多媒體化工原理實驗手冊制作及應用研究

李青彬，曹云麗，趙曉軍，徐 伏

（平頂山學院 化學化工學院，河南 平頂山 467000）

化工原理是化學工程與工藝、水利與水資源工程、制藥工程、生物工程等工科專業(yè)學生必修的技術基礎課［1－2］。化工原理實驗是學習、掌握和運用化工原理課程必不可少的重要教學環(huán)節(jié)［3］，與課堂講授和課程設計共同構成化工原理教學的三大核心內容［4］，具有典型工程特點，是學生從理論學習到工程應用的一個重要實踐過程［5］。改革化工原理實驗教學、提升實驗教學效果［6－7］，對全面貫徹落實《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010—2020年）》提出的大力發(fā)展職業(yè)教育、全面提高高等教育質量、提高人才培養(yǎng)質量具有重大意義。

在信息技術、網絡技術、多媒體迅猛發(fā)展的今天，計算機多媒體輔助教學［8－11］（multimedia computer－assisted instruction，簡稱 MCAI）和以此為基礎的在線學習系統(tǒng)［11－13］（online learning）已經成為提高教學效果的重要手段。在化工原理實驗領域，以動態(tài)仿真［14－15］為代表的 MCAI極大地改進了教學效果，提高了學生的學習興趣，增強了學生的綜合素質，但其多應用在實驗環(huán)節(jié)，課前預習仍沿用傳統(tǒng)的紙質指導手冊。在理論教學與實驗教學不同步（學生數(shù)量與儀器臺套數(shù)決定）的大背景下，實驗教學效果受課前預習影響很大，為此我們開發(fā)了多媒體實驗指導手冊，對其應用研究顯示，可有效提高預習環(huán)節(jié)效果。

1 多媒體實驗手冊制作

1.1 多媒體手冊內容

根據全國高校化工原理教學指導委員會的規(guī)定，從實驗目的、實驗原理、裝置流程、實驗步驟、數(shù)據處理等方面組織各單元操作的實驗內容，因此多媒體手冊中每一個實驗必須包含以上各部分內容，進而通過實驗教學進一步學習、掌握和運用課堂教授的基礎理論，加深對化工單元操作的理解，鞏固和深化所學知識。

1.2 課前預習目標

（1）掌握理論知識。認真學習實驗手冊，復習課程教材的有關內容。掌握實驗目的、實驗要求、實驗原理及所需測量的參數(shù)，熟悉實驗所用測量儀表的使用方法，了解安全注意事項。

（2）掌握裝置流程。熟悉所用實驗設備和流程，掌握測試點和控制點位置、操作規(guī)程等。

（3）掌握操作步驟。融會貫通理論知識和裝置流程，明確實驗步驟，理解如何通過裝置流程達到實驗目的，加深理論認識。

1.3 系統(tǒng)總體設計

系統(tǒng)總體設計框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設計框圖

1.4 軟件開發(fā)平臺選擇

操作系統(tǒng)采用廣泛應用的Windows平臺。

系統(tǒng)管理部分，采用Adobe Dreamware網頁制作平臺。這主要考慮多媒體手冊既可單獨使用，也可直接轉化為在線學習系統(tǒng)，同時考慮到與操作系統(tǒng)兼容問題，選用與Internet Explorer兼容性好的 Adobe Dreamware網頁制作平臺。這樣其他音頻、視頻、圖片、超文本等素材可輕松通過超鏈接形式進行組織。

講義采用Microsoft Office辦公套件之一的Word制作單頁，然后用Webcompile制作成電子書格式，連接入系統(tǒng)。這樣既可以作為多媒體手冊的一部分，也可以在手機、ipad、電子書等平臺輕松使用。界面如圖2所示。

講稿采用Microsoft Office辦公套件之一的Pow－er Point制作成PPT格式并轉化為PPS自動播放格式，以連接形式嵌入多媒體手冊系統(tǒng)。

