（无机化学专业论文）《化学元素周期系》20版的设计与开发.pdf

摘要 摘要 信息技术的高速发展，已经对我国教育改革产生了深远的影响。充分运 用多媒体教学手段来改进教学方法、提高教学质量、促进学校教育教学，已 经成为现代教育技术发展的必然趋势。我们化软学会就是在这个基础上开发 制作了化学元素周期系多媒体教科书软件1 o 版。软件1 o 版不仅获得了 包括国家教学成果一等奖在内的众多国内学术大奖，而且在全国近百所高校 推广使用过程中也受到了广泛的好评，取得了很好的教学效果；本文所述的 化学元素周期系2 o 版为前述软件的升级版本。 本文共分五章，第一章为c a i 辅助教学软件的现状分析；第二章论述了 化学元素周期系2 0 版的总体分析和设计思想，介绍了软件的整体架构、 基本功能、丌发及运行环境，并通过与软件的1 0 版本进行对比阐述了2 o 版的优势所在；第三章介绍了本软件各功能模块的具体实现方法；第四章介 绍了本软件的使用方法；本文的第五章，主要是介绍了自己在软件开发制作 的过程中遇到一些实际问题时想到的具体解决方法，并在此基础上总结了一 些经验体会，针对多媒体课件制作过程中需要注意的一些问题提出了自己的 观点，最后对计算机多媒体辅助教学的发展方向进行了远景展望。 关键词：化学元素周期系2 o 版f l a s hh t m l 计算机辅助教学( c a i ) 高等 教育 a b s t r a c t a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yh a sh a da p r o f o u n di m p a c to n o u re d u c a t i o nr e f o 肌a t i on m a k i n gf u l lu s eo fm u l t i m e d i at e c h n i q u et oi m p r o v e t e a c h i n gm e 也o d o l o g y p r o m o t i n gt h eq u a l i t yo ft e a c h i n ge f 诧c t i v e r 坞s s ，a n d a d v a n c i n gt h es c h o o le d u c a t i o n a lp r o d u c t i v i t yh a sb e c o m et h ei n e v i t a b l et r e n do f m o d e me d u c a t i o n a lt e c h n o l o g yd e v e l o p m e n t c h e m i s o f ts o c i e t yh a dp r o d u c e d a n dp u b l i s h e dat e x t b o o kt e a c h i n gs o f t w a r ei nc h e m i s t r y ：砌口只p ，如趾互舻把卅矿 肪8 ( 孙已卅晒d ，上强e m 已厅8v e r s i o nii n19 9 7 ( h i g he d u c a t i o np r e s s ) t h i sc r e a t i v ew o r kn o to n l yr e c e i v e du sw i t hm a n yd o m e s t i ca c a d e m i ca w a r d s ， i n c l u d i n ga1s tp r i z ef o rt h en a t i o n a lh i g hl e v e lt e a c h i n ga c h i e v e m e n t s ，b u th a s a l s ow o nu sm u c ha p p r e c i a t i o ni nt h ep r o c e s so fb e i n gw i d es p r e a do ft h es o f t w a r e a m o n gm o r et h a n1o oc o l l e g e sa 1 1 du n i v e r s i t i e s t h i sd i s s e n a t i o np r e s e n t sa2 n d v e r s i o no ft h ec o u r s e w a r e 孤pn ，胁d 耙置坶f p 删矿c 垤p 州把口，点匏朋已n 血，w h i c hi s t h eu p d a t e dv e r s i o no f19 9 7p u b l i c a i i o n t h i sp a p e ri n c l u d e s5c h p t e r s ，n a m e l y ， c h a p t e r iaf o r e w o r df o rt h ed e v e l o p m e n to fc a ie d u c a t i o n a la p p l i c a t i o n c h a p t e ri ia n a l y s