□上媛媛

(鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院 河南 三門(mén)峽 450000)

實(shí)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(yùn)用

□上媛媛

(鄭州大學(xué)物理工程學(xué)院 河南 三門(mén)峽 450000)

《結(jié)構(gòu)與物性-化學(xué)原理應(yīng)用》這門(mén)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(duì)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(dòng)力學(xué)等需要運(yùn)用復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型結(jié)合物理圖像來(lái)模擬計(jì)算。作為一門(mén)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?shí)在在具體物質(zhì)的基本結(jié)構(gòu)與物性。根據(jù)目前的實(shí)驗(yàn)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(guò)程中運(yùn)用實(shí)物模型和圖像配合少量點(diǎn)睛之筆作用的文字說(shuō)明將會(huì)使得學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解更加的深入細(xì)致，這一點(diǎn)在本人實(shí)際的教學(xué)實(shí)例中也得到充分的驗(yàn)證。

結(jié)構(gòu)與物性；實(shí)物模型與圖像；提高理解能力

實(shí)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(shí)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(duì)感性知識(shí)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(qiáng)化思維能力。這是廣大教學(xué)工作者長(zhǎng)期教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出共同的認(rèn)識(shí)，對(duì)學(xué)生空間想象能力的培養(yǎng)在小學(xué)時(shí)已經(jīng)開(kāi)始有意識(shí)的強(qiáng)化，作為本科生經(jīng)過(guò)多年的空間意識(shí)訓(xùn)練已經(jīng)在腦海中形成了對(duì)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(shí)物模型和圖像將會(huì)對(duì)學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)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(shí)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(shí)間變化，用來(lái)展現(xiàn)實(shí)際物質(zhì)在某一特定時(shí)刻的狀態(tài)。雖然不能展現(xiàn)物質(zhì)變化過(guò)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(gè)簡(jiǎn)單的事例來(lái)說(shuō)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(shí)，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(gè)知識(shí)點(diǎn)的時(shí)候，就可以采用圖片加上如下的簡(jiǎn)潔文字說(shuō)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(lái)表示。這樣一個(gè)簡(jiǎn)單的原子就顯示出來(lái)，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(hào)，在外球內(nèi)添加標(biāo)有“-”符號(hào)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(shí)心球體表示原子，原子之間的結(jié)合方位用適當(dāng)長(zhǎng)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(lái)。同樣在講授化學(xué)反應(yīng)的時(shí)候依然可以運(yùn)用這些分子圖片來(lái)表示化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。具有量子效應(yīng)的粒子不同于經(jīng)典粒子，它沒(méi)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(lái)困難，我們無(wú)法向?qū)W生展示電子到底是怎樣運(yùn)動(dòng)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(lái)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(jiǎn)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(yùn)用靜態(tài)圖像表示。諸如此類(lèi)，圖像將特定的知識(shí)點(diǎn)突出放大，而忽略了其他不必要的細(xì)節(jié)，能夠強(qiáng)化對(duì)事物的認(rèn)知。

2 動(dòng)態(tài)物理圖模擬物理化學(xué)過(guò)程

動(dòng)態(tài)圖像是隨時(shí)間變化的圖像，用動(dòng)態(tài)圖像表示物理化學(xué)能夠展現(xiàn)物質(zhì)隨時(shí)間變化的情況?；瘜W(xué)反應(yīng)過(guò)程中化學(xué)鍵斷裂與原子重新結(jié)合，電子在原子能級(jí)的之間的躍遷過(guò)程，分子振動(dòng)，多離子系統(tǒng)熱運(yùn)動(dòng)，分子親水性和疏水性等問(wèn)題都可以用生動(dòng)的動(dòng)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(yùn)用事物模型和圖像理解知識(shí)點(diǎn)的能力，切忌在教學(xué)PPT中僅使用大量文字說(shuō)明來(lái)講解知識(shí)點(diǎn)。多方位呈現(xiàn)靜態(tài)實(shí)物圖作為橫向，動(dòng)態(tài)物理圖像作為縱向，結(jié)合簡(jiǎn)單精煉的文字說(shuō)明為學(xué)生展現(xiàn)一個(gè)放大的，動(dòng)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(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目支持，項(xiàng)目號(hào)：NSFC 51502267。

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