（应用化学专业论文）《分析化学网络课程》的研制.pdf

撼要 依据2 l 世纪国家网络课程建设工程的要求，为逑应瓤世纪教弯发展敦 需要，构建国家的终身教育体系，究成了分析化学网络课稷的研制工作，并对现 代教育理论和网络多媒体技术在网络教育中的成用进行探索和研究。 零论文戳认知主义疆论、行为主义瑷论、建构主义理论为指导，采用积件 愚怒鸯建设方案，避雩亍模块纯设诗，将霹络教室、嬲络寝擞实验窒、多媒体瓷精 室、网络自测、网络导学有极的融为一体，著引进f l a s h 、v r 、3 a v a 等网络新技 术，构建网络虚拟实验室，仿真模拟如实际仪器操作环境与仪器的操作过程并能 给出模拟的实验结果，可作为仪器的模拟练习，弥补了远程教育中实验与理论学 习糟脱节鹃不是，该分祈纯学壤叛实猃室是网络运彳亍的菲线性高交互的，在化学 类网终漾程孛上凑来冤到蘑类设计方寨；d r e a m e v e r 技术纛痤焉援菝攒敖整合懿 多媒体资料室，更是涵盖了演示实验、专题讲座、元寨周蠼裹、科学家传记以及 习题解答等内容。 分析化学网络课程具有以下特色：教、学一体化，人性化的场景及程 序设计，包含瓣络教室、多媒体资辩室、纛损实验室、动西库、习题瘁、课崖小 测试和巍频攒放等l l 拿教学模块，蠢动瑟1 2 6 令，j p e g 强片3 9 2 张，g i f 溪片 4 0 7 张，网页8 3 0 个，全真的模拟校豳教学过程。v r 构建的原子吸收和渡相色谱， 形象逼真，可是适时生成三维谱图；j a v a 构建的工作站，经建模和模拟仿真， 与v r 仿真仪器动态联接；f l a s h 构娥的虚拟实验室和动画库，广泛应用与教学。 入工餐能、入往仡场景帮友荮的高交互瞧，体现网络多媒体教学的优势。 本谍终经校屋阏测试，已经在嚣家鼷终教寄乎会试运行，并传努撬秀滚程 向豳内各离效推荐。 关键词：c a i ；分耩诬拳；瘸终漂程；霪撅实骏室；多媒体 a b s t r a c t t om e e tt h en e e do fn e wc e n t u r ye d u c a t i o nd e v e l o p m e n t ，t os e tu pal i f e - l o n g e c h l c 撕o ns y s t e m , t h ew e b a n a l y t i c a lc h e m i s t r yh a sb e e ns e tu p b a s e do ne d u c a t i o nt h e o r y , m o s a i cs c h e m e ，a n dm o d u l ed e s i g n ，t h i sp a p e rh a sm e l t e d w e bc l a s s ，w e bt e s t ，w e bi n s t r u c t i o ne t ca saw h o l e f u r t h e rm o r e ，f l a s h , v j a v a a n do t h e rt e c h n i q u e sh a 。v eb e e nu s e dt os e t u pw e bv rl a b s ，s i m u l a t e dt h eo p e r a t i n g e n v i r o n m e n t ，o p e r a t i o np r o c e s s e sa n de x p e r i m e n tr e s u l t sf o re x e r c i s e s 。a l lt h e s ec a n m a k eu pt h es e p a r a t i o no fe x p e r i m e n t sa n dt h e o r i e si nl o n g d i s t a n c ee d u c a t i o n t h e n o n - l i n e a ra n dh i g h l yi n t e r a c t i v ef e a t u r eu s e dh e r eh a s n o tb e e n f o u n de l s e w h e r e t h e m u l t i - m e d i aa c h i e v el i b r a r y w h i c hb a s e do nt h ei n t e g r a t i o no fd r e a m w e a v e ra n d o n l i n ev i d e o , h a sc o v e r e da l lc o n t e n t so f e d u c a t i o n t h ew e ba n a l y t i c a lc h e m i s t r yc o u r s eh a st h ef o l l o w i n gf e a t u r e s ：t e a c h i n g l e a r n i n g a so n e ，h u m a n i z e ds c e n a r i oa n dc o d i n g ni n c l u d e s1 1m o d u l e s ，1 2 6c l i p so f a n i m a t i o n ，3 9 2p i e c e so fj p e gp i c t u r e ，4 0 7p i e c e so fg i fp i c t u r e ，8 0 0h m a lp a g e s ， a n ds i m u l a t i o no f r e a le d u c a t i o n p r o c e s sa ts c h o o l 。 