i sa n dd e s i g nc o n c e p t so f 弛gn ，j d 讲c 驴把用硼删l c 口f e 艮州p 刚s v e r s i o ni i c h a p t e ri i ia nm o d u c t i o nt ot h ec o n s t m c t i o np r o g r e s so f 弛pn ，如舭妒纪删矿 c h e m i c n le l e n t e n t s v e t 虹o n u c h a p t e r i vi n s t r u c t i o nf o ru s eo fm pn d 舭驴招卅矿锄鲫七口f 眈打l 蹦血， v e r s i o ni i c h a p t e rvc o n l u s i o n sa n de x p e c t a t i o n s k e yw o r d s ：m p 上k 砌d 把炉埘钒c 讯删t 缸fe 艮m e 托8 ，v e r s i o ni i f l a s h h t m lc a ih i g he d u c a t i o n 第一章前言 第一章前言 2 l 世纪是知识经济的时代，以知识和信息的产生、传播及应用为基础的 知识经济将占世界经济发展的主导地位。信息技术的飞速发展，为知识经济 的发展奠定了坚实的技术基础。随着中国加入w t o ，我国的高等教育既面临 着前所未有的机遇，也面临着如何深化改革，提高国际竞争力的紧迫问题。 2 1 世纪教育面i 临着一系列的挑战，为应对挑战，培养优秀的高素质人才，我 国高等教育必须提高教学效率，改革旧的教育观念、教学内容、教学方法以 及教学手段，适应现代教育技术的发展。教育的出路在改革，而教育改革的 重要途径之一是教育信息化。 国际教育领域普遍认为“信息化时代的到来，意味着从产业文明进入一 个全新的文明时代。在新时代，国民的学习能力、创造能力是决定因素。”世 界各国都在围绕着这个问题推行教育改革，从教育的各个层面进行深入地探 讨。教育信息化建设对于转变教育思想和观念，促进教学改革，加快教育发 展和管理手段的现代化都有积极作用，尤其是对于深化教育改革，提高高等 教育质量和效益，培养“面向现代化，面向世界，面向未来”的创新人才更 具深远的意义。教育信息化建设过程及其全方位应用，不仅是改革传统教育 模式的有效途径，更是提高国民素质的重要措施，是中华民族真正融入国际 社会的必由之路。 计算机技术在教育信息化中占有十分重要的地位。标志着当代技术领域 最新成就的计算机被广泛应用于课堂教学及其他教学活动中，给学校的教育 和教学改革注入了极大的活力，并使新的教学模式不断涌现，出现了计算机 辅助教育管理、计算机辅助教学、多媒体辅助教学等等多种教学手段，而且 出现了程序、课件、插件、积件等一系列新的教学软件。2 1 世纪是信息技术 飞速发展和广泛应用的时代，随着计算机技术越来越广泛的被应用于教育和 教学改革领域，更多的新生事物必将出现，如何应对众多新生事物带来的机 遇和挑战，将是我们推动和促进高等教育和教学改革的顺利进行所必须思考 和面对的一个重要问题。 第一章前言 第一节计算机辅助教学的发展概述及未来发展方向 1 1 1计算机辅助教学的产生及模式 1 9 4 6 年，第一台电子计算机e n i a c 问世，1 9 7 7 年，第一台微型计算机 ( m i c r o c o m p u t e r ) 问世，人类从此进入了一个比1 9 世纪工业革命更为伟大的时 代信息时代。今天，计算机正在对工业化社会的方方面面不断扩大其影 响，作为人类社会活动主要组成部分的教育也不例外。在此之前，电子革命 对教学的影响大多限于研究领域，或直接涉及计算机( 如计算机科学) 的高 等教育领域。从7 0 年代中期起，计算机真正开始对教育直接发生巨大影响， 计算机技术开始与教育相结合：计算机辅助教学( c a i ) 、计算机辅助学习 ( c a l ) 、计算机管理教学( c m i ) 、计算机辅助教育管理( c a e m ) 、教育信息处 理、教育信息数据库、计算机教育、教学咨询等计算机在教育中的各种应用 蓬勃发展。在计算机的这些应用之中，又以计算机辅助教学在教育中的涉及 面最广，影响也最大，而且发展也最为成熟。它的兴起和发展，已经给传统 的教育思想、教育理论、教育方法、教育技术和教师的职能与素质带来了新 的变革与发展。为了能更好地了解这一教育领域中的新兴事物，有必要先澄 清一些概念和说法，比如什么是计算机辅助教学? 计算机辅助教学和计算机 教育有什么区别和联系? 计算机辅助教学本身又有哪些形式和特点等等。 计算机在教育中应用的飞速发展，导致了术语的使用混乱不堪。不同的 人使用“计算机辅助教学( c o m p u t e ra s s i s t e di n s t m c t i o n ：c a i ) ”这一术语来 表示不同的概念，尽管它们都和应用计算机进行教学有关，但还是应该给出 一个比较精确的定义。首先必须明白，本节所要介绍的是计算机辅助教学， 而不是研究计算机。但仅靠这样一个区分是远远不够的，因为要把计算机作 为对象来学习，就需要计算机的帮助。