（应用化学专业论文）多媒体化学素材制作技术及其应用研究.pdf

武汉理工大学硕士学位论文 摘要 计算机辅助化学教学是提高化学教育现代化水平的重要手段，当前正呈蓬 勃发展之势，而高质量的多媒体化学素材是计算机辅助化学教学的重要前提和 基础。但是，目前开放性高质量的多媒体化学素材资源相对不足，化学教师一 般对多媒体化学素材的制作技术了解不够，系统介绍多媒体化学素材制作技术 的书籍、资料以及制作实践也较为缺乏等问题制约了计算机辅助化学教学的普 及和健康发展。因此，开展多媒体化学素材的制作技术及其应用研究具有非常 重要的社会意义和实用价值。 本工作根据多媒体化学教学资源的特点，对计算机多媒体化学素材的制作 内容进行了系统总结，将多媒体化学素材分为文本素材、图表素材、图形图像素 材、动画素材以及音频和视频素材几大类，并提出了计算机辅助化学教学素材 的制作原则。在此基础上，本着以“够用、好用、一物多用”的原则，精心挑选了 当今流行的多媒体制作工具软件，在其拥有的众多功能中选取适于多媒体化学 素材制作的功能进行重点开发和研究。通过选取有代表性的化学素材作为制作 示例，探索了综合利用这些通用工具软件和专门的化学素材制作工具软件简便、 快捷地制作多媒体化学素材的方法，以求扫除多媒体化学素材制作上的技术障 碍，为化学教育工作者提供一套简便易学的多媒体化学素材制作技术，从而为 多媒体化学素材制作技术的普及提供技术支持。 本工作重点研究了多媒体化学素材制作中最难把握的图形图像素材和动画 素材的制作方法。在图形图像素材制作方面，提出了综合利用c h e m s k e t c h 、f l a s h 和3 d sm a x 制作实验仪器三维动画模型的简便方法，并简化了建模操作，解决 了实验仪器立体建模过程中仪器规格难以把握的难题。在化学动画素材制作方 面，综合利用c h e m d r a w 和d i a m o n d 的精确化学建模技术和3 d sm a x 丰富的材质 表现效果以及强大的动画功能，制作化学反应中化学键的有关动画，既简化了 分子结构三维建模和三维动画的制作，又保证揭示化学微观性质的三维动画具 有严密的科学性并达到较好的艺术效果。 关键词：计算机辅助化学教学，多媒体，化学素材，制作技术，应用 武汉理工人学硕上学位论文 a b s t r a e t c o m p u t e ra s s i s t e dc h e m i c a li n s t r u c t i o i i ( c a c i ) i s a n i m p o r t a n tm e a n sf o r i m p r o v i n gl e v e lo fc h e m i c a l e d u c a t i o na n di s b e i n gd e v e l o p e d h i g hq u a l i t y m u l t i m e d i am a t e r i a l sf o rc h e m i s t r ya r et h ev i t a lp r e m i s ea n df u n d a m e n t a lo fc a c i h o w e v e r , t h er e s o u r c e so fo p e nm u l t i m e d i am a t e r i a l sf o rc h e m i c a le d u c a t i o na t e d e f i c i e n t ，g e n e r a li n s t r u c t o r sd on o tf u l l yk n o wt h em a k i n gt e c h n i q u eo fm u l t i m e d i a m a t e r i a l s ，a n dt h er e l a t e db o o k so rt u t o r i a l sa r ef a i r l yl i t t l e t h o s ep r o b l e m sr e s t r i c t s e r i o u s l yt h ep o p u l a r i z a t i o na n dd e v e l o p m e n t t h e r e f o r e ，i ti so fg r e a ts o c i a li m p o r t a n da p p l i e dv a l u et o s t u d yo nm a k i n gt e c h n i q u eo fm u l t i m e d i am a t e r i a l sa n di t s a p p l i c a t i o n s a c c o r d i n gt ot h ec h a r a c t e r i s t i co fm u l t i m e d i ac h e m i c a li n s t r u c t i o nr e s o u r c e s ，i n t h et h e s i s ，t h e m a k i n g c o n t e n t so fm u l t i m