（热能工程专业论文）工程热力学多媒体教学软件的研制.pdf

摘要 工程热力学多媒体教学软件的研制 王劲松 ( 浙江大学热工教研室) 摘要 ( 随若计算机技术发展的日趋成熟，计算机辅助教学c a i ( c o m p u t e ra i d e di n s t r u c t i o n ) 、 开始庄敦学领域中逐渐兴起并在当今的学校各学科的教学中扮演着越来越重要的作刚。 本文首先简要介量f 了计算机辅助教学的发展和现状，并且对根据多媒体的特征分析 了多媒体敦学软件所应具备的功能。，) u 论文中主要讨论工程热力学多媒体教学软r ：的制作g 路和方法针对工程热力学学 科“身的特直羊| j 多姒体数学软件所必须具备的功艟对软件中热力学发展简殳、热0 学 河沿、热力过程以f j 分忻及电厂实例、实验模拟及热力学1 ：具四部分的制作一l ：具的使川、 素材选取、设计思路的确定、软件功能的实现等内容作了详细的描述。可以为其它学科 的多媒体教学软件的制作做参考。 始文中提出了目前多媒体教学软件制作中存在的问题，井针对如何解决这些问题提 出了一些自己的看法通过分析多媒体教学软件的发展方向和重要性，对传统教学如何 充分利_ f ；i 现有的计算机技术提出一些建议。 j 关键词：工程热力学 多媒体多媒体教学软件计算机辅助教学 ?。?；，ao：一，；， l j ：， r e s e a r c ho fm u l t i m e d i as o f t w a r eo f c o m p u t e r a i d e d i n s t r u c t i o no ne n g i n e e r i n gt h e r m o d y n a m i c j i n g s o n gw a n g a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fc o m p u t e rt e c h n o l o g y ，c a ih a sm a d eag r e a tp r o g r e s sa n dh a s p l a y e dam o r e a n dm o r ei m p o r t a n tr o l ei nt h ei n s t r u c t i o n a lf i e l d f i r s t l y ，t h i sp a p e rb r i e f l yi n t r o d u c e st h ed e v e l o p m e n ta n dc u r r e n tr e s e a r c ho nc a it h e n i t a n a l y s e st h ee s s e n t i a lf u n c t i o no fo n em u l t i m e d i ac a is o f t w a r ea c c o r d i n gt om u l t i m e d i a c h a r a c 把r i s t i c t h et h o u g h ta n dm e t h o do fd e v e l o p m e n to ft h e r m o d y n a m i cm u l t i m e d i ac a ls o f t w a r e a r et h em a i nc o n t e n to ft h i sp a p e r a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co f t h e r m o d y n a m i ca n dt h e f u n c t i o no fc a is o f t w a r e ，t h ep a p e rd e s c r i b e st h eu s eo fi m p l e m e n t a ls o f t w a r e 、p i c k i n gi t s m a t e r i a l 、d e s i g n i n gt h o u g h ta n dr e a l i z i n gt h ef u n c t i o n t h ef o u rp a r t so ft h i ss o f t w a r ea r e p h y l o g e n y 、n e wt e c h n o l o g y 、e x e r g ya n a l y s i sa n ds i m u l a t i o no fi n s t r u c t i o ne x p e r i m e n t l h e d e s c r i p t i o no f t h i sp a p e rc a nb ear e f e r e n c et oo t h e rc a i s o f t w a r e m o r e o v e r ，t h i sp a p e ra n a l y s e ss o m ep r o b l e m so fc a is o f t w a r ea tp r e s e n tr e s e a