實物模型及圖像在《結(jié)構(gòu)與物性-化學(xué)原理的應(yīng)用》教學(xué)中的運用

□上媛媛

(鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院 河南 三門峽 450000)

實物模型及圖像在《結(jié)構(gòu)與物性-化學(xué)原理的應(yīng)用》教學(xué)中的運用

□上媛媛

(鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院 河南 三門峽 450000)

《結(jié)構(gòu)與物性-化學(xué)原理應(yīng)用》這門課程主要研究自然界中各種原子，分子，團(tuán)簇，晶體等物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)，及結(jié)構(gòu)和對物理化學(xué)性質(zhì)的影響。不同于數(shù)學(xué)原理的抽象，也不同于物理學(xué)其他課程如量子力學(xué)，電動力學(xué)等需要運用復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型結(jié)合物理圖像來模擬計算。作為一門連接微觀物質(zhì)世界和宏觀物質(zhì)世界的科學(xué)，它研究介觀和微觀領(lǐng)域?qū)崒嵲谠诰唧w物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)與物性。根據(jù)目前的實驗技術(shù)手段，微觀物質(zhì)已經(jīng)能夠直接觀察到，因此，在教學(xué)過程中運用實物模型和圖像配合少量點睛之筆作用的文字說明將會使得學(xué)生對知識點的理解更加的深入細(xì)致，這一點在本人實際的教學(xué)實例中也得到充分的驗證。

結(jié)構(gòu)與物性；實物模型與圖像；提高理解能力

實物、模型、圖表等具體而形象的教學(xué)工具為學(xué)生理解抽象知識面提供了直觀手段。教學(xué)中合理使用直觀教學(xué)工具，可以提高學(xué)習(xí)興趣，加深對感性知識的理解，克服學(xué)習(xí)中遇到的困難，幫助學(xué)生形成明確清晰的認(rèn)知，強化思維能力。這是廣大教學(xué)工作者長期教學(xué)經(jīng)驗總結(jié)出共同的認(rèn)識，對學(xué)生空間想象能力的培養(yǎng)在小學(xué)時已經(jīng)開始有意識的強化，作為本科生經(jīng)過多年的空間意識訓(xùn)練已經(jīng)在腦海中形成了對空間的想象圖像。因此在結(jié)構(gòu)與物性教學(xué)材料中使用實物模型和圖像將會對學(xué)生對知識點全面、清晰、牢固的領(lǐng)悟起到錦上添花作用。PPT教學(xué)廣泛普及，也為圖片教學(xué)提供了可能性。

1 靜態(tài)實物圖，多方位呈現(xiàn)物質(zhì)組成與結(jié)構(gòu)

靜態(tài)圖片不隨時間變化，用來展現(xiàn)實際物質(zhì)在某一特定時刻的狀態(tài)。雖然不能展現(xiàn)物質(zhì)變化過程，但是它仍然是一種表示物質(zhì)曾經(jīng)存在形式的重要手段，使用靜態(tài)圖能夠直觀的表示物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)等信息。下面以幾個簡單的事例來說明，原子作為組成物質(zhì)的基本粒子在中學(xué)化學(xué)的教學(xué)課程，作為回顧知識，原子作為化學(xué)變化中的最小粒子，是由原子核和環(huán)繞在核外部的電子組成，電子帶負(fù)電繞原子核高速旋轉(zhuǎn)，原子核是由帶正電的質(zhì)子和不帶電的中子組成。在講授這個知識點的時候，就可以采用圖片加上如下的簡潔文字說明“原子=電子（負(fù)電）+原子核（質(zhì)子+中子（正電））”。圖片中采用兩種顏色半徑接近的小球體分別作為質(zhì)子和和中子，兩種球體混合緊湊的靠在一起形成原子核，外圍的電子用另一種顏色直徑大的多的球體來表示。這樣一個簡單的原子就顯示出來，為了展現(xiàn)更細(xì)節(jié)的信息，賦予這些球體質(zhì)感，在質(zhì)子球體上添加“+”符號，在外球內(nèi)添加標(biāo)有“-”符號的環(huán)繞的電子軌道。分子作為保持物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的最小粒子，它由原子組成。分子結(jié)構(gòu)可以用實心球體表示原子，原子之間的結(jié)合方位用適當(dāng)長度和粗細(xì)的棒表示。用這種方法可以將自然界中所有分子表示出來。同樣在講授化學(xué)反應(yīng)的時候依然可以運用這些分子圖片來表示化學(xué)反應(yīng)過程。具有量子效應(yīng)的粒子不同于經(jīng)典粒子，它沒有確定軌道，我們只能給出它處于某一位置的幾率，這就為教學(xué)帶來困難，我們無法向?qū)W生展示電子到底是怎樣運動的。電子云能形象表示出電子處于某一位置的幾率，這為波函數(shù)和軌道圖像表示電子行為帶來便利，豐富的s軌道，2px軌道，3dx軌道電子云分布圖像，使抽象的量子為題變得簡單易懂。晶體的結(jié)合方式，晶體結(jié)構(gòu)，群理論等都可以運用靜態(tài)圖像表示。諸如此類，圖像將特定的知識點突出放大，而忽略了其他不必要的細(xì)節(jié)，能夠強化對事物的認(rèn)知。

2 動態(tài)物理圖模擬物理化學(xué)過程

動態(tài)圖像是隨時間變化的圖像，用動態(tài)圖像表示物理化學(xué)能夠展現(xiàn)物質(zhì)隨時間變化的情況?；瘜W(xué)反應(yīng)過程中化學(xué)鍵斷裂與原子重新結(jié)合，電子在原子能級的之間的躍遷過程，分子振動，多離子系統(tǒng)熱運動，分子親水性和疏水性等問題都可以用生動的動態(tài)圖像展示。

在《結(jié)構(gòu)與物性》教學(xué)中應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生運用事物模型和圖像理解知識點的能力，切忌在教學(xué)PPT中僅使用大量文字說明來講解知識點。多方位呈現(xiàn)靜態(tài)實物圖作為橫向，動態(tài)物理圖像作為縱向，結(jié)合簡單精煉的文字說明為學(xué)生展現(xiàn)一個放大的，動靜態(tài)結(jié)合的微觀界觀物質(zhì)世界。

[1]周公度.結(jié)構(gòu)與物性-化學(xué)原理的應(yīng)用[M].高等教育出版社,2009.

[2]細(xì)矢治夫,丸山有成.結(jié)構(gòu)與物性[M].上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,1979.

1004-7026（2016）18-0091-01

G642.0

A

DOI：10.16675/j.cnki.cn14-1065/f.2016.18.070

課題基金：國家自然科學(xué)基金項目支持，項目號：NSFC 51502267。

上媛媛（1984，11-），女，漢族，籍貫：河南三門峽，學(xué)歷：博士，職稱：講師，研究方向：納米科學(xué)與技術(shù)。