有机化学虚拟实验室软件的设计与制作.docx
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有机化学虚拟实验室软件的设计与制作
有机化学虚拟实验室软件的设计与制作
摘要
《有机化学实验》虚拟实验室软件，通过运用Flash，依据教学需要，对其进行了页面布局和设计，实现了对八个实验的实验原理、实验步骤、实验演示、问题讨论模块的学习。
学习者能够通过简单的操作就能够反复的学习实验内容。
关键词：
Flash；有机化学实验；软件
ABSTRACT
Basedontheteachingneed,OrganicChemistryExperimentVirtualLabsoftwarewasdesignedbyusingFlashsoftware.OrganicChemistryExperimentVirtualLabsoftwarewascomprisedofeightexperimentswhichcontainedfourmodulessuchasprinciples,experimentalprocedures,experimentaldemonstrationanddiscussionmodule.OrganicChemistryExperimentVirtualLabsoftwarewasmadesomeimprovementsforthepagelayout,anditcouldfurnishlearnersasimpleoperationexperimentforrepeatinglearningcontent..
Keywords：
Flash，OrganicChemistryExperiment，Software
第一章引言
现代信息技术的飞速发展及其在教育教学领域的广泛应用，使教育教学发生了巨大的变化，引发了教育观念、教育方法和教学组织形式等多方面深层次的变革，在教学方式上，形成了基于视听媒体技术的多媒体教学方式，基于计算机多媒体技术的多媒体教学方式以及基于网络的网络教学方式等[1]。
虚拟实验室是一项非常好的教学方法，虚拟实验能快速、方便、简洁，比较真实地模拟整个实验的过程,学生能不受时间和空间限制随时可以操作实验，为学习者提供了比较逼真的实验学习环境，学生能够成为虚拟环境的一名参与者，成为学习的主体，可以极大地调动学生的学习积极性。
然而我校化学专业有机化学实验课程的教学是采用老师边讲授边演示的方式进行的，由于受到课时、学习地点、设备的限制以及采取分组实验的教学方式。
对于课程中很多复杂概念，不容易表达清楚。
同时由于有机化学实验反应时间长，导致学生无法进行多次、及时的实践和复习。
因此，该项目的实验教学效果一直不是特别理想。
有机化学虚拟实验室教学软件可以解决上述问题，充分发挥网络教学软件的优势，改变传统教学中学生被动接受式的学习，有利于发挥学习者的主体作用和加强教师的指导，培养学生的实验能力、信息素养、教育技术技能。
因此设计与制作《有机化学实验》虚拟实验室教学软件有着非常重要的意义。
第二章《有机化学实验》虚拟实验室的系统分析
2.1教学目标分析
学习者通过对《有机化学实验》的学习，其主要目的是使学生得到基本操作和基本技能的全面训练。
配合课堂教学，验证、巩固和加深课堂讲授的基本理论和基本知识。
培养学生观察、分析问题和解决问题的能力，以形成实事求是的科学态度、严谨细致的科学作风和良好的实验工作习惯，为以后进一步的学习、工作和科研打下扎实的基础。
2.2学习者特征分析
本软件的使用者主要定位在大学化学化工学院学生,其年龄在18岁以上,其生理发展已接近成熟或完全成熟,其个体的心理变化开始向形成稳定的个性发展,主要表现为:
自我意识不断发展,智能高度发展,思想和行为充分的表现[2]。
所以他们能够作为一个发展的、独特的和具有独立意义的个体，同时成为学习的主体。
2.3知识内容的分析
《有机化学实验》虚拟实验室是以湖南科技大学化学专业有机化学实验为基础,通过分析与整理，选择了其中比较有代表性的实验。
制作了8个实验项目包含基本操作与合成实验。
每一个实验由实验原理、实验步骤、实验演示和问题讨论等几大块模块构成。
