（无机化学专业论文）多媒体课件《原子核与原子核反应》的编制.pdf

南开大学硕士论文 摘要 摘要 丫 近 年 来 现 代 信 息 技 术 不 断 用 于 教 育 m c a i 己 经 成 为 深 化 教 育 改 革 的 重 要 方 式 和 手 段 为 此 了 本 工 作 利 用 多 媒 体 技 术 超 媒 体 技 术 和 光 盘 高 存 储 量的特点 开发了 原子核与原子核反应 课件 它包括讲授系统和自学系 统两大模块 总储量为4 2 0 mb 讲授系统分为 原子核的结构与结合能 核 的裂变与聚变 核能的和平利用 人工核反应 和 化学元素周期系理论 的新发展 四个章次 各章次又分为若干子专题 可以层层打开 以文字 图形 图像 动画 解说和影像等多种方式介绍了原子核化学的基本知识 力图跟踪当代核科技发展的动态 尽可能多地提供这一领域的新发展和前沿 材料 目 的在于 试图 拓宽学生在这方面的 视野和知识面 自 学系统 是讲授系 统的帮助文本 可以随时对所需的资料内 容进行快速定位和查索 这些内容 还可以打印 便于进一步学习 研究 一少 件 的 翩过 程 中 运 用 了 多 种 技 术 手 段 扫 描 处 理 酬作 了 7 0 余 幅 静 态彩色图片 制作了4 0多组二维和三维动画 选录了1 3 段影像资料 共有 1 8 0 余处交互设置 力争界面友好和良 好的人机交互性能 便于使用 本文论述了课件的制作过程 并对一些经验技巧进行了总结 承中央电视台科技博览栏目同意选录他们的若干节目的片段镜头 作为 本课件的影像资料 谨 此 表 示 诚 挚 的 感 谢 0 j 关健词 原子原子核反应 多媒体计算机辅助教学 护 乌1 核 超媒体技术 多媒体课件 南开大学硕士论文 abs tract abs tract i n t h is p a p e r a m u l t im e d i a c o u r s e w a r e a t o m i c n u c l e i a n d n u c l e a r r e a c t i o n s i s p r e s e n t e d i t is c o m p l e t e d w i t h t w o m o d e l b l o c k s t h e l e c t u r e in s t r u c t i o n s y s t e m a n d t h e s e 梦l e a r n i n g s y s t e m t h e l e c t u r e i n s tr u c t io n s y s t e m c o n s i s t s o f f o u r c h a p t e r s e a c h o f w h i c h i s e x p r e s s e d i n s t e p s b y s e v e r a l s u b m e n u s a n d t h e s e lf l e a r n i n g s y s t e m is a w r i t t e n f o r m h e lp t e x t o f t h e f o r m e r t h i s c o u r s e w a r e c a n b e u s e d b o t h i n c l a s s r o o m l e c t u r e i n s t r u c t i o n a n d i n s t u d e n t s a f t e r c l a s s s e f s t u 咖 n o t o n ly c a n it b e u s e d a s a g e n e r a l c h e m i s t ry t e a c h i n g m a t e r ia l f o r f r e s h m e n s t u d e n t s i n t h e u n i v e r s i t i e s b u t a l s o i t is p r e p a r e d f o r u s e a s a r e f e r e n c e t e x t f o r t e c h n i c i a n s a n d e n g i n e e r s i n c o m p r i s i n g t h e c o u r s e w a r e m a n y a d v a n c e d m u l t i m e d i a t e c h n i q u e a n d 句 vp e r m e d i a t e c h n i q u e a r e a p p l i e d t h r o u g h t h e p o ly f u n c t i o n a l c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e m u l t i m e d ia t e c h n o l o g y th e a u t h o r t r i e d h is b e s t t o d e s c r i b e f u l ly t h e s t r u c t u r e o f