多媒體在高分子教學(xué)中的應(yīng)用
李麗
多媒體在高分子教學(xué)中的應(yīng)用.pdf
（四川學(xué)院（南）材料科學(xué)與工程大學(xué)，材料科學(xué)系，北京）
摘要：本文針對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)在展示高分子材料的立體結(jié)構(gòu)的不足和近些年來(lái)專(zhuān)科中學(xué)生實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)和面積緊張的現(xiàn)況，探討了到媒體在高分子化學(xué)在應(yīng)用必要性，并介紹了計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用于教學(xué)的情況、ACD/模擬軟件模擬的高分子結(jié)構(gòu)模型。
關(guān)鍵詞：多媒體教學(xué)計(jì)算機(jī)軟件ACD/
近些年來(lái)因?yàn)橛?jì)算機(jī)和網(wǎng)路的迅猛發(fā)展，借助計(jì)算機(jī)就能模擬真實(shí)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與行為的方式產(chǎn)生了一個(gè)全新的領(lǐng)域和熱點(diǎn)。網(wǎng)路有好多可借助的免費(fèi)資源，可為我們提供許多有用的教學(xué)資源，并可借助軟件開(kāi)發(fā)和成立用于高分子化學(xué)教學(xué)的多媒體講義，將制做的軟件放在網(wǎng)站上中學(xué)生可以很便捷的查閱，有些試驗(yàn)借助ACD/、MP1.0軟件開(kāi)發(fā)出交互式試驗(yàn)，模擬分子體系的結(jié)構(gòu)和性能。
借助計(jì)算機(jī)物理軟件可以真實(shí)、形象地展示物質(zhì)的三維結(jié)構(gòu)模型；借助因特網(wǎng)上的物理數(shù)據(jù)庫(kù)和物理性能預(yù)測(cè)軟件新合成物質(zhì)的性質(zhì)，這對(duì)于我們籌建試驗(yàn)、進(jìn)行科學(xué)研究有很大的幫助。
一、多媒體講義的優(yōu)勢(shì)和必要
1.可以實(shí)現(xiàn)普通教學(xué)未能實(shí)現(xiàn)的功能
我們曉得真實(shí)的物質(zhì)結(jié)構(gòu)都是有容積、重量、色彩的三維空間結(jié)構(gòu)，而組成物質(zhì)內(nèi)部的分子、原子也有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和動(dòng)態(tài)形態(tài)。以高分子為例，采用傳統(tǒng)教學(xué)方法，班主任只能在黑板上的二維空間述說(shuō)高分子的三維結(jié)構(gòu)，盡管可以利用分子模型，但分子模型不能表現(xiàn)分子的動(dòng)態(tài)形態(tài)。
（1）如講高分子物質(zhì)結(jié)構(gòu)分為五級(jí)結(jié)構(gòu)，板書(shū)如下：
高分子結(jié)構(gòu)的內(nèi)容
高分子結(jié)構(gòu)的內(nèi)容可分為鏈結(jié)構(gòu)與集聚態(tài)結(jié)構(gòu)兩個(gè)組成部份[1]：
鏈結(jié)構(gòu)是指單個(gè)分子的結(jié)構(gòu)和形態(tài)，又分為短程結(jié)構(gòu)和遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)——
短程結(jié)構(gòu)屬于物理結(jié)構(gòu)，又稱(chēng)一級(jí)結(jié)構(gòu)，包括構(gòu)造和構(gòu)象；
圖1聚合物的一級(jí)結(jié)構(gòu)
遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)包括分子的大小與形態(tài)，鏈的蓬松性及分子在各類(lèi)環(huán)境中所采取的氫鍵。遠(yuǎn)程結(jié)構(gòu)又稱(chēng)二級(jí)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。
