多媒體在高分子教學中的應用
李麗
多媒體在高分子教學中的應用.pdf
（四川學院（南）材料科學與工程大學，材料科學系，北京）
摘要：本文針對傳統教學在展示高分子材料的立體結構的不足和近些年來專科中學生實驗室經費和面積緊張的現況，探討了到媒體在高分子化學在應用必要性，并介紹了計算機軟件應用于教學的情況、ACD/模擬軟件模擬的高分子結構模型。
關鍵詞：多媒體教學計算機軟件ACD/
近些年來因為計算機和網路的迅猛發展，借助計算機就能模擬真實物質結構與行為的方式產生了一個全新的領域和熱點。網路有好多可借助的免費資源，可為我們提供許多有用的教學資源，并可借助軟件開發和成立用于高分子化學教學的多媒體講義，將制做的軟件放在網站上中學生可以很便捷的查閱，有些試驗借助ACD/、MP1.0軟件開發出交互式試驗，模擬分子體系的結構和性能。
借助計算機物理軟件可以真實、形象地展示物質的三維結構模型；借助因特網上的物理數據庫和物理性能預測軟件新合成物質的性質，這對于我們籌建試驗、進行科學研究有很大的幫助。
一、多媒體講義的優勢和必要
1.可以實現普通教學未能實現的功能
我們曉得真實的物質結構都是有容積、重量、色彩的三維空間結構，而組成物質內部的分子、原子也有復雜的結構和動態形態。以高分子為例，采用傳統教學方法，班主任只能在黑板上的二維空間述說高分子的三維結構，盡管可以利用分子模型，但分子模型不能表現分子的動態形態。
（1）如講高分子物質結構分為五級結構，板書如下：
高分子結構的內容
高分子結構的內容可分為鏈結構與集聚態結構兩個組成部份[1]：
鏈結構是指單個分子的結構和形態，又分為短程結構和遠程結構——
短程結構屬于物理結構，又稱一級結構，包括構造和構象；
圖1聚合物的一級結構
遠程結構包括分子的大小與形態，鏈的蓬松性及分子在各類環境中所采取的氫鍵。遠程結構又稱二級結構，見圖2。
2．集聚態結構是指高分子材料整體的內部結構，包括晶態結構、非晶態結構、取向態結構、液晶態結構以及織態結構——前四者描述高分子集聚態中的分子之間是怎樣拼湊的，又稱五級結構，見圖2。
圖2高分子的二級和五級結構示意圖圖3高分子的鍵接結構
圖1聚合物的一級結構、圖2高分子的二級和五級結構、圖3高分子的鍵接結構、圖4高分子鏈的支化與交聯等等，這種結構怎樣形象、立體的給朋友們展示下來？傳統教學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復雜分子的結構也不能表現分子的動態形態，復雜的三維的立體結構只有靠朋友們自己去進行空間想像，朋友們學上去即難懂又沉悶，使中學生在理解和把握高分子的立體結構的內容遇見了一些困難。
如今我們可以將物理軟件傳到網上，中學生在網上可以自己構造高分子的物理結構，并可欣賞到三位的動態模型。例我們用ACD/模擬軟件[2]高分子的結構模型。
圖4折疊鏈圖5鍵接形式
圖7聚乙烯、聚氯乙烯、聚苯醚、炭纖維結布光圖無軌線團
（2）高分子的構型
因為分子的熱運動，高分子的構型時刻改變著，單鍵旋轉式要消耗能量，以克服內旋轉所遭到的阻力，分子從一種內旋轉異構體轉變到另一種異構體所須要的活化能，稱為內旋轉位壘[3]。分子的內旋轉位能可以用紐曼模型來描述分子熱運動教案教學方法，這個動態過程傳統教學也不易表現。用Flash制做紐曼模型描述1，2—二氯烷分子設想能的內旋轉位能圖，見圖9。
(3)共混的熱學松馳—粘彈性的熱學模型
共聚物的粘彈性是高分子十分重要的特點，此性質可以用熱學模型來敘述，如彈簧、粘壺、三元件和四器件模型來表示，這些方式直觀，但是可以得到共聚物的熱學松馳—粘彈性的各類表達式，同樣這個動態過程傳統教學也不易表現。用Flash制做各類熱學模型，可以形象生動的表現全部過程，見圖10。
圖9紐曼模型描述1，2—二氯烷分子構型能的內旋轉位能圖圖10四器件模型—模擬線性高分子的撓曲過程
二、縣縣現有忘忘忘網路網路網路子網路子網路子網路資源
2.借助網路資源可節約大量的教學資金和實驗場地
近幾年院校的大量擴招，一方面使原有的實驗室面積嚴重不足，另一方面實驗室的投入經費按人均中學生來算又有所增加。以四川學院為例，按教育部對綜合性學院評比的要求，每位中學生所占實驗室面積應達5.74m2/生，如今只有3.2m2/生，按福建學院的在校中學生人數算，如今實驗室面積還差18萬mm2，建設實驗室需大量資金，但是沒有幾年建設也建不成像樣的實驗室。假如借助網路，在網上完善實驗場所，構建朋友生互動的交互平臺，可節約大量的教學資金和實驗場地
3.給朋友們提供便與學習網路資源