另外，在依靠计算机辅助学习别的学 科时，不可避免地也会学到计算机本身的重要内容，同时必须弄清，借助计 算机来教学，教学的主要内容或终极目标并不是计算机本身。在一切应用计 算机辅助教学的领域中，应当把计算机管理学习，如辅助评估、安排程序、 管理档案、提出报告等，以及对各行各业人员计算机知识的培训和在教学过 程中运用计算机的深入探讨区别开来。因此，可以对计算机辅助教学这样定 义：在教学活动中，利用计算机及技术传导教学过程中的信息，达到教育目 第一章前言 的，完成教学任务；这些被传导的信息可能是学习者必须吸收的实际信息( 主 要是教学内容) ，从计算机流向学习者，或者是有关学习者学习过程的反馈， 或者是学习者正在使用的模式的有关信息，或者是学习者与其教师之间的信 息交流。【2 】这样一个相对精确的定义就有可能为较详细地研究计算机辅助教 学提供了一个概念性的结构。 教学过程，是一个典型的依靠各种媒介传导信息和帮助学习者对日益增 长的知识进行条理化的过程。计算机作为一种新的教学媒介物，其主要优点 是处理信息的能力既快又准。那套用以控制信息的程序( p r o g r 锄m e ) 可能相当 复杂，然而其处理信息却如此神速，几乎是瞬时即现。这使得计算机能够接 受学习者的种种应答，并按照教师或学习者的指令进行工作，同时，计算机 还可以提供文字和图像信息，以及其他形象、生动的形式。此外，计算机还 可控制和调节来自其他装置输入的信息，例如幻灯投影仪和录像机等。另外， 更重要的一点是计算机可以根据学习者的学习过程，通过一个结构装置进行 下一个更复杂的课程计划，这就使得计算机能适应学习者的要求，帮助他们 解决困难，取得学习的进步。 计算机辅助教学有许多模式，实际上这些模式又有些重复，而且它们常 常是被结合使用的： 1 操练。这是最简单的一种c a i 形式：使用计算机提供给学习者一系 列的练习( 事先由教师或其他人员设计、编制) ，要求他们回答。计算机按照 程序进行应答处理，以决定它是否“正确”，同时并提供给学习者一个信息反 馈。计算机辅助教学按照学习者的控制，提供一个不重复的循环操作手段。 学习者可以按照自己的学习进程来安排各种练习，随着答题的正确率和速度 的提高，练习可加大难度；相反，如果出错太多，练习可降低难度。 2 辅导。正如前面介绍的操练那样，计算机不仅可用来显示学习信息， 还可用于决定如何开始着手学习单元教材。为了编制c a i 课件，教师们( 或 程序设计者) 必须设计在不同情况下可与学习者进行对话的材料，同时还要 考虑选定如何适合学习进程的标准以及学生的学习目标。然后将这些规则编 入计算机程序中，使计算机能模拟一个真正的辅导教师( 即人工智能技术) 。 某些课题的内容表明，大部分学生的学习步骤一致，那么这种学习模式可能 就是一种有效的学习方法。 3 模拟。学习的另一个侧面涉及到现场实习或实地观察。目前，教育 第一章前言 和训练中依靠计算机设计、创造了不少的模拟方法，在学生不可能亲临现场 实习时给他们提供逼真的经历。模拟教学可由实验室系统支持( 造价比较昂 贵) 。也可能主要采用书面材料( 但不够直观，效果不理想) 。与其他设备和 媒介相比，c a i 模拟的优越性是计算机的控制灵活机动。在模拟的过程中， 计算机同时还斡旋于学生与仿真系统之间，让学生进入焦色，有身临其境的 感受，这时候就有点像玩仿真的电子游戏了，有一套游戏规则，还有裁判。 必要时，计算机还能提供辅导。 随着世界计算机技术发展的突飞猛进和教育思想、教育理论的进一步现 代化，教育领域中引入计算机技术并广泛运用于教育的各个方面已成必然趋 势。发达国家的计算机辅助教学已初具规模，并日臻完善；发展中国家和不 发达国家也开始把计算机辅助教学作为本国教育现代化的努力方向和奋斗目 标，可以预见，传统教育的格局很可能会因为计算机辅助教学等技术的发展 而发生根本性的变化。 1 1 2国外计算机辅助教学的发展 1 1 9 5 8 年至1 9 7 0 年 这是计算机辅助教育即c b e ( c o m p u t e rb a s e de d u c a l i o n ) 发展的初期阶 段。在这个时期，主要是以大学和计算机公司为中心开展的软件、硬件开发 研究工作，并出现了一些有代表性的系统。 2 1 9 7 0 年至1 9 8 0 年 这一时期，c b e 的应用范围不断扩大，并进一步趋向实用化。开发的科 目除了数学、物理之外，在医学、语言学、经济学、音乐以及弱智儿童教育、 情报处理教育等多种学科领域均开展了c b e 的应用。在不断改进和发展好的 软件的同时，还逐渐淘汰掉了实验性的教学软件。 3 1 9 8 0 年至1 9 9 0 年 8 0 年代美国拥有微型计算机的中小学校明显增加，而且每个学校拥有的 计算机数量也大幅度提高。美国全国教育协会向各级政府和所有学校发出呼 吁：为了提高教育水平，跟上日新月异的高技术发展速度，为2 1 世纪培养更 好的人才，必须在两年内为每一位教师配备一台微机，并提供必要的培训机 会和利用微机进行教学研究的时间。微型计算机的广泛应用，使得c b e 迅速 发展，在这期间无论是发展规模，还是应用水平都有显著地提高，并成为各 第一章前言 类教育的重要组成部分。 