計算機多媒體技術(shù)在燃燒熱測定中的應(yīng)用

謝愛娟，羅士平，紀 梁，李忠玉，周國平

計算機多媒體技術(shù)在燃燒熱測定中的應(yīng)用

謝愛娟，羅士平，紀 梁，李忠玉，周國平

（常州大學(xué) 石油化工學(xué)院，江蘇 常州 213164）

在燃燒熱的測定中，實驗儀器較多、操作煩瑣、需要處理的數(shù)據(jù)繁多，文章探討了利用計算機多媒體技術(shù)輔助燃燒熱測定實驗的教學(xué)，充分利用多媒體技術(shù)，制作出漂亮、生動、圖文并茂的多媒體課件，向?qū)W生提供一個形象逼真的人機交互環(huán)境。并利用計算機技術(shù)處理復(fù)雜的雷諾校正圖，減少實驗誤差，提高實驗教學(xué)效果和質(zhì)量。

燃燒熱實驗；計算機技術(shù)；多媒體課件；應(yīng)用

《物理化學(xué)實驗》是理工科化學(xué)專業(yè)的一門重要的基礎(chǔ)課［1］，側(cè)重于定量解釋化學(xué)過程的規(guī)律，是化學(xué)專業(yè)實驗教學(xué)體系中的重要組成部分［2］。由于《物理化學(xué)實驗》綜合了化學(xué)領(lǐng)域中各分支所需要的基本研究工具和方法，在訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)地設(shè)計實驗，培養(yǎng)學(xué)生分析、綜合及解決問題的能力以及建立科學(xué)的思維方法等方面發(fā)揮著重要作用，因此，常州大學(xué)三個學(xué)院約25個班級必修該門實驗課。由于課程自身的特點，物理化學(xué)實驗涉及的儀器種類各異，需要測試的數(shù)據(jù)繁多，數(shù)據(jù)的精度及時效性要求較高［2］（如極化曲線的測定和燃燒熱的測定）。在實驗講解中，因?qū)嶒灂r間的限制，任課老師不可能就儀器操作的每一個細節(jié)都演示一遍，因此，學(xué)生因?qū)x器不熟悉容易誤操作，導(dǎo)致實驗的失敗甚至是實驗儀器的損壞。而在數(shù)據(jù)處理方面，物理化學(xué)實驗大多是采用畫圖的形式來表現(xiàn)實驗結(jié)果。傳統(tǒng)的手工作圖在確定直線如何過點時，人為判斷的主觀性和視覺上的差異會造成一定的誤差［3］，實驗時不僅速度慢而且準確度不高，導(dǎo)致實驗效率較低、誤差較大，極大地影響了學(xué)生的積極性。

計算機多媒體教學(xué)以其豐富的媒體表現(xiàn)形式、強大的教學(xué)交互功能、可無限擴展的知識信息鏈接和方便自由的自主性學(xué)習(xí)等特性，對培養(yǎng)和激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生實踐能力，加深對理論知識的理解，提高學(xué)生探究性研究的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維等，有著傳統(tǒng)教學(xué)無法比擬的優(yōu)勢［4－5］。因此，把計算機及有關(guān)軟件引入《物理化學(xué)實驗》教學(xué)中，如制作Powerpoint開展多媒體教學(xué)，運用網(wǎng)絡(luò)進行基本實驗安全知識教學(xué)，運用軟件處理實驗數(shù)據(jù)，模擬實驗操作，用計算機采集實驗數(shù)據(jù)并作圖等，充分利用現(xiàn)代化的教學(xué)工具將使教學(xué)水平、測試技術(shù)、實驗數(shù)據(jù)處理的準確性、實驗效率和實驗效果得到較大的提高和改進。燃燒熱是熱化學(xué)中重要的基本數(shù)據(jù)，被廣泛地應(yīng)用在各種熱化學(xué)計算中［6］。本文以燃燒熱的測定實驗為例，探討計算機多媒體技術(shù)在該實驗中的具體應(yīng)用。

