化工原理课程设计CAI课件的开发与实践

化工原理课程设计CAI课件的开发与实践岳学海郑建光王晓红赵文周传光（青岛科技大学266042）摘要：立足于科研成果与教学经验相结合，利用多媒体著作工具Flash5.0和程序设计语言BorlandC++4.5，设计开发了化工原理课程设计CAI课件，综合应用图像、演示、声音、文字进行教学，使学生有很强的实物感，界面友好，使用方便。关键词：化工原理,课程设计,CAI,课件中图分类号:TP317文献标识码:A化工原理课程设计是工科大学生综合应用化工原理和有关先修课程所学知识，完成以单元操作为主进行设计的实践环节。通过这一环节使学生掌握化工设计的基本程序和方法，并在查阅技术资料、选用公式和计算方法，用简洁文字、图表表示设计结果及制图等能力方面得到一次基本的工程实践训练。在设计过程中，教师不但要指导学生进行单元操作过程及设备的工艺计算，还要进行设计方案的选择和比较，力求设计结果的技术可行性与经济合理性。通常由于设计过程计算量大，学时有限，学生只能在指导教师的给定条件下进行验证性的设计，设计方案和涉及参数往往依赖于经验，难以进行方案比较和技术经济核算，学生的综合工程设计能力得不到实际训练，化工原理课程设计也无法起到培养工科大学生创新能力、工程素养的作用。为了提高化工原理课程设计的教学质量，切实发挥其工程实践教育的功能，我们开发了一套集理论知识学习与典型单元设计两大功能于一体的化工原理课程设计CAI系统。化工原理课程设计CAI系统是我院承担的全国高等学校教学研究会、全国高等学校教学研究中心21世纪初中国高等教育人才培养体系研究计划立项课题“化工类专业计算机辅助教学课程体系的研究”的一个软件开发子项目，现已达到实用阶段。1.课件开发的工具及环境化工原理课程设计CAI课件主要采用多媒体著作工具Flash5.0和程序设计语言BorlandC++4.5相结合进行制作。根据化工原理课程设计的教学要求及本课件内容的特点，建立如图1所示的开发环境，其中硬件部分要求配置586以上微机，内存不小于32MB。课程设计过程多媒体课件CPU:Pentium133硬盘:2GB以上RAM:32MBSuperVGASoundBlaster多媒体操作系统:中文Window98Flash5.0BorlandC++4.5波形音频文件动画文件图形文件图像文件文字MIDI麦克风SoundRecorderAutoCADSwishPhotoShopPaintBrush扫描仪Office2000AutoCAD从MIDI材料库选取图1课件开发环境框图2.课件的总体结构设计2.1课件的结构设计化工原理课程设计CAI课件的开发由以下两大模块构成：2.1.1学习辅导模块学习辅导模块的教学主题是精馏塔、吸收塔、干燥器等设备单元的内容讲解，设备简述，设计方法、设计步骤、动画录像，在本部分中学生可以了解到课程设计的基本内容及设计有关问题，从而能够迅速、准确地进行设计。本部分综合应用图像、演示、声音、文字进行教学，弥补了传统模式的缺陷，使学生对知识既有感性认识又有理性认识。2.1.2设备设计模块课件是辅助化工原理课程设计环节的教学软件。主要的单元设备选择为精馏塔、吸收塔、干燥器等，并在同一单元设备中选择不同设备类型进行设计，便于学生自由选择。同时对于同一单元同一过程的计算，可能有好几种算法，通过比较选择最佳算法进行设计，以得到最优设计结果。同时，两大模块又根据教学要点不同分为不同的小模块。2.2课件中各内容之间跳转关系的设计1.模块间的跳转关系：每一模块都做成一个可独立演示的小模块，通过一个跳转按钮，教学过程可以在模块之间快速地切换。2.模块中各内容之间的跳转关系：同一模块中，各部分主题之间的跳转关系本着知识点的层次关系和相互联系的原则进行设计。