鄭會勤

(河南財(cái)政金融學(xué)院 環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)院，河南 鄭州 450046)

0 引言

信息技術(shù)的飛速發(fā)展對教育行業(yè)產(chǎn)生了巨大的影響，教育部發(fā)布的《教育信息化十年發(fā)展規(guī)劃(2011—2020)》指出“教育信息化的發(fā)展要以教育理念創(chuàng)新為先導(dǎo)，以優(yōu)質(zhì)教育資源和信息化學(xué)習(xí)環(huán)境建設(shè)為基礎(chǔ)，以學(xué)習(xí)方式與教育模式創(chuàng)新為核心”[1]。當(dāng)前的教學(xué)模式已逐步由傳統(tǒng)的板書教學(xué)轉(zhuǎn)變成利用多種現(xiàn)代教育技術(shù)輔助教學(xué)，教師由教學(xué)的“主體”轉(zhuǎn)變?yōu)榻虒W(xué)活動(dòng)的“策劃者”和“組織者”，需要挖掘教材中蘊(yùn)含的創(chuàng)造性因素，創(chuàng)設(shè)富于變化的學(xué)習(xí)情境，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)其進(jìn)行問題探究。在眾多的現(xiàn)代教育技術(shù)中，F(xiàn)lash技術(shù)是一種重要的多媒體技術(shù)， Flash動(dòng)畫以生動(dòng)逼真的模擬效果，在課件制作方面深受教師的喜愛，能夠有效地配合課堂教學(xué)，比較適合現(xiàn)代教學(xué)模式，可提高教師的現(xiàn)代教育技術(shù)水平，也能促進(jìn)教學(xué)情景發(fā)展，增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，滿足學(xué)生自主學(xué)習(xí)的需求[2]，符合多媒體時(shí)代學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)。

高中化學(xué)中“原子結(jié)構(gòu)”及“晶體結(jié)構(gòu)”這兩個(gè)知識點(diǎn)比較抽象，是教學(xué)中的難點(diǎn)，如采用傳統(tǒng)的板書教學(xué)，很難將這些復(fù)雜的結(jié)構(gòu)清晰地呈現(xiàn)出來，后來的模型教學(xué)也因受空間場地的限制逐漸被淘汰，現(xiàn)在采用較多的是PPT教學(xué)，但PPT上展示的圖片多為靜態(tài)的，雖然看起來比較立體，仍無法很直觀形象地觀察到諸如雜化過程這一動(dòng)態(tài)過程，也無法從各個(gè)角度觀察復(fù)雜晶體的立體結(jié)構(gòu)，利用Flash CS6軟件可將晶體的三維空間構(gòu)型畫出，并可任意角度旋轉(zhuǎn)，使內(nèi)容更加簡潔易懂[3]。本文通過實(shí)例說明Flash技術(shù)在高中化學(xué)教學(xué)中的具體應(yīng)用，以期獲得較好的教學(xué)效果。

1 Flash技術(shù)在高中化學(xué)教學(xué)中的運(yùn)用

Flash動(dòng)畫技術(shù)是隨著Flash軟件的開發(fā)而生成，從最初的圖像移動(dòng)、圖像的縮放到如今廣泛運(yùn)用到電視熒幕與游戲軟件之中[4]。隨著多媒體教室的普及，F(xiàn)lash動(dòng)畫技術(shù)也逐步出現(xiàn)在課堂教學(xué)中，以彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足[5]。Flash動(dòng)畫大致可分為5種類型[6]，如圖1所示。

本文所用的軟件為Flash CS6，制作的Flash動(dòng)畫為逐幀動(dòng)畫。

1.1 Flash技術(shù)在原子結(jié)構(gòu)教學(xué)中的運(yùn)用

原子是組成物質(zhì)的最小結(jié)構(gòu)單元，但不是最小微粒，原子是由原子核和核外電子構(gòu)成，電子繞原子核進(jìn)行無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行原子結(jié)構(gòu)這部分內(nèi)容的教學(xué)時(shí)，傳統(tǒng)的板書教學(xué)或PPT教學(xué)無法從微觀角度對原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行展示，學(xué)生不能直觀地了解原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和核外電子的運(yùn)動(dòng)情況，此時(shí)可借助Flash動(dòng)畫將電子繞原子核的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)直觀地演示出來。圖2是單電子原子H原子的微觀結(jié)構(gòu)及其電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的Flash截圖，在動(dòng)畫演示時(shí)，可以讓學(xué)生清晰直觀地觀察到氫原子是由原子核和一個(gè)核外電子組成，且電子在圍繞原子核做無規(guī)則運(yùn)動(dòng)。