e d i am a t e r i a l sa r es u m m a r i z e d s y s t e m a t i c a l l ya n dt h em u l t i m e d i am a t e r i a l sa r ec l a s s i f i e da st e x tm a t e r i a l s ，g r a p h m a t e r i a l s ，f i g u r em a t e r i a l s ，a n i m a t i o nm a t e r i a l s ，a u d i oa n dv i d e om a t e r i a l s ，a n dt h e m a k i n gp r i n c i p l eo fm u l t i m e d i am a t e r i a l si sa d v a n c e d ，t o o o nt h ec r i t e r i o no f s o f t w a r e s a p p l i c a b i l i t y , c o n v e n i e n c ea n dm u l t i f u n c t i o n ，s o m ep o p u l a rg e n e r a l m u l t i m e d i am a k i n gt o o l sa n dp r o f e s s i o n a ls o f t w a r ef o rc h e m i c a lm a t e r i a l s m a k i n g a r es e l e c t e d m a k i n gt o o l so fm u l t i m e d i am a t e r i a l s f r o ma l lf u n c t i o n so ft h o s e t o o l s ，s o m ef u n c t i o n sa r es e l e c t e dw h i c ha d a p tt om a k i n gm u l t i m e d i am a t e r i a l s b y s e l e c t i n gr e p r e s e n t a t i v e c h e m i c a lm a t e r i a l sa s e x a m p l e s ，s o m e n e ws h o r t c u t t e c h n i q u e sa r ed i s c o v e r e do ns y n t h e t i c a l l yu s i n gg e n e r a lt o o l s a n dp r o f e s s i o n a l s o f t w a r ef o rc h e m i c a lm a t e r i a l st om a k em u l t i m e d i am a t e r i a l s m a k i n ge a s ya n df a s t t h o s et e c h n i q u e sa r ee a s yt ol e a r nf o rc h e m i c a le d u c a t o r s ，a n dh e l pt op o p u l a r i z et h e m a k i n gt e c h n i q u eo f m u l t i m e d i am a t e r i a l sf o rc h e m i c a le d u c a t i o n i nt h et h e s i s ，t h es t u d yi sp r i m a r i l yf o c u s e do nt h em a k i n gt e c h n i q u eo ff i g u r e m a t e r i a l sa n da n i m a t i o nm a t e r i a l sw h i c ha r ev e r yd i f f i c u l tt og r a s p i nm a k i n gf i g u r e m a t e r i a l s ，ae a s yw a yo fm a k i n ge x p e r i m e n t a li n s t r u m e n t s3 dm o d e li sp u tf o r w a r d b yu s i n gs y n t h e t i c a l l yt h es o f t w a r eo fc h e m s k e t c h 、f l a s ha n d3 d sm a x ，b yt h i s w a y ，t h ed i f f i c u l t yo ft h ei n s t r u m e n ts i z e sb e i n gh a r dt og r a s pi s s o l v e di n3 d m o d e l i n ga n dt h em o d e l i n