1 多媒體課件的模塊構(gòu)建

課件設(shè)計的理念主要是幫助學(xué)生在實驗前后對該實驗的了解、回顧、著重強調(diào)實驗的注意事項，這樣既可以減少教師上課前的講解等煩瑣重復(fù)的工作，又能提高學(xué)生的自學(xué)能力和學(xué)習(xí)興趣。因此，在具體的設(shè)計中，主要考慮課件操作的簡便、靈活、便于控制以及良好的操作界面［7］。在燃燒熱的測定實驗中，由于實驗儀器多、實驗失敗率高，需要用不同的模擬演示來詳細說明各個實驗操作過程，所以，先設(shè)計課件結(jié)構(gòu)模塊，使學(xué)生能夠直觀地了解實驗步驟、儀器使用方法以及對整個實驗過程的初步印象，如圖1所示。

圖1 課件結(jié)構(gòu)模塊示意圖

模塊中的各單元在內(nèi)容上基本獨立，每個單元利用超文本對其建立定向鏈接，而在每一單元的內(nèi)部也是同樣的結(jié)構(gòu)。學(xué)生可方便靈活地進入課件中的每一部分，實現(xiàn)單元和內(nèi)容之間的隨意跳轉(zhuǎn)［7］。

2 多媒體實驗課件的制作

多媒體課件制作應(yīng)先從總體上對信息進行分類組織，然后，把字幕、文字、背景、圖形、圖像、聲音、動畫、影像等多種媒體素材在時間和空間兩方面進行集成，使它們?nèi)跒橐惑w并賦予它們以交互特性，從而制作出各種精彩紛呈的多媒體課件。

2.1 字幕和文字的制作

課件中的字幕可作為屏幕布局中視覺元素的一部分，字幕設(shè)計要達到有主有從、完整和諧、生動清楚的視覺效果，這樣可以使學(xué)生的視線首先集中在畫面上。實驗課件中應(yīng)包含有文字內(nèi)容，文字敘述是使用最多的一種課件設(shè)計形式（如圖2中的實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗?nèi)容），而字幕是指為了重點突出的各種不同類型的標題。文字的主要功能是向?qū)W生傳達教學(xué)內(nèi)容以及各種輔助信息，要達到這一目的，必須從文字的排列和色彩來考慮整體效果。也可在講解重點、難點或者需要特別注意的地方加入藝術(shù)字，達到吸引學(xué)生注意的效果，使文字清晰，便于學(xué)生閱讀［8］。

圖2 燃燒熱測定的字幕和文字制作實例

2.2 背景和圖片的制作

一般來說，背景的顏色、圖案要根據(jù)課件整體風(fēng)格的要求來制作，要求色彩盡量單一和統(tǒng)一，盡量簡潔，避免喧賓奪主。鑒于此實驗大多使用的是儀器，課件中可以用相關(guān)儀器圖片作為背景，如圖3所示，然后，把文字、圖形、圖像、聲音等各種素材很好地結(jié)合在一個作品中，制成幻燈片。Powerpoint強大的超級鏈接功能可以讓幻燈片與任何軟件、程序建立鏈接關(guān)系［9］?；脽羝闹谱靼凑照n件結(jié)構(gòu)模塊進行，除包括實驗?zāi)康?、實驗原理、實驗步驟、實驗注意事項等教學(xué)內(nèi)容外，每一模塊中可插入與實驗相關(guān)的儀器背景、實物圖片，并配以文字，說明該部分的主要用途、使用說明及注意事項，通過幻燈片播放或使用相應(yīng)的超鏈接，達到逐步演示實驗過程的效果，使抽象的實驗操作過程一目了然地展示在學(xué)生面前［10］。

圖3 燃燒熱測定的背景和圖片制作實例

2.3 聲音的設(shè)置制作

在燃燒熱的測定實驗過程中，感溫探頭應(yīng)先放在外筒進行采零；然后，移到內(nèi)筒中測量水介質(zhì)的溫度，這一步是實驗的關(guān)鍵，但往往很容易被忽視。這看似很小的失誤不僅導(dǎo)致傳感器的損壞，而且因為測不到內(nèi)筒溫差的變化而導(dǎo)致整個實驗的失敗。為了避免出現(xiàn)這樣的問題，可在講解時通過動畫展示這一失誤引起的實驗現(xiàn)象：如果實驗過程中忘了把傳感器放入內(nèi)筒中，計算機屏幕上則沒有溫差顯示，只有一條直線，這樣可使學(xué)生獲得較直觀的印象；同時，通過課件設(shè)計錯誤預(yù)警機制，即設(shè)置蜂鳴器提醒學(xué)生注意傳感器的位置，避免實驗過程中的疏忽帶來的麻煩。這樣既可以增強和擴展實驗教學(xué)效果和培養(yǎng)實驗技能，又能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和求知欲，并能防止在真實實驗中因誤操作帶來的實驗失敗與危險。