r c ha n d t h ea u t h o rp u tf o r w a r dh i so w nv i e w p o i n tt os o l v et h e m a c c o r d i n gt ot h ed e v e l o p m e n to f m u l t i m e d i ac a is o f t w a r ei nt h ef u t u r e ，t h ep a p erd i s c u s s e st h ei m p o r t a n c eo fc a is o f t w a r e f i n a l l y ，t h ea u t h o rg i v e ss o m ea d v i c eo nh o w t of u l l yu s em o d e r nc o m p u t e rt e c h n o l o g yt oa i d t r a d i t i o n a li n s t r u c t i o nb a s e do nt h ep r e v i o u se x p l a n a t i o n k e y w o r d ：t h e r m o d y n a m i c m u l t i m e d i ai n s t r u c t i o n a ls o f t w a r ec a i l 、 - 幸 、 1 第一章绪论 第一章绪论 第一节c a i 教学软件的发展 计算机技术发展的日趋成熟，计算机辅助教学c a i ( c o m p u t e ra i d e d i n s t r u c t i o n ) 开始在教学领域中逐渐兴起。从计算机开始出现人们就预 言计算机将在人们生活的各个领域发挥重大的作用。教学领域当然不能例 外，出于人们对计算机强大功能的认同，可以认为计算机一经离开实验室 步入社会，很快就被引入到教育领域。这样运行于计算机硬件平台上的教 学软件也就发展起来。“1 。 c a i 的起源及发展 c a i 最早起源于英国、西欧等一些发达国家。1 9 5 8 年美国i b m 公司的 沃斯顿研究中心开始研究、设计了世界上第一个计算机辅助教学系统，成 为计算机辅助教学的第一个里程碑。在此后的3 0 年中，随着微电子技术、 计算机技术、信息处理技术及多媒体技术的迅猛发展，c a i 开始于5 0 年代 把计算机作为教学机器，从认识角度出发_ 丌发教学软件；g o 年代从方法 论角度研究教育，研制出以计算机为核，l i , 的多媒体的教学系统，将文本、 图形、色彩、声音、动画、动态图像等多种媒体信息，通过计算机综合处 理成为教学软件：7 0 年代则以人工智能科学、认知科学和思维科学为理论 基础，研究开发教学软件，以实现个别教育的目的和创建自适应学习环境： 到8 0 年代以后，计算机辅助教学系统则朝着网络化、智能化和综合化方 向发展，朝着“超媒体”方向发展“。 当今世界正在经历一场以信息化为特征的产业革命。这场革命使世界 经济从工业化阶段进入了信息化阶段。知识信息的创造、加工传播和应用 成为新的经济增长的最重要的源泉：信息技术的迅速发展和广泛应用，影 响将整个世界经济的发展。2 l 世纪的人类社会将步入“信息社会”，在信 息社会里，对知识信息的获取和加工处理，将逐渐成为生产和工作的主要 活动。因此，世界各国对c a i 的研究与发展都很重视，1 9 8 7 年在加拿大 c a l g a r y 大学召开了第一届困际计算机辅助教学会议第二届会议是1 9 8 9 l ： ： 第一章绪论 年5 月在美国的德州达拉斯召开的“。现在许多发达国家经过二、三十年 的努力，c a i 技术己跨越了初级阶段，进入了广泛深入的研究和实用阶段， c a i 软件已经成为商品在市场出售。近年来，随着计算机功能越来越强大， c a i 软件已经变的越来越智能化、傻瓜化。c a i 教学的门槛正在不断的降 低。 c a i 的三个发展阶段 c a i 计算机辅助教学软件的发展是和计算机硬件水平的发展是分不开 的，根据计算机硬件水平的发展阶段可以将c a i 的发展分为下面三个阶段： 1 、最早由于计算机功能较弱，主要限于科学计算和字符图形功能处 理。因此，此时的教学软件也就显得比较单调，完全是课堂作业的电子翻 版。但是就是这样的c a i 教学软件与传统的电化教学等辅助教学方式相比， 它的交互性特点的优势已经显现出来。“人机交互”的方法可以使使用者 一一学生像自觉的学习知识一样具有主动性。 2 、经过几十年的发展，计算机硬件水平有了迅猛的发展。计算机的 中央处理器c p u 的处理能力增长了几十倍，同时训算机其他硬件的性能也 越来越好硬盘等外存储器实现了“海量存储”。现有的计算机对图形处 理和视频、音频解压等要求已经不在话下，可以实现图形、声音、视频信 息等综合处理，这样一台电脑具备了实现多媒体功能的硬件要求。有了硬 件的基础，多媒体教学软件也就开始发展起来。多媒体教学的良好效果是 显而易见的，它可以为使用者提供声音、图像、文字、视频等多方面的媒 体信息。它的使用界面更加友好，功能更加强大，在软件的实现上更具有 趣味性。