4 1 9 9 0 年以后 在这一时期，虚拟现实在教育中得到了应用，因为它允许学生与虚拟环 境中的各种信息进行交互，学生在学习中的主动性、创造力能得到较好发挥， 因此许多国家( 如美国、加拿大、澳大利亚、希腊、新西兰等国) 都在学校 中进行了虚拟现实一应用的实验，并取得了引人注目的效果。美国一所学校， 利用s u p e r s c a p ev r t 和v i n u a lr e a l i t yl a b o r a t o r y s t a p r o 及多媒体写作工具 建立了一个基于p c 微机的桌面虚拟地理系统，在这个系统中，学生可以围 绕着系统所展示的风景漫游，在三维空间中任意选择自己的观察点，甚至可 以潜到湖水里。学生利用这个系统，可以分别观察到g r e e c e 盆地在七百万年 以前、二百万年以前、二万五千年以前以及目前的盆地地域概况和风景，比 较出它们之间的巨大差别。在美国，虚拟现实的应用科目相当广泛，从历史 到科学，从文学到数学，从体育到音乐，都有虚拟现实的应用范例。特别是 将世界上各种教育虚拟现实系统联网，为学生提供了更多的学习实践途径。 在体育课上，学生可以进入虚拟环境，去亲自领略一位n b a 冠军队员在篮 球场上的表演；在物理课上，学生可以参与一种科学可视化虚拟现实，在虚 拟境界内去发现各种物理定律，例如，万有引力的变化是如何影响虚拟物体 运动的，或者是将地球大气层的磁场与月球磁场进行比较：在文学课上，学 生可以拜访虚拟的莎士比亚，聆听他关于话剧的讲演，甚至允许提出问题， 并能得到回答；历史课可以在一个四面围绕着投影屏幕的课堂中进行，使得 学生们能够目睹古战场的重演；在虚拟现实中，音乐系的学生可以参与世界 上最好的管弦乐队的演出，并接受个别辅导。在这些应用中效果都是非常显 著的，而且适用于不同的年级，包括小学、中学和大学。i n t e m e t 在教育方面 的应用，使网上学校和虚拟校园得以实现，美国1 9 9 5 年的校园计算调查 ( c a i t l p u sc o m p u t i n gs u r v e y ) 表明，在对调查作了回答的6 5 0 所大学中，有 7 0 0 万大学生和教师经常使用i n t e m e t 和w w w ，大约有6 的大学课程利用 了网络资源，而一半以上的学校回答说，在未来的2 3 年内，使用网络是非 常重要的。美国政府非常重视计算机网络的应用，美国总统1 9 9 6 年2 月向 全国的教师和学生提出了一项包括四点内容的技术扫盲挑战：教师必须接 受信息技术培训，以保证能教会学生使用计算机和上信息高速公路。全体 教师和学生都要学会使用多媒体计算机，使之成为有效的教学工具。实现 第一章前言 计算机联网，特别是与i n t e m e t 的连接，以增强计算机作为学习工具的功能， 像图书馆、博物馆以及其它研究和文化资源那样提供给教师和学生。教学 软件及联机学习资源应成为每所学校课程内容的有机组成部分，而这些教学 软件和学习资源必须是高质量的、交互的、与课程内容密切相关的。1 9 9 7 年 2 月4 日，美国总统在向全国所作的国情咨文报告中进一步提出：将于1 9 9 8 年投入5 1 0 亿美元的巨额预算用于实施一项称之为“美国教育行动”的宏伟 计划，其目标是：让每位8 岁的儿童都学会阅读，每一位1 2 岁的儿童都能 上i m e m e t ：让每一位1 8 岁的公民都有受教育的机会；让每一位成年美 国人都能进行终生学习。政府的重视，有力地促进了多媒体和i n t e m e t 在教 育中的广泛应用，也充分发挥了新的科技成果在促进教育改革、提高教学质 量中的巨大作用。 1 1 3我国计算机辅助教学的发展 1 1 3 1 我国计算机辅助教学的三个发展阶段 1 引进介绍国外经验、理论的准备阶段 这一阶段为8 0 年代初到8 0 年代中后期。我国计算机辅助教学起步比较 晚，加之硬件设备和理论基础薄弱，因此可以说在此之前计算机在教育、教 学中的应用几乎是空白，而此时国外计算机辅助教育却发展极为迅速，成效 极大。所以，为加快我国计算机辅助教学的步伐，提高发展的起点，我们采 取积极引进的态度。这个阶段在中国电化教育和电化教育研究上刊 载了一些学术文章，主要是介绍、翻译国外尤其是美国和日本的先进经验和 成果。文章发表在上述两种期刊的“外国电化教育”、”外国之窗”等栏目。 2 注重硬件配置的实施阶段 这一阶段为8 0 年代中后期到9 0 年代初。在对国外计算机辅助教育初步 了解的基础上，一些有识之士提出我国应加快发展计算机辅助教育。电化教 育研究早在1 9 8 3 年第三期就刊登丁有豫的电教课要给计算机辅助教育以 适当地位。发展就需要有物质基础作为前提，所以硬件配置成为首先需要解 决的问题。正巧此时计算机价格下降，在一些有条件的地区和学校配置起一 定数量的微机，有一些教育者对辅助教学产生了兴趣，并开始着手制作一些 简单的教学软件，与此同时，1 9 8 7 年全国计算机辅助教育学会也正式成立， 计算机辅助教育开始引起我国教育主管部门的重视，我国计算机辅助教育进 6 第一章前言 入了具体的实施阶段。 3 注重软件开发的发展阶段 1 9 9 4 年以来，由于计算机价格不断下降，拥有计算机的学校日益增多。 在全国掀起了一股学微机、用微机的高潮，为c a i 的发展提供了极好的契机。 