t h e a t o m i c n u c le u s a n d t h e c h a r a c t e r is t i c s o f a l l k i n d s o f n u c l e a r r e a c t i o n s i h o p e t h i s s o f t w a r e w i l l a t t r a c t t h e s t u d e n t s a t t e n t i o n a n d s t i m u l a t e t h e i r e n t h u s i a s m f o r i n t e n s i v e s t u d y a n d i m p r o v e t h e i r l e a r n i n g e ff ic i e n c y a n a d d i t i o n a l e f f e c t o f t h is s o f t w a r e d e d i c a t e s t o t h e r e f o r m a t i o n o f t h e t r a d i t i o n a l t e a c h i n g a r t s a n d c a l l s f o r a n e w s t a t u s o f h i g h t e c h n i c a l e d u c a t i o n k e y w a r d s a t o m i c n u c l e i a n d n u c l e a r r e a c t i o n s m u l t i m e d i a c o m p u t e r a i d e d i n s t r u c t i o n a u t h o r w a r e 4 0 h y p e r m e d i a t e c h n i q u e m u l t im e d i a c o u r s e w a r e 南开大学硕士论文第一章前言 第一章前言 漫漫历史长河 人类不仅创造了灿烂的物质文明 也积累了丰富的精神 财富 在这个过程中 教育始终起着重要的作用 百年大计 教育为本 就是这个道理 教育作为一定社会的产物 一方面它受到社会发展的制约 另一方面 它的发展又必然促进社会的进步 如今人类正告别工业社会 迈 入信息时代 传统的产业经济让位于知识经济 科学技术日 新月异 学科之 间相互渗透相互交叉 新的知识急剧增长 新的概念不断涌现 这不仅深刻 地改变了人们的生活 思维 学习与就业方式 也给教育带来了新的特点 提出了种种挑战 世纪之交 人们在探索下个世纪需要什么样的人才 什么 样的教育体制 教育观念 教学模式 教学方式和教学内容 近年来 国际 上开始进行一项在基础教育领域有重大影响的试验研究项目 中小学校 联网试验研究 其目的不仅仅在于使参加试验学校的师生能掌握应用i n t e m e t 网络的技能 更重要的是要探索一种新的教育体制与教学模式 培养学生信 息获取 信息分析与信息加工的能力 通常把这几方面的能力统称为 信息能 力 人们认为 具有这样一种能力对于能适应 2 1世纪激烈的国际竟争的 新型人才是至关重要的 很明显 这种试验是把具有信息能力作为信息社会 所需人才的最重要的知识结构与能力素质来考虑的 又有人认为 信息化 世界时代的到来 意味着从产业文明进入一个新的文明时代 在新时代 国 民的学习能力 创造能力是决定性因素 世界各国都在围绕着上述问 题推 行教育和教学改革 从教育的各个方面进行深入地探讨 从教育理论来看 由 8 0年代中期的行为主义学习理论发展为认知学习理论 建构主义学习理 论 再发展为 9 0年代中期以后的人本主义学习理论和素质教育理论 传统 的以开发人的记忆为主的教育目 标 正在向以开发人的智力和创造力为主要 目 标过渡 从教学模式看 传统的以教师和课堂为中心的教学模式正逐渐向 个性化教学 发现式学习和协作学习发展 从教学手段来看 以计算机为代 表的现代信息技术广泛应用于教学 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 多媒体网络教学等等多种教学手段 而且出 现了 程序 课件 插件 构件 元件 基件 部件 群件 积件等一系列新的教 南开大学硕士论文第一章前言 学软件 可以预见 所有这些改革都将随着 2 1世纪的到来不断深入 不断 完善 我国早在 s o年代就提出了 科教兴国 的方针 当前正在深入教育 和教学改革 教育观念在不断深化 计算机辅助教学 网络教学等现代化教 学手段不断引入课堂 而且呈现出蓬勃向上的态势 2 1世纪即将到来 我们 更应认识到 教育改革是关系到下个世纪科技和人才竟争的大事 它必然随 着时代的发展而发展 同时也要认识到 2 1世纪是信息技术飞速发展和广泛 应用的时代 随着科技与社会的发展 也必然会出现一些前所未有的现象 而这些新生事物又会对教育提出新的更高要求 需要我们去总结 去探讨 这也决定了教育改革将是一场持久战 任重而道远 1 1 计算机辅助教学的历史 发展与研究现状 1 1 1 传统 教学中 的 积 并与 计 算 机 箱助 教学 的 产 生 传统教育是以 传授知识 为指导思想的 三中心 论 即教师中 