2.4需求分析
能够利用所学习的化学知识来制备、分离、纯化、和鉴定我们所需要的一些简单有机化合物是化学化工学院学生所必须具备的基本素质。
而相应内容需要在实验室中进行学习和实践，重点在于培养学生的动手操作、准确观察现象、以及初步的设计实验的能力。
因此实验条件的好坏，直接影响到实践课程教学质量和效果的好坏。
然而，传统的实验教学由于受时间、地点、空间、课时、实验设备等的限制，在实验教学上不能取得十分理想的效果。
《有机化学实验》虚拟实验室软件，能够模拟一些实验操作过程，使实践教学过程数字化，可以解决传统实验教学中的密度大、不能重复学习等问题，同时也为学习者提供了自主探索学习的空间，弥补实验教学项目中实践教学的不足。
《有机化学实验》虚拟实验室软件应该具有一般多媒体软件的共性，需要具有丰富的表现力和良好的交互性，同时，鉴于虚拟实验室这一教学主题，综合各方面分析也具有其特殊性：
首先，这是一款实践操作性比较强的软件，所以，软件的制作需要体现出这一特性。
再次，这是一款教学软件，应要对每一块学习内容制定学习目标。
最后，鉴于有机化学虚拟实验室这一特殊主题，该软件涵盖了我们化学专业有机化学实验中比较有代表性得八个实验的学习内容，内容编排要丰富而科学。
第三章《有机化学实验》虚拟实验室软件的设计与制作
3.1《有机化学实验》虚拟实验室软件整体结构设计
3.1.1基本构想
为实现教学设计思想，我们对教学软件的整体结构作图3.1所示的构想，将整个教学软件分为主界面模块、实验教学模块二大部分，其中实验教学模块包括五个子模块，其中前面四个模块分别介绍教学内容的四个部分。
点击退出程序模块退出本实验回到主界面。
接下来我们将对其进行介绍。
图3.1课件整体结构设计示意图
3.1.2各模块基本功能介绍
（1）主界面，通过动画、图片、以及整个页面的颜色搭配和布局引起学习者的注意，我们在主界面能看到我们所需要学习的实验，同时我们在每个实验按钮后面加入了声音，这样能吸引学习者的注意力。
点击对应的按钮即可进入实验教学模块进行学习。
（2）实验教学模块，是对实验的具体介绍，主要介绍实验原理、实验步骤、实验演示、问题讨论和退出程序。
在这五个部分中，我们的重点是实验演示部分。
同时我们对整个页面的布局以及颜色的搭配都进行了设计，颜色主要是以蓝色为主，由三个颜色模块组成。
然后在加入了背景音乐。
目的都是为了吸引学习者的注意力，能够从中学到更多的知识。
3.2系统实现的技术基础
为了实现《有机化学实验》虚拟实验室软件的制作，我们需要做一些相关的准备以及技术处理。
主要包括材料收集和后期的制作处理过程，最后我们利用Flash把声音，文字，图片，实验器材材料等内容进行整合。
3.3《有机化学实验》虚拟实验室软件功能模块的设计与制作
笔者对《有机化学实验》虚拟实验室软件的功能模块的设计与制作主要分为两个阶段，第一为软件素材的准备阶段，第二为软件后期的设计与制作阶段。
下面将对其过程进行介绍。
首先先介绍素材的准备阶段：
3.3.1文字材料的收集
根据我们学习的实验主要是在网上收集我们需要的文字材料，通过与我们《有机化学实验》书进行对比，进行适当的修改。
而化学结构式以及化学反应方程式则采用ChemDraw软件进行制作,然后用截图工具进行截图，最后生成Gif，PNG图片文件。
3.3.2图片素材的收集
我们需要的图片主要通过网上下载。
还有一些比较简单的则利用Flash的绘图工具进行绘制。
3.3.3实验演示材料的收集
实验演示这一部分是我们制作课件的重中之重，在这一部分花了大量的时间与精力。
首先是实验素材的收集。
通过浏览各个高校的精品有机化学网络课程，经过与指导老师的不断交流与沟通，最后选定以浙江大学有机化学虚拟实验室中的化学实验仪器为材料来制作实验。
我们收集完我们所需要的材料后，接下来是软件的设计与制作阶段：
3.3.4主界面
《有机化学实验》软件设计的主页面如图3.2所示。
通过打开课件我们可以看到先是由一个简单的动画自动进入主界面。
里面能够看到整个页面的布局简洁，大方。
色彩采用了蓝色的背景图，同时在背景上插入了几张图片。
这些操作都是为了使主界面看起来更加美观。