gp r o c e s si ss i m p l i f i e d i nm a k i n ga n i m a t i o nm a t e r i a l s ，b y u s i n gs y n t h e t i c a l l yt h ea c t u a l l yc h e m i c a lm o d e l i n gt e c h n i q u e o fc h e m d r a w 、 d i a m o n da n dt h ea b u n d a n tm a t e r i a le f f e c ta n ds t r o n ga n i m a t i o nf u n c t i o no f3 d s i i 武汉理工大学硕士学位论文 m a xt om a k ea n i m a t i m la b o u tc h e m i c a lb o n dc h a n g i n gi nc h e m i c a lr e a c t i o n ，：t h e m a k i n gp r o c e s so fm o l e c u l es t r u c t u r e s3 dm o d e l i n ga n d3 da n i m a t i o ni ss i m p l i f i e d ， a n dt h e3 da n i m a t i o no fd i s c o v e r i n gc h e m i c a lm i c r oc h a r a c t e r si se n a b l e dw i t l is t r i c t s c i e n t i f i ct r a i t sa n db e t t e ra r t i s t i ce f f e c t k e y w o r d s ：c o m p u t e r a s s i s t e dc h e m i c a li n s t r u c t i o n ，m u l t i m e d i a ，c h e m i c a l m a t e r i a l ，m a k i n gt e c h n i q u e ，a p p f i c a t i o n i 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果。尽我所知，除了文中特i i ：i i 以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的 学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已 在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名：童：l ：! ：盔日期：丝堡三：竺 关于论文使用授权的说明 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保 留、送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部 分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 签名：童：l 堕：盔导师签名：违苎j 辱日期：丝! 竺：! ! 武汉理工大学硕士学位论文 第一章绪论弟一旱珀t 匕 1 1 计算机辅助化学教育的历史与现状 计算机辅助化学教育起步于2 0 世纪6 0 7 0 年代。此时个人电脑尚未问世， 作为大型设备的计算机还只是科研机构和大学中的奢侈品，数量有限。由于计 算机硬件性能不高，软件种类和数量也很少且功能比较单一，因此，这一时期 的计算机辅助化学教育主要是探索利用计算机程序辅助化学教学的方法和途 径。辅助化学教育的c a i 软件很少、很不成熟，缺乏图形、动画和人机交互，在 本质上只是用显示屏代替黑板“3 。 到了2 0 世纪8 0 年代，个人电脑、计算机图形化操作系统及i n t e r n e t 等相继 诞生，日益成熟的计算机软硬件技术为化学教育的信息化提供了强有力的支撑， 计算机辅助化学教育从此变得有声有色、丰富多彩，全球掀起了计算机辅助化 学教育改革的第一次浪潮。在1 9 8 3 年的第七届国际化学教育会议( 7 “i c c e ) 上， 美国密歇根大学m o o r e 教授和美国化学会化学教育分会的w a r e 教授设计了一个 s e r a p h i m c h e m c 伽交错项目( s c i p ) ，进一步探索了计算机辅助化学教育的可能 性“ 。1 9 8 5 年8 “i c e e 会议第一次将计算机时代的化学教育作为大会的主要议题 口3 ，计算机在化学教学中的应用正式提上议事日程。会上有约6 0 篇论文及一些 相关成果的演示和陈列，集中展示了计算机特别是c a i 技术在化学教育中的应用 n 1 。1 9 8 9 年i 0 “i c c e 大会的主题是怎样在教化学、学化学、教学评估、教学研 究及研究成果的应用等方面求得最优化，计算机辅助教学是大会专题讨论的主 要议题之一 5 3 o1 9 9 1 年1 1 “i c c e 大会演示了加拿大滑铁卢大学开发的一系列普 通化学计算机软件阳3 ，引起了与会者的广泛关注。