圖2 電子書界面圖

裝置與流程的教師版（講解版）和仿真版制作采用Macromedia Flash平臺制作。該平臺在背景設置、音視頻的幀控制方面性能突出，且與系統(tǒng)內核的Internet Explorer兼容性好。

用Webexe將單個實驗手冊主頁轉化為可執(zhí)行文件，與前面制作的其他文件一塊兒用WinRAR創(chuàng)建自解壓格式壓縮文件，并設定其為解壓后直接運行，則一個實驗的多媒體手冊封裝完畢。多個實驗手冊主頁也可以超連接，相互連接組成在線學習系統(tǒng)，放置于服務器開放使用。

1.5 視頻音頻技術

為更緊密貼近實驗實際，實驗裝置與流程，以及實驗操作步驟中背景圖片，采用實驗室現(xiàn)場拍攝照片。從降低文件存儲空間和實驗手冊全局一致性考慮，所用視頻用以上圖片為背景在Flash平臺開發(fā)制作（多數(shù)實驗通過現(xiàn)場攝像看不到實驗現(xiàn)象，尤其在儀表集約化、小型化的實驗裝置）。系統(tǒng)相應配音和解說詞由WAV格式錄制后直接使用后壓縮在Flash中或壓縮為MP3格式連接入系統(tǒng)。

1.6 總體特點

系統(tǒng)可脫離原開發(fā)環(huán)境，既可獨立運行，也可直接轉化為在線學習系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用開放式結構，易于二次開發(fā)。在實際應用中，我們還根據大學生活潑、追星等特點，改變單一由教師旁白的方式，增加制作了帥哥版、靚妹版，進一步提高學習的趣味性，甚至告訴學生開發(fā)接口，讓學生嘗試制作自己獨有的版本，在過程中提高學生對知識的理解、掌握。

系統(tǒng)采用超文本、超鏈接、音頻、動畫等多媒體，表現(xiàn)能力強，給學生印象深刻。以氣－氣列管換熱實驗為例，紙質裝置與流程示意圖如圖3所示，多媒體手冊裝置與流程圖如圖4所示。對比可以看出，多媒體手冊裝置與流程圖在測量點、控制點的表達上更加直觀，而且可以按照流程（氣體的流通路線）以動畫形式逐步顯示，在流程表達上的優(yōu)勢，更是紙質裝置與流程圖無法比擬的。具有初級仿真功能，可對實驗操作步驟進行訓練，有效提高實驗教學效果。

圖3 紙質手冊裝置與流程示意圖

圖4 多媒體手冊裝置與流程示意圖

2 多媒體實驗手冊應用

2.1 應用研究方法

采用對比法研究應用效果。117名在校化學工程與工藝專業(yè)學生在正式實驗前，隨機抽取一道測試題目（10選1）并回答、評分。在剩余57名學生實驗時，向學生發(fā)布該多媒體制作手冊。用SPSS 20.0處理使用前后學生成績。

2.2 測試題目的確定

以氣－氣列管換熱實驗為例，確定10道測試題目如下：

（1）實驗目的；

（2）簡述間壁傳熱過程；

（3）穩(wěn)定傳熱過程熱流體損失的熱量、冷流體吸收的熱量、傳遞熱量的計算方法；

（4）對數(shù)平均溫差的計算方法；

（5）總傳熱系數(shù)的測定原理；

（6）以本實驗為例，講述非理想條件下熱交換熱量的選用原則；

（7）冷流體流通路線及途經測量點、控制點；

（8）熱流體流通路線及途經測量點、控制點；

（9）實驗步驟；

（10）本實驗中總傳熱系數(shù)、冷流體出口問題、熱流體出口溫度與流量關系預測，并解釋。

2.3 應用研究結果

結果顯示，使用多媒體實驗手冊后，學生平均成績升高8%，對于問題（7）、（8）、（9）則提高10%以上。

3 結束語

制作的多媒體化工原理實驗手冊操作簡便、適用平臺廣、結構開放、易于二次開發(fā)、可直接轉化為在線學習系統(tǒng)，對其應用研究發(fā)現(xiàn)，可有效提高實驗預習效果。

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