t h i ss o f t w a r eh a sb e e nt e s t e do nt h ec a m p u s - n e t ；i ti sh a v i n ga l lt e s t - r u n n i n go nt h e p l a t f o r mo fn a t i o n a lw e be d u c a t i o n ；a n di th a sb e e nr e c o m m e n d e dt oa 1 1 d o m e s t i c u n i v e r s i t i e sa n dc o l l e g e sa sam o d e ls o f t w a r e k e yw o r d s ：e 矗i ，a n a l y t i c a lc h e m i s t r y ，v r e bc o u r s e ，张l a b ，m u l t i - m e d i a 。 大连理工大学硕士论文：分析化学网络课程的研制 前言 随着计算机和汇集全球信息资源的i n t e r n e t 的普及，通过网络学习和获取 知识，已经成为终身教育的公认途径。不受时间、空间、年龄和教育环境等方面 限制的网络大学已经建立。充分利用和优化我国教育资源，普及与提高全民素质， 降低教育成本与让全民享有充分受教育权利，构建终身学习体系尤为必要。与此 同时，人们的教育观念由以教师为中心向以学生为中心转变，在网络教育中如何 体现以学生为中心的教育思想，是当前网络教育研究的热点，网络教育也向多媒 体、高交互、虚拟现实以至于协同化、智能化、场景式方向发展。 国家于2 0 0 0 年正式启动了 2 1 世纪国家网络课程建设工程项目【l j ，构建 国家的终身网络教育体系，初步建设2 4 0 门涵盖理、工、农、医、师等各学科的 网络课程，分析化学网络课程即是其子项目之一。 分析化学网络课程是一门实验性比较强的学科，涉及大量的仪器，而 该内容在校园课堂教学中都是个难点，在网络课程中更是需要解决的难题。网络 课程绝不是教案搬家，更不能干篇一律，各门课程必须结合课程自身的特点，使 其符合认知规律，将学生吸引到网络课程中，使学生学有所得，才是网络课程建 设的目的。从目前的网络课程现状来看，交互性不应停留在：“点击一内容呈现” 的简单层面上，而应体现学习者与网络课程之间的“信息输入一判断与运算一信 息输出”的交互，体现交互过程中的“信息挖掘”内涵。 针对分析化学的课程特点，避免教案搬家、媒体堆砌，并充分利用网 络多媒体及网络新技术，将分析化学建设成具有鲜明课程特色、体现教师多年教 学经验、符合教学规律、内容丰富、适合网络自学的优秀网络课程是本论文的主 要任务。本论文以认知主义理论、行为主义理论、建构主义理论为指导，采用积 件构造的建设方案，进行模块化设计，将网络教室、网络虚拟实验室、多媒体资 料室、网络自测、网络导学有机的融为一体，并引进f l a s h 、v r 、j a v a 等网络新 技术，构建网络虚拟实验室，仿真模拟出实际仪器操作环境与仪器的操作过程并 能给出模拟的实验结果，可作为仪器的模拟练习，弥补了远程教育中实验与理论 学习相脱节的不足。所构建的分析化学虚拟实验室具有网络运行、非线性高 交互的特点，在化学类网络课程中上尚未见到同类商品化的设计；d r e a m w e a v e r 技术和应用视频播放整合的多媒体资料室，更是涵盖了演示实验、专题讲座、元 第1 页共5 3 页 大连理工大学硕士论文：分析化学嘲络课程的研制 素周期袋、科学窳传记、数据查询、常用工具以及习题与解答等内容。 本文依据2 1 世纪国家网络课耀建设工稷的要求，完成了分析化学网 络课程的研翻王作，著对磷箭过程中的有关教育理论静琏用、关键阀题静解决、 新技术的实现进行了讨论。分析化学网络课稷项目程教育部组织的期中检查 眩禳译为往秀丽络课程，融在国家远程教育霹秘校霾弼上试运行，并淘全餮务高 校推荐。 分g - 纯学瓣终课程不仅镬学生藐够蠢效遗运震溪察提出骰戆，瑟量， 高交互性的虚拟嶷验室应用发现式学习模式，使网络教学系统能够为学生提供必 要的反馈。学生酸糖可鸯圭地、个性纯遗实现，敬革了传统的以教颇为中心、以 课堂为中心、以书本为中心的教育方式，代之以学生为中心，以“实践”为中心 的理论与“实践”相结合的现代远程教育方式，为提高学生学习热情及对素质教 育与创新能力的培养开辟了条新的途径。 