在1 9 9 2 年的1 2 “i c c e 会议上， 学者们热烈讨论了辅助教学手段从黑板加粉笔到视听设备、计算机软件和多媒 体的演变。以计算机技术为工具的化学教学方法改革和教学手段的现代化越来 越受到化学界的高度重视。 1 9 9 4 年以来i n t e r n e t 开始进入大规模商用阶段，伴随着计算机多媒体技术 和网络技术的渐趋成熟，计算机辅助化学教育迎来了第二次改革浪潮，多媒体 远程教育成为计算机辅助化学教育的主流方向。1 9 9 4 年在波多黎哥召开的1 3 “ i c c e 会议重点讨论了2 1 世纪的开放大学、化学的远程化学教育和自学以及化学 教师的继续教育等问题，并通过“高科技在化学教学中的角色”等一系列报告 和相关活动为化学教师的继续教育提供了指南”1 。1 9 9 6 年的1 4 “i c c e 大会展示 了s o u n d e r s 学院出版的普通化学多媒体光盘。会议认为，2 1 世纪的课堂是 多媒体课堂。同时，t v 教学软件在形象化教学、提高学习兴趣和继续教育中仍 武汉理工大学硕士学位论文 占有举足轻重的作用凹3 。在1 9 9 8 年1 5 t “i c c e 大会上，拉哥斯奇( j j l a g o w s k i ) 教授和竹内芳美( y t a k e u c h i ) 教授分别做了题为“远程学习在化学教育中的作 用”和“虚拟化学教育i n t e r n e t 中新颖的教学素材”的主题报告“ ，探 讨了化学教学中的远程教育与多媒体教育问题。2 0 0 0 年1 6 “i c c e 会议的主要议 题有“化学教学中的多媒体技术”、“通过i n t e r n e t 的远程教育的国际化”以及 “通过远程学习的在职教育”等“，全面探讨了化学教育的多媒体化和网络化 问题。而2 0 0 2 年的1 7 “i c c e 会议则安排了“i n t e r n e t 、计算机和化学”以及“化 学教育中的现代技术”等多个议题，竹内芳美( y t a k e u c h i ) 教授和我国的申泮 文教授分别作了题为“化学教育是否应该和可能通过i n t e r n e t 实现全球化”和 “大学化学教学用的计算机多媒体课件”的专题报告n 。针对人们在有关计算 机辅助化学教育认识上出现韵偏差，2 0 0 4 年的1 8 “i c c e 大会深入探讨了计算机 辅助化学教育的利弊及对策。会上牛津大学彼德阿特金斯教授做了题为“信 息的挑战”的专题报告，指出“计算机是化学教育最重要的辅助手段”，但“不 恰当的运用将会导致严重的后果“1 。 目前，国际上已涌现出了许多颇具影响力的辅助化学教育的w e b 网站、化学 论坛、网络课程、多媒体辅助化学教育课件和软件，如牛津大学化学系“在线 化学”化学教育网站( c h e m i s t r yo n l i n e ) “、加拿大l e w i sm e d i a 公司制作的化 学论坛( c h e m i c a lf o r u m s ) “、麻省理工大学开放教育平台( o p e n c o u r s e w a r e ) 上的化学网络课程系列 h i 美国m o d e l s c i e n c e 公司研制的c h e m l a b 交互式化学实 验模拟软件 1 8 3 南开大学的化学元素周期系多媒体教科书软件“、武汉理 工大学的晶体结构基础多媒体教学软件阳们拱殃等，为化学教育的改革作了 许多有益的尝试。此外，2 0 0 3 年3 月，我国教育部高等学校化学与化工学科教学 指导委员会和高等教育出版社联合启动了“高等化学教学资源库”建设项目。“， 现已完成一期工程建设，制作了7 0 0 0 多个化学素材，极大的丰富了计算机辅助 化学教学资源。 1 。2 计算机辅助化学教育的发展趋势 计算机辅助化学教育的发展受计算机技术和教育理论的制约。随着计算机 多媒体技术、网络技术、人工智能和虚拟现实技术的发展及其在教育领域的深 层次广泛运用，教育观念正在经历从媒体观到生命环境观的重大变化，现代教 育技术理论也从传统的行为主义、认知主义、建构主义过渡到现代流行的 b l e n d i n gl e a r n i n g 阶段，计算机辅助化学教育将迎来第三次浪潮。生命环境观 认为信息技术是为学生和教师创造一个现代化的生存环境i n o 相应的，现代 2 武汉理工大学硕士学位论文 b l e n d i n gl e a r n i n g 教育技术理论强调要充分发挥教师引导、启发、监控教学过 程的主导作用和学生学习的主动性，将传统学习方式的优势和数字化学习 ( e - l e a r n i g ) 的优势结合起来。通过将信息技术有效地融合于教学过程来营造 一种理想的教学环境，以实现一种能充分体现学生主体地位的，以“自主、探 究、合作”为特点的新型学习方式，从而达到信息技术与学科课程的整合 2 4 o 这就要求c a i 软件所创造的虚拟教学环境应与现实课堂环境充分融合，并具有很 好的交互性、开放性和网络化、智能化等特点。