计算机多媒体技术在燃烧热测定中的应用

谢爱娟，罗士平，纪 梁，李忠玉，周国平

计算机多媒体技术在燃烧热测定中的应用

谢爱娟，罗士平，纪 梁，李忠玉，周国平

（常州大学 石油化工学院，江苏 常州 213164）

在燃烧热的测定中，实验仪器较多、操作烦琐、需要处理的数据繁多，文章探讨了利用计算机多媒体技术辅助燃烧热测定实验的教学，充分利用多媒体技术，制作出漂亮、生动、图文并茂的多媒体课件，向学生提供一个形象逼真的人机交互环境。并利用计算机技术处理复杂的雷诺校正图，减少实验误差，提高实验教学效果和质量。

燃烧热实验；计算机技术；多媒体课件；应用

《物理化学实验》是理工科化学专业的一门重要的基础课［1］，侧重于定量解释化学过程的规律，是化学专业实验教学体系中的重要组成部分［2］。由于《物理化学实验》综合了化学领域中各分支所需要的基本研究工具和方法，在训练学生科学地设计实验，培养学生分析、综合及解决问题的能力以及建立科学的思维方法等方面发挥着重要作用，因此，常州大学三个学院约25个班级必修该门实验课。由于课程自身的特点，物理化学实验涉及的仪器种类各异，需要测试的数据繁多，数据的精度及时效性要求较高［2］（如极化曲线的测定和燃烧热的测定）。在实验讲解中，因实验时间的限制，任课老师不可能就仪器操作的每一个细节都演示一遍，因此，学生因对仪器不熟悉容易误操作，导致实验的失败甚至是实验仪器的损坏。而在数据处理方面，物理化学实验大多是采用画图的形式来表现实验结果。传统的手工作图在确定直线如何过点时，人为判断的主观性和视觉上的差异会造成一定的误差［3］，实验时不仅速度慢而且准确度不高，导致实验效率较低、误差较大，极大地影响了学生的积极性。

计算机多媒体教学以其丰富的媒体表现形式、强大的教学交互功能、可无限扩展的知识信息链接和方便自由的自主性学习等特性，对培养和激发学生的学习兴趣，提高学生实践能力，加深对理论知识的理解，提高学生探究性研究的兴趣，培养学生的创新思维等，有着传统教学无法比拟的优势［4－5］。因此，把计算机及有关软件引入《物理化学实验》教学中，如制作Powerpoint开展多媒体教学，运用网络进行基本实验安全知识教学，运用软件处理实验数据，模拟实验操作，用计算机采集实验数据并作图等，充分利用现代化的教学工具将使教学水平、测试技术、实验数据处理的准确性、实验效率和实验效果得到较大的提高和改进。燃烧热是热化学中重要的基本数据，被广泛地应用在各种热化学计算中［6］。本文以燃烧热的测定实验为例，探讨计算机多媒体技术在该实验中的具体应用。

1 多媒体课件的模块构建

课件设计的理念主要是帮助学生在实验前后对该实验的了解、回顾、着重强调实验的注意事项，这样既可以减少教师上课前的讲解等烦琐重复的工作，又能提高学生的自学能力和学习兴趣。因此，在具体的设计中，主要考虑课件操作的简便、灵活、便于控制以及良好的操作界面［7］。在燃烧热的测定实验中，由于实验仪器多、实验失败率高，需要用不同的模拟演示来详细说明各个实验操作过程，所以，先设计课件结构模块，使学生能够直观地了解实验步骤、仪器使用方法以及对整个实验过程的初步印象，如图1所示。

图1 课件结构模块示意图

模块中的各单元在内容上基本独立，每个单元利用超文本对其建立定向链接，而在每一单元的内部也是同样的结构。学生可方便灵活地进入课件中的每一部分，实现单元和内容之间的随意跳转［7］。

2 多媒体实验课件的制作

多媒体课件制作应先从总体上对信息进行分类组织，然后，把字幕、文字、背景、图形、图像、声音、动画、影像等多种媒体素材在时间和空间两方面进行集成，使它们融为一体并赋予它们以交互特性，从而制作出各种精彩纷呈的多媒体课件。

