多媒體化工原理實(shí)驗(yàn)手冊(cè)制作及應(yīng)用研究

李青彬，曹云麗，趙曉軍，徐 伏

（平頂山學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，河南 平頂山 467000）

化工原理是化學(xué)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(zhuān)業(yè)學(xué)生必修的技術(shù)基礎(chǔ)課［1－2］。化工原理實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)、掌握和運(yùn)用化工原理課程必不可少的重要教學(xué)環(huán)節(jié)［3］，與課堂講授和課程設(shè)計(jì)共同構(gòu)成化工原理教學(xué)的三大核心內(nèi)容［4］，具有典型工程特點(diǎn)，是學(xué)生從理論學(xué)習(xí)到工程應(yīng)用的一個(gè)重要實(shí)踐過(guò)程［5］。改革化工原理實(shí)驗(yàn)教學(xué)、提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果［6－7］，對(duì)全面貫徹落實(shí)《國(guó)家中長(zhǎng)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(zhì)量、提高人才培養(yǎng)質(zhì)量具有重大意義。

在信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、多媒體迅猛發(fā)展的今天，計(jì)算機(jī)多媒體輔助教學(xué)［8－11］（multimedia computer－assisted instruction，簡(jiǎn)稱(chēng) MCAI）和以此為基礎(chǔ)的在線(xiàn)學(xué)習(xí)系統(tǒng)［11－13］（online learning）已經(jīng)成為提高教學(xué)效果的重要手段。在化工原理實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，以動(dòng)態(tài)仿真［14－15］為代表的 MCAI極大地改進(jìn)了教學(xué)效果，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了學(xué)生的綜合素質(zhì)，但其多應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，課前預(yù)習(xí)仍沿用傳統(tǒng)的紙質(zhì)指導(dǎo)手冊(cè)。在理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)不同步（學(xué)生數(shù)量與儀器臺(tái)套數(shù)決定）的大背景下，實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果受課前預(yù)習(xí)影響很大，為此我們開(kāi)發(fā)了多媒體實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)手冊(cè)，對(duì)其應(yīng)用研究顯示，可有效提高預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)效果。

1 多媒體實(shí)驗(yàn)手冊(cè)制作

1.1 多媒體手冊(cè)內(nèi)容

根據(jù)全國(guó)高校化工原理教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)的規(guī)定，從實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、裝置流程、實(shí)驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理等方面組織各單元操作的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，因此多媒體手冊(cè)中每一個(gè)實(shí)驗(yàn)必須包含以上各部分內(nèi)容，進(jìn)而通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)一步學(xué)習(xí)、掌握和運(yùn)用課堂教授的基礎(chǔ)理論，加深對(duì)化工單元操作的理解，鞏固和深化所學(xué)知識(shí)。

1.2 課前預(yù)習(xí)目標(biāo)

（1）掌握理論知識(shí)。認(rèn)真學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，復(fù)習(xí)課程教材的有關(guān)內(nèi)容。掌握實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)原理及所需測(cè)量的參數(shù)，熟悉實(shí)驗(yàn)所用測(cè)量?jī)x表的使用方法，了解安全注意事項(xiàng)。

（2）掌握裝置流程。熟悉所用實(shí)驗(yàn)設(shè)備和流程，掌握測(cè)試點(diǎn)和控制點(diǎn)位置、操作規(guī)程等。

（3）掌握操作步驟。融會(huì)貫通理論知識(shí)和裝置流程，明確實(shí)驗(yàn)步驟，理解如何通過(guò)裝置流程達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模由罾碚撜J(rèn)識(shí)。

1.3 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖

1.4 軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)選擇

操作系統(tǒng)采用廣泛應(yīng)用的Windows平臺(tái)。

系統(tǒng)管理部分，采用Adobe Dreamware網(wǎng)頁(yè)制作平臺(tái)。這主要考慮多媒體手冊(cè)既可單獨(dú)使用，也可直接轉(zhuǎn)化為在線(xiàn)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，同時(shí)考慮到與操作系統(tǒng)兼容問(wèn)題，選用與Internet Explorer兼容性好的 Adobe Dreamware網(wǎng)頁(yè)制作平臺(tái)。這樣其他音頻、視頻、圖片、超文本等素材可輕松通過(guò)超鏈接形式進(jìn)行組織。

講義采用Microsoft Office辦公套件之一的Word制作單頁(yè)，然后用Webcompile制作成電子書(shū)格式，連接入系統(tǒng)。這樣既可以作為多媒體手冊(cè)的一部分，也可以在手機(jī)、ipad、電子書(shū)等平臺(tái)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(zhuǎn)化為PPS自動(dòng)播放格式，以連接形式嵌入多媒體手冊(cè)系統(tǒng)。

圖2 電子書(shū)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(tái)制作。該平臺(tái)在背景設(shè)置、音視頻的幀控制方面性能突出，且與系統(tǒng)內(nèi)核的Internet Explorer兼容性好。