软件既能让教师根据教学大纲 的具体要求和所教学生的具体情况灵活组织c a i 中的教学内容，以提高教学的针 对性，也能让学生根据自己的需要自主选择学习内容，实现学习的个性化，还 能根据学生的理解能力和学习特点智能地调整知识的组织结构和呈现方式，实 现知识结构的智能化。 因此，今后的计算机辅助化学教育将以高性能i n t e r n e t 为平台，以高智能 虚拟现实技术为主要技术手段，以智能化人机交互为特色，通过教师与c a i 软件、 学生与c a i 软件以及老师与学生三方的智能互动，形成一个更加开放、更加高效、 更加智能化和人性化的化学学习空间。 1 3 多媒体化学素材及其在辅助化学教育中的作用 现代教育学表明，听觉和视觉所获得的知识在记忆中的留存时间不同，从 听觉获得的知识三天后还剩下1 0 ，从视觉获得的知识三天后还剩下2 0 ，如果 听觉和视觉并用，三天后知识在记忆中仍可留存6 5 。因此，综合运用人体多种 感知器官的多媒体方法是增强学生记忆力、提高教学效率的重要手段。 计算机多媒体技术和网络技术广泛应用于辅助教学，为化学教育打开了一 扇知识广博的数字化学习大门。各种多媒体化学素材、化学工具软件、c a i 软件、 化学教学平台以及化学教育网站等为化学教育提供了丰富多彩的学习资源和学 习手段。而日益普及的i n t e r n e t 将世界各地优秀的化学教育资源汇聚在一起， 使化学教育不再局限于一本书、一间教室、所学校，从而形成联通整个世界 的化学大课堂。 多媒体化学素材是利用现代计算机技术传播有关化学教学信息的学习材料 单元，是计算机辅助化学教育最基本的信息化资源，它包括各种与化学信息 相关的文本素材、图形( 图像) 素材、视频素材、音频素材和动画素材等。多媒 体化学素材能够充分发挥计算机多媒体优势，将抽象难懂、枯燥乏味的化学理 论用形象、生动的图形、图像、动画等形式表现出来，将操作复杂不便讲解、 或因时间和条件等限制无法进行的化学实验用计算机动画、虚拟现实、人机交 武汉理工大学硕士学位论文 互等技术进行真实的模拟，并可通过在i n t e r n e t 上建立各具特色的化学教育网 站普及化学知识。从而帮助人们加深对化学知识的理解与掌握，激发人们学习 化学知识的兴趣，消除人们对化学学科的偏见 2 6 o 因此，对化学人才的培养和 化学科学的长远发展具有重大的作用。 多媒体化学素材在辅助化学教育中的作用具体表现在以下几个方面： 第一、化学图表素材可以将化学文献数据、实验数据或者通过化学公式所 生成的数据用二维或三维图形形象地表现出来，从而帮助理解这些数据所代表 的物质相关化学性质之间的相互关系、变化规律或特定数据值所代表的化学含 义等。因此，化学图表素材的使用可以简化化学数据的分析工作，降低化学教 学的难度。 第二、化学图形素材可以将各种与化学有关的物质化学性质变化规律、实 验仪器工作原理、反应体系内各种性质的相互关系等形象简明地反映出来，化 学图像素材则能够真实地记录化学反应现象、展示化学实验仪器设备等，尤其 是三维的图形图像素材可以将物质分子和晶体的微观结构真切的模拟出来。因 此，化学图形和图像素材的使用能够丰富课堂教学、增进学生对知识的理解与 掌握。 第三、化学动画素材可以动态模拟实验仪器的工作原理、化学反应过程、 反应过程中化学键的断裂和形成过程、化学实验的操作过程等，从而提高学生 的理解力，增强知识的感染力。此外，利用动画模拟化学实验可以帮助学生熟 悉实验环境和实验过程、学会实验的基本操作技能，而“有些成本高、耗时长、 且有安全问题的实验项目还可用虚拟实验来代替“”3 。因此，化学实验动画既有 助于提高实验成功率、降低实验成本、增强实验安全性，还可扩大实验所覆盖 的知识面等，是辅助化学实验教学的有力武器。 第四、化学音频素材和视频素材能够如实再现化学实验的真实情景，真实 反映化学反应过程中的反应现象变化情况。因此，对提高学生豹感性认识具有 很大的帮助。 1 4 本论文的选题意义 多媒体化学素材是设计制作各种化学课件、化学软件、化学教学平台及教 育网站不可或缺的原材料，它的设计是否合理，应用是否得当直接关系到计算 机辅助化学教学效果的好坏，关系到化学教育现代化改革的成败。因此，研究 多媒体化学素材的制作技术及其应用方法具有非常重要的现实意义和重大的社 会价值。 4 武汉理工大学硕十学位论文 目前一多媒体化学素材的制作和应用也面临着许多问题和不足。这些问题 和不足主要表现在以下几个方面： 第一、计算机辅助化学教学和实验的多媒体软件的种类和数量较少，软件 的智能化、交互性和开放性还不够，从而限制了教师教学主导作用和学生学习 主动性的发挥”； 第二、高质量、开放性多媒体化学素材数量相对较少，因而不便于教师和 学生对知识进行重组和建构； 第三、化学教师一般对计算机技术了解相对较少，能够熟练使用计算机进 行多媒体素材创作的化学教师严重不足，制约了计算机辅助化学教育的发展。 第四、系统介绍多媒体化学素材制作技术和技巧的培训教材还非常缺乏， 多媒体化学素材的制作方法和技巧没有得到充分的研究和推广。 上述问题严重影响了计算机辅助化学教育的普及和发展。因此，开展多媒 体化学素材制作技术及应用研究是当前一项十分重要而叉艰巨的任务。 