在这一时期里，各行各业的人士对计算机辅助教学给予了极大的关注。在 1 9 9 6 年“计算机辅助教学软件研制开发与应用”这一“九五”国家重大科技 攻关项目被纳上研究轨道，业内人士特别是教育者们对辅助教育都投以浓厚 的兴趣，对c a i 的制作、研究、发展给予了高度的支持。中国电化教育、 电化教育研究都专门增设了“微机教学”、“计算机辅助教育”等栏目， 当硬件不再是问题的时候，人们对丰富的计算机课件的要求越来越迫切。“课 件”、“c a i ”等词频繁地出现在各个栏目的文章中。不仅重视课件的编制， 也重视课件的评价与推广发行。这一时期是教学软件兴盛的时期。c a i 的兴 起是教育领域中信息革命的最有代表性的产物。标志着为适应信息社会的需 要在教育领域中进行的又一次教育革命的开始。 1 1 3 2 我国计算机辅助教学的未来发展方向 计算机辅助教学在我国经历了一个从无到有，从特例到逐渐普及的过程， 目前正处于一个蓬勃发展的黄金时期。随着计算机技术的飞速发展，电脑的 迅速普及，计算机辅助教学在我国高等教育中扮演着越来越重要的角色。那 么在信息技术飞速发展的现代社会里，在即将到来的科技爆炸的未来，计算 机辅助教学的发展究竟路在何方? 实际上，“计算机辅助教学将由不存在而产生，继而逐渐普及并发展，但 最终必将消失。”pj 为什么这样说呢? 其实道理很简单，我们目前所说的计算 机辅助教学是把计算机作为教学之外的一门先进工具，应用这种工具辅助教 师进行课堂教学，以提高教学效率和教学质量。在我国目前信息技术还不发 达的现实情况下，计算机辅助教学是教育信息化的必经之路。如同一个孩子 学走路一样，必须是先学会爬，然后才是走与跑。以计算机技术为核心的信 息技术与各学科的课程整合才是教育信息化的真正目标。 计算机辅助教学将走向信息技术与课程整合( i n t e g r a t i n gi n f o m a t i o n t e c h n o l o g yi n t ot h ec u r r i c u l u m ) 。所谓信息技术与各学科的课程整合，就是通 过将信息技术有效的融合于各学科的教学过程来营造一种新型教学环境，实 现一种既能发挥教师主导作用又能充分体现学生主体地位的以自主、探究、 7 第一章前言 合作为特征的教与学方式。在日常的教学活动中，要求师生很自然地使用信 息技术来教学与学习，从而把学生的主动性、积极性、创造性较充分的发挥 出来，使传统的以教师为中心的课堂教学结构发生根本性变革，从而使学生 的创新精神与实践能力的培养真正落到实处。对于学生而言，信息技术是他 们学习、研究、探索的一门工具、一个方法或一个程序。 信息技术与学科课程教学的整合，不是简单地将信息技术应用于各学科 课程教学中，而是高层次的融合与主动适应。信息技术与学科课程教学的整 合必须从课程教学的整体观考虑信息技术的功能和作用，使信息技术贯穿于 各学科课程教学的整个过程中，其出发点和立足点是学生能力的培养。 整合强调信息技术服务于具体的任务。学生以一种自然的方式对待信息 技术，把信息技术作为获取信息、探索问题、协作解决问题的学习知识和提 高技能的认知工具。学生对这种认知工具的使用要像铅笔、橡皮那样顺手、 自如。信息技术的教育已经不再局限于教育素材的提供者，或者是模拟教育 者，或是练习机器那样被动的角色。 计算机辅助教学强调的是辅助，即考虑强化某一个知识点，它考虑的只 是促进某个知识点的教与学。信息技术与课程整合强调的是整合和融入。信 息技术与课程整合是基于全局观和系统观的。信息技术与课程整合考虑整个 课程的整体效果，而不是孤立的知识点。它考虑整节课甚至整个单元，强调 采取信息化教学设计的方法来进行课程与教学设计。 计算机辅助教学在我国作为信息技术的核心引入教育而言，既是重点， 也是难点。计算机辅助教学在教育中具体的表现形式为：计算机辅助教师教 和计算机辅助学生学。教与学是一个整体中的两个组成部分，二者交融在一 起，是不可独立分割的。信息技术与课程整合后，信息技术不再仅仅是辅助 教或辅助学的工具，而是要从根本上改变传统的教学结构与教育本质。【4 以计算机技术为核心的信息技术与学科课程整合首先需要硬件环境的支 持。例如：数字化教室、数字化办公室、数字化教学平台、数字化资源平台、 数字化管理平台、数字化通讯平台等。 信息技术与学科课程完全整合的重要条件是每一位教师和学生都能娴熟 地运用信息技术进行课程教学。随着时代的发展，逐渐掌握以计算机技术为 核心的信息技术的教师和学生必定越来越多，运用信息技术的能力也肯定会 越来越强。 第一章前言 无论是基础教育还是高等教育，我国信息化教育整体上正处在由计算机 辅助教学逐渐转向信息技术与学科课程整合的初级发展阶段。这个阶段由于 各种原因的制约，发展的很不均衡。在这一阶段，c a i 在教育信息化，社会信 息化的大背景下，未来发展将以数字化的网络系统为主要趋势。c a i 软件逐 步向智能化、网络化、多媒体化、远程化、系统化等综合方向进一步发展。 第二节计算机辅助教学在高等教育与教学改革中的作用 1 2 1计算机辅助教学在高等教育中的作用 计算机辅助教学( c a i ) 是信息革命在教育领域引发的代表性产物，是现代 化的教育手段。