用Webexe將單個(gè)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)主頁(yè)轉(zhuǎn)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(shè)定其為解壓后直接運(yùn)行，則一個(gè)實(shí)驗(yàn)的多媒體手冊(cè)封裝完畢。多個(gè)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)主頁(yè)也可以超連接，相互連接組成在線(xiàn)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，放置于服務(wù)器開(kāi)放使用。

1.5 視頻音頻技術(shù)

為更緊密貼近實(shí)驗(yàn)實(shí)際，實(shí)驗(yàn)裝置與流程，以及實(shí)驗(yàn)操作步驟中背景圖片，采用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)場(chǎng)拍攝照片。從降低文件存儲(chǔ)空間和實(shí)驗(yàn)手冊(cè)全局一致性考慮，所用視頻用以上圖片為背景在Flash平臺(tái)開(kāi)發(fā)制作（多數(shù)實(shí)驗(yàn)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)攝像看不到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，尤其在儀表集約化、小型化的實(shí)驗(yàn)裝置）。系統(tǒng)相應(yīng)配音和解說(shuō)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(diǎn)

系統(tǒng)可脫離原開(kāi)發(fā)環(huán)境，既可獨(dú)立運(yùn)行，也可直接轉(zhuǎn)化為在線(xiàn)學(xué)習(xí)系統(tǒng)。

系統(tǒng)采用開(kāi)放式結(jié)構(gòu)，易于二次開(kāi)發(fā)。在實(shí)際應(yīng)用中，我們還根據(jù)大學(xué)生活潑、追星等特點(diǎn)，改變單一由教師旁白的方式，增加制作了帥哥版、靚妹版，進(jìn)一步提高學(xué)習(xí)的趣味性，甚至告訴學(xué)生開(kāi)發(fā)接口，讓學(xué)生嘗試制作自己獨(dú)有的版本，在過(guò)程中提高學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解、掌握。

系統(tǒng)采用超文本、超鏈接、音頻、動(dòng)畫(huà)等多媒體，表現(xiàn)能力強(qiáng)，給學(xué)生印象深刻。以氣－氣列管換熱實(shí)驗(yàn)為例，紙質(zhì)裝置與流程示意圖如圖3所示，多媒體手冊(cè)裝置與流程圖如圖4所示。對(duì)比可以看出，多媒體手冊(cè)裝置與流程圖在測(cè)量點(diǎn)、控制點(diǎn)的表達(dá)上更加直觀，而且可以按照流程（氣體的流通路線(xiàn)）以動(dòng)畫(huà)形式逐步顯示，在流程表達(dá)上的優(yōu)勢(shì)，更是紙質(zhì)裝置與流程圖無(wú)法比擬的。具有初級(jí)仿真功能，可對(duì)實(shí)驗(yàn)操作步驟進(jìn)行訓(xùn)練，有效提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

圖3 紙質(zhì)手冊(cè)裝置與流程示意圖

圖4 多媒體手冊(cè)裝置與流程示意圖

2 多媒體實(shí)驗(yàn)手冊(cè)應(yīng)用

2.1 應(yīng)用研究方法

采用對(duì)比法研究應(yīng)用效果。117名在校化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)學(xué)生在正式實(shí)驗(yàn)前，隨機(jī)抽取一道測(cè)試題目（10選1）并回答、評(píng)分。在剩余57名學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)，向?qū)W生發(fā)布該多媒體制作手冊(cè)。用SPSS 20.0處理使用前后學(xué)生成績(jī)。

2.2 測(cè)試題目的確定

以氣－氣列管換熱實(shí)驗(yàn)為例，確定10道測(cè)試題目如下：

（1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

（2）簡(jiǎn)述間壁傳熱過(guò)程；

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

（4）對(duì)數(shù)平均溫差的計(jì)算方法；

（5）總傳熱系數(shù)的測(cè)定原理；

（6）以本實(shí)驗(yàn)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(xiàn)及途經(jīng)測(cè)量點(diǎn)、控制點(diǎn)；

（8）熱流體流通路線(xiàn)及途經(jīng)測(cè)量點(diǎn)、控制點(diǎn)；

（9）實(shí)驗(yàn)步驟；

（10）本實(shí)驗(yàn)中總傳熱系數(shù)、冷流體出口問(wèn)題、熱流體出口溫度與流量關(guān)系預(yù)測(cè)，并解釋。

2.3 應(yīng)用研究結(jié)果

結(jié)果顯示，使用多媒體實(shí)驗(yàn)手冊(cè)后，學(xué)生平均成績(jī)升高8%，對(duì)于問(wèn)題（7）、（8）、（9）則提高10%以上。

3 結(jié)束語(yǔ)

制作的多媒體化工原理實(shí)驗(yàn)手冊(cè)操作簡(jiǎn)便、適用平臺(tái)廣、結(jié)構(gòu)開(kāi)放、易于二次開(kāi)發(fā)、可直接轉(zhuǎn)化為在線(xiàn)學(xué)習(xí)系統(tǒng)，對(duì)其應(yīng)用研究發(fā)現(xiàn)，可有效提高實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果。

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