化学多媒体素材制作和应用的常见问题与解决方法

    崔克宇 臧运瑶 姜明熠 宫一舟 曹靖萱

    摘 要：在化学学科的在线课程和微课视频的制作过程中，需要使用较多符号、方程式、实验装置图和物质的三维模型，但是由于多数化学教育工作者的计算机水平普遍有限，导致化学多媒体素材制作和应用的过程中出现了较多问题。文章将主要介绍化学多媒体素材制作和应用过程中的常见问题与解决方法，以提高化学专业在线课程和微课制作的水平，进一步提高教学效果。

    关键词：化学多媒体素材;方程式;实验装置图;三维模型

    中图分类号：G434 ? ? ? ? 文獻标志码：A ? ? ? ? ?文章编号：1673-8454（2019）22-0093-04

    一、引言

    《教育信息化2.0行动计划》明确指出：必须聚焦新时代对人才培养的新需求，强化以能力为先的人才培养理念，将教育信息化作为教育系统性变革的内生变量，支撑引领教育现代化发展，推动教育理念更新、模式变革、体系重构。国家计划到2020年认定1万门国家级和1万门省级一流线上线下精品课程。然而在化学学科的在线课程和微课视频的制作过程中需要使用较多符号、方程式、实验装置和物质的三维模型，但是由于多数化学教育工作者计算机水平有限，导致化学多媒体素材制作和应用的过程中出现了较多问题。

    近年来，本课题组一直致力于化学学科的在线课程和微课视频的建设和开发，并取得了一系列的成果：《教育技术在中学化学教学中的应用》在线开放课程已经于2018年10月正式上线运行[1]，《校地协同、资源共享的中学化学微课资源库建设与应用》获2018年吉林省教学成果三等奖，《无机化学自主学习系统》获2014年吉林省高等学校教育技术成果三等奖，出版《化学多媒体课件的设计、开发与制作》著作一部[2]，承担《基于核心素养培养的高师化学专业在线课程的开发与建设研究》吉林省高等教育教学改革研究课题1项，发表多篇相关研究论文。本文将主要介绍化学多媒体素材制作和应用过程中的常见问题与解决方法（见图1），以提高化学专业在线课程和微课制作的水平，进一步提高教学效果。由于涉及到软件种类较多，将不在这里详细介绍软件的使用方法，使用者可以在《教育技术在中学化学教学中的应用》在线开放课程中交流学习。

    二、化学多媒体素材制作和应用的常见问题与解决方法

    1.Flash动画文件在PowerPoint中不能正常播放

    Flash动画文件因为具有动画功能强、文件体积小和放大不失真等优点被广泛使用。虽然由于安全风险的原因而面临被HTML5取代的风险，但目前还有较多的化学Flash动画资源文件被广泛使用[3]。而PowerPoint作为目前使用最为广泛的软件，但是在操作系统为Win10的环境下，PowerPoint2016中使用shockwave Flash object控件插入swf类型的文件时提示见图2。

    为此使用者可以点击网址：https：//gallery.technet.microsoft.com/scriptcenter/Registry-keys-to-reenable-7cd9f723下载并解压EnableControls.zip文件后，分别双击EnableFlash.reg、EnableShockwave.reg和EnableSilverLight.reg文件将数据导入到注册表后，即可在PowerPoint2016中使用shockwave Flash object控件插入swf类型（Flash动画文件）文件了。

    2.化学方程式使用不规范

    在化学在线课程和微课制作过程中，经常使用数学公式编辑器MathType[4]和ChemDraw[5]来编辑无机和有机方程式，目前在使用过程中经常会出现以下几个问题：

    （1）化学物质的分子式未采用正体

    虽然Microsoft Office中自带了公式编辑器组件，可以编辑一些简单的无机化学方程式，但是由于其版本过低不能编辑复杂的无机方程式，目前普遍使用数学公式编辑器MathType进行无机方程式的编辑。

    按照规定，化学学科中书写化学分子式要使用正体字母，但数学公式编辑器MathType并不是专门为编辑化学方程式而设计的，所以在MathType程序中输入的化学分子式默认效果为斜体。这个错误出现较多，使用者可以在MathType程序中执行“样式＼文本”命令，便可以将选择的斜体化学分子式修改为正体效果。

    （2）化学方程式输出图片的格式选择不恰当

    当数学公式编辑器MathType程序安装完成后，会在PowerPoint程序中出现一个MathType的选项卡，利用此选项卡中的命令可以在PowerPoint中插入具有透明效果的化学方程式。但是MathType程序在其他常见的微课制作软件（如Flash、Camtasia Studio、Focusky等）中并没有相应选项卡。部分使用者通过截图的方式将方程式图片应用到其他程序中，就会出现方程式图片不透明的问题，从而影响微课视频的质量。为此可以在MathType程序中执行“文件 / 保存副本为”命令，将编辑好的化学方程式保存为WMF、EPS、GIF图片格式（见表1）。