2.4 Flash動畫的插入

燃燒熱實驗中的稱樣穿絲操作復(fù)雜煩瑣以及氧彈內(nèi)樣品燃燒現(xiàn)象是觀察不到的，利用Flash動畫方式則可較容易地表現(xiàn)這類實驗現(xiàn)象。Flash動畫具有更好的交互功能和動畫效果，在幻燈片中插入一個Flash動畫，可較容易地表現(xiàn)這類實驗內(nèi)容。事先將這些操作復(fù)雜或者肉眼無法看到的實驗現(xiàn)象設(shè)置成Flash動畫并在主機上安裝FlashPlayer網(wǎng)頁播放控件即可實現(xiàn)這一目的。用數(shù)碼相機拍攝實驗儀器，在Flash或Photoshop等工具軟件中將照片中的背景去掉，在必要的區(qū)域重新繪圖，再肢解為多個部分，并讓其動起來［10］。用常用的“超級鏈接”法，先在幻燈片中選中要超鏈接Flash的對象動作按鈕，如圖4所示，單擊鼠標右鍵，在快捷菜單中點擊“超鏈接…”彈出“插入超鏈接”對話框，從中找到存放Flash的子文件夾，單擊Flash文件，F(xiàn)lash文件的相對路徑和名字就進入地址框內(nèi)。設(shè)置完后，單擊“確定”關(guān)閉對話框［11］。這樣便可有效并直觀地觀察到穿絲以及氧彈通電打火后樣品在坩堝中的燃燒過程。在演示實驗的同時，強調(diào)相應(yīng)的注意事項：燃燒絲繞成彈簧狀置于樣品上，燃燒絲的兩端分別緊繞在氧彈頭中的兩根電極上（兩電極與燃燒杯切不可相碰），再將彈頭放入彈杯內(nèi)，用手將彈帽擰緊。用萬用電表檢查兩電極是否通路，若通路，則充氧，否則造成點火失敗等。演示時播放或切換多個動畫文件，使之渾然一體，成為一個包含完整的實驗教學(xué)單元內(nèi)容的課件。

圖4 燃燒熱測定的Flash動畫插入模擬圖

3 雷諾校正圖的計算機處理

燃燒熱的測定實驗中必須使燃燒后放出的熱量不散失，不與周圍環(huán)境發(fā)生熱交換，全部傳遞給量熱計本身和其中盛放的水，使量熱計和水的溫度升高。因此，燃燒前后溫度變化的測量值必須經(jīng)過雷諾作圖法校正。傳統(tǒng)的實驗方法是手工操作氧彈量熱計來測定煤的燃燒熱，在點火后的很短時間內(nèi)，溫度升高較快，用秒表人工計時，會使讀數(shù)產(chǎn)生滯后現(xiàn)象，導(dǎo)致讀出的溫度數(shù)值比實際值高，造成數(shù)據(jù)處理誤差，而數(shù)據(jù)處理又是在坐標紙上描點作圖，坐標的取點間隔會造成數(shù)據(jù)的不同。這種手工操作煩瑣，且易引入作圖誤差，同組數(shù)據(jù)由不同的人來處理，結(jié)果會因人而異。鑒于此，我們引進了南京桑力SHR－15燃燒熱實驗裝置。該裝置采用相對測量方法測未知物質(zhì)的恒容熱值，配有計算機接口，可方便地與微機連接，實現(xiàn)實驗檢測自動化。在繪圖方面采取了將實驗儀器與繪畫相結(jié)合的方式，利用溫度傳感器結(jié)合計算機技術(shù)，自動、連續(xù)地記錄實驗初期至末期的實時體系溫度。當燃燒放出的熱被傳遞到內(nèi)筒，致使水溫迅速升高，顯示器燃燒熱繪圖軟件對應(yīng)的窗口溫差顯示在短時間內(nèi)迅速變化，窗口右側(cè)同步顯示出溫度在氧彈燃燒時的瞬時變化值，如圖5所示。這不僅能減少煩瑣的讀數(shù)、記數(shù)和處理工作，而且計算機測量的數(shù)據(jù)精確度高，有助于減少人為誤差。