2.1 字幕和文字的制作

课件中的字幕可作为屏幕布局中视觉元素的一部分，字幕设计要达到有主有从、完整和谐、生动清楚的视觉效果，这样可以使学生的视线首先集中在画面上。实验课件中应包含有文字内容，文字叙述是使用最多的一种课件设计形式（如图2中的实验目的、实验原理、实验内容），而字幕是指为了重点突出的各种不同类型的标题。文字的主要功能是向学生传达教学内容以及各种辅助信息，要达到这一目的，必须从文字的排列和色彩来考虑整体效果。也可在讲解重点、难点或者需要特别注意的地方加入艺术字，达到吸引学生注意的效果，使文字清晰，便于学生阅读［8］。

图2 燃烧热测定的字幕和文字制作实例

2.2 背景和图片的制作

一般来说，背景的颜色、图案要根据课件整体风格的要求来制作，要求色彩尽量单一和统一，尽量简洁，避免喧宾夺主。鉴于此实验大多使用的是仪器，课件中可以用相关仪器图片作为背景，如图3所示，然后，把文字、图形、图像、声音等各种素材很好地结合在一个作品中，制成幻灯片。Powerpoint强大的超级链接功能可以让幻灯片与任何软件、程序建立链接关系［9］。幻灯片的制作按照课件结构模块进行，除包括实验目的、实验原理、实验步骤、实验注意事项等教学内容外，每一模块中可插入与实验相关的仪器背景、实物图片，并配以文字，说明该部分的主要用途、使用说明及注意事项，通过幻灯片播放或使用相应的超链接，达到逐步演示实验过程的效果，使抽象的实验操作过程一目了然地展示在学生面前［10］。

图3 燃烧热测定的背景和图片制作实例

2.3 声音的设置制作

在燃烧热的测定实验过程中，感温探头应先放在外筒进行采零；然后，移到内筒中测量水介质的温度，这一步是实验的关键，但往往很容易被忽视。这看似很小的失误不仅导致传感器的损坏，而且因为测不到内筒温差的变化而导致整个实验的失败。为了避免出现这样的问题，可在讲解时通过动画展示这一失误引起的实验现象：如果实验过程中忘了把传感器放入内筒中，计算机屏幕上则没有温差显示，只有一条直线，这样可使学生获得较直观的印象；同时，通过课件设计错误预警机制，即设置蜂鸣器提醒学生注意传感器的位置，避免实验过程中的疏忽带来的麻烦。这样既可以增强和扩展实验教学效果和培养实验技能，又能调动学生的学习兴趣和求知欲，并能防止在真实实验中因误操作带来的实验失败与危险。

2.4 Flash动画的插入

燃烧热实验中的称样穿丝操作复杂烦琐以及氧弹内样品燃烧现象是观察不到的，利用Flash动画方式则可较容易地表现这类实验现象。Flash动画具有更好的交互功能和动画效果，在幻灯片中插入一个Flash动画，可较容易地表现这类实验内容。事先将这些操作复杂或者肉眼无法看到的实验现象设置成Flash动画并在主机上安装FlashPlayer网页播放控件即可实现这一目的。用数码相机拍摄实验仪器，在Flash或Photoshop等工具软件中将照片中的背景去掉，在必要的区域重新绘图，再肢解为多个部分，并让其动起来［10］。用常用的“超级链接”法，先在幻灯片中选中要超链接Flash的对象动作按钮，如图4所示，单击鼠标右键，在快捷菜单中点击“超链接…”弹出“插入超链接”对话框，从中找到存放Flash的子文件夹，单击Flash文件，Flash文件的相对路径和名字就进入地址框内。设置完后，单击“确定”关闭对话框［11］。这样便可有效并直观地观察到穿丝以及氧弹通电打火后样品在坩埚中的燃烧过程。在演示实验的同时，强调相应的注意事项：燃烧丝绕成弹簧状置于样品上，燃烧丝的两端分别紧绕在氧弹头中的两根电极上（两电极与燃烧杯切不可相碰），再将弹头放入弹杯内，用手将弹帽拧紧。用万用电表检查两电极是否通路，若通路，则充氧，否则造成点火失败等。演示时播放或切换多个动画文件，使之浑然一体，成为一个包含完整的实验教学单元内容的课件。