它已经成为教育科学和现代教育技术的重要组成部分，将会 对面向2 1 世纪的教育思想、教育策略、教育手段的改革带来深远影响。由于 c a i 是一种涉及计算机科学、人工智能、专家系统及多种信息传输媒体的综 合技术，并且与教育心理学、认知科学、思维科学、系统论、控制论相结合， 具有高度灵活性与交互性，因而在学校教育中具有诸多优越性。它能够通过 图、文、声并茂，形象、动画并存进行多种方式的形象化教学、情景式教学， 增加学生的学习兴趣，增强想象力和形象思维；通过人机交互方式可以培养 学生自学能力和自主获取知识的能力，以利因材施教；利用智能教学系统， 为学生提供了自由探索，综合运用知识的环境；利用自测可使学生得到引导， 及时反馈教与学的信息以利于教学方法和学习方法的不断改进：利用教学评 价体系( 如试题库) 可以更客观地对教学作出评价；通过网络环境可以实现远 程教育，并可以进行多次重复性学习，等等。随着c a i 的不断发展，可以预 言在学校教育中它所发挥的作用会进一步扩大，c a i 的教学方式也会更加丰 富多彩。 但是我们必须清醒地认识到，c a i 以及种种新技术确实没有像许多人预 想的那样为教育带来新纪元。再先进的技术应用于教育都既有优点也有缺点， c a i 是将计算机所具有的特殊功能运用于教学，通过学生与计算机的交互活 动实现更有效的学习，并达到教学目的的过程。在教学过程中，教师、学生、 信息和教具是基本要素，而其中教师是起主导作用的因素。教师是在课堂中 根据教学内容和学生的表情反映来实施和控制教学过程的。因材施教，启发 第一章前言 式教学等都是教学应遵循的基本原则，而要体现这些原则，必须依靠教师与 学生在课堂内的直接交流。另外，学校的教育不应只是传授知识，还应实现 素质与能力的培养，因此教师在教学中的作用是难以用任何机器代替的，无 论如何c a i 毕竟只是学校教育的辅助手段。它不可能完全取代教师在教学中 的主导地位，也不可能完全代替教师在教学中的面授作用。同时，c a i 也不可 能适用于学校教育的一切课程，对某些课程也不是从头至尾都适合于用c a i 进行教学。在研究和开发c a i 教学软件时，必须从这一定位出发，才能充分 显示其优越性。因此，不能期望，也不可能在所有课程的教学中都引入c a i ； 也没有必要通过c a i 来完成一门课程的整个教学。例如：自测系统和试题库 对诸如高等数学、基础外语教学是十分合适的；c a i 教学对工程制图、计算 机文化课是十分适合的等等。而某些课程恐怕只在部分内容或在某些实验中 引入c a i 更为适宜。这需要从事教学的教师认真研究本课程的特点，以学生 的认知过程为基点，精心选择适合c a i 的部分，编写脚本，生成课件。 1 2 2计算机辅助教学在教学改革中的作用 现代教育学的实践证明：学生获得知识仅靠听觉，在3 小时后保持记忆 约7 0 ，3 日后保持记忆约l o ：如仅靠视觉，在3 小时后保持记忆约7 2 ， 3 日后保持记忆约2 0 ：如综合依靠听觉和视觉，3 小时后保持记忆约8 5 ， 3 日后保持记忆达6 5 。从认识学习理论的基本观点来说：人的认知不仅是 由外部刺激直接给予的，而是由外部刺激和认知主体内部心理过程相互作用 的结果。根据这种观点，学习过程可以被解释为每个人根据自己的态度、需 要、兴趣、爱好，并利用原有的认知结构对当前的外部刺激( 即教学内容) 主动作出的、有选择的信息加工过程。因此，一切教授方式的任务不是简单 地向学生灌输知识，而是要激发学生的学习兴趣，发展学生的认知能力。故 寻找一种可综合听觉与视觉刺激并能激发学生的学习兴趣和发展学生的认知 能力的教育手段，就成为如何解决培养更多更好高素质人才的问题及其当前 学校教学改革的重要课题。 计算机辅助教学是现代多媒体技术和超文本技术在教学中的具体应用。 在多媒体c a i 课件中，可采用富有感染力的图形或动画与相应的教学内容建 立联系，并用智能化的询问系统引导学生进入学习。必要时可刺激学生回忆 学过的知识，让他们意识到课程的期望，把注意力集中到关键部分。对于重 第一章前言 要的公式和概念可给予明显的标记，用闪烁等方式刺激学生的注意。这种教 学方式能集图、文、声、像于一体，学生面对的不再是一成不变的课堂和枯 燥无味的课本，而同时能得到视觉与听觉两方面的刺激，学习效率可大为提 高。 在多媒体c a i 课件中由于采用超文本结构，克服了传统教学知识结构线 性的缺陷。超文本具有信息呈现多形式，非线性网状结构的特点，符合现代 教育的认知规律。学生在学习过程中可充分利用人机对话，根据自己的实际 情况安排学习进度，不仅改变了传统的黑板加粉笔的授课方式，而且可以使 “以教师为中心”的教学思想转变为“以学生为中心”。教师组织学生利用课 件进行学习或进行课件的研制，更多的着眼点应放在如何指导学生“学”，而 不是“如何教”；学生在c a i 方式下进行学习，更强调了自主学习，而不是 依赖于教师的“教”。学生变被动学习为主动学习，更容易激发学生的学习积 极性，从而显著提高教学效果。 第二章化学元素周期系2 0 版的分析与设计思想 第二章化学元素周期系2 0 版的分析与设计思想 第一节多媒体课件开发的一般流程 多媒体课件也是一种软件产品，它的设计、制作与发行过程，都必须按 照软件工程的一系列规范来进行。