無機非金屬材料物理化學CAI系統(tǒng)的開發(fā)分析

李薇

摘要：近年來教育體制的改革，教育方式也在不斷深化改革。材料專業(yè)的學生都會學習到無機非金屬材料物理化學這門重要的基礎(chǔ)課程，其中主要包括熱力學在無機材料科學與工程中的應用、無機材料的聚集狀態(tài)和過程動力學，這三部分內(nèi)容中包含大量的立體結(jié)構(gòu)，教師在教學過程中無法直觀地向?qū)W生進行展示講解，這便需要利用多媒體計算機技術(shù)進行CAI系統(tǒng)的構(gòu)建。本文就無機非金屬材料物理化學CAI系統(tǒng)的開發(fā)展開探討。

關(guān)鍵詞：無機非金屬材料物理化學;CAI系統(tǒng);多媒體;計算機技術(shù)

引言

物理化學涉及大量高等數(shù)學、近代物理等知識，加上現(xiàn)代物理化學的發(fā)展使其內(nèi)容迅速膨脹，而教學課時卻在不斷壓縮，這就要求教師必須有嚴謹、清晰的教學思路，設法突出重點、突破難點、改革教學方法、更新教學手段，計算機的輔助教學因此受到普遍重視，多媒體技術(shù)得到廣泛應用。

1課程特點

課程主要分為3部分：熱力學在無機材料科學與工程中的應用、無機材料的聚集狀態(tài)和過程動力學。其中很多章節(jié)都需要用立體模型，這些模型一部分是比較規(guī)則的，可以利用現(xiàn)有的模型演示，而其它大量的則是不規(guī)則的立體結(jié)構(gòu)，沒有實物模型可以利用。即使是使用實物模型，也有很大的局限性，許多結(jié)構(gòu)上的特點無法表示出來。另外，由于教學中要對材料的動態(tài)變化進行分析研究，而這些僅利用實物模型無法做到，這使得這門課程是公認的難懂的課程。利用計算機教學則可以彌補以上的缺點，它不僅可以模擬簡單的晶體結(jié)構(gòu)，還可以構(gòu)造復雜的無機結(jié)構(gòu)，而且晶體結(jié)構(gòu)中各種對稱要素之間的關(guān)系一目了然。

2CAI系統(tǒng)特點

CAI系統(tǒng)是指教師使用計算機輔助教學的形式與課堂講授相結(jié)合，CAI系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的課堂教學模式，具有以下的顯著優(yōu)勢。（1）可以有效地開展模擬實驗。應用到無機非金屬材料物理化學課程中，CAI通過計算機技術(shù)的快速運算模擬縮短了材料在實驗中所需的變化時間，可以節(jié)省課堂操作時間快速得到實驗結(jié)果。（2）方便控制。在課堂教學中，由于場地、實驗設備有限，很難做到讓所有學生都能有機會進行實驗操作，使用計算機技術(shù)可以有效解決這一問題，節(jié)省了貴重的實驗設備，又能使學生具體操作，提高學生的實驗能力。另一方面，多媒體軟件具有在教學中暫停、快進、回放等功能，方便教師進行具體細致的實驗過程變化講解。（3）通過演示教學提高教學效果。CAI系統(tǒng)以清晰直觀、色彩豐富等優(yōu)勢向?qū)W生直觀地展示教學內(nèi)容，有利于學生加深理解，提高教師的教學效果。