圖1 Flash動(dòng)畫類型Fig.1 Types of Flash animation

利用Flash CS6對多電子原子的微觀結(jié)構(gòu)及其核外電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行模擬時(shí)，情況稍顯復(fù)雜?，F(xiàn)以3個(gè)電子的硼原子為例進(jìn)行說明：首先打開Flash CS6軟件，進(jìn)入Flash CS6的界面后，利用屬性將Flash CS6的舞臺調(diào)節(jié)至大小為650×450像素；再用文本工具輸入“硼原子結(jié)構(gòu)”，用繪圖工具中的橢圓工具畫出硼原子核與核外電子，將其顏色分別改為藍(lán)色與紅色，利用工具欄中的顏料桶將硼原子核亮光提高，以增加其立體感；最后進(jìn)行Flash動(dòng)畫設(shè)置，這一步最為關(guān)鍵，為便于設(shè)置動(dòng)畫時(shí)間幀，一定要將原子核與核外電子分設(shè)在兩個(gè)圖層，這樣才可使動(dòng)畫效果更好，做出的成像效果如圖3所示，當(dāng)播放該Flash動(dòng)畫時(shí)，可以清晰直觀地看到硼原子是由原子核和3個(gè)核外電子組成，這3個(gè)電子分別占據(jù)在兩個(gè)不同的亞層，并繞硼原子核做無規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。

圖2 H原子微觀結(jié)構(gòu)的Flash動(dòng)畫截圖Fig.2 Flash animation screenshot of H atom microstructure

圖3 硼原子微觀結(jié)構(gòu)的Flash動(dòng)畫截圖Fig.3 Flash animation screenshot of B atom microstructure

在教學(xué)過程中，插播該Flash動(dòng)畫，能使微觀結(jié)構(gòu)可視化，可以讓學(xué)生更直觀地觀察并掌握原子的構(gòu)成和核外電子的運(yùn)動(dòng)情況，使抽象的教學(xué)內(nèi)容變得直觀易懂，有助于學(xué)生理解物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)其學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的想象力和創(chuàng)新學(xué)習(xí)能力[7-8]。

1.2 Flash軟件在晶體結(jié)構(gòu)教學(xué)中的應(yīng)用

晶體結(jié)構(gòu)部分內(nèi)容涉及大量物質(zhì)的立體結(jié)構(gòu)，常規(guī)的板書教學(xué)只能在二維平面內(nèi)畫圖，即使畫出的是立體圖形也很難將這些立體結(jié)構(gòu)從各個(gè)角度清晰地展示。利用Flash軟件可以構(gòu)建復(fù)雜晶體的三維空間結(jié)構(gòu)，又因?yàn)樵贔lash CS6軟件中，上述晶胞結(jié)構(gòu)都是可以旋轉(zhuǎn)的，可讓學(xué)生從不同角度觀察晶體的三維結(jié)構(gòu)，還可以進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析，從而強(qiáng)化學(xué)生對晶體結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。

1.2.1 構(gòu)建并展示復(fù)雜晶體的三維空間結(jié)構(gòu)

復(fù)雜晶體的三維空間結(jié)構(gòu)按以下步驟進(jìn)行構(gòu)建：首先打開Flash CS6工作界面，出現(xiàn)如圖4(a)的頁面，然后點(diǎn)擊ActionScript 3.0，進(jìn)入如圖4(b)所示的頁面，點(diǎn)擊文件新建，并設(shè)置場景寬800像素，高2 600像素，如圖4(c)所示；隨后關(guān)閉其他的所有選項(xiàng)，使工作界面中只留下工具欄。以下以ZnS晶體為例，說明用Flash軟件構(gòu)建離子晶體的具體步驟，并分別繪制出兩種晶胞的立體結(jié)構(gòu)。

圖4 Flash CS6的界面Fig.4 The interfaces of Flash CS6

在Flash CS6軟件的工作界面上繪制如圖5所示的六方體以及Zn2+和S2-的圖標(biāo)，然后同時(shí)按住Ctrl鍵和Shift鍵，分別復(fù)制并移動(dòng)Zn2+和S2-，即可繪制出六方型ZnS晶胞，如圖5(a)所示。

圖5 六方型ZnS晶胞和立方ZnS晶胞Fig.5 Hexagonal ZnS unit cell and cubic ZnS unit cell

從晶胞圖可以看出，六方硫化鋅的堆積方式采用了AbBa型堆積方式(小寫字母表示嵌入四面體空隙)，它的重復(fù)單元有4層，相對于六方晶系來說，這種晶胞就是最小的。按照同樣的程序可以構(gòu)建立方硫化鋅晶胞，如圖5(b)所示，每個(gè)晶胞含有4個(gè)S2-和4個(gè)Zn2+；每個(gè)Zn2+被4個(gè)S2-等距緊密包圍，每個(gè)S2-也被4個(gè)Zn2+等距緊密包圍；Zn2+和S2-的配位數(shù)都是4。S2-離子有兩種不同的密堆積方式(A1型和A3型)，使得同一種物質(zhì)有兩種不同的晶胞結(jié)構(gòu)，由圖5可知，硫化鋅晶體的兩種堆積方式的正、負(fù)離子的配位數(shù)均為4，如果S2-采取A1型堆積方式，且正離子的配位數(shù)等于4，那么產(chǎn)生的晶體結(jié)構(gòu)類型就是立方ZnS型結(jié)構(gòu)；如果S2-采取A3型堆積方式，且正離子的配位數(shù)等于4，則產(chǎn)生的晶體結(jié)構(gòu)就是六方ZnS型結(jié)構(gòu)。