2．集聚態(tài)結(jié)構(gòu)是指高分子材料整體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包括晶態(tài)結(jié)構(gòu)、非晶態(tài)結(jié)構(gòu)、取向態(tài)結(jié)構(gòu)、液晶態(tài)結(jié)構(gòu)以及織態(tài)結(jié)構(gòu)——前四者描述高分子集聚態(tài)中的分子之間是怎樣拼湊的，又稱(chēng)五級(jí)結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖2。
圖2高分子的二級(jí)和五級(jí)結(jié)構(gòu)示意圖圖3高分子的鍵接結(jié)構(gòu)
圖1聚合物的一級(jí)結(jié)構(gòu)、圖2高分子的二級(jí)和五級(jí)結(jié)構(gòu)、圖3高分子的鍵接結(jié)構(gòu)、圖4高分子鏈的支化與交聯(lián)等等，這種結(jié)構(gòu)怎樣形象、立體的給朋友們展示下來(lái)？傳統(tǒng)教學(xué)只能靠二維平面的繪圖描述，盡管可以利用分子模型，但分子模型很難表現(xiàn)復(fù)雜分子的結(jié)構(gòu)也不能表現(xiàn)分子的動(dòng)態(tài)形態(tài)，復(fù)雜的三維的立體結(jié)構(gòu)只有靠朋友們自己去進(jìn)行空間想像，朋友們學(xué)上去即難懂又沉悶，使中學(xué)生在理解和把握高分子的立體結(jié)構(gòu)的內(nèi)容遇見(jiàn)了一些困難。
如今我們可以將物理軟件傳到網(wǎng)上，中學(xué)生在網(wǎng)上可以自己構(gòu)造高分子的物理結(jié)構(gòu)，并可欣賞到三位的動(dòng)態(tài)模型。例我們用ACD/模擬軟件[2]高分子的結(jié)構(gòu)模型。
圖4折疊鏈圖5鍵接形式
圖7聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯醚、炭纖維結(jié)布光圖無(wú)軌線團(tuán)
（2）高分子的構(gòu)型
因?yàn)榉肿拥臒徇\(yùn)動(dòng)，高分子的構(gòu)型時(shí)刻改變著，單鍵旋轉(zhuǎn)式要消耗能量，以克服內(nèi)旋轉(zhuǎn)所遭到的阻力，分子從一種內(nèi)旋轉(zhuǎn)異構(gòu)體轉(zhuǎn)變到另一種異構(gòu)體所須要的活化能，稱(chēng)為內(nèi)旋轉(zhuǎn)位壘[3]。分子的內(nèi)旋轉(zhuǎn)位能可以用紐曼模型來(lái)描述分子熱運(yùn)動(dòng)教案教學(xué)方法，這個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程傳統(tǒng)教學(xué)也不易表現(xiàn)。用Flash制做紐曼模型描述1，2—二氯烷分子設(shè)想能的內(nèi)旋轉(zhuǎn)位能圖，見(jiàn)圖9。
(3)共混的熱學(xué)松馳—粘彈性的熱學(xué)模型
共聚物的粘彈性是高分子十分重要的特點(diǎn)，此性質(zhì)可以用熱學(xué)模型來(lái)敘述，如彈簧、粘壺、三元件和四器件模型來(lái)表示，這些方式直觀，但是可以得到共聚物的熱學(xué)松馳—粘彈性的各類(lèi)表達(dá)式，同樣這個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程傳統(tǒng)教學(xué)也不易表現(xiàn)。用Flash制做各類(lèi)熱學(xué)模型，可以形象生動(dòng)的表現(xiàn)全部過(guò)程，見(jiàn)圖10。
圖9紐曼模型描述1，2—二氯烷分子構(gòu)型能的內(nèi)旋轉(zhuǎn)位能圖圖10四器件模型—模擬線性高分子的撓曲過(guò)程
二、縣縣現(xiàn)有忘忘忘網(wǎng)路網(wǎng)路網(wǎng)路子網(wǎng)路子網(wǎng)路子網(wǎng)路資源
2.借助網(wǎng)路資源可節(jié)約大量的教學(xué)資金和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地