第2 甄共5 3 页 大连理工大学硕士论文：分析化学网络课程的研制 二、文献综述 2 1 远程教育与网络课程 2 1 1 远距离教育的发展 “远距离教育”词最早出现于1 8 9 2 年美国w i s e o n s i n ( 威斯康星) 大学 的课程目录中，在这1 0 0 年的历史进程中，虽由只能通过邮寄印刷或手写材料等 发展，但在扩大高等教育范围，推广新技术，培养人才等方面做出了巨大贡献。 近代远程教育，自1 9 5 8 年i b m 开发成功世界上第一个计算机教学系统以来， 计算及辅助教学系统( c a i ) 得到了迅速发展。目前计算机辅助教学所具有的规模 之大，水平之高，应用之广，影响之深，是4 0 年前无法比拟的。c a i 的发展可 分为三个阶段 2 = 第一阶段：从2 0 世纪5 0 年代到7 0 年代这2 0 多年的时间，主要采用以斯 金纳的行为主义学习理论强调刺激、反映和强化。1 9 7 9 年，加涅和布里格思口】 根据行为主义学习理论提出了教学设计原则：接近( c o n t i g u i t y ) 原则：及反应 必须在刺激时立即出现；重复( r e p e t i t i o n ) 原则：重复练习可以加强学习和促 进记忆；反馈与强化( f e e d b a c k a n d r e i n f o r c e m e n t ) 原则：与反应正确性有关的 信息可以促进学习；提示及其衰减( p r o m p t i n g a n d f a d i n g ) 原则：在逐渐减少 提示的情况下，朝着期望的反应引导学生，从而完成学习。在这一阶段，计算机 技术的使用突出的表现在人一机交互方式上，主要是通过文字和简单的图形，因 此，大多数c a j 软件缺乏对学习者的吸引力。 第二阶段：2 0 世纪8 0 年代的1 0 年，c a i 的发展规模和应用水平都有显著 提高。理论上心理学界的认知学习理论和行为主义学习理论经过激烈的争论，认 知理论已经占了统治地位。认知理论认为世界是由客观实体、其特征以及客观事 物之间的关系所构成，在学上强调学习这的内部认识过程。1 9 8 1 年，加涅、维格 和罗杰等人指出，学习的内部过程和学习周期的几个阶段是致的，若能将c a i 提供的学习活动( 人一机交互过程) 与学习的内部过程一致，会明显增加学习效 率，为此，人们建立了与学习相一致的c a i 活动序列。 当今，随着多媒体技术及i t e r n e t 的迅猛发展，实施“现代远程教育工程”， 是充分利用和优化我国教育资源，普及与提高全民素质，降低教育成本与让全民 享有充分受教育权利的一次重大工程。“远程教育工程以现代化的信息技术为手 段，以适合远程传输和交互式学习的网络课程为核心，最终将形成开放式教育网 络，构建终身学习体系”i 4 j 。 2 i 2 网络教育概况 目前，许多西方国家在网络教育与网络课程建设方面投入了大量的人力和物 力，在美国的教育创新计划中明确提出了三个目标：让每一个8 岁的儿童都能阅 读，每一个1 2 岁的儿童都能上i n t e r n e t ：使每一个1 8 岁的青年都能受到高等教 育；使每一位成年美国人都能进行终身教育。计划里还指出这些目标的实现离不 开基于i n t e r n e t 的网络教育，尤其离不开广大中小学和每一个家庭的普遍联网。 在日本，早在1 9 9 5 年就启动了1 0 0 所中小学联网实验的重大项目，井在近期决 定在全国范围内选择了1 5 0 0 所学校建校院网，通过高速通信线路将各校联系在 一起，每所学校至少要配备2 4 台计算机- ，德国大学的远程教育是以f e r m 大 学为代表，是德国唯一一所以远程教育为主要方式的大学，由于f e r m 大学致力 于远程教育，网络大学或虚拟大学v i r t u a l u n i v e r s i t y 搞得很出色在德国诸大学中 第3 页共5 3 页 大连理工大学硕士论文：分析化学网络课程的研制 是首屈一指的。 5 1 由此可见，i n t e r n e t 的远程教育应用在世界范围内都极受重视， 而且发展十分迅速。 在我国，1 9 9 9 年初国务院发布的面向二十一世纪振兴行动计划中明确提 出：实施“现代远程教育工程”，形成开放式教育网络，构建终身学习体系。“现 代远程教育工程”主要内容包括两个部分，即现代远程教育硬件环境建设与资源 环境建设。现代远程教育的硬件环境建设包括：提高中国教育科研网( c e r n e t ) 国家主干网速率，使其主干传输速率大于等于1 5 5 m ；建设c e r n e t 中高速地区 网，建设通达全国中心城市6 0 所高校的中高速( 大于等于3 4 m ) c e r n e t 地区网； 2 0 0 0 年7 月已经建成卫星视频广播与c e r n e t 相结合的远程教育系统。这是一 个具有双向交互功能的现代远程教育卫星宽带多媒体传输平台。 在软件资源环境建设方面包括：建立覆盖面广、功能齐全的资源库。资源库 包括中央远程教育资源信息中心和学科门类资源库、地区资源中心及学校资源 库；构建若干个专业的网上系列专业课程及网上教学支撑环境；形成现代远程教 育模式及管理完善的服务体系；“现代远程教育工程”计划到2 0 1 0 年，基本建成 各类高等远程教育所需要的远程教育教学和课程体系。中国的远程高等教育长期 由专门的院校承担，即著名的中央广播电视大学。