这时的教学软件与传统教学相比它所包括的知识可以更宽、教学 方式更加生动、形象，所达到的教学效果已经有了很大的提高。 3 、计算机网络的普及程度提高，使c a i 有了更加广泛的定义。c a i 不在只是在p c ( p e r s o n a lc o m p u t e r ) 上的教学方式，它衍生到只要计算机 网络能够触及的地方，使用者都能够实现利用c a i 进行学习活动。本地计 算机不需要有c a i 软件，只要通过网络访问远端的教育服务器实现“远程 学习或教学功能”。现在流行的远程教育就是在这样的基础上实现的这 样的教学方式打破了课堂教学的地域上的限制同时可以实现最快的速度 实现c & l 教学软件内容的更新“” 7 i 1 _ ： 第一章绪论 我们相信随着计算机技术进一步提高和计算机的迅速普及，c a i 的发 展会有新的突破，并会有广阔的前景。 我国c a i 的发展 我国计算机辅助教学起步较晚，但发展很快，c a i 的迅速发展和推广 则只是近几年的事，这主要得益于微型计算机性能价格比的迅速提高，特 别是多媒体技术的发展。1 9 8 6 年以华东师范大学现代教育研究所为主召开 了第一届计算机辅助教育学术交流会，并筹备成立全国计算机辅助教育学 会。1 9 8 7 年3 月召开了第二届全国计算机辅助教育年会，并成立了学会。 此后，c a i 在我国的发展开始形成气候，清华大学、北京大学、西安交通 大学等一批有影响的大学成立了c a i 中心。1 9 8 9 、1 9 9 1 年，清华大学受国 家教委委托举办了两次c a i 圈际研讨会，1 9 9 4 年国家教委组织了第一届全 国普通高校优秀c a i 软件评奖工作，6 9 项成果获奖乜。目前，越来越多的 学校重视c a i 越来越多的教育界人士认识到它的重要性。为了促进学校 教育改革，使教育科学化，教育技术现代化，国内已有专门的c a i 研究机 构。在世纪之交国家教委把c j 教学列入“面向2 l 【i ；| = 纪商等效育教育 改革”之p 。 第二章c a i 教学软件的作用和意义 c a i 教学软件从一开始发展就是为教学服务的，是一种辅助教学手 段。从广义上说，多媒体c a i 教学是一种电化教学。但它与传统的电化教 学相比有以下区别1 ： ( 如下表) 传统电化教学 c a i 幻灯。投影机，电影数字投影仪，多盘i ! 硬件录音机，视频等设备体计算机( 包括网络设 备) 教学手段 i 、 j 二 f 吩 第一章绪论 各种胶片，录像带，磁各种电子刊物，c a i 软件带，电影电视节目等课件，光盘录像，益智 游戏等 能从更加广的角度来除具有传统电化教 补充课堂教学的不足。如：学的优点外，最重要的 从学科发展史、发展动态，特性是可以双向即交 发展前沿等方面补充介绍互式进行，以及模拟现 教学过程学科知识扩展了学生的实的能力，使学习成为 知识薤，同时提高了学生学习者的主动活动。 的学习兴趣，增强了对学 科的感性认识。 但是学生在教学中是 单方面、非交互的学习过 袱。 教学效果较盘，在已教学效果很好，目前 教学效果有或现有的教学中发挥积仍在挖掘潜力。被认为 预期极作用。但最终会被c a i是信息社会的理想教学 教学取代。手段 从上表可以看出实际上传统的电化教学的各利t 手段已经在多媒体计 算机上可以实现，即可以包含在多媒体教学软件中，因此它必然会被c a i 教学方式所取代的。并会随着计算机的发展它会成为现代教学中不可缺少 的教学手段。 c a i 在教学中的作用可以从以下几个方面来概括“： 1 、获取信息、知识 c a i 教学软件可以提供课堂教学以外的丰富的学科知识，可以包括学 科的发展史、发展动态、发展前沿、名人轶事等方面的信息、知识内容。 当然还可以提供课堂教学内容和试题集，让学生能够自学。这些内容可以 通过光盘上永久保存的内同或者通过网络传输下载等方法得到。计算机网 络连成的知识库是一个巨大的可共享的知识库，是一个学习的“大课堂”。 第一章绪论 利用i n t e r n e t 互连网可以得到海量的、即时更新的资料、新闻信息，可 以让学生看到本学科最新、最尖端的前沿应用。网上的各种专题讨论组和 b b s 是每个人发表自己见解，与人讨论的开放的空间。正是这种开放性使 许多人能够没有顾虑的加入其中，自由的发表观点、解答其他人的疑问， 在虚拟空间培育出良好的学习气氛，进而成为了一种十分有效的知识的获 取的渠道。目前的电脑知识之所以快速普及，网上的大量有关电脑硬件、 软件、新技术的专题讨论组和b b s 所起的作用功不可没。 2 、自学作用 有了c a i 教学软件，作为使用者一一学生可以根据需要自己分配时间 来学习教学软件中的内容也可以选择自己想要学的内容来学习。c a i 也 可以为学生提供一个虚拟的自学场所如网上讨论组、b b s 等，只要能够通 过网络连到这一个虚拟的场所上通过查询信息和参加讨论达到自学的目 的。出于c a i 教学软件的交互性，可以接受学生的回答并且做出判断，适 合学生自己做练习。c i 教学软件还可以存储学生目前的学习进度、内容 和目前所处的水平等信息以便学生再次学习时能够根据这些信息来选择 学习内容和试题难度。这样可以体现个别化教学，实现因材施教。 3 、实现模拟仿真 计算机具有强大的计算功能，很早就用来计算模拟一些在现实中很难 实现的实验过程。