晶体学基础多媒体电子教学课件的应用与展望

2023-11-28 理论教育版权反馈

【摘要】：关键词晶体学基础、三维多媒体、电子辅助教学课件一、研究背景晶体学基础是化学学科最难教学的课程之一，但它是化学学科的血脉和灵魂。因此，我们引导学生运用计算机多媒体技术，制作了精美的晶体学基础三维多媒体电子辅助教学课件，并将其运用到教学中。

晶体学基础多媒体电子教学课件的研发和应用

●(首都师范大学，鲁晓明)

摘　要　本课件基于晶体学基础是化学专业学生必学的基础知识，以FLASH MX为制作平台，引进3D－MAX等多媒体技术，引导学生进行探究式学习，进行了晶体学7大晶系、14种点阵形式以及晶体的对称性等内容的三维多媒体动画制作。通过三维动画，生动直观地展现出7大晶系、14种点阵以及晶体的对称性操作，使晶体学基础知识的教与学达到了前所未有的教学效果。

关键词　晶体学基础、三维多媒体、电子辅助教学课件

一、研究背景

晶体学基础是化学学科最难教学的课程之一，但它是化学学科的血脉和灵魂。它贯穿于化学学科中的无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、结构化学以及量子化学每一分支，覆盖了无机合成、有机合成、结构化学等多个领域。每天都有成千上万的人们在合成新型化合物、培养新晶体、研究晶体结构的千变万化、开发晶体材料的应用潜能。随着新型材料和新型药物以及生物大分子的不断问世，晶体结构在材料学、医药学以及生命科学等研究领域愈来愈显现出重要的作用。然而晶体种类繁多，其空间结构千变万化，很难用语言描述，即使借助制作的结构模型和幻灯、投影等辅助措施，也难收到期望的教学效果。如何把错综复杂的晶体结构活生生地展现在学生的面前和深刻地刻画在学生的脑海里，的确是一门值得研究的学问，也是一个长期困扰结构化学教育工作者的难题。尤其是对于晶体学基础的初学者，如何为其打开学习晶体基础知识的第一扇门，将学生引入晶体结构的殿堂，确实很需要研究。

随着计算机的普及，大量的多媒体技术被应用到教学中。多媒体计算机技术融投影、数字处理、文字、图像、声音于一体，加之二维、三维的动画效果，大大改善了课堂上教师只用语言描述而学生凭想象的传统教学模式，以多媒体的形式、将形象生动的画面深入到学生的感官中，使现代教育技术上了一个新层次。

1981年诺贝尔奖获得者美国的R.W.斯佩理教授在长期的研究中发现:人脑两半球各有其机能优势，语言功能主要定位在左半球，该半球主要负责语言、阅读、书写、数学运算和逻辑推理等；而知觉物体的空间关系、情绪、欣赏音乐和艺术等则定位于右半球。即左半球侧重于抽象思维，右半球主管形象思维。日本心理学家保坂荣之介认为:人脑记忆储存的信息大体上分为形象信息和语言信息，语言信息即抽象信息。而在人们记忆中形象信息量与抽象信息量之比为1 000∶1，也就是说，人脑更易于接受和储存形象信息。日本品川嘉教授也认为:依靠形象思维的记忆比依靠抽象思维的记忆有效100倍。无疑，发挥人脑的生理优势，尽可能运用人脑对形象思维的先天融合性，则是教学中应极力推崇的、也是探究式教学实践应实行的。

许多成功的人都善于利用形象思维。而且很多人认为，成功的科学家和发明家不是利用抽象概念进行思维，而是利用表象即形象进行思维的。日本思维与记忆专家保坂荣之介认为:学会形象思维是学习成功的一个窍门。一旦掌握了这个窍门，就相当于掌握了充分发挥自己良好思维和记忆的方法，其思维与记忆就可以达到所期望的高度甚至超越所预想的高度。

晶体结构形态万千，变化多端，为将计算机运用于晶体结构的三维多媒体动画制作提供了展现平台，也为学生进行形象思维和形象记忆赋予了广阔的空间，同时也为引导学生进行探究式的学习创设了丰厚的土壤。