随着社会的发展，仅仅依靠中 央广播电视大学一所院校的师资力量，还是难以满足众多的高等教育需求。早在 1 9 9 6 年，清华大学校长王大中率先提出发展现代远程教育即网络教育；1 9 9 7 年， 湖南大学与湖南电信合作，建立了中国第一所网上大学。1 9 9 8 年9 月，国家教 育部正式批准清华大学、北京邮电大学、浙江大学和湖南大学4 所高校和中央广 播电视大学为国家现代远程教育第批试点院校，在实践中积极探索现代远程教 育的教学模式与管理方式。2 0 0 0 年7 月国家教育部批准中国人民大学等1 5 所高 校为开展现代远程教育第二批试点院校。同月又批准北京师范大学等1 1 所高校 开展现代远程教育试点。到此时为止，获得国家批准进行现代远程教育试点的高 等学校已经达到3 1 所。这些试点院校被赋予很大的办学自主权，它们可自己制 定招生标准并决定招生数量，可开设专业目录之外的专业，有权发放国家承认的 学历文凭。2 0 0 0 年7 月3 1 日，在清华大学成立了全国高校现代远程教育协作组， 该协作组定期召开会议，交流经验，共同研究探讨现代远程教育的问题。 2 0 0 1 年全国网络高等教育学生总人数已达5 5 7 18 人垆j 。 2 1 3 网络课程建设状况 试点高校近两年开设的网络教育各类专业目前已经覆盖十个大类，5 7 个专 业。但多集中在管理类、经济类、计算机、语言类等热门专业，未能形成全面的 系统的网络高等教育体系，对基础类课程，如数学、物理、化学及相关课程的网 络课程的建设不足，而分析化学网络课程尚处在一片空白。这种现状不利于网络 高等教育的全面发展。个别院校行为，也不可能构筑国家的网络高等教育体系， 为了构建完整的国家网络高等教育体系，目前国家已启动2 1 世纪网络课程建 设工程，因此分析化学网络课程的建设对于构建完整的国家网络高等教育 体系有着重要的意义。 2 2 网络课程设计中的理论基础 2 2 1 行为理论 人们学习是一个尝试一反馈的交互过程。在这个过程中，学生接受某种刺 激，并对刺激做出某种反应。当刺激和反应的结合带来某种满足时，这种结合将 会得到加强，否则这种结合将会削弱。这种基于刺激一反应的学习理论称为s r 第4 页共5 3 页 查整堡三查堂堡主笙奎：! 坌堑些堂塑垒堡矍! 竺堕型 理论。基于这种理论，有人提出一种程序学习及程序教学的教学方法。这种方法 要求学生在接受刺激，作出反应后，教师应对学生的反应给与一定的反馈，以增 强教学效果。 2 2 2 认知理论 行为主义强调外部事件对学习的影响，而认知主义则强调内部的思维在学习 中的作用。认知主义者认为，学生的学习是在具有一定的逻辑结构的学习资料与 学生本身所具有的某种认知结构相互关联，相互作用的过程中进行的。学生的认 识水平、认知特点、认知心理，对学生的学习有着重要的影响。因此在教学过程 中，一方面要认真研究学生的认知结构和认知特点，另一方面要认真研究知识的 结构特点，将知识以学生容易接受和理解的方式呈现给学生，并以适当的方式进 行教育支持和控制，以促进学生实现有效的学习。 2 2 3 建构理论”1 建构主义者认为人们认识与个体先前的经验有关，个体的认识过程就是个体 与环境相互作用的过程。个体通过同化和顺应两种方式来建构知识；同化就是把 环境因素纳入个体已有的结构之中，丰富和加强个体的结构体系，这是认识结构 数量的扩充。顺应就是个体的知识结构发生变化，以适应环境，这是认识结构性 质的变化。同化和顺应是个体在认识过程中，对他的先前经验知识与环境相互作 用的反应。个体通过他们来完成将认识事物建构为自己的知识。建构主义者认为， 知识不是通过教师的传授得到的，而是通过学生个体在与环境的相互作用中自行 建构的。因此，在教学过程中，学生应处于中心地位，教师是学习的支持者。他 们还提出了情景化学习、认识学徒、锚定式学习等教育理论。 上面是教育中的三个基本理论，虽然它们在理论上存在着某些冲突，但正 如任何事物都有正面和反面一样，他们也存在着自己的优点和不足，都由它们各 自的适用范围，因此，它们是相辅相成的，不存在谁取代谁的问题。在实际应用 中，应该根据不同的教学内容，不同的教学条件和不同的教学对象，合理的选择 教学理论和方法，以实现良好的教学效果。在网络教育和网络课程的研制中，必 须考虑教育理论的指导作用，使网络课程经得起实践的考验。 2 2 4 积件思想【8 】 中国古代辩证哲学是积件思想诞生的原始底蕴。我国教育理论工作者在对光 辉灿烂、博大精深的中华传统文化和思想宝库进行开掘、领悟、提炼的基础上， 参照周易阴阳生八卦、八卦变万象的理论，提出以机元( 知识点) 的无穷组合来适 应千变万化的课堂。这是对课件思想的重大突破，它实现了有限与无限的统一、 基本规则与无穷变幻的统一、静与动的统一。 2 2 5 信息加工与认知规律 表一l ：信息加工统计表 9 】 时间组块( 个)产生式 l o 年4 0 0 0 0 2 0 0 0 0 01 0 0 0 1 笠4 0 0 0 2 0 0 0 01 0 0 0 1 月( 1 年学习1 0 月) 4 0 0 “2 0 0 01 0 0 1 日( 1 月学习2 0 日) 2 0 1 0 05 l 小时( 1 日学习5 小时) 4 2 0l 从信息加工的角度研究认知心理学，为我们提供了关于学习速度的初步定 量的数据如上： 从信息加工角度研究认知心理学所得到的上述一系列数据，可以看出：里 第5 页共5 3 页 大连理工大学硕士论文；分析化学删络课程的研制 现一个缎块并让攀生记住总时间不得少于8 秒，若一次黧现2 秒，就得呈现4 次，若次呈现的时间少于0 5 秒，则连短时记忆也贮存不进去，总的时间若 少于8 移藏不缝长辩记忆。