但是，多媒体课件同时又是用于教学领域 的一种特殊软件，它必须符合教学规律，以最大限度地发挥多媒体课件的优 越性，获得最大的教学效益。下面，是多媒体课件开发的一般流程： 1 教学设计 教学设计就是运用系统科学的观点和方法，以教学目标和教学对象的特 点为出发点，使教学效果最优化为目的来规划、实施和评价教学活动的全过 程。教学设计的三要素为教学目标、教学策略和教学评价，其核心在于采用 最优化的教学方法，取得最优化的教学效果。其主要设计步骤如下： ( 1 ) 讨论总体教学目的，列出所有课题，并陈述各课题的教学目的。 f 2 ) 细化教学目的。 ( 3 ) 列举各学习目标的学习内容。 ( 4 ) 列出学生年龄、心理特点和个性特征。 ( 5 ) 预估学生对本课题已具备的基础知识、基本技能和表达水平。 ( 6 ) 选择教学活动和教学资源。 ( 7 ) 协调所提供的服务。 2 脚本设计 脚本也称为“稿本”，脚本的设计阶段是课件开发过程中从面向教学策略 的设计到面向计算机软件实现的一个过渡，是沟通课件的构思者和制作者的 一个桥梁( 如果构思者和制作者是同一人，那么脚本也可以起到辅助教学作 用) 。多媒体课件的脚本分为文字脚本和制作脚本两方面。 文字脚本：是多媒体课件教什么、如何教，学什么、如何学的文字，它 包括教学目标分析、教学内容和各知识点的取得，学习者特征、课件模式的 选择，教学策略的指定、媒体的选择等，一般由学科教师完成。 制作脚本：是在文字脚本的基础上，给出课件制作的具体方法，如页面 的元素与布局、人机交互、跳转、色彩配置、文字信息的呈现、音乐或音响 1 2 第二章化学元素周期系2 0 版的分析与设计思想 效果、解说词、动画及视频的要求等。 3 制作课件 在脚本设计好后，就可以制作课件了，其步骤如下： ( 1 ) 素材的选择与设计 多媒体课件就是利用各种媒体来多方位地、有效地刺激学生的感官，使 学生能长效、形象地牢记知识；感性地掌握实际无法实现或没有条件实现的 技能；能形象、有趣地完成练习，因此多媒体课件要尽可能多地采用声音、 视频、图像、动画等素材。 ( 2 ) 选择开发工具 目前，多媒体课件的开发工具很多，如a u t h o n v a r e 、f l a s h 、p o w e r p o i n t 、 f r o n t p a g e 、d r e 锄w e a v e r 、v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc + + 和d i r e c t o r 等，可以根据 不同的教学目标、教学设计和课件的使用场合来选择。 ( 3 ) 制作多媒体课件 无论选择了何种开发工具，一般的步骤都是：建立文件、内部制作素材、 导入或链接事先做好的各种多媒体素材、设计交互、制作效果或打包。 “ 4 测试修改 测试修改是课件开发过程中的一个重要阶段。在正式使用之前，一定要 通过静态调试( 用来纠正语法错误，校正图形显示效果) 、动态调试( 检查逻辑 错误) 等手段来不断完善、修改课件。 待这一切工作都全部完成后，我们就可以将制作完成的多媒体课件打包 或发布出去了。 第二节化学元素周期系2 0 版总体分析 2 2 1解决方案 2 2 1 1 化学元素周期系1 o 版简介 化学元素周期系1 o 版的主菜单设计成一个全屏幕的长式化学元素周 期表，在这个周期表中，软件的开发者围绕化学元素周期律这个伟大的定律， 介绍了它的发现者门捷列夫，元素周期系的发现与发展过程，化学元素 性质周期性变化的规律，u 1 个元素的发现简史，基本的物理化学常数，元 l3 第二章化学元素周期系2 o 版的分析与设计思想 素单质和重要化合物的性质、结构、生物活性、制各方法与应用，以及7 个 周期，1 6 个族，2 个特殊元素系等，总共设计了1 3 8 个可以点击的按钮，也 就是有1 3 8 个专题的内容可供选择。这1 3 8 个专题内容有6 0 余万字。在软件 1 o 版中，我们化软学会扫描或自己绘制的静态图片达4 0 0 0 余幅，二维和三 维的分子构型、合成化合物工艺流程等动画达1 0 0 0 余个，大大拓展和丰富了 原有课堂讲授的内容和形式。化学元素周期系1 o 版既可用于教师课上教 学，又可用于学生课下自学，所有内容综合在一起，既是一部无机化学纪实 材料的教科书，又是一部无机化学简明资料辞典。 翻 取滴 单质为气体单质为液体一单质为固体艇人造元素 图2 1化学元素周期系1 0 版主界面 针对这1 3 8 个专题，在主菜单的上方软件开发者又设计了“讲授”、“自 学”、“习题”、“测验”与“数据”五大功能按钮供用户选择。这五个功能按 钮代表了每一专题的五大功能模块。其中“讲授”部分采用多媒体的形式对 每一专题进行深入浅出的讲授。“自学”部分采用文字的形式对讲授内容进行 充实和拓展，并实现了超文本链接和打印功能，以方便学生自学。在每一专 题中，都安排了一定量的“习题”，供学生巩固和检查学习的成果。“测验” 第二章化学元素周期系2 0 版的分析与设计思想 模块提供了大量的试题，电脑教师可根据学生测试的结果，分析学生的学习 效果，提出下一步学习的建议。“数据”模块提供了每种元素常用的几十个物 理、化学常数，相当于一个小型的数据库，方便师生和化学从业人员检索。 