1.2.2 晶體結(jié)構(gòu)的分析

利用Flash CS6軟件不僅可進(jìn)行晶胞構(gòu)建，也可方便地進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)的分析。下面以一道全國化學(xué)競賽題為例進(jìn)行說明。題目如下：理想的宏觀單一晶體呈規(guī)則的多面體外形，多面體的面叫晶面，今有一枚 MgO單晶如圖6所示，它有 6個(gè)八角形晶面和8個(gè)正三角形晶面，宏觀晶體的晶面是與微觀晶胞中一定取向的截面對應(yīng)的。已知 MgO的晶體結(jié)構(gòu)屬NaCl型，它的單晶的八角形面對應(yīng)于它的晶胞的面，請指出排列在正三角形晶面上的原子(或離子)(用元素符號表示原子，至少畫出 6 個(gè)原子(或離子)，并用直線把這些原子連起，以顯示它們的幾何關(guān)系)。

解析如下：本題主要考察MgO晶胞中各離子的分布情況，題中已知MgO的晶體結(jié)構(gòu)屬于NaCl型離子

圖7 利用Flash CS6繪制圖形解題Fig.7 Solving questions with Flash CS6

晶體，因此只要知道NaCl的晶體結(jié)構(gòu)，以Mg2+取代Na+，O2-取代Cl-，即可構(gòu)建出MgO的晶胞了；又知MgO為NaCl型晶體，其晶胞的頂點(diǎn)和面心是同一個(gè)離子，所以本題中的MgO單晶面上的離子也是同一個(gè)離子，可以是Mg2+或O2-，利用Flash CS6軟件繪制出MgO晶胞圖，如圖7(a)所示。

在其晶體中切出一個(gè)正三角形的截面ΔABC，如圖7(b)所示，但是ΔABC只包含三個(gè)離子，明顯不符合6個(gè)離子的條件，因此在晶胞中再切另外一個(gè)較大的三角形ΔA1B1C1，該三角形即為題意所求排在正三角形晶面上離子數(shù)的最小的解；由圖7(c) MgO晶胞中Mg2+和O2-的位置關(guān)系可知，距離O2-最近的O2-有6個(gè)，同理，距離Mg2+最近的Mg2+也有6個(gè)，并且每一個(gè)節(jié)點(diǎn)上只有一個(gè)離子，且為同一類型的離子，宏觀晶體其實(shí)是由無數(shù)個(gè)微觀晶胞按照某一規(guī)律在空間中組合而成的。除了本題所涉及的問題外，還可以根據(jù)Flash繪制的圖形，分析MgO晶胞中含Mg2+和O2-各有幾個(gè)。由圖7(a)可知，體心上的小球?qū)儆谝粋€(gè)小正方體獨(dú)有，面心上的小球?qū)儆趦蓚€(gè)小正方體共有，棱上的小球?qū)儆?個(gè)小正方體共有，頂點(diǎn)上的小球?qū)儆?個(gè)小正方體共有。根據(jù)NaCl晶胞中Na+和Cl-的數(shù)目，可以推算出MgO晶胞各離子的數(shù)目。計(jì)算晶胞中離子的數(shù)目，可以采用均攤法，由圖7(a)可知，Mg2+離子數(shù)=8/8+12×1/4 =4，O2-離子數(shù)= 1/2×6+1/8×8=4，因此MgO是氧化鎂的化學(xué)式而不是分子式。

上述實(shí)例表明，通過Flash軟件的動(dòng)畫功能，可將復(fù)雜晶體中各原子的相對位置、組合方式等清晰地展現(xiàn)，使復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)立體化、清晰化，幫助學(xué)生理解晶體結(jié)構(gòu)并進(jìn)行晶體結(jié)構(gòu)分析。熟練掌握并合理運(yùn)用Flash技術(shù)，能使復(fù)雜的教學(xué)內(nèi)容變得直觀易懂，吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)其主觀能動(dòng)性，提高教學(xué)效率，最終達(dá)到良好的教學(xué)效果。

2 結(jié)語

本文選取高中化學(xué)中“原子結(jié)構(gòu)”和“晶體結(jié)構(gòu)”兩個(gè)教學(xué)難點(diǎn)，將Flash技術(shù)融入這兩部分內(nèi)容的課堂教學(xué)中。實(shí)踐證明，這種基于Flash技術(shù)的教學(xué)模式，可使“微觀結(jié)構(gòu)可視化，復(fù)雜圖形直觀化，平面結(jié)構(gòu)立體化”，使枯燥的教學(xué)內(nèi)容更具趣味性，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其從被動(dòng)學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)，培養(yǎng)其實(shí)踐與創(chuàng)新能力，最終提高教學(xué)效果。