3CAI系統(tǒng)的設計開發(fā)工作

3.1素材的準備

在利用authorware制作多媒體課件之前，首先應該準備好制作課件的素材。考慮到“無機材料物理化學”這門課程的內(nèi)容比較多，各部分的內(nèi)容相對獨立，所以按照其課程體系，可以把內(nèi)容劃分3個部分：即相圖與相變、固體結(jié)構(gòu)和過程動力學，這3個部分分別制作。下邊就以相圖與相變?yōu)槔齺碚f明制作過程，其它兩部分的制作過程與之相類似。首先，準備好CAI課件所需要的素材，包括文字、圖像動畫和聲音。課件的片頭動畫主要采用coo13d制作，然后利用非線性編輯軟件premiere合成。主要是用動畫顯示課件的標題和制作人等，并適當?shù)丶尤肫渌鼉?nèi)容，使課件看上去更加吸引人。文字部分用文字處理軟件編寫。雖然authorware也提供了文字編輯功能，但是功能比較弱，所以如果需要編寫的文字部分較多，最好在其它字處理軟件中進行。值得注意的是，authorware只支持txt和rtf格式的文檔，所以，在保存錄入的文字時一定要以以上的2種格式存儲文檔。簡單圖像的處理可以利用windows自帶的“畫圖”軟件繪制，復雜的就需要利用專業(yè)的繪圖軟件，如photoshop等。本課件三維動畫采用3dmax制作，然后生成avi格式的動畫文件以備使用，一共25個，動畫長度共計125min。

3.2創(chuàng)建演示文稿

我們一般使用空白幻燈片創(chuàng)建演示文稿。課件的文字內(nèi)容，以提綱式為主，避免“教材內(nèi)容搬家”，盡量做到簡明扼要、突出重點;文字和背景的顏色搭配合理;一些重點難點內(nèi)容配用了與內(nèi)容能緊密結(jié)合的動畫效果與音響效果。為了迅速進入講授內(nèi)容，我們在章節(jié)間建立了超級鏈接;為了有利于課堂分析和講解，不分頁而又要避免在有限的界面空間里圖象與文本不能全部展示、使圖文脫節(jié)，我們就采用為文本添加滾動條或“動畫效果”等功能，較好的解決了這個矛盾。這樣，改變了課件的直線型播放模式，讓課件運行更加流暢，使各知識點、知識要素之間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而使表現(xiàn)力更加豐富。

3.3使用多種媒體軟件

開發(fā)“無機非金屬材料物理化學”CAI課件主要選用的軟件有：多媒體制作工具authorware、繪圖軟件photoshop、非線性編輯軟件premiere、動畫制作軟件3dmax以及coo13d立體文字及動畫處理軟件。其中最主要的使用軟件為authorware，這是一個結(jié)合了處理圖像、文本、動畫、數(shù)字電影和聲音等信息的交互式應用程序制作軟件，該程序有清晰直觀的制作窗口，設計圖標工具欄是創(chuàng)作交互式應用程序的一個模塊，各種功能按照功能的屬性列表分門別類，功能屬性一目了然方便提供菜單命令，適合專業(yè)的設計人員操作，也適合于入門級的設計人員操作，適用人群覆蓋廣泛，authorware具有方便快捷、使用難度較低等顯著優(yōu)點。

3.4生成課件并測試完善

當文本、圖像、圖形、動畫等多種數(shù)據(jù)準備好以后，我們就利用易學易用、組合方便、無需很深編程功底的power-point多媒體創(chuàng)作工具，對各種數(shù)據(jù)進行編輯、組合、設置動畫效果、添加背景音樂，最后制作成多媒體教學課件。課件制作好了之后，我們進行了認真的測試，并對在實際運用過程中發(fā)現(xiàn)的一些不足及時修改。

結(jié)語

CAI系統(tǒng)可以使用計算機技術(shù)運用多媒體應用軟件構(gòu)建無機非金屬材料晶體結(jié)構(gòu)和動態(tài)的變化過程，改變了傳統(tǒng)教學過程中教師采用不具體的模型演示教學模式，有利于學生對無機非金屬材料的動態(tài)變化清晰地掌握，降低了課程學習難度，使教師順利地開展教學工作。

參考文獻

[1]姜研.基于CAI技術(shù)的產(chǎn)品創(chuàng)新設計研究與應用[D].廣州：廣東工業(yè)大學，2018.

[2]劉豫.無機非金屬材料物理化學CAI系統(tǒng)的開發(fā)研究[J].焦作工學院學報（自然科學版），2019（1）：52-54.

[3]黃玉英.物理化學多媒體CAI系統(tǒng)[J].機械職業(yè)教育，2018（8）：3-5.

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