比如，美国在研究核爆过程中，其整个过程事先在计算 机中通过科学计算来模拟，以预先得知核爆过程的各种参数的变化。在模 拟合格的基础上才进行真实的核爆实验。显然核爆实验的不可预知性和巨 大的科研耗费要求实验研究人员必须在计算机上实现仿真模拟。前苏联、 美国的宇航局的实旖载人火箭飞行和阿波罗登月行动等计划在正式实施 前都是无法进行预先演习的，但为了保证这些行动的真正成功，就必须事 先依靠计算机来模拟火箭发射、飞行和登月等过程。 最早的模拟过程都是通过科学计算来模拟的。如今的计算机的功能已 经非常强大，不但计算功能非常强劲，而且集成了多媒体功能，操作界面 十分友好，能够从视觉、听觉、触觉、肢体语言等多方面的来模拟科学实 第一章绪论 验、日常生活等具体活动。下面是美国时代周刊报道的在纽约的一所 叫达顿的私立学校发生的情况： “在六年级教室中孩子们正在挖掘文物。他们被带到一个亚述文明( 今 中东一带) 遗址前，老师布置的任务是：把遗址下面埋藏的文物发掘出来， 仔细分析每一件文物，然后写一篇关于亚述人生活方式和生活环境的论 文。即使达顿学校很富有，也不可能将六年级的全部孩子带到中东。 学生们真正面对只是一个计算仿真的考古环境一一他们是根据真正遗址 制作的，很逼真，甚至挖掘的时候都能听到扬土的声音。在不断发现珍珠 和象牙一类的物品时，这些1 1 岁的孩子们嘴里念叨着地层，就地发 现，俨然专家一般。” 从上面的例子可以说明如今的以计算机为主的相关设备是能够产生 一个虚拟世界，这种方式在教学中的意义是十分重大的。如飞行员的模拟 飞行训练、战士的模拟实战演习等都在各自的训练教学中有不可替代的作 用。实际上一个更为典型的例子是电子游戏和电脑游戏，这些游戏都是对 过去、现在、将来、和虚幻世界的模拟。其遏真程度可以从游戏玩家对游 戏的痴迷程度看出。只不过大家总是只看游戏的娱乐的一面，很少注意到 游戏所具有的教育的一面罢了。或许将来游戏真能在教学中扮演重要的角 色。 4 、远程教育 远程教育是c a i 教学的一个重要方面，是充分发挥c a i 教学优势的一 个典范。简单的说是一种实现分布在不同地理地点的学生共同上课，接受 教育的一种教学模式。 远程教育中的c a i 教学不同于传统的课堂教学的方面是它打破了课堂 教学的地域性的限制。学生可以是在不同的城市、甚至是不同的国家里， 只要计算机网络可以延伸得到得地方，理论上都是可以实现远程教育的。 远程教育中还有另一种实现途径一一电视教学，比如：以往的电大课程都 是通过电视定时播放的。但c a i 教学不但可以通过课程表来安排教学课程 内容的定时播放( 课程内容可以是事先录制好的，也可以是教师的现场讲 解) 还可以根据需要随时的点播用来复习。c a i 教学与电视教学相比最具 6 第一章绪论 有优势的一点是可以进行互动教学，学生和教师可以通过模拟的课堂进行 现场交流。所以远程教育的最终教学方式一定是基于计算机网络的c a i 教 学，传统的电视教学必将会被淘汰。 c a i 远程教学的目的一方面是实现对传统教学的教师课堂讲课的模拟， 以使学生能够感受到身在一个与传统课堂相差无几的听课环境。不仅如 此，还要在c a i 教学软件种做到教师能够随时在教学过程中了解到学生对 自己的教学的反应，能够对在线接受教育的学生进行现场的提问。当然学 生应该也可以向教师随时提出自己对教学的想法和意见，回答教师所提出 的问题。亘丝丝运= 直亟! 亟结起塞签麴塞现i 熬堂笪塑盟銮亘丝：c a i 远程教育的另一个方面是为身在异地的学生提供课堂练习和复习功能，学 可以在课后根据教师的布置的作业到指定地方得到课后练习，当然学生还 可以在c a i 教学软件中得到自己想要的复习题和上课资料。这样c a i 教学 软件实际上就成为了一个教学服务系统，像如今的免费资源服务器一样提 供了各种所需要的教学资料和练习以便学生下载。这星! ! l 教堂筮佳的豆 重复练习性：将来或许身份以别技术水平提高了c a i 教学软件还可以实现 远程考试，只要身份能够确认学生可以根据自己安排的时间里进行课程通 过考试。 5 、多媒体集成环境 c a i 教学软件可以集音频、视频、静态图像，文字等各方面为一体， 可以在专门配有计算机和计算机局域网的c a i 教室中进行课堂教学。c a i 教学软件中的素材可以包括电化教室中的录像，可以像在电化教室中一样 学生可以在自己的计算机上观看统一播放的教学录像还有，c a i 教学软 件可以让计算机配合投影仪将教师事先准备好的上课内容投放在屏幕上， 和以前传统教学的黑板加粉笔授课相比不论是从文字和图像的质量上更 接近于实际、色彩上更丰富。这样教学手段就会更加丰富，教学效果更佳， 学生会增加学习兴趣，对所学的知识的感性认识增加。 有数据表明，人与人交互有多达7 0 生h 识、信息来自视觉传输的，另 外有2 0 多的知识、信息来自听觉传输。通过计算机网络加多媒体c a i 的 教学可以完全突破g 巨离束缚，实现人与人的交互沟通“”。实时、可视、交 7 第一章绪论 互正是这种教学方式的长处，将来计算机网络的普及的时候也是这种教学 方式兴起之时。 从目前和长远的角度来看待c a i 教学软件在教学中的意义，一方面， 目f i c a i 教学可以作为课堂教学中的一个工具，充分利用c a i 多媒体教学 功能来辅助课堂教学。