【導讀】隨著WindowsPhone商店，Appstore，AndroidMarketing三大主要應用市場。陸續(xù)開放教育類別應用下載服務，標志著教育類應用新業(yè)務時代即將到來。觀察化學反應的現(xiàn)象。同時，“化學對對碰”還輔助以化學物品查詢和化學貼士。功能，讓應用變得更加豐富，也更加利于用戶對于化學的學習。實現(xiàn)階段，本文從系統(tǒng)設計的角度，對系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)做了詳細的介紹。個系統(tǒng)層次分明，條理清楚。然后對數(shù)據(jù)持久層，和數(shù)據(jù)庫的設計分別進行描述。主要業(yè)務難點在于化學反應規(guī)則的制定，以及化。學反應動畫演示的設計。最后，本文通過上傳應用后的數(shù)據(jù)及曲線圖證明文中提。出的新化學教育應用的模式具有一定的現(xiàn)實意義。

　　

【正文】 有反應現(xiàn)象，都提供了清晰的圖片或者文案加以區(qū)別，給用戶一定的真實感。 這是一款本地的單機 應用，所以用戶無需聯(lián)網(wǎng) ，只需拿出手機，打開應用，就可以隨時隨地的進行化學學習。 浙江大學碩士學位論文 第 3 章 化學對對碰需求分析與設計 13 應用設計理念 教育模式：閱讀與動手相結(jié)合。應用融合了多種現(xiàn)存的化學教育模式，并進行了改進與豐富。整個應用都圍繞著化學展開，主題簡單明了。同時在文案上也做到清晰，讓用戶看到每一個按鈕都能知道按鈕的作用，會把用戶帶到什么地方。 數(shù)據(jù)完備：教育類軟件的數(shù)據(jù)準確和完備是一個重要的基本點。但是化學物質(zhì)有成千上萬種，那么如果把這些都收錄進來將會是一個巨大的工程。因此，結(jié)合受眾的選定，我們鎖定了中學化學教材，然后手動得把教材中提及的所有化學物品進行整理收錄。同時，結(jié)合百度百科，維基百科這樣的權(quán)威機構(gòu)，保證了數(shù)據(jù)的準確與完備 物品選?。夯瘜W反應分為很多種類，但是，并不是每種反應都有明顯的化學變化，比如大部分的溶液間反應是沒有現(xiàn)象的，而本應用旨在為用戶展示化學反應的現(xiàn)象，所以需要對提供的反應物品進行精心的選擇。為了將沉淀，氣泡，渾濁，變色等現(xiàn)象 都能包括進來，最終選取了碳酸鈣，鈉，鹽酸，硫酸銅，水，鐵絲，硫酸，氫氧化鈣，鐵絲 8 種物質(zhì)，提供給用戶進行選擇和實驗。 應用概要設計 業(yè)務流程 化學對對碰的業(yè)務流程如圖 所示。 浙江大學碩士學位論文 第 3 章 化學對對碰需求分析與設計 14 圖 業(yè)務流程圖 系統(tǒng)設計 雖然應用中存在大量的數(shù)據(jù)，但是并沒有服務器，一切數(shù)據(jù)的處理和調(diào)用都是在本機進行的，這樣設計基于兩種考慮：一、這是一個小項目，采用服務器來處理數(shù)據(jù)代價太大；二、本應用的目的就是希望能學生們能夠隨時隨地的進行化學學習，聯(lián)網(wǎng)流程過于依賴網(wǎng)速而且大大降低了操作的反應速 率，會降低用戶的留存度。 所以，用戶在第一次打開程序后，會初始化本地的數(shù)據(jù)庫，將程序內(nèi)置的數(shù)據(jù)自動存入數(shù)據(jù)庫，這樣，用戶再次使用的時候，數(shù)據(jù)就已經(jīng)在手機上了。 當用戶在進行實驗的時候發(fā)生異常情況導致程序強制關(guān)閉，再次啟動軟件時，應用可以記錄上一次的實驗，用戶可以繼續(xù)實驗。 化學貼士 化學試驗 化學字典 Loading Home 搜索頁面 輸入名稱 詳細信息 動畫播放 停止演示 開始演示 貼士切換 貼士詳細 試驗臺頁面 實驗室 選擇反應物 浙江大學碩士學位論文 第 3 章 化學對對碰需求分析與設計 15 化學實驗室設計 化學實驗是本應用的核心功能，在這里，用戶可以選擇需要的化學物質(zhì)，然后進行實驗，并支持反復操作，對反應現(xiàn)象進行操作。 