圖5 煤的燃燒熱測定

4 結(jié)束語

實驗是鍛煉學(xué)生操作水平以及將理論聯(lián)系實際的關(guān)鍵。運用計算機多媒體技術(shù)制作實驗課件，處理實驗數(shù)據(jù)，嘗試對《物理化學(xué)實驗》教學(xué)進行改革。根據(jù)燃燒熱實驗的難易設(shè)置字幕、文字、背景圖片、聲音和動畫等，使得同學(xué)們在觀看時有動有靜、動靜結(jié)合，使學(xué)生大腦皮層興奮，抑制了疲勞，吸引同學(xué)的注意力，向?qū)W生提供一個形象逼真的人機交互環(huán)境，提高實驗教學(xué)的效果和質(zhì)量。

［1］石玉芳，閆懷義，趙二勞.計算機輔助物理化學(xué)實驗教學(xué)研究［J］.化工時刊，2011，25（2）：59－61.

［2］高書燕.計算機輔助物理化學(xué)實驗課程教學(xué)探討［J］.大學(xué)化學(xué)，2011，26（5）：52－53.

［3］張來英，陳良坦.Excel軟件在物理化學(xué)實驗數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用［J］.廈門大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2011，50（9）：167－168.

［4］丁珍菊，方能虎，張建平.高校實驗室安全狀況的分析與思考［J］.實驗室研究與探索，2011，30（6）：414－420.

［5］晏湧.多媒體技術(shù)在模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)中的探索與實踐［J］.實驗技術(shù)與管理，2012，29（10）：163－164.

［6］羅士平.物理化學(xué)實驗［M］.2版.北京：化工出版社，2010.

［7］胡曉洪，劉弋潞，盧維奇.“物理化學(xué)實驗”英漢雙語教學(xué)課件的制作［J］.實驗室研究與探索，2004，23（9）：70－74.

［8］徐文峰，廖曉玲.儀器分析實驗多媒體教學(xué)課件的設(shè)計［J］.重慶文理學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，27（6）：105－108.

［9］鮑康勝.PowerPoint實用操作要領(lǐng)［J］.電腦知識與技術(shù)，2008（9）：2073－2075.

［10］李建平，胡瑋，董超，等.物理化學(xué)實驗Flash課件的設(shè)計和制作［J］.廣州化工，2010，38（3）：234－235.

［11］楊強.Flash動畫在PowerPoint課件制作中的應(yīng)用研究［J］.長江大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2008，5（4）：254－255.

Application of Com puter M ultimedia Technology in Determ ination of Combustion Heat

XIE Aijuan，LUO Shiping，JILiang，LIZhongyu，ZHOU Guoping
（School of Petrochemical Engineering，Changzhou University，Changzhou 213164，China）

In the determination of combustion heat，many experimental apparatuses are used and experimental operation is complicated，alsomore data of this experimentneed to handle.Therefore，using computermultimedia technology to assist teaching of determination of combustion heat is explored.With full use ofmultimedia powerpoint technology，a beautiful and vivid multimedia courseware with graph and voice ismade in order to provide a kind of human computer interaction environmentwith an image lifelike to students. In addition，the complex Renault correction graph was dealt by using computer technology to decrease the experimental error and increase the effect and quality of experimental teaching.

determination of combustion heat；computer technology；multimedia courseware；application

TP37；O6－39

B

10.3969/j.issn.1672－4550.2014.05.019

2013－09－20；修改日期：2013－11－04

常州大學(xué)教育教學(xué)研究基金資助項目（GJY2013 001）；常州大學(xué)教育教學(xué)研究基金資助項目（GJY13020039）。

謝愛娟（1968－），女，碩士，實驗師，主要從事基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)與研究工作。