为使用户界面更友好，软件的开发者还设计了当将鼠标移至某一功能按 钮上时，屏幕上即出现一个黄色显示框放大显示该按钮的名称，同时在屏幕 的最下方出现一行文字，说明该按钮的功能。当将鼠标移至某一元素按钮上 时，不仅显示出该元素的原子序数、符号、中英文名称和相对原子质量，同 时还有该元素中文名称的读音，这对教授学生读写元素名称和掌握基本知识 提供了方便。为用户使用方便，软件开发者在主菜单的上方还设计了“帮助”、 “系统”、“退出”、“软件动画图标”和“取消功能选择”按钮，总共十大功 能按钮。 2 2 1 2 化学元素周期系1 o 版取得的成果 化学元素周期系多媒体教科书软件1 o 版是1 9 9 7 年经国家教育部立 项、并经国家计委正式批准的“九五”国家重点科技攻关项目，国家教育部 “九五”重点教材计划项目。1 9 9 5 年底开始研制，1 9 9 9 年初全部开发完成由 高等教育出版社正式出版发行，是我国第一部多媒体化学教科书软件。 该软件的中期研究成果曾获教育部1 9 9 7 年全国普通高校优秀计算机教 学软件评选一等奖。1 9 9 8 年1 0 月份，在联合国教科文组织在巴黎召开的“2 1 世纪的高等教育”国际会议上，该软件的演示受到与会同行们的一致好评。 中国科技大学校长、中科院院士朱清时教授评议本软件时说：“此工作和所得 到的成果具有国际一流先进水平，代表着我国大学多媒体教学研究的水平。” 化学元素周期系多媒体教科书软件1 0 版1 9 9 9 年6 月2 9 日通过了 教育部组织的科学技术成果鉴定，鉴定结论是：“化学元素周期系软件内 容丰富，取材新，构思新颖，制作精良，操作使用方便，人机交互性好。极 大地激发了学生学习的积极性和兴趣，节约课时，有利于课堂教学和学生自 学。该软件已经过三年试用，是我国化学教学方法和手段改革的一项重大研 究成果，属国内领先，达到了国际先进水平。一致通过鉴定。”全国有近百所 高校将该软件用于教学改革实践中，都取得了很好的教学效果，大大促进和 推动了基础化学教学方法和教学内容的改革。2 0 0 1 年该软件及其教学成果获 得国家级教学成果一等奖。 第二章化学元素周期系2 o 版的分析与设计思想 2 2 1 3 化学元素周期系2 o 版开发方案的提出 化学元素周期系多媒体教科书软件1 o 版取得了巨大的成功，但随 着计算机技术的飞速发展，1 o 版本在一些配置较高的计算机上显示不正常， 另外元素化学的新发展内容也急需补充进去，因此顺应广大使用我们这套软 件的各个高校及一些使用该软件的热心群众的强烈要求，我们南开大学化软 学会在中国科学院院士，南开大学化学系教授申泮文先生的指导下，开始实 施软件的升级改版工作，即化学元素周期系2 o 版的设计与开发。 2 o 版的设计与开发所需要完成的工作就是在1 o 版的基础上做出进一步 的改进和升级，在技术方面，使用f l a s hm x 软件代替原来的a u t h o r w a r e 软 件搭建元素周期系整体框架结构，同时用f l a s h 动画技术代替原来的 a u t h o n v a r e 动画技术，使用x m l 语言实现章节目录树结构；使用超文本技 术通过i e 浏览器实现对元素数据和文本内容的浏览；使用f l a s h 脚本语言实 现从软件外部导入j p g 格式的习题和测验的图片，图片的内容可以由使用者 自行设计更改，只需要注意使用特定的图片大小和文件名并置于特定文件夹 内即可。在涵盖的具体内容方面，更正了1 o 版中的错误，并重新制作了1 o 版中所有的文字、音频、图片和动画素材，增加了近年元素化学最新发展前 沿的资料以及一些和日常生活密切相关的新技术的应用，更新了1 o 版使用 的习题和测验内容，实现数量上的增加和质量上的提高。 2 2 2可行性分析 2 2 2 1 化学元素周期系1 o 版的不足之处 1 o 版的动画不能实现讲授动画的精确定位，另外在需要重新观看某个特 定知识点的时候，只能从包含该知识点的整段讲授动画开头重新开始播放， 在播放中不能暂停，这样在课堂讲授或自学时会造成时间的浪费，而且这样 的操作也不够人性化。 1 o 版使用a u t h o n v a r e4 o 版开发制作，其反锯齿功能是比较差的，而且 1 0 版使用的很多图片都是位图格式，放大以后会有很明显的马赛克现象，观 看效果不好。 另外，在1 o 版中的提供的测验和习题，由于已经被软件开发者固化在 软件程序包中，所以无法进行更新，对于使用者而言可以重复利用的可能性 也较低。 】6 第二章化学元素周期系2 0 版的分析与设计思想 而且，1 o 版使用的软件界面的分辨率为6 4 0 4 8 0 ，无法调整，已经不 适合现在主流电脑配置8 0 0 6 0 0 甚至1 0 2 4 7 6 8 及其以上的分辨率要求了。 正是基于这些原因，我们决定在2 0 版中针对以上提到的不足之处进行 改进。 2 2 2 2 化学元素周期系2 o 版可行性分析 目前比较常见、流行的用来制作多媒体课件的多媒体开发工具软件有 a u t h o n v a r e 、d i r e c t o r 、p o w e r p o i n t 、d r e a m w e a