相对完整教学的辅助教学软件，根据运行平 台划分，可分为网络版的课件和单机运行的课件，网络版的课件需要能在标准浏 览器中运行，单机运行的课件可通过网络下载运行，以上均泛称网络课件。 网络课程是通过网络表现的某门学科的教学内容及实施的教学活动的总和， 它包括两个组成部分：按一定的教学目标、教学策略组织起来的教学内容和网络 教学支撑环境。 课程与课件的如发点不同，课件是从一个或几个知识点的教学活动出发，课 程是从学习者整个需求出发，但的总教学目标是一致的，都是使学习者的认知结 构发生一定的改变。课件把课程中所规定的教学内容、教学活动用软件的方式实 现出来，但缺少了课程的很多内涵，不是一门完整的课程。 郑州大学硕士学位论文仪器分析课件研究色谱模拟实验课件与仪器分析检测课件的堕塑堑墅丝 二、多媒体课件 心理学家特奇勒曾说过：“我们的学习，1 通过味觉，1 5 通过触觉，1 1 通过听觉，8 3 通过视觉”。多媒体课件的内容是否丰富，能否取得预期效果， 在很大程度上取决于所用媒体的素材恰当与否【2 8 2 9 1 。 多媒体技术在我国1 9 9 4 年开始起步，1 9 9 6 年时已掀起高潮，软、硬件公司纷纷 成立，各种软件层出不穷，到1 9 9 7 年已有电子出版物1 0 2 5 种，到了1 9 9 8 年则是1 4 4 2 种，增长4 0 多，多媒体已经开始应用于各行各业 3 0 3 习。 2 1 多媒体c a l 课件开发规范 作为一种软件产品，多媒体c a i 课件的设计、制作与发行过程，都必须按照软 件工程的一系列规范进行。1 9 9 7 年国家教育部( 原国家教委) 颁布了多媒体课件制 作规范( 征求意见稿) 。对c 越软件的术语、硬件和软件及网络运行环境、表现形 式以及文件格式、文档编写要求等作了规定。2 0 0 0 年教育部现代远程教育资源建 设委员会颁布现代过远程教育资源建设技术规范( 试行) ，对现代远程教育 工程建设涉及的术语定义、媒体素材、题库、网络课件库、案例库、文献资料库、 网络课程、教学支持系统功能要求、管理系统功能要求等作了规范。 2 2 多媒体网络课件的特点与优势3 6 1 7 l 利用多媒体为学习者提供多重刺激，激发学生学习兴趣、提高学习效果【3 8 】。 改变传统的教学方法，为教师提供了形象的表达方式，有利于教学重点和难点的 突破 3 9 删。多媒体网络教学可提供交互式的学习环境，充分发挥学生的主动性 和积极性。多媒体网络教学作为一种新兴的教学手段其自身特点是突出的【4 1 】： ( 1 ) 多媒体网络课件保留了多媒体课件集成性、交互性、智能性【4 2 】、主动性和 形象性等特点，可以在学习内容的重点、难点上对学习者进行引导，从而可获得良 好的教学效果，特别是可形成一种图、文、声、像并茂的人机交互方式。 ( 2 ) 多媒体网络课件具有传输快、易制作、易获取、易维护的特点。可以把教学 中最难理解、最重要的内容做成课件，使其具有针对性。网上发布的课件能够遍 及世界各地的每个角落，只要有网络的地方，课件就可以传到那罩，学习者只要上 网就可以找到自己需要的内容( 学习资源) 。学生可以上网查看“教案”，真正做到 多媒体的“辅助教学”。 郑州大学硕士学位论文仪器分析课件研究一色谱模拟实验课件与仪器分析检铡堡壁鲤堑塞量墅垄 ( 3 ) 在网络氛围下，学生通过自行操作电脑，浏览教师的课件( 教学内容) ，通过和 其他同学的讨论和接受教师的个别辅导。这充分体现了学生自主的学习主体地位 【4 3 1 ，教师则退到辅导、调控和学习伙伴的身份。 ( 4 ) 多媒体网络教学为个别化学习、选择性学习、合作性学习与竞争提供了可 能性。个别化教学要求教师根据学生的知识水平，接受能力的实际情况，下载运行 网络上不同的课件。不同地区、学校的学生可以通过网络进行合作和竞争。 ( 5 ) 完善的双向交流模式。学生可以通过e m a i l 的形式将学习和操作中遇到的 问题及时提出撤师也可以及时地做出解答。 2 3 多媒体在化学实验中的运用删 多媒体在化学实验中的应用主要在以下几个方面：即微观实验宏观化【4 6 】，静 态事物动态化，抽象知识形象化1 4 7 5 0 1 ，复杂工艺简洁化，大型实验模拟化5 卜5 3 1 。 在化学实验的过程中，有许多大型组合性的实验，如果在课堂上给学生演示， 哪个老师也不想这样做，因为费时费力效果差。