针对上述情况，本论文根据计算机辅助化学教育的教学策略以及化学教学 资源的特点，运用当今流行的多媒体制作工具软件及专用的化学素材制作工具 软件，选取具有代表性的化学知识点作为例子生动地讲解各类多媒体化学素材 的制作技术，力求为有一定计算机基础的化学教师和化学爱好者掌握多媒体化 学素材的制作提供实用的技术指导。 武汉理工大学硕士学位论文 第二章多媒体化学素材制作简介 2 1 多媒体化学素材的分类 根据国家教育部教育信息技术标准化委员会的学习对象元数据规范 c e l t s - 3n 们和教育资源建设技术规范c e l t s - 4 1 t ”州对媒体素材的分类方法，并 结合化学学科的特点，我们认为多媒体化学素材可以分为以下几类： 1 ) 文本类素材：是指反映有关化学概念、原理、性质等的一类用字符表示 的素材，如化学分子式、化学公式、化学反应方程式等。 2 ) 图表类素材：是指用表格形式表示的有关描述物质化学性质及其变化情 况的理论数据或实验数据，以及用图形将这些数据表示出来阻利于对照和分析 的一类素材，如原子轨道径向分布函数图、元素第一电离能分布示意图及酸碱 滴定曲线图等。， 3 ) 图形图像类素材：是化学教学中用以辅助知识理解的一类形象化素材， 这类素材还可细分为二维图形图像类素材如物质分子或离子等的二维结构式、 电子轨道图、实验仪器装置图等和三维图形图像类素材如晶体的球密堆积模 型、物质分子或晶体等的三维结构图以及实验仪器三维立体图等。 4 ) 动画类素材：动画类素材用于对化学原理进行动态模拟或演示，这类素 材包括二维动画素材如用f l a s h $ 1 j 作的电泳现象动画、氢分子的能量与核间距的 关系变化曲线等，和三维动画素材如用3 d s 姒x 制作的晶胞的抽取动画、化学反 应中化学键的断裂和形成过程动画等。 5 ) 音频类素材。这类素材包括三大类，类是化学反应中发出的真实的声 音( 如氢气在空气中点燃时的爆鸣声、有机反应中电动搅拌机的搅拌声等) ，另 一类是在模拟实验中为了突出反应现象而人为制造的一些拟音( 如液体坠落时 的声音、分子碰撞时发出的声音等) ，还有一类是在化学c a i 软件中制作的音频 解说。 6 ) 视频类素材，这类素材主要与化学实验有关( 如焰色反应视频录像、减 压蒸馏实验操作视频录像等) 。 2 2 多媒体化学素材的制作原则 根据教育资源建设技术规范c e l t s 一3 1 对资源建设质量的评价标准，多媒体 化学素材的制作必须遵循教育性、科学性、技术性、艺术性的原则。同时，作 为信息化的化学教学资源，其服务的对象不再仅仅局限于在教室里上课的学生， 它已经扩大到由计算机网络联系起来的整个社会大众。因此多媒体化学素材还 武汉理工大学硕士学位论文 应符合通俗性和开放性原则。具体如下： ； 教育性原则：素材应紧扣教学大纲、选题适当，注重启发，能促进思维、 培养能力； 科学性原则：素材所表达的知识应客观、科学，能为_ | 了常的教学活动提供 相关参考，无错别字以及产生歧义的科学性错误； 技术性原则：素材所提供的清晰度与画面结构等运行的技术要求应与现行 浏览器相符，以便于素材的网络化使用； 艺术性原则：多媒体素材应具有表现手法多样、情节生动、构图合理以及 画面灵活等特点； 通俗性原则：素材应能深入浅出的揭示科学道理，以方便大众对知识的理 解与掌握； 开放性原则：素材应开放源代码，以便于使用者根据教学需要对素材进行 必要的重组和建构。 2 3 多媒体化学素材的制作程序 一个具体的多媒体化学素材的制作虽然工作量不是很大，但也是一项系统 工程，应合理规划、精心制作、反复修改、不断完善。具体的制作程序如下图 2 - i 所示： b 兰竺到e = l 竺鲨 k _ _ - - - - - _ - - _ 一 l - - _ _ - _ _ _ _ _ - j n 妙 也塑划口l 兰兰譬= j 、，、一 几 妙 b 鬯型日l 芝叫、_ _ - _ _ _ - - 、_ _ _ _ _ _ - _ _ ， 图2 1多媒体化学素材的制作程序 2 4 多媒体化学素材制作工具选择 能够制作多媒体化学素材的工具软件非常多，既有许多专门的化学工具软 件，也有许多通用的计算机应用软件。对于化学教育工作者而言，制作化学多 媒体素材能力的高低不在乎他们掌握了多少制作工具软件，而是他们能否充分 7 武汉理工大学硕士学位论文 利用软件功能制作出质量上乘的多媒体化学素材。因此，从大众的熟悉程度、 通用性及功能的特殊性考虑，在众多的工具软件中，我们根据够用、好用、 物多用的原则选择如下工具软件进行多媒体化学素材制作的研究( 表2 1 ) 表2 - 1主要多媒体化学素材制作 软件类型软件名称软件典型功能开发商 美国 m a t h t y p e 公式编辑 d e s i g n s c i e n c e 通用桌面 m i c r o s o f t 电子表格、表格自动计算、二维图表、 美国 办公软件e x c e l三维图表 m i c r o s o f t m i c r o s o f t 幻灯片制作、支持多种图形、图像、 公司 p o w e r p o i n t 动画、音频和视频等对象的插入 化学结构图、化学方程式、实验装置 c h e m d r a w 美国 化学桌面 图 办公软件显示分子三维结构的球体图、球棍图、 c a m b r i d g e s o f t c h e m 3 d 