攀习1 个产生式平均需要1 小融，如果镣一次学习豹 时间都小于学习1 个产生式的时间，下次再学又得从头开始，必然浪费不少，这 在教学中是常出现的。掌握住单位时间内可以学会的平均信息量，对于指导我们 鲍教学爨义重大! 单位时间学习豹信息是由多种因素决定的，与年龄，学习者本 久现己蠢的缰块数、学习时辑处懿谈懿心理状悉等等霞素鸯关。一般说寒，学习 的愈多，学习起泉就愈容易。比如：大学生介予中学生和工程师之间，如果我们 象对待工程师那栉来要求他们，每小孵呈现过多的新名词、新概念、新定理，则 会篌毽稍难戳蓑受，这藏蹩缮患量遥凌；露暴我们象薅莺中学生郡移仍然灵教一 点点内容，嚼得撮碎喂给他们吃，则又会使他们觉得无事可做，感到无聊，这就 是信息麓过少。 2 3 鬻络教弯所其有的优势 网络教育与广播电视激育远距离激学相比必有许多优点，归纳起来有以下 凡方面：瓣效牲、全琏性、共享性、交互性积个性纯口o l 。 时效性：学生通过鼹络远距离接受教学倍虑帮可实簿辩，霞霹怒菲实时瓣。 所谓适时的就是教学信息一旦上网就能被所有举生及时接收，所谓非实时的实指 学生对教学信息的访问不局限予某一“点”时间，在某一个相当长的时间段内( 只 要该教擎信惠不被螽l | 豫) ，对它虢访游帮是有效的。这；豢有琴j 予蘩复学习。这 种实时和非实时缀台的方式，一方面荫利于学生及时地按收学习信息：另方狮， 它支持学生的重复学习，保证学习的效果，因此带有很强的时效性。广播电视远 距褰教举系统只逐行实瓣簇浚，不筑送嚣 实激接收，不支持重簧学习。毽j 愆， 如果学生在第一时间内不能及时的接收到教学信息或不能正确地理解教学信息， 那么就会产生教学信息的丢失或失真现象，这对教学是非常不利的。 全球牲：援任何售息一里土网，裁能被全球熬用户联接牧。它毙服了时阆釉 空间上的限制，任何学生不论身处何地，只要通过丽络藏麓获得所鬻的信息。我 们现在的广播电视系统从理论上讲，也是全球性的，只要无线电波熊达到的地方 就能接受到教学镲息。但是嬲于技术朔其它一方强的原因，广播电视系统特别是 教育方磷的广播魄聿凳系统通没有达裂全球纯，各蘑酶教弯倍惑灵蠢特定酶区域传 播，全豳的学生也只能接收到特定的一些教学信息。 共事性：指人类对资源信息的共事。这些信息资源来自不同的圈家和地区， 不圈匏攀稀裙矮域，不同懿褥业莘羹部门。这些壤惑大裂嚣家懿竣治、经涛、零零、 文化，d , n 航班信息、天气预报和部门概况等。网络中的所有用户共享网络中的 这些信息资源，他们可对网络中的信息资源进行合法地访问，获得有用的信甑。 羽络戆共享瞧为蠲户提供了垒方经的傣怠羧务，这静l 爱务怒其它媒体包括广攘电 视媒体所无法做到的。对予学生来说，阿络的共享性一方谶使他们麓够最大隈度 地占有激学信息一，有利于开阔他们的视野。另一方面，有利于他们派确地理解和 整合教学信息，戮为毽们可姆援关懿激学信息，选芎亍对比、对照，以促进学习。 比如说，服务器a 整有分析化学斡教学信恚，雏务器8 瞧有裙关豹教学僖慰， 但两者在内容、难易及写法上肯定有魑不一样，两者互有短长，学擞可将两糟对 比着学习，取长李卜短，正确丽有效地理解教学信息。 交麓往：交嚣往表理旋多方嚣：舞生之瓣、学生之瓣、接霜蠹努等网终缝 信息传递是双向的，网络中的任何用户既可能燕信息的发布者，也可能是信息的 第6 燕共5 3 癸 大连琏工夫学硬逢文：势辑傀学礴终课程熬磷铡 接收者。网络远距离激学与广播电视系统的远距离教学相比，交互性是它的优势 之一。在教学过程中，学生通过网络接收激师传来的教学信息，拜将反馈信息及 时传回给教师，教师根据学生的反馈信恿，对他们的学习作谶一步的指导。通过 嘲终，教师和学生霹以及时地交换信息，誉生和学生也可以及时地交换信息，这 撵方嚣有巅予学生学霹，勇一方嚣毒利予毂嚣教学，蓑教秘攀互撩健遴，达裂 随好教学效果。 个别化：在网上，学生可根据自己的实际情况，自主的决定学习内容和学 习进程，这样能很好的发挥学生自己的积极性和主动性。同时，由于网络可以实 现激学资源的共享，因此它的个别化学习肖很大的灵活性。在广播电视系统中， 学生很难做到个别化学习，他只能被动的接收来自教育台的节目，这不仅不利于 孥整对教育信息静理瓣秘掌握，也不利于擦养掌生匏积稷撵秘剖造牲，不利于培 黪德髓发瑗运踅，解决瓣题静琵力。当然，阚络静令裂诧学习逐支籍鼗太之霾熬 协闻学习。 2 4 网络课程与网络技术 2 4 国内网络课程建设概况 潮络教育中，教学资源一网络课程瓣建设，是取褥教学质量保证的最关键 瓣瓣豢。基蓑，我蓉瓣终教蹇资源疼豹建设瑷猿是：一方瑟，圈家戆嚣终教育资 源藩静建竣萄未完藏，菇一方面，番裹较又帮投入丈量资金忙予建设蠡毫靛资深 库。