青海學院對中學生寢室有一個調查，70%的女孩寢室有筆記本，而70%的朋友業余時間在用筆記本玩游戲。四川大中學長展濤在一次全校的教學會上講，我們不能全數落朋友們，我們應當問自己我們給朋友們提供了多少可借助的網上學習資源。如今隨著多媒體教學的發展，好多中學都在進行網路課程的建設。網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，動漫、視頻教少，才能使朋友們在網上自己動手搭建虛擬物理實驗這樣的網路實驗更少。這一方面我們落后于美國好多，甚至落后于我們國外的中中學。
4.充分借助現有的多媒體資源
所謂多媒體技術就是計算機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動教案教學方法，使多種信息構建邏輯聯接，及成為一個系統并具有交互性。簡言之，多媒體技術就是計算機綜合處理聲、文、圖信息的技術，具有集成、實時性和交互性[4]。
我們對多媒體的開發還原遠不夠，應充分借助現有的多媒體資源。
三、化學軟件應用于高分子教學的實驗
借助計算機軟件用于教學的實驗的事例好多，中國科技學院何平笙院長借助中國科大學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實驗，及用《分子的性質》軟件建立全同立構聚丙烯分子、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、我們借助計算機軟件應用于教學的情況
1.借助3DMaxs、Flash、等軟件進行多媒體講義的開發
我們在給朋友們講授高分子成形機械設備的過程中，無法讓同事們明白的是設備的內部結構及運行程序，中學生去實驗室做實驗也看不到設備的內部結構和油壓傳遞路線圖。但若果用3DMax軟件將設備弄成三維動漫，用Flash演示油壓設備的油壓原理圖，就使中學生很快了解了設備的結構、原理，并加深了印象。中學生從具象沉悶、平面、黑白的學習中轉入形象生動、立體、多彩的畫面上，這樣提升了朋友們的學習興趣，也易于加深理解。高分子常用的成形設備有擠出機、注塑機、液壓機設備及油壓器件，均用3DMaxs制做了動漫演示。
例：莖稈泵——98級陳先敏朋友設計；油壓傳動路線圖——99級董建華朋友設計：擠出機3DMaxs動漫——99級杜斌朋友制做；注射機3DMaxs動漫97級邢曉華制做
圖113DMaxs制做的莖稈泵三維動漫圖12Flash制做的油壓設備的油壓原理圖
圖133DMaxs制做的擠出機動漫圖133DMaxs制做的注射機動漫
2.借助物理軟件進行剖析模擬
借助ACD/.0網上免費軟件模擬高分子的結構模型
（1）聚丙烯全同立構的分子模擬
（2）搭建物理實驗，見圖14
圖14物理實驗室
（3）對分子性質進行計算
3.將高分子化學實驗拍成視頻，節省了資金，并能形象、清楚地展示實驗過程，解決了中學生多、設備少、老師授課聽不清的困局。
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、粘均法測分子量；
4、高分子導熱系數的測定；
5、簡支梁沖擊試驗
例圖10、11兩個實驗：
圖10偏光顯微鏡觀察球晶的黑十字消光紋樣圖11粘均法測分子量
4.構建教學網站，將實驗放在網上
（1）可以讓朋友們在網上，在任何時間和地點進行實驗。網站上籌建朋友留言板，以便老師和朋友進行互動、溝通，并可以借助網站進行答疑。
2000、2001級李志勇、郭紀朋友借助結業設計期間，完善了教學網站。登錄方式：四川學院—材料科學與工程大學—材料科學系。網址：。
（2）借助電郵群發系統及時通知老師和朋友。
（3）構建超級鏈接，可以直接登錄到相關專業的免費電子數據庫。
五、結語
1．虛擬物理實驗室可以實現普通物理實驗未能實現的功能；
2．借助網路資源可節約大量的教學資金和實驗場地，以適合今后教學的發展；
3．網上虛擬實驗室形象、生動、直觀，受到中學生的歡迎今后將有大的發展。
致謝：在高分子多媒體教學的建設中，四川學院材料大學高分子專業的中學生做了大量工作，她們是：
97級中學生邢曉華；98級中學生陳先敏；99級中學生杜斌、董建華；2000級中學生李振雷、李志勇；2001級中學生郭紀、文軍。
參考文獻：
[1]何曼君.高分子化學.修訂版.北京：清華學院出版社.，1990
[2]ACD/.0網上免費軟件模擬高分子的結構模型
[3]藍立文.高分子化學.南京：東北工業學院，1993
[4]馬東華.多媒體技術原理及應用.南京：復旦學院出版社，2002
[5]楊小鎮.分子模擬與高分子材料.上海：科學出版社。2002
[6]何平笙，楊海洋，朱平平等.高分子化學實驗.南京：中國科技學院出版社，2002
LiLi
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