公司 带状圈和线状图等 化学结构二维、三维化学结构式、化学反应图加拿大 c h e m s k e t c h 绘制软件解、实验装置图a c d 公司 晶体结构美国c r y s t a l d i a m o n d 晶体和分子结构的三维建模 绘制软件i m p a c t 公司 三维动画 美国a u t o d e s k 3 n s 姒x 三维建模及动画制作 制作软件公司 音频编辑 ( 源码开放 a u d a c i t y多轨音频编辑 软件的免费软件) 二维矢量矢量绘图、二维动画、流媒体影片制 f l a s hm x 美国 动画软件作、多媒体软件制作 m a c r o m e d i a 多媒体 d i r e c t o r o (多媒体软件制作、l i n g o 编程 公司 著作软件 武汉理工大学硕士学位论文 第三章文本素材的制作 化学中大量的文本处理工作是化学式和化学反应方程式的输入。由于物质 世界干变万化，表示物质组成的化学式也是纷繁复杂、多种多样，其中大多数 的化学式由多种元素以一定的数量和组合形式组成。这些化学式有时以单独的 文本出现，有时是化学方程式或化学公式的组成部分，造成化学文本处理的多 样性和复杂性。 好在现在有许多文本处理软件如m a t h t y p e 、c h e m d r a w 等都具有很强的化学 文本处理功能，只要合理使用就能快速制作出美观实用的化学文本素材。 3 1 用m a l ：h t y p e 带l j 作化学文本素材 m a t h t y p e 是美国d e s i g ns c i e n c e 公司开发的功能强大的专业的数学公式编 辑器( 图3 1 ) ，通过o l e ( 对象的链接与嵌入) 功能， m a t h t y p e 可以直接嵌入到m i c r o s f o tw o r d 之中。其 实，w o r d 自带的m i c r o s o f t 公式3 o 是d e s i g ns c i e n c e 公司授权给微软使用的m a t h t y p e 简化版。 w i n d o w s 系统安装了m a t h t y p e 后，会自动加载到 w o r d 的菜单栏上( 图3 - 1 ) ，用户根据需要可以选择 “插入内联方程”在行内插入公式，或是选择“插 入醒目方程”单独另起一行插入公式，还可通过选 择插入带有编号的醒目方程为方程式自动编号。此 外，w o r d 自带的m i c r o s o f t 公式3 o n 自动升级为 m a t h t y p e 公式编辑器，以后当选择插入m i c r o s o f t 公 式3 0 h 象时就会打开m a t h t y p e 公式编辑器文本处 理窗口。当在m a t h t y p e 窗口中完成公式编辑后，只 要选择“文件”菜单下的“关闭并返回文档”就能 直接返回到w o r d 中并将在m a t h t y p e 中编辑好的公式 插入w o r d 文档光标处，因此使用起来非常方便。 图3 1m a t h t y p e 菜单 g a t h t y p e 为公式的输入提供了丰富的数学模板，其中很多模板都能用来制 作化学方程式中特殊的文本如离子团、离子浓度、附带反应条件的方程式等号 等，因此也非常适合化学文本素材的制作( 图3 2 ) 。 由于化学文本的处理主要集中在分子式中的上下标制作上，因此，在众多 的模板中，用得最多的模板是“上标和下标模板”中的上标、下标以及上下标 9 武汉理t 大学硕士学位论文 模板i 。i 1 ：。如果要输入氧化还原电对，则需利用“分式和根式模板”中的斜 杠分式模板湫i 。 图3 2m a t h t y p e 公式编辑器主界面 此外，当制作化学方程式和化学反应式时，还有一些特殊的符号需要处理， 这些符号也都能在相关的模板中找到答案。例如，利用“分式和根式模板”中 的标准尺寸分式模板可以制作带分子式的公式躬利用“希腊字母( 小写) 模板” 可以制作电极电势符号和标准状态符号口，利用“箭头符号模板：j 面以制作 不可逆反应符号簟睁。、可逆反应符号簪、生成气体符号或沉淀符号卜l ，而 利用“箭头标号模板”则可以制作带反应条件或( 和) 催化剂的不可逆反应符号 q 帚十和可逆反应符号葶每串 ，等等。 m a t h t y p e 提供了丰富的文本格式调节参数，能够生成风格多样的公式，以 满足不同场合的需要。这些参数的设置既可在公式的制作过程中随时调节，也 可在工作之初进行预先设定以获得统一格式的公式。 例如，在“格式”菜单中可以通过“颜色”子菜单确定公式中所有符号的 颜色，如果选择“定义间距”，则会弹出定义间距对话框，对公式中可能涉及到 的各种间距进行预先设定( 图3 3 ) 。 图3 3 定义间距对话框 若分别选择“尺寸”和“样式”菜单下的“定义”，在弹出的定义尺寸和 l o 武汉理工大学硕士学位论文 定义风格对话框中可以设定公式中各种符号的字号和字体。( 图3 4 、3 - 5 ) 图3 4定义尺寸对话框 因此，熟练使用上述模板基本可以完 成所有的化学文本素材的制作。 