    由于GIF类型的图片的清晰度较差，在使用中会出现放大失真的问题。而EPS类型的图片虽然清晰度较高具有放大不失真的特点，但是将EPS图片插入到PowerPoint时需要有Illustrator等软件支持，限制了其应用。而WMF因为具有透明、清晰度高和可以在PowerPoint程序中直接应用的特点，推荐使用者将化学方程式保存为WMF图片格式。另外，虽然Focusky程序当中不能直接插入WMF格式的图片，但是可以将PowerPoint程序中的化学方程式复制粘贴到Focusky程序当中，并且可以保留图片的透明效果。

    （3）将方程式上传到在线课程的过程非常烦琐

    目前化学专业在线开放课程中的测试题在建设时，通常是将化学方程式和符号以图片的形式进行上传，通常一门课程要上传上千张图片，还要调整图片大小等操作。这极大地增加了在线开放课程建设的工作量，也抑制了高校化学教师建设在线开放课程的热情。

    为了解决这个问题，推荐使用超星公司开发的“超星编辑器助手”，经测试发现其不仅可以应用于超星公司在线课程的开发设计，也可以应用到畅课（TronClass）等网络平台。使用者将所需要的公式在Word或PPT中编辑完成以后，执行复制操作，然后只需要切换到超星范雅或畅课（TronClass）等网络平台的在线测试编辑页中，在需要出现该公式的位置点击一下鼠标后，再按下“ctrl+shift+v”的快捷键，就可以将公式以图片的形式加入，从而有效地提高了原有课件素材利用率，并提高了工作效率。

    （4）有机化学符号和方程式输出图片的格式选择不恰当

    使用ChemDraw程序可以方便地编辑有机化学中的各种符号和方程式，同样也会有部分使用者以截图的方式将图片应用到其他程序中，会出现方程式图片不透明的问题。在ChemDraw程序中可以将有机化学符号和方程式输出WMF、SVG和PNG等多种图片格式（具体见表2）。

    虽然在ChemDraw程序中的内容保存为PNG类型的图片时，可以通过设置分辨率来调节图片的清晰度，但是在PowerPoint等程序中插入时仍然会出现失真的现象。而可缩放的矢量图形SVG类型的图片虽然具有放大不失真的特点，但是将SVG图片插入到PowerPoint文件中图片并不透明。而WMF因为具有透明、清晰度高和可以在PowerPoint、万彩动画大师和Focusky程序中直接应用的特点，推荐使用者将化学方程式保存为WMF图片格式。

    3.常用化学实验装置图的绘制水平有限

    绘制准确的化学实验装置图能够明显提高化学微课及多媒体课件的质量，化学实验装置种类多样，结构复杂，但是多数化学教育工作者的绘图能力有限，很难完全掌握Photoshop和Flash等专业绘图软件。使用者可以使用ChemDraw程序中Clipware part1和Clipware part2两个模板，绘制各种有机化学实验中常用实验仪器装置，但是在ChemDraw程序中却不能绘制无机化学等学科常用的化学仪器。

    为了解决这个问题，已经有多款基于Word平台的化学辅助软件。化学金排是其中一个典型的软件。化学金排软件利用Word软件的自动更正功能，可以实现不用反复切换英文大小写、设置上下标，非常方便地输入化学分子式，并且软件还在Word软件中创建了新的化学仪器和化学装置等菜单，可以快速方便地输入常用化学实验装置图。但是由于这两个软件对Word2003以前的版本支持较好，而在Word2010、Word2013 和Word2016等版本中支持较差，目前这两个软件的使用率较低。

    化学教育工作者可以使用亿图图示软件来绘制各种常见的化学仪器和实验装置图[6]，亿图图示软件是一款基于矢量的绘图工具，可以方便地绘制各个专业所需要的各种流程图、组织结构图、软件设计图和思维导图。软件的内置模板种类非常齐全，其中的“科学”模板包含了力学、光学、化学方程式、实验室设备、分子模型、数学、人体器官、细胞和天文学等九个子模板，可以快速绘制物理、化学、生物、数学、地理等理工科的各种图片和实验装置。其中的化学方程式和分子模型两个子模板的功能还不是很完善，只能输入简单的化学方程式和分子模型，并且分子模型都是静态图片而不能旋转，交互性较差。而实验室设备子模板里包含了滴管、烧瓶、坩埚和铁架台等实验仪器，还包含酒精灯火焰、实验现象中的烟、雾、发光和气泡等，并且可以根据需要调节颜色以便满足使用者的不同要求。使用者不仅可以将绘制的图形输出为各种常见类型的图片文件（见表3），同时由于亿图图示中绘制的各种图片都是矢量的，具有放大不失真的优点，所以强烈推荐使用各种类型的矢量图片格式。