心 课堂中心和书本中心 的学校教育体制 它是工业社会的产物 在这种教育体 制下形成了以教师为中心的班级授课模式 即教师制定教学目标 授业解惑 主宰着课堂 学生被动地接受知识 几十年来 粉笔 黑板加书本的教学形 式没有根本性的变化 而且教学方式过于单一 教学手段简单 不利于激发 学生的学习兴趣和积极性 也不利于教学质量的提高 教材陈旧 教与学的 矛盾 教学与社会的需求的矛盾越来越突出 教育专家的研究表明 信息时 代的教学活动不应以开发人的记忆为主要目 标 而应以开发人的智力 创造 力为主要目 标 而传统教育不能或者很少能贯彻因材施教的原则 不利于培 养学生的创造力 随着新世纪的到来 学生只靠在课堂上接受教师传授知识 的教育形式己经远远不能满足时代发展的需要 为了提高教育质量和效率 解决教育过程中的问题 人们尝试了许多教 育改革的方法 随着现代科学技术的发展 特别是计算机技术 控制论 系 统论 信息论技术的迅猛发展 在教育领域引 起了各种教育技术的革新 许 多新的教育理论脱颖而出 其中以美国心理学家 b f s k i n n e r 教授为代表的 程序教学理论影响较大 而价廉物美的微型计算机的普及则为程序教学提供 了 物质基础和发展可能 从而形成了教育领域的第四次革命 即以计算机 为基础的教育c b e c o m p u t e r b a s e d e d u c a t i o n 南开大学硕士论文第一章前言 计算机辅助教学c a i c o m p u t e r a i d e d i n s t r u c t i o n 是c b e 的一个重要分 支 它利用计算机系统来模拟教师的教学活动 组织实施和指导整个教学过 程 从而实现最优化的教学目 标 在教学过程中 c a i是以帮助教师讲课 促进学生理解为目 标 为学生提供一个良 好的学习环境 使学生通过与计算 机的交互对话来进行学习的一种新型的教学形式 所以计算机辅助教学在全 世界引起了广泛关注和积极尝试 1 1 2 国 外计算机辅助教学的 发展与现状 早在 5 0年代 计算机辅助教学就己经成为美 英 法 加拿大 日本 等发达国家教育界的一个重要研究领域 1 9 5 9年美国 i b m 公司研制成功第 一个 c a i 系统 从而宣告了 人类开始进入计算机辅助教学的应用时代 但总 的看来 这一时期的计算机辅助教学只是程序教学和程序教学机 主要功能 是存储和显示教材 接受学生的反应或答案 进行记分 记时等 6 0年代到 7 0年代计算机用于辅助教学在欧美己 很普遍 并先后研制了 不少 c a i 系统 其中最具代表性的是美国伊利诺大学 i l l i n o i s 研究开发的 p l a t o教育系统 该系统包含了 1 5 0 门课程 7 0 0 0 多小时的容量 是有 1 0 0 0 多个终端的大型网络系统 随着微机的兴起 特别是 p c机的出现 计算机 辅助教学得到了蓬勃发展 国外大学都己 在化学系课程中设置了计算机化学 或计算机应用的介绍 美国在教育部和d r e y f u s y基金的资助下 于8 0 年 代初建立了 s e r a p h i m 计划 这是一个专门从事交流和发展计算机辅助化 学教学软件的组织 在 8 0年代中期 美国苹果公司的教育家们就开始了一 项为期1 0 年的 未来的苹果机教室 a p p l e c l a s s r o o m o f t o m o r r o w 的研究 他们选择了几所学校进行合作 给每个学生和教师都提供两台计算机 一台 放在学校 另一台放在家里 创造了一种获取技术就象使用书本一样方便的 环境 以观测在这个环境下教与学的效果 后来这项研究扩展到全美上千所 中小学和大专院校 以及北美和其它地区 许多教育研究部门和大批教育软 件开发商参加了这一研究 通过研究和实验发现将计算机技术引入教室后 的确促进了教育模式的改革 有效地提高了教学效果 9 0 年代 计算机历史上的一次技术革命 多媒体计算机的出现 给计 算机辅助教学开辟了 新天地 多媒体计算机辅助教学 m u lt i m e d i a c o m p u t e r 南开大学硕士论文第一章前言 a i d e d i n s t r u c t i o n m c a i 在国 外的高等教育 研究中占 据了 重要地位 一些大 学开始使用多媒体技术来指导大学生的学习过程 例如 英格兰高等教育拨 款委员会 h e f c e 于 1 9 9 2年启动了据称是多媒体教学方面在世界上最大的 教与学技术规 划 t e a c h i n g a n d l e a rn i n g t e c h n o l o g y p r o g r a m m m e t l t p 规 划 项目 总投资7 0 0 0 万英镑 该规划共分为 三期 每期三年 1 9 9 21 9 9 4 年 1 9 9 51 9 9 7 年 1 9 9 8 2 0 0 0 年 前两期共有7 6 项计划 己 经完成4 0 0 多个基 于新技术的教学课件 绝大部分课件都是由多所大学合作共同开发的 内容 涉及艺术 人文科学 社会科学 商业与经济学 工程学 医学 自 然科学 计算机直至教师培训等方方面面 课件大部分是大学一年级 或相当程度的自 学生 所用的教材 这些课件通过光盘 录像带 网 