操作起来简便、快速。2.3课件用户界面的设计课件非常注意用户界面的设计，以教师的教为主导，以学生的学习为主体，主要体现在下面几个方面：①设计“导航”按钮，并对屏幕按钮标明功能。②界面采用一致的模式，简洁明了。③知识点突出。④界面之间的切换及按键时，伴随合适的音响效果，提高用户的学习兴趣。2.4课件的功能设计化工原理课程设计的主要任务是设备设计。课件充分利用了计算机多媒体技术，如活动视频、动画、声音、图像等手段，使学生有很强的实物感，能够比较容易地理解和掌握各种各样的化工机械的基本结构、作用原理，各种化工设备的内部结构，气液、液液、气固、液固间的相互作用过程和各种操作状态情况。整个课件突出了交互式的特点和“动”的特征：（1）良好的交互性，通过合理地设计导航目录使学生在使用课件时能在繁多的内容之间自由地选择，但又不迷失方向，对课件各内容之间的层次关系一目了然。（2）良好的集成性，能同时用声音、动画、图形、音乐等多种媒体表达教学内容，给学生提供一个生动、形象的立体化教学环境。（3）课件界面具有美观、和谐、色彩丰富、操作简便。（4）满足学生的参与意识。3.课件的运行环境及安装3.1课件运行环境计算机配置要求：Windows9x、Windows2000及NT等操作系统；586DX/400MHz或更高的处理器；100MB以上的硬盘空间；一个CD-ROM驱动器；MicrosoftWindows支持的VGA或更高分辨率的监视器；64MBofRAMforWindows9x、128MBofRAMforWindows2000；鼠标或其他定点设备。3.2软件的安装运行本软件中备有一个安装程序。只需将化工原理课程设计CAI课件光盘放到光驱里，便会自动运行进入该软件的安装界面。安装完毕后，运行相应位置的Run.exe即可进入本课件的教学系统。然后点击“运行软件”即可进入软件主界面。按照界面导航完成化工原理课程设计计算机辅助教学过程。3.5软件的考核2001年化学工程97级学生使用该软件进行了吸收塔设计：1.设计条件、要求及参数用200C的清水吸收混合气体中的氨，已知混合气中含氨10%（体积），其余为空气。在平均操作压强1.01×105Pa及温度400C下，混合气流量为2000m3/h，吸收剂用为最小用量的1.1倍。氨的回收率为95%.试吸收填料吸收塔（求塔径）。2.计算值与文献值的比较对应量文献值计算值误差（%）惰性气体流量（kmol/h）70.170.10最小吸收剂用量（kmol/h）173.8174.10.17吸收剂用量（kmol/h）191.2191.50.16出口吸收液的浓度0.03870.03860.26气体千摩尔流量（kmol/h）70.570.50塔顶混合气体平均分子量(kg/kmol)28.7728.7750.02塔顶气体的质量流量（kg/h）2028.32027.960.02吸收剂的质量流量（kg/h）3441.63446.670.15液气质量流量比1.71.7000气液密度比0.0011290.0011290泛点气速（m/s）2.312.300.45计算塔径(m)0.750.750圆整后的塔径（m）0.80.80实际操作气速（m/s）1.1061.1050.093.结论通过以上比较可看出，程序计算结果与实际结果相比误差较小，最大误差也不超过1%。因而，可以用该程序计算来辅助手工计算完成课程设计工作。参考文献[]附：1.化工类专业计算机辅助教学课程体系的研究，2000年6月立项2.作者简介赵文，青岛科技大学（原青岛化工学院）化工与制药工程学院院长，博士，教授周传光，青岛科技大学副校长，博士，教授岳学海青岛科技大学教务处教务科科长，讲师王晓红青岛科技大学化工与制药工程学院副教授，硕士郑建光青岛科技大学2001届化学工程专业毕业生，学士