化學實驗室設計包括兩個部分：實驗物品、試驗臺。 實驗物品 實驗物品頁面以一個大的物品架為背景，包括可以選擇的化學物品，物品名稱顯示區(qū)域， “ GO” 按鈕這三部分組成。用戶只需要點擊所需物品，即可顯示在下方區(qū)域，在選擇完物品之后，點擊 “ GO” ，就跳轉(zhuǎn)到試驗臺。 實驗臺 實驗臺是最終的實驗演示區(qū)域，當用戶選擇的化學物質(zhì)能夠反映且反映現(xiàn)象時，系統(tǒng)會播放整個實驗過程的動畫。如果物質(zhì)不反應或者反應現(xiàn)象不明顯時，則會提示用戶。如圖 為實驗的流程圖： 圖 試驗臺業(yè)務流程圖 化學反應設計 在 中，我們提到了本文選取了 8 中常見的化學物品。本應用中覆蓋了選擇化學物品 判斷是否能夠反應且有反應現(xiàn)象 實驗結(jié)束 提示反應無現(xiàn)象 開始播放動畫 GO 否 是 浙江大學碩士學位論文 第 3 章 化學對對碰需求分析與設計 16 以下 11 種化學反應： （“↑”代表生成物質(zhì)為氣體；“↓”代表生成物質(zhì)為固體沉淀） 碳酸鈣 + 鹽酸 → 二氧化碳 ↑ + 氯化鈣 + 水 碳酸鈣 + 硫酸 → 二氧化碳 ↑ + 硫酸鈣 ↓ + 水 鈉 + 鹽酸 → 氯化鈉 + 氫氣 ↑ 鈉 + 水 → 氫氧化鈉 + 氫氣 ↑ 鈉 + 硫酸 → 硫酸鈉 + 氫氣 ↑ 鹽酸 + 氫氧化鈣 → 氯化鈣 + 水 （無現(xiàn)象） 鹽酸 + 鐵 → 氯化亞鐵 + 氫氣 ↑ （溶液變?yōu)闇\綠色） 硫酸銅 + 氫氧化鈣 → 氫氧化銅 + 硫酸鈣 ↓ 硫酸銅 + 鐵 → 硫酸亞鐵 + 銅 ↓ （溶液由藍色變?yōu)闇\綠色） 硫酸 + 氫氧化鈣 → 硫酸鈣 ↓ + 水 硫酸 + 鐵 → 硫酸亞鐵 + 氫氣 ↑ 結(jié)合上述化學反應方程式，下面對各種不同反應現(xiàn)象的反應的業(yè)務流程做以介紹。 以氫氧化鈣與鹽酸的反應為例，這類反應為反應無現(xiàn)象反應，業(yè)務流程圖如圖 所示： 圖 無現(xiàn)象反應業(yè)務流程圖 選擇鹽酸、氫氧化鈣 開始動畫展示 系統(tǒng)提示：“啊哦。反應不明顯” 實驗結(jié)束 浙江大學碩士學位論文 第 3 章 化學對對碰需求分析與設計 17 以鈉和水反應為例，這類反應是反應產(chǎn)生氣泡的反應，業(yè)務流程圖如圖 所示： 圖 產(chǎn)生氣泡反應業(yè)務流程圖 以硫酸和氫氧化鈣 的反應為例，這類反應是反應產(chǎn)生沉淀的反應，業(yè)務流程圖如圖 所示： 選擇鈉、水 開始動畫展示 系統(tǒng)根據(jù)輸入和反應規(guī)則判斷輸出 輸出是氣體，所以調(diào)用氣泡圖片 播放反應的氣泡效果 動畫結(jié)束 重復播放 浙江大學碩士學位論文 第 3 章 化學對對碰需求分析與設計 18 圖 產(chǎn)生沉淀反應業(yè)務流程圖 以硫酸銅和鐵的反應為例，這類反應是反應后出現(xiàn)變色的反應，業(yè)務流程圖如圖 所示： 選擇硫酸、氫氧化鈣 開始動畫展示 系統(tǒng)根據(jù)輸入和反應規(guī)則判斷輸出 輸出是沉淀，所以調(diào)用沉淀圖片 播放反應的固體沉淀效果 動畫結(jié)束 重復播放 浙江大學碩士學位論文 第 3 章 化學對對碰需求分析與設計 19 圖 發(fā)生變色反應業(yè)務流程圖 界面設計 界面結(jié)構(gòu) 應用主要由五個界面構(gòu)成，分別是主菜單界面、字典界面、 物品選擇 界面、實驗 臺界面、貼士界面 菜單界面設計 菜單界面比較簡單 ，由背景元素和三個按鈕構(gòu)成，本應用為豎屏操作，所以按鈕使用縱向排列的方式。 