作为充当课堂教学辅助这一角色，c a i 教学会发挥 它的多媒体集成的功能来活跃课堂气氛，增加学生的感性认识，提高学生 的学习兴趣：学生可以从c a i 教学软件中得到课堂以外更加广阔的知识， 拓宽了学科的知识面，对所学知识有从起源到前沿的概括了解，为学生打 下了结实的专业基础：c a i 教学软件又为学生提供了书本以外的另一种自 学手段，而且自学的内容可以根据自己的需要来更新：c a i 教学软件可以 提供实验和虚拟环境的模拟，可以为实验设备不足、实验条件不具备和资 金不足的一些院校的课堂实验上解决一些问题：还有为解决有深造意愿的 而又身处异地脱不歼身的工作人员提供远程教育。 另一方面c a i 教学可能作为一种全新的教学方式，将来和课堂教学方 式一同并存。或许c i 的意义将延伸：不在是计算机辅助敦学丽是h 。算机 教学。将来计算机多媒体技术和模拟技术以及计算机网络技术的进一步成 熟为计算机教学提供了必要的基础。远程教育可能成为学校教学的一利，主 要手段，它的教育对象不在只是校外的工作人员而且包括校内的在校学 生。在校学生也使用远程教育方式去听其他院校的讲师的讲课，可以称作 教学资源共享。学生也可以有选择的根据自己的时间安排来上课，比较机 动自由，有了较多的个性发展空问。 第三节国内c a i 教学软件的现状 目前，计算机教育软件的开发已形成了一门产业，出现了像洪恩、翰 林汇、雅琪、博彦科技等出色的专门开发计算机教育软件的公司。大众型 教育软件因此发展很快，从普及计算机、到中小学学习、甚至t e o l f 、g r e 等种类相当丰富。 下面是一组相关数据“”： 第一章绪论 l1 9 9 7 年底有关部门统计，全国有教育软件1 5 0 0 种( 套) 左右此处 种( 套) 的概念较为宽泛若将对应于一册书内容的一张光盘定义为一种教 育软件。1 9 9 8 年底，经中国教育软件联盟测算、全国约有3 9 0 0 种教育软 件。在近3 、5 年内、教育软件将发展至5 0 0 0 种左右，至2 0 10 年将达到l 万种。 2 软件的销售额，1 9 9 8 年为1 6 8 亿美元约合1 3 2 亿人民币，比前一 年增长2 3 2 。其中应用软件占软件市场的6 1 4 ，估算教育软件约占软 件总销售额的1 2 为2 亿美元，合l7 亿人民币。这里应该考虑到软件受到 盗版的冲击，实际用户需求量要远大于现有软件的销售额。 3软件企业全国约有2 0 0 0 家，涉足软件的企业大约还有2 0 0 0 。主要 从事教育软件的企业约有l o o 家其中多数为十几人的小企业，从事教育 软件的百人以上的较大企业寥寥无几，全国也就是1 0 家左右。 有关部门预测至2 0 0 3 年专门从事教育软件的企业全国将达到2 0 0 家左右、其中只有相当规模的企业将达到2 0 家，包括数家上市企业。至 2 0 l o 年教育软件企业资达到4 0 0 家、而且有相当规模的企业将达到5 0 家 左右。 4 在全国7 0 万所中小学中，目前有5 万所学校大约拥有l o o 万台电 脑。在全国1 0 0 0 余所高等院校中，拥有近1 0 0 万台电脑。目前全国各级 各类学校中。估计拥有大约2 0 0 多万台电脑。中国教育软件联盟认为，在 近3 、5 年内，学校拥有电脑的数量将以5 0 速率增加。至2 0 0 3 年、全国 学校拥有电脑的数量、将达到5 0 0 万台以上，至2 0 1 0 年将在1 0 0 0 万台以 上。 5 全国1 0 0 0 余所高等院校，目的大约有5 0 0 所已经上网。在7 0 万所 中小学中大约有5 0 0 所已经上网。至2 0 0 0 年，全国千余所高等院校将全 部上网中学上网数也将达到i 0 0 0 余所。另有2 0 0 余所高等学院，5 0 0 余所中等专业学校上网。中国教育联盟预测，至2 0 0 3 年，全国上网学校 将达到5 0 0 0 所以上，至2 0 1 0 年全国上网学校将达到1 万所以上。 从以上几组数据可以知道，近几年国内的教育软件的确发展迅速。而 且从电脑的普及率和网络的普及率将不断迅速增长来看，教育软件将来仍 会有很好的上升势头。 第一章绪论 若将以上统计的教育软件根据其功能分为教育管理、教师备课、课堂 使用、学生复习、欣赏解析等五类，依其知识层次分为幼儿用、小学用、 初中用、高中用、职业教育用、成人自学用，继续教育用等九级；按其性 质分为资料性、工具性、测评性等三种，则各类各级各种教育软件计有1 3 5 种。 目前市场上流行的教育软件有：初中升高中和高中升大学的复习用、 习题软件，即初中和高中学生复习资料性软件：计算机知识普及，计算机 软、硬件技术，计算机编程技术学习软件；以英语为主的外语类学习软件 等等。从上述的教育软件种类看、仅有3 5 种，至多也是5 7 种，百余 种教育软件远未得到开发。从今后的发展的需求看、教育软件必然得到全 面的系统开发。 从上面的分类统计中还可以看出面向大学专业的教学软件开发不是很 理想。在现在的高校中被公认为很优秀并且现在已经在教学中使用的c a i 教学软件还没有出现。高校学生使用的最多的c a i 软件也许就是参加 t 舶l f 和g r e 考试所必须练习的上机考试模拟练习软件。