还可以看到一个导航条，通过点击对应的实验按钮进入我们想要学习的实验进行学习。
图3.2主页面设计
主界面是学习者与教学软件接触的第一个界面,要求自然简洁、生动形象,吸引学生去进一步学习,它不但要包含各个主要模块按扭,而且要在设计上下一定的功夫。
本网络课程的开发主要采用了Flash作为主要的设计与制作工具。
主页采用Flash动画,比较形象生动。
我们首先介绍主页面动画元件的制作过程过程，然后介绍主页面整体的制作过程。
主页面的动画元件的制作过程，比如我们先制作如图3.3的一个图片。
然
图3.3
后插入关键帧，如在第35帧上插入关键帧，旋转图片。
接着创建补间空间动画，在把它制作成影片剪辑。
最后给它设计一个引导层。
就能看到我们主界面打开时看到的动画效果了，他沿着我们指定的轨迹行走最后消失不见。
像主界面中闪光的按钮，还有实验中一些动态的动画等。
差不多都是利用这种方法先制得基本元件，然后通过一定的后期处理来得到我们想要的动画效果。
主页面整体制作[3]的帧和图层如图3.4所示。
图3.4主界面整体帧的制作
但是整个主界面的制作过程远远不止我们所看到的这些帧和图层这么简单，很多帧上都插入的按钮以及影片剪辑。
而每个影片剪辑包含了很多帧，有些帧的设计很复杂。
同时影片剪辑里面还包含了很多的原件以及图层。
原件都多达几百个，图层也有十几层，还涉及到一些脚本语言的编写。
所以要是想作出精美的Flash课件，还是需要一定技术以及花费大量时间的。
3.3.5实验教学模块
实验教学模块是本平台的构建核心。
通过实验课的教学,不仅要使学生掌握一定的基本理论和基本概念,还要逐步培养学生观察、思考、解决问题的能力,培养学生熟练的实验操作技能。
针对有机化学实验课注重基本操作的特点,根据其需要设计制作了集演示与模拟于一体的网络版多媒体课件,灵活运用了文字、声音、图形、动画等手段,具有很强的真实感和表现力,大大提高了学生学习积极性。
根据有机化学实验课程,将实验内容设计拆分成8个基本单元操作,每个基本单元均由实验原理、实验步骤、实验演示、问题讨论构成[4]。
形成了适合化学本科教学的有机化学实验内容体系（组织结构如图3.5）学生进入虚拟实验室后可以通过鼠标的点击完成整个实验的操作,观察到正确的实验安装顺序,并且可以多次重复操作。
通过虚拟实验室,给学生创造出了一个灵活自主的实验环境。
在虚拟实验室中，学生既可以在虚拟实验台上动手操作，又可自主设计实验，有利于培养的操作能力、分析诊断能力、设计能力和创新意识。
在虚拟实验室中，学生更易获得相关的知识，科学的指导和敏捷的反馈。
虚拟实验室是未来实验室建设的发展方向。
图3.5组织结构
实验教学模块的制作过程。
主要包括三方面的制作，第一，实验页面的制作。
第二，实验按钮的制作。
第三，实验教学部分的制作。
实验页面的制作如图3.6所示
图3.6有机化学实验教学页面图
主要是由三个背景图片经过一定的变形、调整、镶嵌而成，然后在其中加以一定的框架，文字文本，元件，按钮。
背景颜色以蓝色为主，文字颜色主要以黄色，和白色为主，然后插入背景音乐。
实验按钮的制作过程，按钮的制作过程。
如图3.7。
我们可以在每个按钮的四个关键帧上插入自己想要的一些效果，如声音效果，字体的颜色，大小变化效果等[5]。
图3.7按钮的制作
同时我们可以在每个按钮上添加ActionScript。
ActionScript是Flash的脚本语言，如图3.8。
正是由于Flash中增加、完善了ActionScript，才能使创造出来的动画具有很强的交互性。
如编辑脚本语言为on（press）{nextFrame（）;}，通过点击按钮，我们跳到下一帧。
如on（press）{gotoAndStop
（2）;}，我们通过点击按钮，跳到指定的第二帧。
图3.8Flash的脚本语言
实验教学部分的制作过程，主要是对实验原理、实验步骤、实验演示、问题讨论的制作过程。
实验原理如图3.9所示，实验步骤如图3.10所示。
图3.9实验原理
图3.10实验步骤
我们在实验原理按钮上设置了脚本语言，我们点击它，跳入到对应的第三帧，里面将出现对应的实验原理内容。