络和网上浏览器等可广为 传播和使用 实现了校际 以 及国际间 教学资源共享 又如 英国的开放大 学 o p e n u n i v e r s i t y 是 利用新 技术使教学的 规模和效益 得到大幅 度提高的 一个 突出例子 该校学生人数在 1 9 7 0年时为 2万余人 9 0年代以来 几乎以每 年增长 1 万余人的速率直线上升 1 9 9 6年己达到 1 6万余人 该校大部分学 生是 业余学习 p a r t t i m e l e a rn in g 的 由 学 校提供录像带 多媒体教学光 盘 e m a i l 地址 与教师 学校联系 答疑 注册 通讯用 平均每2 0 人配1 名 辅导教师 在欧洲大陆 乃至日 本 新加坡等地均有该校的教学点 由 于学 习资料的电子化 教学手段的网络化和灵活多样 使得业余学习 远程学习 d i s t a n c e l e a r n i n g 终生学习 l i f e t i m e l e a rn in g 成为 可能 和有效 近年来 i n t e rne t网络技术的迅猛发展和广泛应用 为 c a i 注入了新的 活力 基于网络的 c a i 成了计算机辅助教学的热点 例如美国化学会 a c s 化学教育学科部于 1 9 9 7年 4月 1 31 7日在旧金山召开了第 2 1 3届化学教育 会议 会议论文集 c h e d n e w s l e t t e r 就 开发主体而言 我国c a i 教学软件的开发主体开始从企业电脑专家转到学校 学科教师 甚至高等院校成为了教学软件产业的生力军 从开发出软件的类 南开大学硕士论文第一章前言 型看 主要有资料型 示教型 自学型 模拟仿真型 联网型和协作学习型 等六大类型软件 总之 成绩是突出的 但是我们也要看到不足的一面 例 如基于网络 w e b 的 c a i 的研究 开发与应用在我国尚处于起步阶段 与国 外相比有较大的差距 智能化 c a i是目前国际上计算机教育领域的前沿课 题 我国少有涉足 由此也给我们提出了努力的方向 纵观我国高等学校计算机辅助教学的发展 我们经历了从自发分散研制 走向自主协作研制 从单个程序研制走向了系列规模研制 从单一模式研制 走向多种模式研制的过程 经历了教学程序编写 学科系列软件编制的过程 正在向多媒体教学系统研制方向发展 经历了使用现成的高级语言 自主开 发 c a i 写作工具的过程 正在向着应用和自 主开发多媒体编著系统的方向发 展 近年来 我国计算机应用于教育领域的对外交流与合作日益加强 i n t e m e t 网络逐渐普及 计算机应用于教育教学研究的工作掀起了新的高潮 1 1 4 计算 机辅助教学的 类 型 根据不同的侧重点可以将计算机辅助教学分成不同的类型 1 根据教学环节 将计算机辅助教学分为主体式和辅助式两种方式 主体式 c a i以计算机教学为主体 教师只解决学生的特殊问 题 这种方式 需要较高的计算机软件技术和质量好的课件 辅助式 c a i 是以课堂教师授课 为主 而与课本相关的c a i 课件为辅的教学方式 2 以知识传授或技能培训作为侧重点 将计算机辅助教学分为辅助知 识传授和辅助技能培训两大类 前者重在根据教学要求 将知识点有机地组 合在一起构成完整的知识体系 要求较高的抽象思维和逻辑思维 后者重在 传授或培训某个技能 它可以包括程序练习 模拟训练程序 实验模拟等 3 按软件用途 将计算机辅助教学分为资料工具型 课堂演示型 个 别化交互学习型 协作学习型 游戏教学型等五种主要类型 1 1 5 计葬 机 编助 教学 的 发 展 趁势 i 多媒体化 m c a i 将多媒体技术应用于计算机辅助教学 使c a i 在原有的基础上增加了声 音 视像和动画等手段 变得更加生动形象 更具吸引力 从而提高了其辅 助教学的效果 因而 mc a i 成为最新教学手段 代表了c a i 发展的方向 在 南开大学硕士论文第一章前言 教育界中的应用成为研究热点 2 网络化 多媒体计算机网络是指能实现多媒体通信和多媒体资源共享的计算机网 络 它可以是局域网 成域网或广域网 信息高速公路就是一种多媒体公共 网络 多媒体电脑网络教室和基于 i n t e rn e t的多媒体教育应用是日 前研究最 活跃 发展最迅速的两个方面 3 智能化 智能化计算机辅助教学 i c a i 系统主要运用了人工智能中的知识表示 推理方法和自 然语言理解方面的成就 该系统具有与人类优秀教师媲美的一 些功能 了解每个学生的学习能力 认知特点和当前知识水平 能根据学生 的不同特点选择最适当的教学内容和方法 并可对学生进行有针对性的个别 辅导 允许学生用自 然语言与 计算机导师 进行人机对话 目 前的 i c a i 系统一般比较简单 如果能将多媒体技术与人工智能技术 结合 扬长避短 就可形成新一代的mi c a i 系统 4 虚拟现实 虚 拟 现实 v ir t u a l r e a lit y v r 技 术 是 继多 媒 体之 后另 一 个 在 计算 机领 域引起广泛关注的研究热点 从本质上讲 v r是一种先进的人机接口技术 它对以人机交互为主要特征的c a i 必将产生深远的影响 为c a i 乃至整个教 育培训的方法带来根本性的改变 5 虚拟大学 校园 i n t e rn e t 的迅速发展和 www 的出 