高等院校中几百 个专业学科目前都没有特别成功的教学软件，虽然有许多基础专业学科搞 c a i 较早，但是不得要领。相反在高校中的各大电脑技术站点或b b s 技 术讨论区到是有很多成功的例子。究其原因是大学专业的教学对象仅限于 高校学生，素质层次高。除了一些应试教学软件，普通的教学软件模式不 能吸引大学生们。大学生的学习主要靠引导，他们的兴趣是多方面的，是 任何一种计算机辅助教学软件在内容上无法囊获的。因此，计算机辅助教 学软件应该提供一种服务一一满足多方面兴趣要求的计算机实现方法。互 连网为此提供了条件。计算机辅助教学软件应能在网上发布、实时更新， 提供相关网点的联接、有f t p 、w w w 、等访问方式，提供各种内容的下载包。 只有跟上网络发展的步伐这样的计算机辅助教学软件才是真正面向大学 生的教学软件本论文所讨论的是“工程热力学教学软件”的制作，希望 能计算机在技术水平允许的条件下努力向这方面靠拢。 高校教学软件和上述商用教学软件在现在这个阶段上的区别还是很明 显的：苴左! 西煮亘盟鲍盟筮丕圃。高校各学科的教学软件的使用对象是 本专业的高校大学生，商用教学软件主要面对的是初、高中生，和已工作 0 第一章绪论 人员。墨耋：匦耋鲢珏筮过猩丕回。高校的教学软件没有企业的支持，存 在资金不足的问题，这也是造成高校教学软件目前这种状况的原因之一。 而且高校的各学科教学软件的开发者是各学科的教师和他带领的一组学 生，他们的计算机水平有限。同时他们的开发形式上受到限制，很少能形 成规模型、有系统、可重复性的开发。商用教学软件的开发上在资金上是 一种商业行为的投入，开发人员上是专业的软件开发人员，通晓规模软件 开发的基本原则。他们通常根据软件开发的基本流程来，市场需求分析、 软件概念设计、模块化分析、代码编写、软件测试和维护。所以他们制作 出来的软件质量教好，能较好的满足用户的需求。还有，他们会和讲师来 合作开发这样的教学软件就更符合教学特色。 所以，目前在高校的各学科教学软件的开发的问题上有两方面有待进 一步探讨： 1 ) 针对高校大学生这一教学软件的使用者，应该如何使他们能够接受 这个c a i 教学软件，作为他们学习的工具：如何更好利用c a i 教学 软件的引导他们进行专业学科的学习：如何利用c a i 来激发他们对 专业学科的学习兴趣：如何利用c a i 来更好的扩展他们的专业知识 面这些问题的解决方法又如何很好的在给他们使用的教学软件中 体现出来? 2 ) 针对高校c a i 教学软件制作过程的不规范性，需要借鉴软件工程中 的相关原理来开发具有规范性的教学软件妇”。高校软件的制作模 式有待改进，制作过程需要重新规划，可重复性、可更新性需要有 本质的提高。 因此，面对大学生这个特殊的教育群体的教学软件的研究还是有待进 一步的深入本论文对上面两方面的问题做出了分析，提出了自己的一些 解决方法。 第四节工程热力学教学软件的发展现状 工程热力学是一门成熟的学科，从诞生至今已有几百年的历史。它为 第一章绪论 人类近代社会、科学、文化的进步发挥了不可磨灭的作用。如今，工程热 力学不断向其他领域渗透发展成新兴的边缘学科，这是现代工程热力学的 特点。在新的形势下，工程热力学教学也遇到了这样的问题： 一方面热力学基本定律的内涵十分丰富，有足够的内容可启发学生思 考，但面对紧张的课时及学生学习能力的差异，给教学工作带来了一定的 困难；另一方面工程热力学不断向其他领域渗透发展成新的交叉学科，热 力学的内容又被不断的扩充，也发展出了许多新的技术应用，这些新的内 容不可能在课堂教学中及时、全部的体现出来。为了缓解传统教学中的这 些压力各种辅助教学手段发展了起来”5 1 。工程热力学的计算机辅助教 学就是在这种情况下，随着计算机软、硬件技术水平的发展而发展起来的。 所以工程热力学教学为了适应新的发展形式，不但需要对现有的教学 内容和教学体系进行改革，而且还需要对现有的教学手段进行改革，充分 利用现代化的教学手段为工程热力学教学服务， e h ，全国高等院校工程热力学教学委员会在这几年一直致力于热工 系列课程的教学改革的研究”“。其中由西安交通大学牵头，天津大学、中 国科技大学、吉林工业大学主持，连同浙江大学、东南大学华中理工大 学、重庆大学及北京工业大学等九所高校参加的“面向二十一世纪热工系 列课程教学内容与教学体系改革的研究与实践”的课题组在五年前已经展 开并且把“多媒体技术及c a i 在热工课程教学c p 的应用”作为了课题组 中的一个子项目。可以看出全国高等院校工程热力学教学委员会已经把计 算机辅助教学c a i 作为面向二十一世纪工程热力学教学改革的一个重点部 分。在“多媒体技术及c a i 在热工课程教学中的应用”的予项目的研究方 面已经组织了西安交通大学、东南大学、华中理工大学、浙江大学四所大 学来负责开发。 其中西安交通大学热工教研室在这方面做的e e 较早，在过去的十余年 里，他们在“工程热力学”课程中对c a i 进行了大量的研究和实践，先后 在低温和制冷工程、压缩机、内燃机、流体机械、空调与暖通工程、锅炉、 涡轮机、热能、反应堆工程和化工机械等专业积极开展结合各自专业特点 的“工程热力学”c a i 实践，编制了十余套教学软件，出版了专用教材， 在1 1 个专业、2 0 0 多个班的5 0 0 0 多学生中进行了实践，取得了较好效果。 