    4.常见化学物质三维模型的制作与应用能力较差

    在化学教学的过程中，形象展示常见化学物质的三维模型能明显提高教学效果，目前实际教学过程中往往还使用实物模型，但是其具有不容易保存、观察效果差等缺点。由于多数化学教育工作者计算机水平有限，很难掌握利用3Dmax等软件制作化学物质模型的方法。为此可以借助ChemBio3D和Diamond两个化学专业软件来创建三维模型[7]。

    （1）使用ChemBio3D应用三维模型

    ChemBio3D可以非常方便地创建各种有机物、化合物的三维模型，软件的具体使用方法可以参考相应的资料。在教学中应用三维模型通常有两种方法：

    第1种：制作完三维模型后将文件另存为动画文件avi的格式，但是其设置窗口中只能令模型绕着X、Y或Z轴进行单一的旋转。为此可以在ChemBio3D软件中使用旋转工具沿任意角度旋转，并同时借助Camtasia Studio或万彩录屏大师等软件来录制视频。但是视频文件虽然具有应用范围广的优点，却也具有交互性差的缺点。

    第2种：在PowerPoint程序中可以利用“CS Chem3D Control 12.0”控件加载ChemBio3D软件中c3xml或c3d等类型的文件[8]。此方法具有交互性的优点，使用者可以在PowerPoint程序中根据需要任意旋转、缩放、平移等操作，具有较强的交互性。但是如果将PPT文件更换到其他电脑，则必须安装ChemBio3D软件才能正常显示。

    （2）使用Diamond应用三维模型

    而使用Diamond程序可以创建种类更多的化学物质三维模型，其主要的方法有两种：①利用输入原子坐标参数的方法，可以创建结构比较简单的三维模型，通常以無机物居多，特别是在晶体结构的教学过程中应用效果突出。但是复杂物质的原子坐标参数获取较为困难，这也限制了这种方法的应用。②导入cif文件的方法。目前国际上普遍采用cif类型的文件储存晶体的结构信息，在Diamond程序中导入cif文件以后，可以根据需要绘制物质的三维模型。并且获取cif文件的方法也比较简单，在剑桥晶体学数据中心（https：//www.ccdc.cam.ac.uk/）、晶体学公开数据库（http：//www.crystallography.net/cod/）以及期刊发表的晶体类论文的附件中都可以进行免费下载。

    在Diamond中制作的物质模型应用通常有两种方法：①生成视频文件，借助Diamond程序的视频记录功能或Camtasia Studio等录屏软件可以将模型旋转的过程保存为视频文件，这种方法的应用范围广，几乎所有的微课制作软件都能够支持，但是视频文件的交互性较差。②利用CS Chem3D Control 12.0 控件的方法，使用者可以先将diamdoc（Diamond程序）类型文件另存为mol类型的文件，然后在PowerPoint程序中的“CS Chem3D Control 12.0 控件”加载对应的mol文件即可。这种方法的优点在于使用者可以在PowerPoint文件播放过程中自由地对模型进行旋转、缩放、平移等操作，并能根据自由切换模型的外观（线状、球棍状或空间堆积状、多面体形式等）操作，具有较强的交互性。需要注意的是这个控件只能在PowerPoint程序中使用，而在其他常见的微课制作软件中却无法使用，限制了其应用范围。但是如果为三维模型添加了多面体效果时，不能应用此种方法，只能采用第1种方法。

    三、结束语

    随着信息时代的到来，教育方式正在发生着深刻的变革。由于化学学科中涉及到各种复杂的符号、方程式、实验装置、三维模型等内容，这给化学专业的在线课程和微课的制作过程中带来较大影响，在化学多媒体素材制作和应用过程中出现了较多问题，为此化学教育工作者可以借助化学专业软件来解决这些问题，从而明显提高化学专业在线课程和微课制作的水平，进一步提高教学效果。

    参考文献：

    [1]姜大雨，崔克宇，刘海潮.《教育技术在中学化学教学中的应用》在线开放课程[DB/OL]. http：//coursehome.zhihuishu.com/courseHome/2050358#teachTeam.

    [2]崔克宇，張伟娜，粱明慧.化学多媒体课件的设计、开发与制作[M].北京：中国纺织出版社，2017.

    [3]胡海洋，赵秀华.用ActiveX控件在Microsoft Office PowerPoint 2007中播放并控制.swf格式的Flash动画[J].大庆师范学院学报，2007（5）：26-28.

    [4]李满兰，郭守月.公式编辑器MathType6.6一些常见问题的解决方法[J].赤峰学院学报（自然科学版），2010，26（11）：25-26.

    [5]曾建明，何敬.ChemDraw软件在化学教学中的应用[J].实验教学与仪器，2015，32（1）：44+47.

    [6]盘俊春.绘制图形的好助手：Edraw（亿图图示专家）[J].中国信息技术教育，2015（Z2）：108-109.

    [7]汪海，田文德.实用化学化工计算机软件基础[M].北京：化学工业出版社，2011.

    [8]崔克宇，姜宇，韩旭，等.常见化学物质三维模型制作与应用[J].中国教育技术装备，2018（14）：28-30.

    （编辑：鲁利瑞）