现为远距离教育的实现带来了 新的思 路与前景 在 i n t e rn e t 和 www上研究与开发适于教学及训练的课件 形成 有效的虚拟校园 已成为当前国际上的研究热点之一 目前西方一些国家都 相继建成了 虚拟大学 v i rt u a l u n iv e r s t y 积极进行网 上教学的 试验与 研究 1 2 多 媒体计算机箱助教学 在深化教学改 革中的重 共作用 1 2 1 多 媒体的多重刹激作用有利于 知识的 获取与 保持 人类的学习是通过眼 耳 鼻 舌 身等感官把外界的信息传递到大脑 经过分析 综合从而获得知识的过程 因而人的感官与他的学习和记忆必然 存在某种联系 为此 著名的心理学家t r e y c h l e r 于 1 9 6 7年通过大量心理学 南开大学硕士论文第一章前言 实验 得出如下结论 人类从外界获得的信息中有 8 3 是通过视觉 1 1 通过听觉 1 通过味 觉 1 5 通过触觉 3 5 通过嗅觉 可见 人们通过视觉和听觉获得的信息 占从外界获得所有信息的 9 4 这充分说明了人类的视觉和听觉对学习的重 要作用 t r e y c h l e r 在说明人类的记忆与感官之间的关系时指出 人们一般可以记 住 自己阅读到的 1 0 听到的 2 0 看到的 3 0 自己看到和听到的 5 0 交谈时自己所说的 7 0 由此可见 从记忆角度考虑在学习过程中同时使用 听觉和视觉的重要性 另外 心理学家研究记忆率时发现 对同样的材料 单用听觉 三小时后能保持所获得知识的 7 0 三天后则下降为 1 0 单用 视觉 三小时后能保持 7 2 三天后降为 2 0 如果视觉和听觉并用 三小 时后能保持 8 5 三天后可保持 6 5 此结论再一次说明 听觉和视觉两者 并用对学习和记忆的重要作用 而传统教学信息通道狭窄 单一 信息容量小 传输速度慢 效果差 单纯的板书文字和声音都不及画面 图像更有利于人们对信息的接受 资料 表明 人对音响语言信息接受能力约为 4 4比特 秒 对画面构图中信息的 接受能力为 4 6比特 秒 人们用一般学习方法接受信息速度为 2 5比特 秒 而对电视屏幕图像做判读实验结果表明 电视教材的通道容量最佳约为 7 0 比特 秒 这些研究表明了多媒体c a i 对人类学习和记忆的重要作用 1 2 2 扩充 教学手段 有利于教学 信志的高 效姐织和传递 多媒体教学方式下 过去教师通过黑板 投影胶片 挂图 模型教具和 录像等媒体 所展示的各 种教学信息 可以由 计算机加工处理 例如 将一些 难 以 用文字和静态图形表示的内 容制作成动画 或对影像资料进行特效处理 形成图文声像并茂的多媒体课件 从而能够准确高效地传递教学信息 实现 立体教学的思想 甚至可以采取联想式 非线性的信息组织方式 集图文声 像为一体 使学生在短时间内获得较大的信息量 提高教学效率 另一方面 多媒体教学方式具有很强的直观性和真实感 尽管以前人们在教学中也可以 大量运用模型和教具 但相对来讲 那些毕竟是静止的单媒体 而多媒体 教学可以各个方向 多角度地描述事物 充分调动学生的多种感官协同工作 南开大学硕士论文第一章前言 使学生得到一个综合的立体印象 此外 通过多媒体的模拟功能 可以克服 课堂环境的局限 可以把以往无法直接展示的东西 如化学键的形成 核爆 炸过程等 惟妙惟肖地用多媒体形式展示出来 确切地说 多媒体教学方式 既可模拟现象 又可模拟过程 使得教师可以在受控方式下把瞬间发生的过 程漫漫展开 也可以 把漫长的过程 如生物的进化过程 浓缩在数分钟内 展现 等等 1 2 3 改善教学方式 有利于因 材施教和培养学生的创造力 多媒体教学方式可以使得教师为不同的学生设计不同学习计划 学生也 可以根据自己的情况自主地选择学习内容 超文本结构的使用 克服了传统 的线性结构的缺陷 使得 mc a i 系统容易根据教学的实际效果对教材进行动 态的组织和修改 使学生可以完全摆脱课表的限制 按自己的具体情况来安 排学习进度 因而具有很强的针对性 是真正意义上的因材施教 另一方面 多媒体教学既可以采取集中课堂式教学方式 也可以采取分散式教学方式 以 适合不同层次的需要 此外 通过多媒体技术 仿真技术和虚拟现实技术 学生可以进行模拟实验 验证自己的推论 增强对概念的理解 也可以象一 个真正的工程师一样 参与模拟的大型工程项目开发 有助于培养实际工作 能力和创造能力 1 2 4 窝 教于乐 激发学生的学习 兴趁和改 善教学效果 多媒体课件能满足学生学习心理的不同需求 例如形象生动的画面 言 简意赅的解说词 悦耳动听的音乐等 使学习内容图文并茂 栩栩如生 自 然增加了教育魅力 从而使得学生保持很高的学习兴趣 使寓教于乐落到实 处 而且多媒体 c a i 系统具有很强的交互性 便于最大限度地发挥学生的能 动性 还可以通过智能游戏等探索或发现知识 学生直接参与到游戏中 在 一种活泼 轻松的环境下 通过自己的思考和竞争进行学习 取得良 好的学 习效果 1 2 5 弥 补不同 学 校 地区 之间 教学 质f的 差异 长期以来 由于地域的限制 各地区的经济 文化发展不平衡 教育水 平参差不齐 造成学生接受教育程度的事实上不平等 而一个优秀的多媒体 教育软件是一个专家系统 学生通过选用不同的教学软件 也就选择了不同 南开大学硕士论文第一章前言 的专家群体 在这个崭新的教育环境下 