可以做成计算机多媒体课件，现 在屏幕上显示许多的仪器，让学生按步骤进行组装搭配。如果学生违反操作规程 随意用鼠标拖拉仪器，计算机会及时提示纠正。计算机会简单模拟出实验中一些 过程、实验的现象、实验的原理等。 郑州大学硕士学位论文仪器分析课件研究一色谱模拟实验课件与仪器分析检测课件的研究与开发 三、课件开发的理论基础 3 1 行为主义学习理论 二十世纪5 0 年代的行为主义学习理论，采用“黑箱”理论的方法，着重强调 学习的外部行为反应，将复杂的心理活动过程简化成刺激一中介一反应( s o r ) 的循环系统，从而使得学习活动成为可分析、可操作的事件，为计算机辅助教学的 发展和应用提供了理论上的依据。其代表人物如美国著名的心理学家b f 斯 金纳认为，学习起因于对刺激的反应。因此，通过对反应的及时强化，使学习者正 确地建立反应与刺激之间的联系便成了早期计算机辅助教学设计的基本思路。从 上世纪六十年代初到上世纪七十年代末期的c a i 教育理论被认为是行为主义学 习理论。 3 2 认知主义学习理论 认知理论是在批判、扬弃了行为主义理论的基础之上发展起来的，它从内部 心理过程来解释人类的学习行为，强调人的认知过程是在外界刺激( 客观) 和认知 主体心理过程( 主观) 相互作用下发生的，其中人的内部心理过程包括兴趣、爱好、 态度和需求，以及认知主体己有的知识和经验等。据此，我们可以把学习过程理解 为学习者从自己的主观特点出发( 利用已有的知识与经验) 对学习内容做出的主 动的、有选择的信息加工过程。行为主义强调外部事件对学习的影响，而认知主 义则强调内部的思维在学习中的作用。从上世纪七十年代末期到上世纪八十年代 末期，这个期间的c a i 教学理论属于认知主义学习理论。 3 3 建构主义学习理论。5 ” 建构主义学习理论最早由瑞士的心理学家皮亚杰提出，他认为：“认识既不能 看作主体内部结构中预先有的它们起因于有效的不断的建构，也不能看作 客体内部预先确定的，因为客体只有通过主体内部结构作用才能被认知。”在皮亚 杰理论的基础上，以后的学者从不同的方面丰富和发展了建构主义学习理论。建 构主义学习理论强调的是以“学生为中心”，学生是知识意义的主动建构者：教师 是教学过程的组织者、指导者、意义建构的帮助者：教材不再是仅供教师传授知 识用的“教本”，而是学生主动学习的“读本”，是为学生主动建构意义服务的： 教学媒体不再是帮助教师完成知识传授的工具，而是用来创设情境、进行协作学 郑州大学硕士学位论文仪器分析课件研究一色谱模拟实验谋件与仪器分析检测课件的研究与开发 习和会话交流，即作为学生主动学习、协作式探索的认知工具。从上世纪九十年 代至今，这个期间的c a i 教学理论属于建构主义学习及教学理论。 3 4 积件思想“7 “1 积件( i n t e g r a b l ew a r e ) 从1 9 9 8 年初，上海的一些高校总结计算机辅助教 学的经验与不足，提出了计算机辅助教学软件系统新理论积件思想，并展开 了理论与实验研究。由于课件是在教学活动开始以前事先设计确定的教学软件， 因而它又具有教学目标和教学情景的“特定性”、教学模式和教学方法的“固定 性”、以及教学软件系统本身的“整体性”和“封闭性”等特点，不利于因材施 教和老师个性的发挥。因此，从节省人力和物力的角度来看，要做到尽可能大范 围内资源( 课件) 共享，应尽可能以帮助教师讲授某个教学难点，或帮助学生学 习某个知识点为目的，以小课件的形式制作。小课件的构造形式主要有以下两种： 一、将一个知识点的内容打包成可执行文件，用函数将小课件作为外部资源来调 用，此方法的优点是主控程序与小课件各自独立，只需修改函数中的文件名，即 可完成另一种情景的构造。二、将一一个知识点的内容设计成模块，调用者以载入 模块的方式，把小课件粘贴到自己的流程线上，此法的优点是便于修改小课件中 的内容，使之能适应更普遍的教学对象。 3 5 认知规律 学生在学习过程中视觉获取知识占8 0 ，听觉占1 1 ，而其他约占9 。因此， 学生们在学习中视觉与听觉在起主导的作用：从注意力的比率来看，学习过程中 使用视觉媒体的注意力比率为8 1 7 ，而使用听觉媒体的比率为5 4 6 ，前者显然 高于后者。从记忆比率来看，同样一份学习资料，采用传统的口授方法，让学生仅 仅靠听( 听讲) 在3 个小时以内只能记住6 0 ，而采用视觉( 看) 在3 个小时后能记 住7 0 ，如果采用视觉、听觉并用则能达到9 0 。 