多媒体化工原理实验手册制作及应用研究

李青彬，曹云丽，赵晓军，徐 伏

（平顶山学院 化学化工学院，河南 平顶山 467000）

化工原理是化学工程与工艺、水利与水资源工程、制药工程、生物工程等工科专业学生必修的技术基础课［1－2］。化工原理实验是学习、掌握和运用化工原理课程必不可少的重要教学环节［3］，与课堂讲授和课程设计共同构成化工原理教学的三大核心内容［4］，具有典型工程特点，是学生从理论学习到工程应用的一个重要实践过程［5］。改革化工原理实验教学、提升实验教学效果［6－7］，对全面贯彻落实《国家中长期教育改革和发展规划纲要（2010—2020年）》提出的大力发展职业教育、全面提高高等教育质量、提高人才培养质量具有重大意义。

在信息技术、网络技术、多媒体迅猛发展的今天，计算机多媒体辅助教学［8－11］（multimedia computer－assisted instruction，简称 MCAI）和以此为基础的在线学习系统［11－13］（online learning）已经成为提高教学效果的重要手段。在化工原理实验领域，以动态仿真［14－15］为代表的 MCAI极大地改进了教学效果，提高了学生的学习兴趣，增强了学生的综合素质，但其多应用在实验环节，课前预习仍沿用传统的纸质指导手册。在理论教学与实验教学不同步（学生数量与仪器台套数决定）的大背景下，实验教学效果受课前预习影响很大，为此我们开发了多媒体实验指导手册，对其应用研究显示，可有效提高预习环节效果。

1 多媒体实验手册制作

1.1 多媒体手册内容

根据全国高校化工原理教学指导委员会的规定，从实验目的、实验原理、装置流程、实验步骤、数据处理等方面组织各单元操作的实验内容，因此多媒体手册中每一个实验必须包含以上各部分内容，进而通过实验教学进一步学习、掌握和运用课堂教授的基础理论，加深对化工单元操作的理解，巩固和深化所学知识。

1.2 课前预习目标

（1）掌握理论知识。认真学习实验手册，复习课程教材的有关内容。掌握实验目的、实验要求、实验原理及所需测量的参数，熟悉实验所用测量仪表的使用方法，了解安全注意事项。

（2）掌握装置流程。熟悉所用实验设备和流程，掌握测试点和控制点位置、操作规程等。

（3）掌握操作步骤。融会贯通理论知识和装置流程，明确实验步骤，理解如何通过装置流程达到实验目的，加深理论认识。

1.3 系统总体设计

系统总体设计框图如图1所示。

图1 系统总体设计框图

1.4 软件开发平台选择

操作系统采用广泛应用的Windows平台。

系统管理部分，采用Adobe Dreamware网页制作平台。这主要考虑多媒体手册既可单独使用，也可直接转化为在线学习系统，同时考虑到与操作系统兼容问题，选用与Internet Explorer兼容性好的 Adobe Dreamware网页制作平台。这样其他音频、视频、图片、超文本等素材可轻松通过超链接形式进行组织。

讲义采用Microsoft Office办公套件之一的Word制作单页，然后用Webcompile制作成电子书格式，连接入系统。这样既可以作为多媒体手册的一部分，也可以在手机、ipad、电子书等平台轻松使用。界面如图2所示。

讲稿采用Microsoft Office办公套件之一的Pow－er Point制作成PPT格式并转化为PPS自动播放格式，以连接形式嵌入多媒体手册系统。

图2 电子书界面图

装置与流程的教师版（讲解版）和仿真版制作采用Macromedia Flash平台制作。该平台在背景设置、音视频的帧控制方面性能突出，且与系统内核的Internet Explorer兼容性好。

用Webexe将单个实验手册主页转化为可执行文件，与前面制作的其他文件一块儿用WinRAR创建自解压格式压缩文件，并设定其为解压后直接运行，则一个实验的多媒体手册封装完毕。多个实验手册主页也可以超连接，相互连接组成在线学习系统，放置于服务器开放使用。

1.5 视频音频技术

为更紧密贴近实验实际，实验装置与流程，以及实验操作步骤中背景图片，采用实验室现场拍摄照片。从降低文件存储空间和实验手册全局一致性考虑，所用视频用以上图片为背景在Flash平台开发制作（多数实验通过现场摄像看不到实验现象，尤其在仪表集约化、小型化的实验装置）。系统相应配音和解说词由WAV格式录制后直接使用后压缩在Flash中或压缩为MP3格式连接入系统。

1.6 总体特点

系统可脱离原开发环境，既可独立运行，也可直接转化为在线学习系统。

系统采用开放式结构，易于二次开发。在实际应用中，我们还根据大学生活泼、追星等特点，改变单一由教师旁白的方式，增加制作了帅哥版、靓妹版，进一步提高学习的趣味性，甚至告诉学生开发接口，让学生尝试制作自己独有的版本，在过程中提高学生对知识的理解、掌握。

系统采用超文本、超链接、音频、动画等多媒体，表现能力强，给学生印象深刻。以气－气列管换热实验为例，纸质装置与流程示意图如图3所示，多媒体手册装置与流程图如图4所示。对比可以看出，多媒体手册装置与流程图在测量点、控制点的表达上更加直观，而且可以按照流程（气体的流通路线）以动画形式逐步显示，在流程表达上的优势，更是纸质装置与流程图无法比拟的。具有初级仿真功能，可对实验操作步骤进行训练，有效提高实验教学效果。

图3 纸质手册装置与流程示意图

图4 多媒体手册装置与流程示意图

2 多媒体实验手册应用

2.1 应用研究方法

采用对比法研究应用效果。117名在校化学工程与工艺专业学生在正式实验前，随机抽取一道测试题目（10选1）并回答、评分。在剩余57名学生实验时，向学生发布该多媒体制作手册。用SPSS 20.0处理使用前后学生成绩。

2.2 测试题目的确定

以气－气列管换热实验为例，确定10道测试题目如下：

（1）实验目的；

（2）简述间壁传热过程；

（3）稳定传热过程热流体损失的热量、冷流体吸收的热量、传递热量的计算方法；

（4）对数平均温差的计算方法；

（5）总传热系数的测定原理；

（6）以本实验为例，讲述非理想条件下热交换热量的选用原则；

（7）冷流体流通路线及途经测量点、控制点；

（8）热流体流通路线及途经测量点、控制点；

（9）实验步骤；

（10）本实验中总传热系数、冷流体出口问题、热流体出口温度与流量关系预测，并解释。

2.3 应用研究结果

结果显示，使用多媒体实验手册后，学生平均成绩升高8%，对于问题（7）、（8）、（9）则提高10%以上。

3 结束语

制作的多媒体化工原理实验手册操作简便、适用平台广、结构开放、易于二次开发、可直接转化为在线学习系统，对其应用研究发现，可有效提高实验预习效果。

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