在这个过程中，舔所高校都深感资源建设资金的不足，磷件设备与开发人受 艘术更新慢，资源开发周期长等许多因素很大程度上制约教学资源的建设，与此 同时，教学资源中低水平的重复开发建设又屡屡发生网络教学资源的建设需 瑟一个整体规划布局与科学的开发建设方法，这不仅需要圜豢对此进行宏观调 控，也需要各办学单位爨育开放、共享、共嗣发震的新观念，趣强互动合作，共 鬻建设飘终教学戆烫漾。鏊家予2 0 0 0 冬悉式寝动了( 2 1 毽绽瓣家两终漾疆建设 王穗项匿，构建圈家黯终身网络教育体系，初步建设2 4 0 门涵盖理、工、农、 暇、师等各学科的网络课程，分析化学网络课程是其予i 厦目之一。 2 4 2 化学网络谦稷技术基础概况 网络课程的技术熬础：由于化学物质结构本身就是三维的，化学家们都想看 到三维分子，结构可视化技术已成为化学领域的一个热点l i “。目前i n t e n e t 上已 有多耱专门程序或搔传，鬻霞懿有r a s m o l ”“、c h e m s c a p e c h i m e t m ”“、 溉b l 撕v i 。w e r p r o t m 钳、s c u p t 农c h e m b u i l d e r 3 d 圈，逶逶它翻可在w e b 溺菱器 上糟到各种三维显示格式( 如m o l 、p d b 、r _ x n 、t g f 、m m 3 、m c r o m o d e l ) 酶 分子的各种显示样式( 虫日线状、棍状、球棍状、空间填充) ，p c 版的x t m 3 d 是三 维晶体无机结构绘制应用程序，也可用于小型有机结构，最常用的原子格式文件 也可用于小型有机结构，最常用的原予格式文件( i c s d ，s h e l x ，g s a s ， f u l l p r o f , s i r p o w 以及冀他等等) 的显示和转换【1 6 1 。尽管当前的三维观察器程序能 缓野蘧接绘三维分予蒡嚣蔟髂，毽毪翻却缺乏v r m l 麴一些优点。 2 | 3 v t 磷l 在诧学炎羽络谋程应蘑 v r m l 2 0 为陬烙上的化学在信息稳供、研究、教育方磷有极其深远盼意 义 17 1 。v r m l 可以将现实中难以观察到的现象，或复杂的分子结构用其特有的 交慝、三维、动态、躐观的虚拟世界来表示，在虚拟的分予懒界可看到分子怎样 相互作用，怎样反应，或者对接成为另个分子。在v r m l 产生的化学模型世 爨中，当搡捧者从一个分子上麴去个原予时，就能看见其饿灏予动态遗重掰排 第7 贞熬s 3 页 大连璎王大学硕士论文：分析纯学掰缀漂理的辑剖 列。这种熙直观的方法便于人们理解、想象和创新。为了保证工作的连续性，出 蕊了一蛰可将三维显示貉式转换为v r m l 豹程黪鬣： c a c t v “j ，p d b 2 v r m l t “j ，x t a l 3 d 2 。1 和s t r u v i r 2 ”，可将mol 2 m l 2 掇式转换为v r m l 的程序1 2 2 j 。化学是v r m l 最蓬要的成用领域，另一方面，在 万维丽上面向住举的j a v a a p p l e t s 也在增鞠往”，由此更撩键透了潮上纯学的发震。 在化学教育与研究中可为师生们的学习实践提供多种途径。 在i u t e n e t 土发毒的篱二钱w e b 技术，馋为豺网络化教学毙核心的远程教育 系统的一部分，不受时间和地域限制，对于实现职业技术教育、豢质教裔、终身 教育具有十分重疆的意义，第二代w e b 技术在化学教育中的应用主要礴以下几 个方蘑： 1 ) 提供了丰富的学习资源以及选择学习材料和学习方式的机会。 w e b 星指数增加，为人们提供了越来越多的学习、磺究机会。铡如威拯社区 潍点c h e m c e n t e r c o m f 2 4 有着穰丰富的内容。辩点w e b n o l e c u l e s 2 5 7 以v r m l 及 m o l 文件提供了1 5 万种化合物分子模型，可供师生们学习研究使用。我国湘谭 大学与滋浮广播怒褪大带月vb 语言亵v r m l 缓写了个分予塑形锻馋系统 m g s c ，能自动商效地进行分子的三维鼹模，显示分子的三维图形，可嗣于有机 分子的构象分析，能形魏地动态模拟化学反应机理【2 “。可以让学生学习一些实 际中其膏辩闺毪、可交毪、距离经、籀象经，置绢嗣懿方法矮难瓣察帮骏涯夔各 种事物。对于化学中各种抽象的概念、寇义、物质微观的电子运动、原予、分子 结构与化学反应，在传统熬教学中，教爆只能依纛黑板、投影、幻灯来向学生讲 解那些图袭、公式、分予式、化学反应式、分子结构式等，而w e b 技术，使许 多抽象的教学问题变得具体形象，还能让学生自已“进入其中”进行详细观察以 获褥箨一手禳念及知识，发毅世器中戆声、象、隧、文，可以往郡些抽象、枯燥、 难懂的学习内容以生动形象的形式表现出来，大大提高学生的理解力和掌握能 力。 2 谤二代w e b 技术爵为学生罐供获褥经验静穰会。 在实验教学环境下很难做到，或着需要花费大量资窳才能实现的各种实验， 鼓一些剧海蛙、筑殓性、化学反应比较剧烈或时闽较长的反应，遮用第二代w e b 披术可以对这些现象或过程中每一个细小的变化都用计算机动态遥真谶模叛蹬 来，对于化学实骏教学很有意义。美国约翰鹤普盒斯大举的m i c h a e l k a r w e i 教授 农万维爨上建立了一个纛攘实验塞，哥为瓣l 开始学习辩学葶委工程学幻学生进行实 验介绍，问题解答，数据采集和给出科学的解释。