不同学校和地区的学生可以享受到 高质量的 教师 授课 从而弥补了受教育的不平等性差异 有利于大面积 提高教学水平 随着多媒体教育网络的出现这一愿望将逐步成为现实 1 2 6 突 破时空限制 使远程教育和终身教育成为可能 多媒体技术和网络技术相结合 可以有效地开展远距离教育 让学生与 学生之间 学生与老师之间跨越时空的限制 互相交流 而且远距离教育系 统提供了一种新型的教学和授课方式 人们可从网络上选择各种需要的课 程 可从 虚拟图书馆 中获得各种信息 可以推行学生 教师和专家之间 的协作学习 并且可以在精巧的仿真环境中实现 虚拟现实 教育 可以预 计 随着多媒体技术的发展和应用 以及我国 信息高速公路 的建立 对 于我国幅员广大和拥有众多受教育人口的国情来说 远距离教育有着广阔的 应用前景 为开展终身教育提供了便利的条件 1 3 课件的制作目 的 目 前 国内 有关原子核化学方面的教材大多是七八十年代出版的 出版 质量普遍较低 而且其知识相对陈旧 8 0 年代以后的最新发展几乎没有涉及 但是 近 2 0年来原子核领域有了很大的发展 包括理论水平的提高和应用 研究的突破 所以社会的发展迫切需要一本反映时代特色的教材 另一方面 由于教学改革 减少了大量的学时 包括原子核化学在内的很多教学内容不 作为课堂教学要求 老师不讲 学生又没有可学的教材 这在一定程度上限 制了素质教育的发展 因此 我们制作本课件的目 的在于试图将现代信息技 术应用于计算机辅助教学 制作出一部面向 大学一年级学生和广大化学爱好 者的多媒体教材 促进和深化无机化学教学改革 同时 期望将本课件作为 一个科普读物 面向全民素质教育 普及原子核化学知识 介绍核反应堆的 应用研究进展和增强环境保护意识 1 4 本课题的 提出 与完成本课题的 条件 1 4 1 课题的提出 9 7年夏 我们课题组研制完成了国内第一部元素无机化学多媒体教科书 软件 化学元素周期系 在全国引起了强烈反响 因此 我的导师又提出 继续开发无机化学原理部分多媒体课件的设想 把 原子核与原子核反应 南开大学硕士论文第一章前言 列为我的毕业论文课题 并亲自为我撰写文稿 期望能将抽象的原子核化学 知识用多媒体技术直观地表现出来 1 4 2 完成课题的 基 本条 件 首先 我的导师长期从事无机化学教学工作 积累了丰富的教学经验 他亲自为我撰写本课件的文稿 指导我认真设计各个环节 力争课件更加符 合教学规律 我的另一位导师车云霞副教授 是专门从事计算机在化学中的 应用研究工作的 在开发计算机辅助教学软件方面具有丰富的经验 她的悉 心指导使得课件的开发环节更加合理 其次 我们有一个良 好的课题开发小组 我们之间相互交流 相互帮助 而且部分成员还直接参与了 课件的编制工作 对课件的如期完成起到了 推动 作用 此外 我是无机化学专业学生 较为系统地接受了无机化学专业知识的 教育 能够比较深刻地理解无机化学原理 并且有一定的多媒体编程基础 期望能将这两者较好地结合起来 完成本课件的编制工作 南开大学硕士论文 第二章 本课件概述 第二章 本课件概述 2 1 课件的内容介绍 本课件包括讲授系统和自 学系统两大模块 以一张光盘 c d r o m 为载 体 讲授系统包括 原子核的结构与结合能 核的裂变与聚变 核能的和 平利用 人工核反应 和 化学元素周期系理论的新发展 四个章次 它 们主要覆盖以下知识点 原子核的结构与结合能 主要包括 居里夫人简介 有关的单位和定 义 原子核的结构 核中的力 中子一 质子比值与核的稳定性 核子的结合 能与核的稳定性 原子核的衰变方式 放射移位定律 放射性衰变系等 核裂变与聚变 核能的和平利用 主要包括 迈特娜史料 核的裂变 与裂变能 铀的化学 核裂变能的应用 核的聚变与聚变能 热核反应的应 用 核能利用与环境保护等 人工核反应 主要包括 早期发现的人工核反应 两个碰撞核的势能 变化 直线粒子加速器 回旋粒子加速器 中子作为核反应的轰击粒子 周 期表中遗失元素的合成 铀后元素的人工合成 铀后元素的发现简史等 化学元素周期系理论的新发展 主要包括 超重元素的推断与合成尝 试 从马克思主义认识论看周期系理论的历史发展 周期系理论的发展远景 等 上述每个章次又分为若子专题 以子菜单的形式层层打开 以文字 图 形 图像 动画 解说和影像等多种方式介绍了原子核化学的基本知识 力 图跟踪当代核科技发展的动态 尽可能多地提供这一领域的新发展和前沿材 料 目的在于试图拓宽学生在这方面的视野和知识面 例如目 前全球正经受 着一场世界性能源危机的困惑 科学家们也在致力于寻找新的能源 据此 本课件介绍了国内外发展核能的情况和世界核电发展概况 以及我国在这一 领域的应用研究现状和 2 0 1 0年远景发展规划 同时以大量图片资料展示了 世界上先进的核反应堆 以及我国 8 6 3 高科技十年成就 另外 保护环 境 爱好和平 已经成为国际社会普遍关注的问题 为此本课件将 核能利 用与环境保护 作为专题讨论 期望能普及环保知识 增强环保意识 南开大学硕士论文第二章 本课件概述 p e n t i u m 2 0 0 mmx计算机一台 u ma x a s t r a 6 1 0 s台式扫描仪 扫描图片 h l s b 1 0 0 mc录像机 播放录像带 与视频捕捉卡一起将视频数字化 s n a z z i 视频捕捉卡 用途同上 麦克风 