3 6c a l 设计基本原则6 1 嘲 在c a i 课件设计中，应遵循如下一些原则： f 1 ) 通用性 既要适用于单机运行，又要满足局域网中文件服务方式下的本地运行要求或 为该c a i 远程教育实施留有扩充的余地。 ( 2 ) 可控制性 郑州大学硕士学位论文仪器分析课件研究色谱模拟实验课件与仪器分析检测课件的研究与开发 建议以h y p c r t e x t ( 超文本) 结构作为课件中各学习单元之间的链接结构， 提倡选用“按纽”和“热区”的形式作为控制链的出入口。要允许随时结束退出。 对于一个内容丰富的大型课件，建议给出导航图。 ( 3 ) 科学性 教育目的明确，内容准确，表述规范，文本、图形、动画、音像、视频等 各种媒体使用合理，搭配得当，层次分明，屏幕设计清晰高雅，色调搭配适中， 生动活泼而又不失严肃，注意引导式启发，防止简单的书本搬家和呆板的说教， 要充分利用计算机的交互特性，不失时机的穿插学与教的信息交流。做到教育内 容第一，教育功能第一，使用方便第一的“三第一”原则。 ( 4 ) 较强的容错性 人机交互时的误操作或非界定操作，要有明确的错误提示，绝不可出现“死 机”现象。 ( 5 ) 晃面友好。操作方便 应配有课件的内容简介、作者联系信息、版权声明及在线帮助等，功能键 的定义要符合大众习惯，操作键的定义要明确专一、杜绝二义性。 郑州大学硕士学位论文仪器分析课件研究一色谱模拟实验谭件与仪器分析检测谋件的研究与开发 四、仪器分析课件的设计 仪器分析课程是高校本科生教学中一门重要的基础课。该课程的目的是对常 用仪器分析方法的基本原理、仪器基本结构和应用进行较为深入的讨论，内容包 括紫外、红外吸收光谱法、原子吸收分光光度法、电位分析法及气相色谱法等。 学生通过学习能基本掌握常用仪器分析方法的基本原理、仪器基本结构与应用范 围，了解一些新的仪器分析方法，并初步具备应用此类分析方法解决相应实际问 题的能力。由于仪器分析课程是一门实践性很强的化学课程，实验课程采取的是 一种“大循环”的实验方式，以传统的教学手段如口授、板书难以将仪器的结构 以及工作原理阐述清楚，一些空间问题如仪器分析中电极的内部结构、原子吸收 分光光度计预混合型燃烧器的组成等较为抽象，学生难以理解。而利用多媒体课 件集成性、交互性、智能性、主动性和形象性等特点，可以在学习内容的重点、 难点上对学习者进行引导，从而可获得良好的教学效果【硼。用动画对仪器的结构 以及工作原理进行模拟有其得天独厚的优势。 如气相色谱模拟课件中：试样( 种类、浓度) 分离柱( 固定相选择) 操作条 件( 柱温、气化温度、流速、载气流速、桥流、进样量) 色谱峰形状( 保留时 间、峰高、峰宽) 结果( 是否成功、偏差大小、结论) ，这么多变量的关联必 须建立严格的数学模型。而对后者，仅靠研制者的专业水平却很难达到，需要借 助于不断发展着的人工智能模型理论，如人工神经网络、项目反映理论6 8 l 。 4 1 不同虚拟现实形式的比较 c h i e nc h o u 等从播放平台， 7 r 发成本等对文字版虚拟现实、桌面式虚拟 现实、沉浸式虚拟现实对比分析后指出，桌面模拟现实形式是目前理想的 郑州大学硕士学位论文仪器分析课件研究一色谱模拟实验课件与仪器分析检测课件的研究与开发 选择嘲。 类型文字虚拟现实桌面虚拟现实临境虚拟现实 媒体形式只有文本动态3 d 曲线、声动态3 d 曲线、声音、视频 音、视频 播放平台具有上网功能的具有上网功能的高级终端电脑如s g i 、o n y x r e 2 个人电脑个人电脑并配有额外设备h m d 、数据手 套、3 d 鼠标、头盔等 播放平台成本低低到较高很高 内容开发成本低 由 高 沉浸效果差差到较好好 同时使用者人可同时多人可同时多人通常一人，依设备情况有时可不 数i l 一人 图4 1 ：三种虚拟现实( v r ) 类型的比较 4 2 课件开发工具的选择 7 0 8 l 】 对于非专业人士来说，课件开发的捷径之一便是利用多媒体软件制作工具， 其中基于w i n d o w s 的主要有：m a c r o m e d i a 公司的a u t l l o 研a r e 、d i r e c t o r 、a c t i o n ! a s y n l e 砸x1 b o l b o o k ，m i c m s o f i 的v b 、v c + + 、