因此，我们引导学生运用计算机多媒体技术，制作了精美的晶体学基础三维多媒体电子辅助教学课件，并将其运用到教学中。利用人脑对形象空间的先天融合性，使学生轻松而又印象深刻地掌握了晶体学基础知识。

二、课件制作

1.选用的软件以及动画制作

鉴于以FLASH MX为制作平台生成的文件占用空间极小、而且还可以直接生成网页格式并生成网页源代码、易于在网上的交流、具有生动逼真的动画效果等优势，以及在软件素材中经常要用到图片、动画，本课件以FLASH MX为制作平台，综合运用Photoshop6.0、Cool3D、3DMAX、FLASH MX等软件，实现了7大晶系、14种点阵形式以及晶体对称性的三维多媒体电子动画课件的制作。

2.文本动画

为了使整个软件具有统一性和协调性，本课件为文本也设计了动画。利用FLASHMX的特点，运用变形、遮罩、翻转、光影等技术，有的文字运用了由远及近的效果，显示出所授知识的神秘性，引起学生的学习兴趣，激发学生的求知欲望，从而提高学习效率。

3.三维动画(www.chuimin.cn)

为了更好地表现晶体化学部分的立体分子模型，本课件选用了3DMAX软件。3DMAX是制作立体模型的首选，能很好地展现三维立体空间。随着视频技术的发展，文件所占的空间大大缩减了。伴随着Flash MX的功能的提高，在Flash中可以直接导入3D动画视频文件，把错综复杂的晶体结构栩栩如生地展现出来，占据空间很小。例如，在点阵的讲解过程中，以前教师讲解时用大量的图片和模型来给学生做示范，这样既耗费课堂时间又不能给学生清晰的图像和概念。而通过多媒体动画则能使学生一目了然，轻松地掌握知识，图1为从氯化钠晶体的晶胞以及抽取三维点阵的动画面之一。

Flash制作三维动画，常常有失真实，尤其是制备晶体结构。3D动画有逼真的效果，但3D动画占据空间很大，使得电子课件笨重，无论是在网络上还是在教师的课堂教学中均不方便。但若将3D动画的视频文件导入到Flash课件中，则具备了既真实生动又快速轻便的双重功能。

三、课件的使用

课件的使用非常简单，对使用者的技术要求很低，适用性很广，教师和学生都能通过阅读简单的说明来完成使用。

图1　氯化钠晶体的晶胞和抽取三维点阵的动画画面之一

使用者在课件上选择所学章节。图2为“晶体的点阵结构和晶体的性质”的页面示意图，分为两节内容，醒目的小节标题同时起到了按钮的作用，处于下方的菜单栏简洁明了。使用者可以通过点击目录按钮看到首页、一维点阵、二维点阵、三维点阵等快速查阅按钮。

图2　“晶体的点阵结构和晶体的性质”的页面示意图

进入具体章节后图片中菜单栏多出了翻页的两个按钮，以便学生能快速查阅，右下角的黄红色按钮是专门控制软件中的3D动画的，通过它可以实现动画的播放、暂停、前进、后退等动作，从而使学生们从多角度多部位理解晶体的结构。尤其是点阵的抽取，是一个相当抽象的过程，图3为石墨晶体二维点阵的动画演示中的一个画面，图4为石墨的晶体结构和其结构基元抽取过程中的一个画面。通过一系列这样的动画演示，则可以让学生深刻理解晶体结构、点阵、结构基元、点阵点等抽象概念。

图3　石墨晶体的二维点阵抽取示意图

图4　石墨的晶体结构和三维点阵抽取示意图

四、总结

结合人脑对形象思维的先天融合性，利用计算机现代化手段，将晶体学基础中的7大晶系、14种点阵形式以及晶体的对称性操作制成三维多媒体电子课件，运用于晶体学基础这门课程教学实践，能极大地提高教与学的有效性，为学生进一步进行晶体学相关领域的学习与科研奠定厚实的基础。

晶体学基础多媒体电子教学课件的应用与展望

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