无机非金属材料物理化学CAI系统的开发分析

李薇

摘要：近年来教育体制的改革，教育方式也在不断深化改革。材料专业的学生都会学习到无机非金属材料物理化学这门重要的基础课程，其中主要包括热力学在无机材料科学与工程中的应用、无机材料的聚集状态和过程动力学，这三部分内容中包含大量的立体结构，教师在教学过程中无法直观地向学生进行展示讲解，这便需要利用多媒体计算机技术进行CAI系统的构建。本文就无机非金属材料物理化学CAI系统的开发展开探讨。

关键词：无机非金属材料物理化学;CAI系统;多媒体;计算机技术

引言

物理化学涉及大量高等数学、近代物理等知识，加上现代物理化学的发展使其内容迅速膨胀，而教学课时却在不断压缩，这就要求教师必须有严谨、清晰的教学思路，设法突出重点、突破难点、改革教学方法、更新教学手段，计算机的辅助教学因此受到普遍重视，多媒体技术得到广泛应用。

1课程特点

课程主要分为3部分：热力学在无机材料科学与工程中的应用、无机材料的聚集状态和过程动力学。其中很多章节都需要用立体模型，这些模型一部分是比较规则的，可以利用现有的模型演示，而其它大量的则是不规则的立体结构，没有实物模型可以利用。即使是使用实物模型，也有很大的局限性，许多结构上的特点无法表示出来。另外，由于教学中要对材料的动态变化进行分析研究，而这些仅利用实物模型无法做到，这使得这门课程是公认的难懂的课程。利用计算机教学则可以弥补以上的缺点，它不仅可以模拟简单的晶体结构，还可以构造复杂的无机结构，而且晶体结构中各种对称要素之间的关系一目了然。

2CAI系统特点

CAI系统是指教师使用计算机辅助教学的形式与课堂讲授相结合，CAI系统相比于传统的课堂教学模式，具有以下的显著优势。（1）可以有效地开展模拟实验。应用到无机非金属材料物理化学课程中，CAI通过计算机技术的快速运算模拟缩短了材料在实验中所需的变化时间，可以节省课堂操作时间快速得到实验结果。（2）方便控制。在课堂教学中，由于场地、实验设备有限，很难做到让所有学生都能有机会进行实验操作，使用计算机技术可以有效解决这一问题，节省了贵重的实验设备，又能使学生具体操作，提高学生的实验能力。另一方面，多媒体软件具有在教学中暂停、快进、回放等功能，方便教师进行具体细致的实验过程变化讲解。（3）通过演示教学提高教学效果。CAI系统以清晰直观、色彩丰富等优势向学生直观地展示教学内容，有利于学生加深理解，提高教师的教学效果。

3CAI系统的设计开发工作

3.1素材的准备

在利用authorware制作多媒体课件之前，首先应该准备好制作课件的素材。考虑到“无机材料物理化学”这门课程的内容比较多，各部分的内容相对独立，所以按照其课程体系，可以把内容划分3个部分：即相图与相变、固体结构和过程动力学，这3个部分分别制作。下边就以相图与相变为例来说明制作过程，其它两部分的制作过程与之相类似。首先，准备好CAI课件所需要的素材，包括文字、图像动画和声音。课件的片头动画主要采用coo13d制作，然后利用非线性编辑软件premiere合成。主要是用动画显示课件的标题和制作人等，并适当地加入其它内容，使课件看上去更加吸引人。文字部分用文字处理软件编写。虽然authorware也提供了文字编辑功能，但是功能比较弱，所以如果需要编写的文字部分较多，最好在其它字处理软件中进行。值得注意的是，authorware只支持txt和rtf格式的文档，所以，在保存录入的文字时一定要以以上的2种格式存储文档。简单图像的处理可以利用windows自带的“画图”软件绘制，复杂的就需要利用专业的绘图软件，如photoshop等。本课件三维动画采用3dmax制作，然后生成avi格式的动画文件以备使用，一共25个，动画长度共计125min。

3.2创建演示文稿

我们一般使用空白幻灯片创建演示文稿。课件的文字内容，以提纲式为主，避免“教材内容搬家”，尽量做到简明扼要、突出重点;文字和背景的颜色搭配合理;一些重点难点内容配用了与内容能紧密结合的动画效果与音响效果。为了迅速进入讲授内容，我们在章节间建立了超级链接;为了有利于课堂分析和讲解，不分页而又要避免在有限的界面空间里图象与文本不能全部展示、使图文脱节，我们就采用为文本添加滚动条或“动画效果”等功能，较好的解决了这个矛盾。这样，改变了课件的直线型播放模式，让课件运行更加流畅，使各知识点、知识要素之间形成网状结构，从而使表现力更加丰富。

3.3使用多种媒体软件

开发“无机非金属材料物理化学”CAI课件主要选用的软件有：多媒体制作工具authorware、绘图软件photoshop、非线性编辑软件premiere、动画制作软件3dmax以及coo13d立体文字及动画处理软件。其中最主要的使用软件为authorware，这是一个结合了处理图像、文本、动画、数字电影和声音等信息的交互式应用程序制作软件，该程序有清晰直观的制作窗口，设计图标工具栏是创作交互式应用程序的一个模块，各种功能按照功能的属性列表分门别类，功能属性一目了然方便提供菜单命令，适合专业的设计人员操作，也适合于入门级的设计人员操作，适用人群覆盖广泛，authorware具有方便快捷、使用难度较低等显著优点。

3.4生成课件并测试完善

当文本、图像、图形、动画等多种数据准备好以后，我们就利用易学易用、组合方便、无需很深编程功底的power-point多媒体创作工具，对各种数据进行编辑、组合、设置动画效果、添加背景音乐，最后制作成多媒体教学课件。课件制作好了之后，我们进行了认真的测试，并对在实际运用过程中发现的一些不足及时修改。

结语

CAI系统可以使用计算机技术运用多媒体应用软件构建无机非金属材料晶体结构和动态的变化过程，改变了传统教学过程中教师采用不具体的模型演示教学模式，有利于学生对无机非金属材料的动態变化清晰地掌握，降低了课程学习难度，使教师顺利地开展教学工作。

参考文献

[1]姜研.基于CAI技术的产品创新设计研究与应用[D].广州：广东工业大学，2018.

[2]刘豫.无机非金属材料物理化学CAI系统的开发研究[J].焦作工学院学报（自然科学版），2019（1）：52-54.

[3]黄玉英.物理化学多媒体CAI系统[J].机械职业教育，2018（8）：3-5.

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