现在我们以池o ；m “氧化还原电对 的电极电势公式为例来说明用w o r d $ i 作 化学文本素材的方法和技巧： 首先在m a t h t y p e 菜单中选择“插入醒 目方程”，在打开的m a t h t y p e 编辑窗口中 利用“希腊字母( 小写) 模板”输入电对的 电极电势符号，。接着选择“上标和下标 模板”中的薹：，在下标中选择“分式和根 虱3 - 5 定义风格对话框 式模板”中瓣，在斜杠左侧输a m n o ，然后再选择躬，在下标框中输入氧原子个 数4 ，在上标框中输入离子所带电荷数一。再用键盘的向右键将光标移动到斜杠 右侧的输入框，选择r 输入m n ”，这样就制作出了m n o ；m n 2 + 电对的电极电势表 达式( 图3 - 6 ) 。 虱3 - 6 电极电势公式制作1 图3 7电极电势公式制作i i 用键盘输入等号，拖曳鼠标选中等号前的电极电势表达式，将其复制粘贴 到等号后面。再在复制的电极电势符号十之后上标框中插入“希腊字母( 小写) 模板”中的0 字母，从而完成标准电极电势表达式的制作。( 图3 7 ) 将光标定位到所输入文本的右端，用键盘输入+ 号，然后用“分式和根式模 1 1 武汉理工大学硕士学位论文 板”中的标准尺寸分式模板输入分数世产、用键盘输入对数符号l g 。然后再 选择* ，在分子中用键盘输入方括号，再用鼠标选中电极电势表达式中的m n 0 4 一， 将其复制到方括号模板中( 图3 8 ) 。 图3 8 电极电势公式制作i i i图3 9 电极电势公式制作i v 用相同的办法完成公式剩余部分的制作( n 3 - 9 ) ，最后关闭并返回虱j w o r d 中，制作好的公式将自动保存到w o r d 中。 在制作过程中，还可以对某些文字或符号的字体、颜色、大小等进行单独设 置。例如选中公式左边的氧化还原电对，单击“样式”菜单下的“其他”，在 弹出的其他风格对话框中将字体改为a r i a l 、斜体形式。依此方法将公式中的所 有离子符号改为a r i a i 字体。然后，选中公式右边的电极电势符号和标准状态符 号，用“格式”菜单下的“颜色”子菜单将其颜色改变为红色。选中j g 前面的分 式，按c t r l + 多次增大其尺寸使整个公式显得协调美观。 最终制作效果如图3 10 所示。 叩m 仃。；胪= 叩嚣。；m 。2 + + 0 0 ) 5 9 2l 。 m n 【o m i 。i ； ，h 】* i s - 图3 1 0m n o j m n 2 + 电极电势公式 3 2 用c h e m d r a w 皋l j 作化学文本素材 c h e m o r a w 是美国c a m b r i d g e s o f t 公司( h t t p ：w w w c a m b r i d g e s o f t c o i n ) 开 发的化学桌面办公软件包c h e m o f f i c e 的重要组件之( 如图3 1 1 ) 。c h e m o f f i c e 与m i c r o s o f to f f i c e 桌面办公软件包具有很强的兼容性，劳可通过o l e ( 对象的 链接与嵌入) 功能无缝集成到o f f i c e n 应的软件中。用c h e m d r a w $ i j 作的素材能够 以对象格式复制粘贴到w o r d 文档中，并能通过双击对象直接在w o r d 文档中调用 c h e m o r a 软件，实现对素材的编辑和修改。因此，使用起来非常方便。 c h e m d r a w 的主要功能是绘制和编辑化学结构图( 关于这一点在第五章有较 详细叙述) ，但是它也具有很好的化学反应式处理能力。在c h e m d r a w 的主工具面 板中集成了文本工具a ，可以用来编辑文本。同时，在c h e m d r a w 的文本格式工具 武汉理工大学硕士学位论文 栏中集成了一个非常实用的分子化学式编辑工具c h 。，在进行化学式或方程式的 输入过程中，它能智能识别有机物化学式，可以将键盘输入的不带任何格式的 普通化学文本( 女n c h 3 c o o h ) 自动转化为标准化学式格式( c 也c o o h ) ，特别适合有机 分子式及有机化学反应式的素材制作。因此，在有机分子化学式输入方面 c h e m d r a wl l m a t h t y p e 更有优势。 圈3 1 1c h e m d r a w 主界回 下面我们用c h e m d r a w 8 0 制作乙酸与乙醇反应生成乙酸乙酯的化学反应方 程式。 打开c h e m d r a w 软件，在主工具面板中点击文本工具纛，在绘图区单击鼠标， 文本输入框将会出现在绘图区。然后在文本格式工具栏中单击分子化学式编辑 工具e h z 使其处于选中状态，按下键盘上的大写锁定键，使键盘处于大写锁定状 态。这样当在文本输入框中以普通文本的形式直接输入乙酸与乙醇反应生成乙 酸乙酯的化学反应方程式时，软件将自动生成标准的化学反应方程式( 如图 3 1 2 ) 。 图3 1 2 有机化学反应方程式的制作o ) 如果在制作文本素材前没有选中分子化学式编辑工具c | l 。，则输入的内容将 仍为普通文本( 如图3 1 3 ) 。此时，只要用鼠标选定全部文本，再按下分子化学 式编辑工具按钮c h 2 ，普通文本就会马上转化成标准的化学反应方程式。 武汉理工大学