与声卡一起使用 采录解说声音 2 操 作系 统 中 文w i n d o w s 9 5 win d o w s 9 5 除了作为最基本的操作系统外 我们也用它的录音机程序采 录了本课件的所有解说词 并将之以 w a 文件存储 供调用 另外还用它 的画图程序 制作简单的图形 2 3 2 主要开发工其 1 a u t h o r w a r e 4 0 它是 ma c r o m e d i a公司开发的多媒体制作工具 具有不写程序代码的特 色 它以图形对象为主要的编辑环境 使用流程线和工具图标 可以任意修 改 并且可以直接观看修改效果 完成程序制作后 还可以 通过打包 p a c k a g e 编译成wi n d o w s 下可独立执行的文件 本课件的讲授系统就是利用a u t h o r w a r e 制作的 3 3 d s t u d i o ma x 2 0 是a u t o d e s k 公司继3 d s t u d i o 之后推出的w i n d o w s 版本 它基于三维图 形标准 o p e n g l 是一套三维造型及动画制作软件 它可以 制作出色彩逼真 的三维立体造型及三维动画 我们除利用它来绘制分子立体构型外 还用来 模拟制作一些仪器或设备的运转情况 例如课件中的盖革计数器和石墨反应 堆等 3 p h o t o s h o p 4 0 是a d o b e 公司推出的一套图形制作与图像处理的工具软件 它不仅可以 制作出相当漂亮的平面图形 而且也可以制作出具有特效光影的三维立体效 果 其功能相当强大 集图形制作 扫描 图像合成以及高品质分色输出功 能于一体 4 m i c r o s o ft o f f i c e 9 7 系列 这是 mi c r o s o ft公司的中文 o ff i c e 套件 我们主要利用 wo r d 9 7来制作 南开大学硕士论文第二章 本课件概述 d o e 文档和 rt f 文本 也用p o w e r p o i n t 9 7 绘制一些简单的图形 5 j a s c a p t u r e 2 0 它是 j a s c公司开发的一个非常实用的截图工具 可以自 定义热键 而 且可以设置整屏 区域等方式精确截取所需图形 支持剪贴板程序 在多窗 口间实现贴图 或者将所截取的图形以 b m p 或 t i f p c x 等三种格式存储 6 a u d i o e d it o r 这是u l e a d 公司开发的软件u l e a d me d i o s t u d i o p r o 5 v e中的一个小程 序 它可以有效的对声音文件进行编辑处理 如对声音剪辑 添加特殊效果 和去除杂音等 7 s n a z z i a m i g o 2 1 1 d a z z l e m u l t i m e d i a 公司开发的 视频捕捉程序 它可以 调节捕捉效果 我 们利用它将影像数字化 8 mi c r o s o ft h e l p wo r k s h o p 4 0 它是集成在mi c r o s o ft v i s u a l c 十 中的专门用于制作w i n d o w s 在线帮助文 件的工具 本课件的自 学系统就是用它制作的 9 i f i lm e d i t 1 3 它是c i n a x d e s i g n s 公司开发 的 专门 对 m p g格式影 像文 件进行编辑处 理的软件 它可以对影像进行剪辑 连接等编辑处理 并仍以 mp g格式存 储 南开大学硕士论文第三章 本课件的制作过程 第三章 本课件的制作 3 1 课件的设计思路和制作方案 为了使用方便 我们将本课件设计为讲授和自学两个系统 讲授系统模 拟课堂教学方式 集文字 图形 图像 动画 声音和影像等多种媒体于一 体 构成一个独立的专家授课系统 我们试图使该系统覆盖原子核化学的基 础知识 又尽可能多地提供当今这一领域中最新发展和研究前沿的材料 同 时 力争利用计算机技术和多媒体技术将这些内容生动活泼地表现出来 其 创作工具为 a u t h o r w a r e 4 0 该系统的内容分为四个章次 即主菜单的四个 选择条目 每个条目由若千子专题组成 即子菜单 课件的信息组织方式既 有线性链接 能够顺序浏览 又采用大量多媒体和超媒体技术 将有关信息 非线性链接 形成一个知识网络结构 如图1 所示 原 子 核 与 原 子 o k 应 i 自 学系统讲授系统 y ip f tag 主菜单 原子核的结 构与结合能 核的裂变与 聚变 核能的 和平利用 人工核反应化 学元 素 周 期系 理论的 新发展 次级菜单次级菜单次级菜单 目 录索引 图i 本课件框架结构图 自学系统是讲授系统的w i n d o w s 在线帮助形式 它供自学使用 不加入 声音 动画和影视 只需快速准确定位到所需内容 以方便读者使用 该系 统用 m i c r o s o ft h e l p w o r k s h o p来制作 然后编写一个安装程序 利用它将这 南开大学硕士论文第三章 本课件的制作过程 中 对 p h o t o s h o p的操作越来越熟悉 也对它的功能了 解得多一些了 才知道 它不仅是二维图形处理的大师 而且也能够制作出三维效果来 比如说 可 以 用它的滤镜插件f i l t e r 4r