图4 燃烧热测定的Flash动画插入模拟图

3 雷诺校正图的计算机处理

燃烧热的测定实验中必须使燃烧后放出的热量不散失，不与周围环境发生热交换，全部传递给量热计本身和其中盛放的水，使量热计和水的温度升高。因此，燃烧前后温度变化的测量值必须经过雷诺作图法校正。传统的实验方法是手工操作氧弹量热计来测定煤的燃烧热，在点火后的很短时间内，温度升高较快，用秒表人工计时，会使读数产生滞后现象，导致读出的温度数值比实际值高，造成数据处理误差，而数据处理又是在坐标纸上描点作图，坐标的取点间隔会造成数据的不同。这种手工操作烦琐，且易引入作图误差，同组数据由不同的人来处理，结果会因人而异。鉴于此，我们引进了南京桑力SHR－15燃烧热实验装置。该装置采用相对测量方法测未知物质的恒容热值，配有计算机接口，可方便地与微机连接，实现实验检测自动化。在绘图方面采取了将实验仪器与绘画相结合的方式，利用温度传感器结合计算机技术，自动、连续地记录实验初期至末期的实时体系温度。当燃烧放出的热被传递到内筒，致使水温迅速升高，显示器燃烧热绘图软件对应的窗口温差显示在短时间内迅速变化，窗口右侧同步显示出温度在氧弹燃烧时的瞬时变化值，如图5所示。这不仅能减少烦琐的读数、记数和处理工作，而且计算机测量的数据精确度高，有助于减少人为误差。

图5 煤的燃烧热测定

4 结束语

实验是锻炼学生操作水平以及将理论联系实际的关键。运用计算机多媒体技术制作实验课件，处理实验数据，尝试对《物理化学实验》教学进行改革。根据燃烧热实验的难易设置字幕、文字、背景图片、声音和动画等，使得同学们在观看时有动有静、动静结合，使学生大脑皮层兴奋，抑制了疲劳，吸引同学的注意力，向学生提供一个形象逼真的人机交互环境，提高实验教学的效果和质量。

［1］石玉芳，闫怀义，赵二劳.计算机辅助物理化学实验教学研究［J］.化工时刊，2011，25（2）：59－61.

［2］高书燕.计算机辅助物理化学实验课程教学探讨［J］.大学化学，2011，26（5）：52－53.

［3］张来英，陈良坦.Excel软件在物理化学实验数据处理中的应用［J］.厦门大学学报：自然科学版，2011，50（9）：167－168.

［4］丁珍菊，方能虎，张建平.高校实验室安全状况的分析与思考［J］.实验室研究与探索，2011，30（6）：414－420.

［5］晏湧.多媒体技术在模拟电子技术实验教学中的探索与实践［J］.实验技术与管理，2012，29（10）：163－164.

［6］罗士平.物理化学实验［M］.2版.北京：化工出版社，2010.

［7］胡晓洪，刘弋潞，卢维奇.“物理化学实验”英汉双语教学课件的制作［J］.实验室研究与探索，2004，23（9）：70－74.

［8］徐文峰，廖晓玲.仪器分析实验多媒体教学课件的设计［J］.重庆文理学院学报：自然科学版，2008，27（6）：105－108.

［9］鲍康胜.PowerPoint实用操作要领［J］.电脑知识与技术，2008（9）：2073－2075.

［10］李建平，胡玮，董超，等.物理化学实验Flash课件的设计和制作［J］.广州化工，2010，38（3）：234－235.

［11］杨强.Flash动画在PowerPoint课件制作中的应用研究［J］.长江大学学报：自然科学版，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

常州大学教育教学研究基金资助项目（GJY2013 001）；常州大学教育教学研究基金资助项目（GJY13020039）。

谢爱娟（1968－），女，硕士，实验师，主要从事基础化学实验教学与研究工作。