選擇硫酸銅、鐵 開始動畫展示 系統(tǒng)根據(jù)輸入和反應規(guī)則判斷輸出 輸出是變色，沉淀，調(diào)用相應圖片 播放反應的變色效果 動畫結(jié)束 重復播放 浙江大學碩士學位論文 第 3 章 化學對對碰需求分析與設計 20 字典界面設計 字典功能主要為用戶提供了 化學物品查找的服務。這一頁面為用戶提供了一個文本輸入框，用戶只需要點擊輸入框就會彈出鍵盤，在輸入完成后，界面就會跳轉(zhuǎn)到物品信息展示頁面。由于數(shù)據(jù)是存在本地的，所以整個過程避免了卡機的情況。字典界面如圖 所示。 圖 化學字典 界面 物品選擇界面設計 實驗室界面，即 實驗物品選擇界面，包括兩個視圖，一個是物品的選擇，一個是物品的顯示。選擇所需物品后，會對應的顯示在顯示區(qū)域中。如圖 所示。 浙江大學碩士學位論文 第 3 章 化學對對碰需求分析與設計 21 圖 化學物品選擇 界面 實驗臺界面設計 實驗臺 界面就是化學反應動畫演示的界面。這一頁面主要包括了兩個 BUTTON控件，用來控制反應動畫的播放。從用戶的角度講，用戶可以隨時停止實驗動畫的播放，也可以無限次的重復播放當前的反應。如圖 所示。 圖 實驗臺界面 浙江大學碩士學位論文 第 3 章 化學對對碰需求分析與設計 22 貼士界面設計 化學 貼士的界面 比較簡單，進入功能后，直接為用戶隨機展示化學貼士，用戶點擊右下角按鈕即可切換下一則。 本章小結(jié) 本章 主要闡述化學對對碰的需求分析和概要設計，對化學實驗室設計，反應設計以及五個主要的界面進行了功能性的描述。 浙江大學碩士學位論文 第 4 章 化學對對碰系統(tǒng)設計 23 第 4章 化學對對碰系統(tǒng)設計 項目的框架設計 本應用 采用了兩層結(jié)構(gòu)的設計，即表現(xiàn)層，數(shù)據(jù)持久層。表現(xiàn)層主要包含了表示代碼、用戶交互 GUI、數(shù)據(jù)驗證。該層向用戶提供了 GUI 交互，它允許用戶在顯示系統(tǒng)中輸入和查詢數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)持久層包含了數(shù)據(jù)處理代碼和數(shù)據(jù)存儲代碼。該層主要包括數(shù)據(jù)存儲服務，負責與數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)之間的通信。如圖 為本應用的整體框架設計： 圖 應用的框架設計 表現(xiàn)層模式設計 表現(xiàn)層使用了 MVC（ ModelViewController）這一經(jīng)典軟件設計模式。采用這種設計模式后，軟件系統(tǒng)在可擴展性 和可復用性方面得到極大提高，在資源分配策略設計合理運用的同時，軟件的性能指標得到提升，系統(tǒng)的安全性也得到改善。 根據(jù)前面章節(jié)對于應用的需求分析和設計，本應用的框架設計如圖 所示： 數(shù)據(jù)庫 表示層 表示代碼 用戶交互 GUI 驗證數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)持久層 數(shù)據(jù)處理代碼 數(shù)據(jù)存儲代碼 浙江大學碩士學位論文 第 4 章 化學對對碰系統(tǒng)設計 24 圖 化學對對碰框架圖 視圖 是用戶看到并與之交互的界面 ，用于界面的展現(xiàn) 。視圖向用戶顯示相關(guān)的數(shù)據(jù)，并能接收用戶的輸入數(shù)據(jù)，但是它并不進行任何實際的業(yè)務處理。視圖可以向模型查詢業(yè)務狀態(tài)，但不能改變模型。視圖還能接受模型發(fā)出的數(shù)據(jù)更新事件，從而對用戶界面進行同步更新。 在本應用中，視圖層主要包括 6 個頁面的XML 文件。 模型是應用程序的主體部分。 