近幾年院校的大量擴(kuò)招，一方面使原有的實(shí)驗(yàn)室面積嚴(yán)重不足，另一方面實(shí)驗(yàn)室的投入經(jīng)費(fèi)按人均中學(xué)生來(lái)算又有所增加。以四川學(xué)院為例，按教育部對(duì)綜合性學(xué)院評(píng)比的要求，每位中學(xué)生所占實(shí)驗(yàn)室面積應(yīng)達(dá)5.74m2/生，如今只有3.2m2/生，按福建學(xué)院的在校中學(xué)生人數(shù)算，如今實(shí)驗(yàn)室面積還差18萬(wàn)mm2，建設(shè)實(shí)驗(yàn)室需大量資金，但是沒(méi)有幾年建設(shè)也建不成像樣的實(shí)驗(yàn)室。假如借助網(wǎng)路，在網(wǎng)上完善實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所，構(gòu)建朋友生互動(dòng)的交互平臺(tái)，可節(jié)約大量的教學(xué)資金和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地
3.給朋友們提供便與學(xué)習(xí)網(wǎng)路資源
青海學(xué)院對(duì)中學(xué)生寢室有一個(gè)調(diào)查，70%的女孩寢室有筆記本，而70%的朋友業(yè)余時(shí)間在用筆記本玩游戲。四川大中學(xué)長(zhǎng)展?jié)谝淮稳５慕虒W(xué)會(huì)上講，我們不能全數(shù)落朋友們，我們應(yīng)當(dāng)問(wèn)自己我們給朋友們提供了多少可借助的網(wǎng)上學(xué)習(xí)資源。如今隨著多媒體教學(xué)的發(fā)展，好多中學(xué)都在進(jìn)行網(wǎng)路課程的建設(shè)。網(wǎng)上所掛的講義大部份使老師上課用的課件、，但是大部份僅限于文本格式，動(dòng)漫、視頻教少，才能使朋友們?cè)诰W(wǎng)上自己動(dòng)手搭建虛擬物理實(shí)驗(yàn)這樣的網(wǎng)路實(shí)驗(yàn)更少。這一方面我們落后于美國(guó)好多，甚至落后于我們國(guó)外的中中學(xué)。
4.充分借助現(xiàn)有的多媒體資源
所謂多媒體技術(shù)就是計(jì)算機(jī)交互是綜合處理多種媒體信息——文本、圖形、圖像和聲音分子熱運(yùn)動(dòng)教案教學(xué)方法，使多種信息構(gòu)建邏輯聯(lián)接，及成為一個(gè)系統(tǒng)并具有交互性。簡(jiǎn)言之，多媒體技術(shù)就是計(jì)算機(jī)綜合處理聲、文、圖信息的技術(shù)，具有集成、實(shí)時(shí)性和交互性[4]。
我們對(duì)多媒體的開(kāi)發(fā)還原遠(yuǎn)不夠，應(yīng)充分借助現(xiàn)有的多媒體資源。
三、化學(xué)軟件應(yīng)用于高分子教學(xué)的實(shí)驗(yàn)
借助計(jì)算機(jī)軟件用于教學(xué)的實(shí)驗(yàn)的事例好多，中國(guó)科技學(xué)院何平笙院長(zhǎng)借助中國(guó)科大學(xué)物理研究所楊小震編撰的《分子模擬與高分子材料》[4]軟件用于高分子科學(xué)實(shí)驗(yàn)，及用《分子的性質(zhì)》軟件建立全同立構(gòu)聚丙烯分子、聚乙烯分子并估算她們末端的直線距離。用分子模擬軟件估算聚丙烯酸乙酯的氫鍵能量[5]。
四、我們借助計(jì)算機(jī)軟件應(yīng)用于教學(xué)的情況
1.借助3DMaxs、Flash、等軟件進(jìn)行多媒體講義的開(kāi)發(fā)
我們?cè)诮o朋友們講授高分子成形機(jī)械設(shè)備的過(guò)程中，無(wú)法讓同事們明白的是設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及運(yùn)行程序，中學(xué)生去實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)也看不到設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和油壓傳遞路線圖。但若果用3DMax軟件將設(shè)備弄成三維動(dòng)漫，用Flash演示油壓設(shè)備的油壓原理圖，就使中學(xué)生很快了解了設(shè)備的結(jié)構(gòu)、原理，并加深了印象。中學(xué)生從具象沉悶、平面、黑白的學(xué)習(xí)中轉(zhuǎn)入形象生動(dòng)、立體、多彩的畫(huà)面上，這樣提升了朋友們的學(xué)習(xí)興趣，也易于加深理解。高分子常用的成形設(shè)備有擠出機(jī)、注塑機(jī)、液壓機(jī)設(shè)備及油壓器件，均用3DMaxs制做了動(dòng)漫演示。
