虚拟化学实验室的设计与开发
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作者: 肖芳 陈国军 李云
摘要 以初中化学实验为例，设计和开发基于Flash的虚拟初中化学实验室，并介绍该虚拟实验室的设计思想和结构。虚拟化学实验室不仅丰富了化学实验教学的教学模式和学习方式，也为实践教学的创新提供了新的平台和拓展空间。
关键词 Flash技术；虚拟实验室；初中化学实验
中图分类号：TP391.9文献标识码：B文章编号：1671-489X(2012)15-0104-02
1 问题的提出
传统的化学实验室存在的问题有：1）存在高度危险性，可能产生有害、有毒气体或发生爆炸等；2）实验设备昂贵或不足，资源稀有匮乏；3）受到时间、地域的限制。
目前，用于开发虚拟实验室的各种开发工具和软件在不断地更新和提高。虚拟化学实验室的研究和应用已得到许多研究机构及软件供应商的重视。特别是采用基于Action Script3.0语言开发的VAM平台，具有良好的跨平台特性、灵活的界面控制与高度交互，从而得到广泛应用。
虚拟的化学实验室可提供一个给师生学习、开发、研究、教学和交流的平台，可充分共享化学资源和实验数据。同时它具有高效、易用、开放、灵活、功能强大、性价比高、用户自由选择等优点。它的开发为实验教学带来很多益处，如在一定程度上节省固定实验设备的经费投入；可通过网络发布，突破真实实验在时间和空间的限制；对学生有安全保障；可大大降低污染危害度。当然，虚拟实验室在培养学生动手能力方面仍存在明显缺陷。因此，在实验教学过程中，它可作为一个教学辅助补充手段。
2 虚拟化学实验室的设计构建
虚拟化学实验室属综合型的多媒体教学软件，包括常用化学仪器介绍、虚拟实验室、趣味化学等3个模块。
2.1 常用化学仪器介绍模块
该模块主要引导学生初步认识试管、烧杯、量筒、集气瓶等初中化学中提到的主要仪器和量器的主要用途、使用及注意事项。
2.2 虚拟实验室模块
该模块是整个虚拟化学实验室的一个核心部分，主要包括五大类化学知识点，即化学实验基本操作、氧、氢、碳、其他等。在每大类知识点中，都把演示型实验和操作型实验相结合，并对每个实验都加以详细的描述，尽量使学生能清楚地观察到各个实验直观、形象和生动的现象和步骤，给学生一个强烈的视觉冲击，加深在学生头脑中的印象，并激发学生的学习兴趣，从而达到促进学习、提高学习效率的目的。
2.3 趣味化学模块
趣味化学模块通过生活中的趣味化学现象来激发学生的探索精神，其趣味性和知识性会让更多的学生体会到“寓教于乐，其乐无穷”的目的，使化学作为一门科学更深入人心。
3 虚拟化学实验室的实现技术
3.1 拖动式展开菜单的实现
拖动式展开菜单不同于以往的菜单固定在某一处，在这儿它是可以随意拖动的，需要时可以左键单击展开，不需要时可以缩成一个小小的正方块，对画面起到一个装饰的作用。并且可以根据用户的喜好，任意放置它的位置。
3.2 拖拽动作的交互技术
虚拟化学实验室中元件的随意拖拽效果可以通过“startDrag”和“stopDrag”动作语句来实现。依据需要添加一个交互式的if语句和“hitTestObject”语句来判断，若该元件为实验所需，则在拖动元件进入某特定区域松手时，会自动“吸附”到某个固定的位置；若该元件不为实验所需，则在拖动元件进入某特定区域松手时，会自动“吸附”回原始的位置；若元件未拖动到某特定区域松手后，仍会自动“吸附”回原始位置。
3.3 文本框输入型的交互技术
文本框的输入要用到一个组件“TextInput”。以“氧气的制取”中的“小结测试”为例，本题是一道排序题，用户可通过在各个框中键入相应的字母，并提交答案，来得到反馈。若错误，会出现红框，并提示错误；若正确，会出现绿框，并提示正确。
3.4 加载外部文件技术
通过多场景可以把多个模块合成一个Flash文件，但同样的，它也加大了源文件的大小，使得再次修改源文件时会比较麻烦。所以在此采用加载外部文件技术，化整体为部分，再整合，使得修改文件更为方便。
4 虚拟化学实验室的测评
通过对虚拟化学实验室的反复测试，发现该虚拟化学实验室的界面设计友好、操作简便。利用加载技术使虚拟实验室具有良好的扩展性，但仍存在不足和期待改善之处。例如，内容还不够完善，如“其他”这部分还未完成，缺乏某些操作提示；没有更好的融入声音。可适当添加一些3D效果，使得实验现象更形象生动，让用户从各个方位观察实验。在趣味化学中可以恰当地加入一些游戏，从而更好地激发学生对化学的学习兴趣，使学生通过游戏能更投入地去认识和了解生活中的化学，知道在生活中化学与人息息相关，从而自主地去学习化学。
从目前的发展趋势看，基于Flash的虚拟化学实验室有很大的发展空间，它能更好更快地在基础教育和中等教育地区推广和流行，也能迅速地在网络上进行传播。学生可以通过虚拟化学实验室进行自主学习和训练，解决学生在实验预习和实验复习时的困扰，提高学习效率。它实现了互动式、启发式教学模式，对培养学生的自主学习观念，锻炼学生分析问题、解决问题的能力有极大的促进作用。同时丰富了教学内容，提高了“教”与“学”的效率。
参考文献
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