模型代表了業(yè)務數(shù)據(jù)和 業(yè)務邏輯 ； 當數(shù)據(jù)發(fā)生改變時，它要負責通知視圖部分；一個模型能為多個視圖提供數(shù)據(jù)。由于同一個模型可以被多個視圖重用，所以提高了應用的可重用性。 在本應用由 包中的兩個類實現(xiàn)。 控制器 用于 邏輯處理、控制實體數(shù)據(jù)在視圖上展示、調(diào)用模型處理業(yè)務請求。當用戶單擊 屏幕中的 按鈕來發(fā)送 數(shù)據(jù)請求時 ，控制器接收請求并調(diào)用相應的模型組件去 處理請求，然后調(diào)用相應的視圖來顯示模型返回的數(shù)據(jù)。 在本應用中，由6 個 activity 類擔任控制器的角色。 視圖設計 本應用的視圖 由 res/目錄中的 XML 文件來實現(xiàn)。 Android 很好地將顯示層抽離，并放入 res/目錄中以 XML 的形式體現(xiàn)。雖然對于控件屬性修改可以通過代碼完成，但還是推薦將控件的屬性在 XML 中設置為佳，遇到動態(tài)修改的內(nèi)容再采用硬編碼的方式。這樣增加了程序的可讀性，也有利于軟件后期的維護。 在用戶請求 Controllor 接受用戶的請求 選擇合適的 View Model 數(shù)據(jù)存取 數(shù)據(jù)管理 View 用戶界面信息 交互用戶 請求 Model 選擇 View 業(yè)務處理 查詢 浙江大學碩士學位論文 第 4 章 化學對對碰系統(tǒng)設計 25 化學對對碰應用程序中就采用了在 XML 文件中定義 UI 結(jié)構(gòu)。表 列出了本應用中用到的 XML 文件以 及作用。 表 本應用中視圖 XML 列表 名稱 用途 drawable 存放需要使用的物 品文件 存放應用的布局文件 存放常量 在 XML 中定義 UI 和創(chuàng)建一個普通的 HTML 文檔非常相似，使用 XML 設計屏幕顯示的特點如下： 1. Android 定義了大量的自定義元素，各自代表了特定的 Android 顯示子類。 HTML 文檔一樣，通過保存在應用 res/layout/目錄下的 XML 文件中一系列的嵌套標簽來設計你的屏幕顯示。 3. 每個文檔描述一個 這個元素既可以是一個簡單的顯示元素，也可以是一個在子節(jié)點中包含了一個結(jié)合的版面設計的元素，當 Android編譯應用程序時，他將每個文件都編譯進 Android 系統(tǒng)?？梢栽诖a()實現(xiàn)中通過調(diào)用 setContentView（ ）方法加載顯示資源。 屏幕元素的層次結(jié)構(gòu) 1. View 一個 View 是 基礎類的一個對象，它是一個有屏幕上特定一個矩形內(nèi)布局和內(nèi)容屬性的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。一個 View 對象處理測量和布局，繪圖，焦點變換，滾動條，還有屏幕區(qū)域自己表現(xiàn)的按鍵和手勢。 View 類作為一個基類為 widget（窗體部件）服務， widget 是一組用于繪制交互屏幕元素的完全實現(xiàn)子類。 Widget 處理它們自己的測距和繪圖，所以可以更快速地用他們?nèi)?gòu)建應用的 UI。 Android 已經(jīng)為我們提供了一系列的標準 UI 控件供我們直接使用，同時，我們也可以通過繼承于 View 類或 View 的子類，來 實現(xiàn)浙江大學碩士學位論文 第 4 章 化學對對碰系統(tǒng)設計 26 我們自定義的 UI 控件。要定制我們自己的 UI 控件，需要重載 View 類中的一些方法， 表 列出 View 提供出來的，供重載的方法，這些方法不必都要重載，但至少要實現(xiàn) onDraw()方法。 表 View 提供可供重載的方法 類別 方法 描述 Creation C