例：莖稈泵——98級(jí)陳先敏朋友設(shè)計(jì)；油壓傳動(dòng)路線圖——99級(jí)董建華朋友設(shè)計(jì)：擠出機(jī)3DMaxs動(dòng)漫——99級(jí)杜斌朋友制做；注射機(jī)3DMaxs動(dòng)漫97級(jí)邢曉華制做
圖113DMaxs制做的莖稈泵三維動(dòng)漫圖12Flash制做的油壓設(shè)備的油壓原理圖
圖133DMaxs制做的擠出機(jī)動(dòng)漫圖133DMaxs制做的注射機(jī)動(dòng)漫
2.借助物理軟件進(jìn)行剖析模擬
借助ACD/.0網(wǎng)上免費(fèi)軟件模擬高分子的結(jié)構(gòu)模型
（1）聚丙烯全同立構(gòu)的分子模擬
（2）搭建物理實(shí)驗(yàn)，見(jiàn)圖14
圖14物理實(shí)驗(yàn)室
（3）對(duì)分子性質(zhì)進(jìn)行計(jì)算
3.將高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn)拍成視頻，節(jié)省了資金，并能形象、清楚地展示實(shí)驗(yàn)過(guò)程，解決了中學(xué)生多、設(shè)備少、老師授課聽(tīng)不清的困局。
我們已制做的視頻有
1、聚乙烯、聚丙烯球晶的制做；
2、偏光顯微鏡觀察球晶的黑十字消光紋樣；
3、粘均法測(cè)分子量；
4、高分子導(dǎo)熱系數(shù)的測(cè)定；
5、簡(jiǎn)支梁沖擊試驗(yàn)
例圖10、11兩個(gè)實(shí)驗(yàn)：
圖10偏光顯微鏡觀察球晶的黑十字消光紋樣圖11粘均法測(cè)分子量
4.構(gòu)建教學(xué)網(wǎng)站，將實(shí)驗(yàn)放在網(wǎng)上
（1）可以讓朋友們?cè)诰W(wǎng)上，在任何時(shí)間和地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。網(wǎng)站上籌建朋友留言板，以便老師和朋友進(jìn)行互動(dòng)、溝通，并可以借助網(wǎng)站進(jìn)行答疑。
2000、2001級(jí)李志勇、郭紀(jì)朋友借助結(jié)業(yè)設(shè)計(jì)期間，完善了教學(xué)網(wǎng)站。登錄方式：四川學(xué)院—材料科學(xué)與工程大學(xué)—材料科學(xué)系。網(wǎng)址：。
（2）借助電郵群發(fā)系統(tǒng)及時(shí)通知老師和朋友。
（3）構(gòu)建超級(jí)鏈接，可以直接登錄到相關(guān)專(zhuān)業(yè)的免費(fèi)電子數(shù)據(jù)庫(kù)。
五、結(jié)語(yǔ)
1．虛擬物理實(shí)驗(yàn)室可以實(shí)現(xiàn)普通物理實(shí)驗(yàn)未能實(shí)現(xiàn)的功能；
2．借助網(wǎng)路資源可節(jié)約大量的教學(xué)資金和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地，以適合今后教學(xué)的發(fā)展；
3．網(wǎng)上虛擬實(shí)驗(yàn)室形象、生動(dòng)、直觀，受到中學(xué)生的歡迎今后將有大的發(fā)展。
致謝：在高分子多媒體教學(xué)的建設(shè)中，四川學(xué)院材料大學(xué)高分子專(zhuān)業(yè)的中學(xué)生做了大量工作，她們是：
97級(jí)中學(xué)生邢曉華；98級(jí)中學(xué)生陳先敏；99級(jí)中學(xué)生杜斌、董建華；2000級(jí)中學(xué)生李振雷、李志勇；2001級(jí)中學(xué)生郭紀(jì)、文軍。
參考文獻(xiàn)：
[1]何曼君.高分子化學(xué).修訂版.北京：清華學(xué)院出版社.，1990
[2]ACD/.0網(wǎng)上免費(fèi)軟件模擬高分子的結(jié)構(gòu)模型
[3]藍(lán)立文.高分子化學(xué).南京：東北工業(yè)學(xué)院，1993
[4]馬東華.多媒體技術(shù)原理及應(yīng)用.南京：復(fù)旦學(xué)院出版社，2002
[5]楊小鎮(zhèn).分子模擬與高分子材料.上海：科學(xué)出版社。2002
[6]何平笙，楊海洋，朱平平等.高分子化學(xué)實(shí)驗(yàn).南京：中國(guó)科技學(xué)院出版社，2002
LiLi
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