第一章绪论 还有，东南大学制作的“工程热力学基本概念对话( e t d i a l o gf o r w in d o w s9 5 ) ”已经在清华大学、西安交通大学、华中理工大学、天津大 学、南京理工大学等三十余所高校推广应用，效果良好。 作为子项目参加成员之一的浙江大学热工教研室也从去年开始工程 热力学教学课件的开发，目前正在开发中。本论文所讨论的“工程热力学 多媒体教学软件的制作”就是针对这一项目课题的要求来完成的。 就工程热力学教学软件的现状而言，还没有看到有比较优秀、成熟的 教学软件出现。现有的工程热力学教学软件大多数都是个院校自行开发， 可能即使开发出来了也是由于软件质量问题而不能够进行教学应用。这可 以l 晚明c m 的开发和应用还没有在各个院校中取得足够的重视。究其原因 是教学软件的开发缺少必要的规划和组织，同时也缺少必要的投入和软件 形式的探讨造成教学软件成为相关教学文集和题库的电子版，使软件显得 冗长、毫无生气，并没有发挥出c a i 应有的教学效果。要解决出现的这种 问题，显然要对症下药，进行有序的组织开发和投入必要的资金“。 所以，既然进行工程热力学教学软件的丌发对工程热力学的教学是有 益的那么就应该对如何充分发挥工程热力学教学软件的作用进行探讨。 本论文不但讲述了本工程热力学c a i 教学软件的制作过程，同时也对传统 教学和教学软件c m 中存在的一些普遍问题进行了讨论。希望能为教学软 件的制作者和课堂教学的教师做一点参考。 第二章多媒体教学软件 第二章多媒体教学软件 第一节多媒体概述 了解多媒体( 英文m u l t i m e d i a ) 之前，先看看多媒体中的“媒体”一词 ( 英文是m e d i a ) 的含义。在韦氏新大学词典中是这样解释的：ac h a r t n e l o f c o m m u n i c a t i o n ，一种通讯的通道”。这个定义高度抽象概括了“媒体”一 词的含义是一种“通道”。所以，多媒体这个词也就可以理解为多个同时 存在的通信和交流的“通道”，比如文字、声音、音乐、图片、动画、视频等， 每一种都可以构成一个“通道”。正是通过这些“通道”，人们才了解到别人 和这个世界。而文字、声音、音乐、图形本身不但是一种传递信息的媒体， 也是一种艺术形式，它以特有的方法，影响着人们的情感、信念以及对这个 世界的认知。 国际电报电话咨询委员会定义了下列5 种类型的媒体o “： l 、感觉媒体：能直接作用于人的感觉器官，使人产生直接感觉的媒体。 如图像、文字、动画、音乐等均属于感觉媒体。 2 、显示媒体：在通讯中使电信号和感觉媒体之间产生转换用的媒体。 如键盘、鼠标、显示器、打印机等均属于显示媒体。 3 、表示媒体：为了传送感觉媒体而研究出来的媒体。如电报码、语言 编码、等均属于表示媒体。 4 、存储媒体：用于存储信号的媒体。如磁盘、光盘、磁带等均属于存 储媒体。 5 、传输媒体：用于传输信号的媒体。如光缆、电缆等均属于传输媒体。 “多媒体”( m u l t i m e d i a ) 是2 0 世纪2 0 年代初新出现的一个英文名词，当 人们还来不及对它进行系统分析和总结时，它已经对人们表达、获取和使用 信息的方式产生巨大的影响。由于人们所处的角度和理解上的不同，对多媒 体的描述也不尽相同，常见的描述方法有如下几种。”： 第二章多媒体教学软件 1 、能同时获取、处理、编辑、存储和展示两个以上不同类型信息媒体的 技术成为多媒体。上述信息媒体包括：图像、动画、活动影像、图形、 文字、声音等。 2 、多媒体就是把多种媒体如文字、音乐、声音、图形、图像、动画、视 频等综合集成在一起，产生一种传播和表现信息的全新媒体。 3 、多媒体的深刻含义在于在计算机控制下，信息可以综合使用文字、声 音、图形、图像、动画、影视等媒体来表示。 4 、多媒体实际上是多种技术通过交互表达而实现的一种组合，这些技术 包括声音、图像、影像、动画、文字等。 5 、多媒体是以计算机为中一t l , 把处理多种媒体信息的技术集成在一起，它 是用来扩展人与计算机交互方式的多种技术的综合。 相信随着多媒体技术的不断发展人们对它的描述回更加系统而准确。 但从上面的几种描述看来，有“集成”之意，即对集成表现、集成表示或集 成技术等等。要准确了解“多媒体”定义，我们先可逐字解释一下：多即 多种、多维的意思，媒即信息媒介，也就是信息的表现形式，如数据、文 字、声音、图形、图像、动画和视频等等。体有集成之意，即一体化的意 思，通过逻辑联结使多种信息媒介形成一个系统整体。 第二节多媒体的基本特征 报刊、杂志、无线电和电视等均属于大众信息传播媒体，与上述传统的 信息传播媒体相比，多媒体具有下列4 个基本特征m 。“。 多维性 传统的信息传播媒体只能传播文字、图像、声音等一种或两种媒体信息， 给人的感官刺激是单向的。而多媒体综合利用了视频处理技术、音频处理技 术、图形处理技术、图像处理技术、网络通信技术，扩大了人类处理信息的 自由度，多媒体作品带给人的感官刺激是多维的。 集成性 第二章多媒体教学软件 传统的信息处理设备具有封闭、独立、和不完整性。而多媒体技术综合运 用了多种设备，如计算机、照相机、录像机、扫描仪、光盘刻录机、网络等， 对各种信息进行表现和集成。