我们只要在对应的帧上修改里面的内容，就能得到我们想要的眼神效果了。
同样的实验步骤，实验演示，问题讨论的制作也是这样。
这里就不一一详细的举例说明的。
实验演示部分的制作过程：
我们以1-苯乙醇的制备实验为例，我们点击实验演示，如图3.11所示，他主要由二部分组成，蒸馏和减压蒸馏。
点击蒸馏和减压蒸馏进入对应的实验操作。
蒸馏如图3.12，减压蒸馏如图3.13。
我们在插入的每一个关键帧上安装对应的实验仪器，具体制作与我们主界面动画元件的制作相类似，在这里就不详细介绍了。
然后我们通过点击实验上面的前进按钮，可以看到实验仪器会一个个的按照我们实验要求的安装顺序一步步安装好，而点击后面的后退按钮。
实验仪器会按照我们安装顺序的逆顺序一个个的拆除掉。
实验操作起来十分简单方便，可以反复的操作。
图3.11实验演示
图3.12蒸馏实验
图3.13减压蒸馏实验
第四章《有机化学实验》虚拟实验软件的特点与不足
《有机化学实验》软件大体上能满足用户需求，通过该软件我们能学习到《有机化学实验》的主要内容。
在实验部分我们能通过简单的按钮操作，可以多次学习实验内容。
但是由于笔者的专业技术问题，有些细节处理的不够完善。
总结起来主要为：
由于专业技术的限制，首先是页面的一些文字、图片没有达到优美。
其次没能很好的发挥Flash强大的动画制作功能，如主页面的动画设计和实验页面的动画设计都只是进行了一些基本的动画处理。
最后，是实验演示部分的处理，只是进行了机械式的实验操作，而没能实现实验操作的连续处理和辅以一定文字的描述。
以上这些部分都是需要改进的部分。
第五章结束语
设计和制作的《有机化学实验》虚拟实验室软件已基本完成，实现了八个实验的实验原理、实验步骤、实验演示、问题讨论部分的学习。
我们通过简单的操作，能随时随地的进行实验部分的反复学习。
但是由于自己专业技术的问题，对于本软件的处理方面，尤其是动画的动态处理，存在着很多的不足之处，实验不能实现连续的实验操作。
但是不可否认的是Flash制作的软件有很多其它软件无法比拟的优势。
参考文献
[1]杨世伟.现代教育技术（第二版）[M].湖南:
湖南教育出版社,2009.
[2]周红春,谢雨萌.“有机化学”网络课程的设计与开发[J].电化教育研究,2003,9:
47-51.
[3]文伟俊.网站创意思维与Flash完美结合[M].北京:
电子工业出版社,2004.
[4]董彦莉,张健.农业院校有机化学实验网络教学平台的开发[J].河北农业大学
学报.2011,13
（2）:
214-222.
[5]潘鲁生.Flash网络动画创意与设计教程[M].北京:
清华大学出版社,2007.
致谢
怀着非常复杂的心情，我的毕业设计终于大功告成。
韶华易逝，蓦然回首，内心夹杂着许多不舍和伤感。
四年的读书生活在这个季节即将划上一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。
四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。
但我始终相信：
天道酬勤，我思故我在。
值此论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师—袁春桃副教授。
从论文的选题，课件的设计以及制作过程，我得到了袁老师悉心的指导和亲切的关怀。
她严肃的科学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。
每次与她交流都能学到很多知识，让人受益匪浅。
在这里还要特别感谢教育信息技术学系的马培锋老师，是你得耐心指导才能给让我的论文顺利完成。
在你身上学到了很多的知识。
我还要感谢大学里给我上过课的所有老师，是你们的谆谆教导让我成长。
再次要感谢化学化工学院所有的领导和辅导员老师，是你们的辛勤工作引领我们走向成功。
最后感谢四年里陪伴我的同学、朋友们，有了他们我的人生才丰富，有了他们我在奋斗的路上才不孤独，谢谢他们。
衷心祝愿我的母校湖南科技大学的明天能更加美好。
谢谢！
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