新生有机会早点尝试做实验， 以确定自己是否真的对工程学有兴趣【2 “。在落后地区的高校实验教育中，教学 条件差，学生没有使焉先进或爨蘸仪器、试裁兹橇会，若遥过痿接瑗实技零藏霹 使学生学习不再鼹学习内容、学习条件、实验设备及场地设施的限制，大大地提 蘧了学习矮量穰效率。 3 ) 第二代w e b 技术可加强学生在学习活动中的思考帮刨新。 第二代w 如技术作为一种认知技术，它不仅使学生能够有效地运用观察撮 蹬缎想，蠢置，纛叛凌实技零提供往受懿交互佳健罄醢教学系统戆够为学生提供 必要的反馈。学生成材可自主地、个性化地实现。第二代w e b 的应用结束了传 绕的以教师为中心、以课堂为中心、以书本为中心的教育方式，代之以学生为中 心，以“实践”为中心的理论与嶷箴褶结合的蕊代教育方式，对撵高学囊学习热 情，并对索质教肖与创新能力的培养无疑有极大的促进作用。 2 4 。4 必学类嬲终课程实现方法与技术 第8 页熬5 3 页 大连理工大学硕士论文：分析化学网络课程的研制 化学类网络课程在实现上所遇到的主要问题是化学微观世界的描述、分子结 构的呈现方式、实验的配合等问题，采用多媒体技术与虚拟现实技术使这些问题 能够很好解决，为建设化学类课程提供了强大的技术支持。如采用v r m l 构建虚 拟实验室。 v r m l 的访问方式是基于客户服务器模式的，第二代w e b 技术可在服务器 端与客户端分别实现。服务器端的开发软件方面：目前较具代表性的个人计算机 平台虚拟现实系统软件有以下两种：美国e a i 公司研制的s e n s e 8 系列虚拟现实 软件w y k ( w o r l d t o o l k i t ) t ”j 及英国s u p e r s c a p e 公司的s u p e r s c a p e v r t l 2 9 。在 化学领域，一些高版本分子模拟软件都已增加了对v r m l 的格式输出支持，如 a c d 公司的c h e m s k e t c h 4 0 ，还可用e y e c h e m f 3 、m o l d a 0 ”产生三维v r m l 格 式的d n a 或分子结构，可在i n t e n e t 上使用e r o s 3 2 1 或专门的化学结构v r m l 文件产生器【j 刮来产生v r m l 文件。另外，有许多3d 图像软件都开始支持v r m l 的输出，w i n d o w s 下的3d 创作软件包如c a l i g a r i 公司的t r u e s p a c e 、a u t o d e s k 公司的3 d s t u d i o m a x ，还有一些v r m l 编著工具软件如索尼公司的 c o m m u n i t y p l a c e c o n d u c t o r , s g i 公司的c o s m o w o r l d 等等j 。使用第二代w 曲技 术，通过在h t r n l 文件中嵌入或调用w r l 、w r z 、w r l g z 等v r m l 文件，或调用j a v a 类文件，可以方便生成图文并茂、绘声绘色的虚拟世界。客户端方面：基于pc 的桌面虚拟现实系统以其造价低，组成灵活，尤其适合我国国情，只要有普通的 彩色显示器和相应的教学软件即可，若用图形加速卡更好，它能改善虚拟世界的 渲染速度。浏览虚拟实境，只需在w e b 浏览器上附加合适的v r m l 浏览器插件 即可。v r m l 浏览器及插件发展迅速，w e b 3d 协会【35 j 给出了各种v r m l 浏览器 及插件的操作平台及所支持的技术。锦江春色站点中p6 j 介绍了在i e 4 和i e 5 中附 带的v r m l 2 c e x e ，即用来浏览虚拟场景的程序w o r l d v i e w 。目前最常用的是 在w i n d o w s 9 8 中自带的m i c r o s o f t v t l m l 2 0 v i e w e r ，它能支持显示v r m l l 0 和v r m l 2 0 文件，不足的是不支持n e t s c a p e 。另一个常用的浏览器插件是 c o s m o p l a y e r 2 1 1 ，能支持显示v r m l l 0 和v r m l 2 0 文件，也支持n e t s c a p e 或i n t e n e t e x p l o r e r , 可从美国s g i 公司 3 7 免费下载。通过键盘、鼠标或数据手套等 输入设备就可进行动态控制，形成交互性极强的个性化学习环境。 随着网络技术、多媒体技术视频技术等的迅猛发展，为人们提供了越来越多 的学习、研究机会。例如虚拟社区站点h t t p ： 硼w c h e m c e n t e r c o m | 3 8 j 有着很 丰富的内容。站点w e b m o l e c u l e s 3 9 以v r m l 及m o l 文件提供了1 5 万种化合物 分子模型，可供师生们学习研究使用。我国湘谭大学与湘谭广播电视大学用v b 语言和v r m l 编写了一个分子图形制作系统m g m s ，能自动高效地进行分子的 三维建模，显示分子的三维图形，可用于有机分子的构象分析，能形象地动态模 拟化学反应机理【4 们。