e n d e r l i g h t i n g e ff e c t s 制作浮雕效果的文字 甚 至还可以制作立体字 在绘制立体图形方面 经常用到的便是其图层面板 l a y e r 和渐层过渡填充工具 g r a d i e n t t o o l s 例如 课件中的原子核 以及 一些化合物的分子结构就是这样绘制出来的 此外 我们还利用专业的三维图形制作软件 3 d s t u d i o 和 3 d s t u d i o ma x 制作了一些三维立体图 例如盖革计数器 石墨反应堆和回旋粒子加速器等 它们都需要经过二维造型 三维放样 材质的编辑及赋给和渲染着色等过程 得到 并以 b p j p g 等格式存储 在a u t h o r w a r e 中调用 3 2 4 动画的制作 课件中共有 4 0多组动画 其中既有二维动画 也有三维立体动画 所 有的二维动画都是利用a u t h o r w a r e 制作的 其实现方式有多种 简述如下 1 利用a u t h o r w a r e 的 移动图 标 m o t i o n i c o n 制作 动画 移 动图 标把显 示 图标中的所有内容作为移动对象进行平面操作 它可以沿着直线或曲 线移动 对象 可以 在移 动图 标的 属性 p r o p e r t i e s 中 设置具体的 移动方式 如d i r e c t t o p o i n t d i r e c t t o l i n e d i r e c t t o g r i d p a t h t o e n d 和p a t h t o p o i n t 五种方式可 供选择 我常将运动方式设置成p a t h t o e n d 因为它用起来相当灵活 根据 需要可以在 l a y e r中设置对象移动的层次高低 还可以设置运动快慢 t i m i n g 是否和其它媒体同时进行 c o n c u r r e n c y 和运动的条件 m o v e w h e n 如课件中回旋粒子加速器加速粒子束轰击靶核 中子轰击铀核使其 发生裂变等动画就是利用移动图标制作的 2 利用变量设计循环 通常借助于交互图标 擦除图标和计算图 标协同 工作来实现 如课件中很多地方为了突出显示文字或某些图形而让它们闪烁 显示 就是这样作成的 其流程图如图4 所示 首先用一个 计算图 标预定义一 个变量 t k j z 并给它赋初值 再在 t k j v0 群组图标中放置 一 个计算图标 t k j z 在此让变量递减 其执行语句为 t k j z t k j z 1 通过 这两个计算图 标来控制动画 执行的次数 接着在计算图 标之 下放置一个交互图标 三元素动画 且把它右边的两个群组图标设置成条件 南开大学硕士论文第三章 本课件的制作过程 响应 一个群组图 标的响应条件设置成 t k j z 0 其交互方式设置成 t ry a g a i n 此群组图标中的构成元素如上图右侧所示 三元素 显示图 标中的 对象为将要闪烁显示的三个元素的图形 其下的等待图标设置对象显示的时 间 随后的擦除图标的作用是将 三元素 里的对象从屏幕上擦除 如果符 合 t k j v 这个条件 此群组图 标中的内 容将不断重复执行 即显示 等待 擦除 显示 等待 构成了一组动画 如果不满足此条件 即t k j z 时 就执行t k j z 0 这个群组图 标的内 容 而它不包含任何图 标 且交互设置为 e x i t i n t e r a c t i o n 它的 作用 在于 当t k j z 时 跳出 循环 继续执 行流程下面的 内容 ik jtk j 三元素 秒 三元素 t k j z 图4 利用变量构成循环来制作动画 3 利用决策判断图标 d e c i s i o n i c o n 构成循环 实现动画 决策判断图 标可用来制作类似程序语言的循环语法流程和多重分支流程 课件中利用其 循环流程功能制作动画 具体做法是 将决策判断图标的分支属性 b r a n c h 设置成 s e q u e n t i a l l y 并在它的右侧附着一些欲循环显示的图 标 就可以构成 顺序循环流程 如课件中讲述氦核的质量亏损时 就是运用了这个方法制作 出了天平称量氦核与组成核子质量的动画 其程序流程图如图5 所示 质量亏损 令 合 恤 恤 k v ia 图5 利用决策判断图标制作动画 整个动画只有两幅画面交替出现 第一幅图片在名字为 天平 的群组 图标里 它是一个静止的天平 天平的指针位于正中 第二幅图片在名字为 称量 的群组图标里 此图中 在天平的左盘上放置了一个氦核 右盘中 放置了构成氦核的 4个核子 且天平的指针已经向核子一侧倾斜 在两个群 组图标末尾都放置一个等待图标 使得画面在屏幕上停留一定时间 整个动 南开大学硕士论文第三章 本课件的制作过程 画由决策判断图标来控制 在此可以设置循环的方式 如 f i x e d n u m b e r o f t i m e s u n t i l a l l p a t h s u s e d u n t i l c l i c k k e y p r e s s u n t i l t r u e 或d o n t r e p e a t 程序执行到此时 如同真正地在天平上称量物体 质量的亏损由天平指针显 示