多媒体具有多维性，所以它是一种多元、多方 位的集成。集成的目的是建立一个支持应用的体系结构和统一的应用环境， 也就是建立一个可进行信息处理的操作平台。这个操作平台把应用程序和应 用服务紧密的连接在一起，支持用户的工作，支持用户之间进行信息交流和 协同工作。 交互性 人们在与传统信息传播媒体打交道时，总是处于被动状态。多媒体是以计 算机为中心的它具有很强的交互性。借助于键盘、鼠标、声音、触摸屏等， 通过计算机程序人就可以控制各种媒体的播放。因此，在信息处理和应用过 程中，人具有很大的主动性，这样可以增加人对信息的理解力和注意力，延 长信息在人脑中的保留时间，并从根本上改变了以往人类所处的被动状态。 数字化 与传统的信息传播媒体相比多媒体系统对各种媒体信息的处理、存储过 程是全数字化的。数字技术的优越性使多媒体系统可以高质量的实现图像与 声音的再现、编辑和特技处理，使真实的图像和声音、三维动画以及特技处 理实现完美的结合。 在多媒体的基本特征中，数字化是基础，是各种信息形式进入处理系统接 受处理、实现集成和交互控制的先决条件。多维性是多媒体能够实现多元性 的基础。而集成和交互则是多媒体的精髓，是反映多媒体技术本质的灵魂。 靠计算机实现的这种集成和人一机交互控制才使多媒体多姿多彩，形成了一个 魅力无穷、可以满足人类对信息多样化的多媒体世界。 第三节多媒体的应用展望 随着时代的不断进步，凡需要信息交流的场所，均离不开多媒体技术的支 持”“在这里可以对未来的多媒体技术应用进行一下大致的展望。 6 第二章多媒体教学软件 虚拟现实 虚拟现实( v r v i r t u a lr e a l i t y ) 有两种含义，一种是用计算机来模拟真实 的三维世界，一种是用计算机创造想象中的世界。虚拟现实是多媒体的最高 境界，它借助于文字、图像、图形、声音、动画等多种媒体，利用听觉、视 觉、触觉和感觉与三维世界交互信息。上述虚拟的三维世界可用软件来实现。 虚拟现实技术可以广泛的用于远程教育、网上购物、飞行模拟、虚拟图书馆、 远程医疗诊断等众多领域。 媒体空阅 用网络将办公场所、公共活动场所、居民区与公共资源连成一个整体，形 成超越时空限制的一种媒体环境，以支持各种用户的信息交流。 多媒体教学网络 多媒体教学网络系统是将各种现代教学设备有机的结合起来，充分挖掘人 与设备的潜力，实时、高效地获取、处理、传输多媒体信息，实现信息和设 备资源共享改善教学环境，提高教学效果。 多媒体信息中心 多媒体信息中心包括多媒体数据库和多媒体查询方式。根据不同需求可以 构建多媒体销售中心、多媒体新闻发布中心等机构。 电子出版物 利用多媒体技术可以出版电子教科书。使用超文本、超媒体技术，可将课 教书中的关键词或短语与相关材料资源连接起来，以方便学习者使用。 多媒体娱乐系统 多媒体娱乐系统可负责从多媒体游戏软件包到影视节目的制作与发行工 作。 随着计算机、网络等技术日渐完善，多媒体技术本身将逐渐成熟，多媒体 世界将会令人眼花缭乱，新系统层出不穷，生产出更具千姿百态的多媒体产 品。多媒体会集成更加多元化的功能来满足各方面的需求，会集成出一个崭 新的信息世界，并逐渐的渗透到人们工作、生活的每一个角落，成为人们工 作、生活中不可缺少的一部分。 第一二帝多媒体救学软件 第四节多媒体在教学软件中的应用 多媒体以它独有的魅力不断的渗透到人们工作、生活的各个方面中，并 在其中发挥着巨大的作用。多媒体教学就是多媒体在教学领域中所出现的一 种新兴的教学方式。至从这种教学模式出现，多媒体技术所具有的强大优势 就在教学中发挥了出来。 多媒体教学的特点 与传统教学相比，多媒体教学具育如下的特点 ( 一) 集成性 集成性产生的整体效果是多媒体教学的特点之一。多媒体教学软件是以多 媒体技术为依托的一种教学方式，教学是教师把教学信息传递给学生的一个 过t ：。在人们交流中的信息的最基本的要素是声音、文字、图像“14 。因为图 像最能代表客观信息的原始形态，文字是图像信息和有声语言的代表符号， 足原始信息形态的舢象和压缩。有d f 的沿南又是图像信息的描述，也是文字 信息的肯i l 阳表示，三者十【j 辅棚成，确一小可，构成了多媒体信息的三大支柱。 征教师的教学过程中表达信息的蜮常用的就是声音、文字、图像这三个要素。 多媒体教学中使用的其他信息形式可分别归属于这三种信息形式，例如： 数字、数据和符号可归为文字这一类，语音和音【蚋为一类，图形、图像、动 画和视频归为一类( 分静态图像永l 动态图像两部分) 。进而还可以归为两大类 既语言、文字、音i 响归为抽象类，图形、图像、动画和视频归为形象类。这 正好和人的大脑两半球的功能相适应，大脑的左半部主管抽象思维，以处理 语言文字信息为主；右半部主管抽象思维，以处理图像信息为主，这正是主 观、客观的对应和结合，也是所i 胃的“天人合一”在信息世界里的体现。多 媒体教学软件所要达到的效果正是用多种上述的信息形式( 包括抽象类和形 象类) 来辅助或执行教学。给学生更加全面的信息来源，以期达到教学目的。 从不同的信息形式的作用来看：声、图、文为代表的形象类信息形式是最 接近客观事物原型的一种信息表示，既原始信息，如图像，它不但含有的信 息量最大，而且最具有自然属性，最