网络课程可以让学生学习一些实际中具有时间性、可变性、 距离性、抽象性，且用别的方法很难观察和验证的各种事物。对于化学中各种抽 象的概念、定义、物质微观的电子运动、原子、分子结构与化学反应，在传统的 教学中，教师只能依靠黑板、投影、幻灯来向学生讲解那些图表、公式、分子式、 化学反应式、分子结构式等，而利用第二代w 出技术，使许多抽象的教学问题 变得具体形象，还能让学生自己“进入其中”进行详细观察以获得第一手概念及 知识，虚拟世界中的声、象、图、文，可以使那些抽象、枯燥、难懂的学习内容 以生动形象的形式表现出来，大大提高学生的理解力和掌握能力。 2 5 分析化学网络课程的建设现状 第9 页共5 3 页 天连理王大学硕士逛文：分橱化学耀终漂程扮婿利 国内开展分析化学网络课程研制的主要有：魇门大学申报了仪器分析网络课 爨豹醣隶l 王终，黧是在2 0 0 1 年li 秀嚣豢教委中嬲译售彝雩，困工传送震缓浸瑟搜 有通过，现在进展情况束见发布；中山大学的分析化学网络课程制作较好，已经 巍网上发布，但没有将网络课程作为一门整体，聪仅有教寨和部分演示实验。国 家2 l 遵纪两络谦程建设工程实施以后，率课越组承搀的分帮辛化学阐络谍 进展顺利，在2 0 0 1 年1 1 月国家激育部中期评估时优秀。 2 。6 虚叛实验室的遴震 实验槎化学类课程中占有重臻地位，在校园学习中，实验室和实验仪器的不 懋与学生人数豹捷速溪长之闯豹矛詹基懿突出，妻羹俺释决瓣络课程中理论学习与 实验配合的问题艘得更为重要。 在分移亍化学教学中仪器分孝厅占很大的比重，髓着技术的进步秘大型仪器再生 产中的普及，仪器分析已经成为分析化学教学的麓关戒，僵贵重仪器，如液质联 用色谱、原子吸收色谱、气质联用色谱、毛细管色谱等，在校园教学中仅能作为 教学演示实验，对于大量戆学生来讲人人帮亲手操作仪器，或亲爨避毒亍磷究蛙分 析实验的可能性不大。另外某些黧验在实验教学环境下穰滩做到、或着需要花费 大量资金才能实现，如一些剧毒性、危险性、化学反应比较剧烈戏时间较长的反 纛。 运用第二代w e b 技术对化学现象或过程中镊个细小的变化都用计算机动 态逼真地模拟出来，构建网络虚拟实验滚对于化学类网络课程舆有很大意义。 耍0 1 c h e m l a b嚣一0 2 营证虚缀实验窒 图一1 ，图一2 是国外的单机版的化学类实验室，本课题组在前几年已开成分析 化学虚拟实验室的研究工作，相继开发了基础仪器分析虚拟实验室、现代仪 器分析虚苏实验塞、营邋亿学纛羧实验室等多各软仔，有些己由高等教育鑫 版社出版，在国内高校产生了一定影响，并产生了较好的教学效果，但由于只能 在单扭上逛蓦亍，不适合嬲络课程的鬟要，因此，椽建网络虚拟实验室仍将是本论 文的重要研究内容。 2 7 网络虚拟实验室的技术基础 2 7 1 v r 技术 虚拟现实( v r t u a l r e a l i t y , 简称v r ) 技术燃2 0 世纪9 0 年代以来兴起的一种新型 稳息技术。v r m a l r e a l i t y 的概念亩荚国入l a r o n l a n i e r 在2 毽纪黝年伐襁正式提 出来，中文通常译作“虚拟现实”。关于艘拟现实的定义有多种，一般认为，v r 是穗题诗雾极生成一秘摸熬环境( 如分子终稳世癸等) ，通过多釉传感设备使用户 第1 0 页共5 3 页 大连理工大学硕士论文：分析化学网络课程的研制 “投入”到该环境中，实现用户与该环境直接进行自然交互的技术。该“模拟环 境”可以是某一特定现实环境的表现，也可以是纯粹构想的世界。在模拟环境中， 实现人机互动、互相交流的操作环境及身临其境的感受，使人产生强烈的参与感、 操作感，人们可以从这种虚拟空间的内部向外观察，而不是只能作为一个旁_ 观者 由外向内观察。v r 空间又称为电脑空间，赛伯空i n ( c y b e r s p a c e ) 或多维空间，它 能高度逼真地模拟使用者在自然环境中的多种特性，这些特性主要包括：多感知 性、沉浸性、交互性和自主性 3 ”。一般而言，v r 系统可以分为宽屏幕投影系统、 “可穿戴的”系统、桌面浸入系统三大类。前二者规模较大、投资大，适合多入 共用或者特殊的模拟系统，后者则小巧精干，适合于单人使用，更适合于推广。 v r m l 实现了i n t e n e t 上的虚拟现实。v r m l l 0 的规格草案于1 9 9 4 年秋在日 内瓦举行的w w w 国际会议上被正式提出，1 9 9 6 年8 月在s i g g r a p h 9 6 会议 上公布了v 褂l 2 0 规范。1 9 9 7 年1 2 月，v r m l 作为i s o i e c 国际标准正式 发布f 国际标准号i s o i e c l 4 7 7 2 1 ：1 9 9 7 ) ，通常称为v r m l 9 7 。m i c r o s s o f t 、i b m 、 a p p l e 、o r a c l e 、s g i 、s o n y 等6 0 余家著名的大公司都支持v r m l ，v r m l 9 7 技 术迅速被i n t e n e t 上的w i