時間:2023-06-15 17:26:52
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇化學反應的方式,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
作者:王新平 王旭珍 王新葵 程茜 杜藝 王曉晨 單位:大連理工大學化工與環境生命學部化學學院
光能可以連續地轉變為電能。例如,人造地球衛星和宇宙飛船可持續地從太陽接受光能并轉化為電能,反之,電能也可以持續地通過電燈轉變為光能。也有很多實踐證明,化學能和電能之間可以完全地相互轉化。公式-ΔrGm(T,p)=-W'給出了定溫、定壓下系統自發的化學反應以可逆的方式進行時,將化學能轉變為電能(-W'傳給環境)的能量轉換關系。公式ΔrGm(T,p)=W'則給出了環境向系統輸入電能(W')時,使非自發的化學反應以可逆的方式進行的能量關系。按照光化學第二定律[2],光能可完全轉化為化學能。這些實踐結果和認識表明,電能、光能是高品位的能量形式,而系統無論接受電能,還是接受光能,都是接受非體積功。
光化學反應的平衡常數在定溫、定壓下,當非體積功為0時(即熱化學反應),化學反應的標準平衡常數K(T)與反應的標準摩爾吉布斯函數變ΔrGm(T)之間的關系為:(式略)對于光化學反應,該關系式并不成立[3]。這是因為反應系統從環境接受光能,即接受非體積功。例如,反應6CO2(g)+6H2O(l)C6H12O6(葡萄糖)+6O2的ΔrGm(T,p)遠遠大于0,反應非自發(即其反向過程自發)。但是,在日光下,該反應(即光合作用)在常溫常壓綠色植物細胞內實際發生。對于該光化學反應,反應實際發生的方向與用ΔrGm(T,p)判斷的方向剛好相反的結果,并不是由于綠色植物細胞所導致的。這是因為,在無光照射的條件下,同一植物便轉向“呼吸作用”,即實際發生與上述反應相反的過程。可想而知,在某特定的光強下,上述反應將呈現動態平衡。這就是說,上述反應實際向哪一方向進行,完全取決于系統是否從環境得到足夠的光能。對于指定的光化學反應,現假設可被反應吸收的光量子為hν,則在定溫定壓下,由ΔrGm(T,p)≤W'有:(式略)這就是在定溫、定壓下,光化學反應的平衡常數與被反應吸收的光量子數之間的關系式。顯然,由該關系式可知,光化學反應的平衡常數只在一定光強下為一常數。當光強度改變時,它將隨之而變[1]。因為光化學反應要吸收定量的光量子才能進行,而光子具有物質的屬性,因此將被反應消耗的光子視為“反應物”,在理論上也是成立的。極為有趣的是,從這一觀點出發,便有:(式略)這就是前面推導得到的式(4)。通常,把光合作用描述為一種將光能轉變為化學能的反應。在光合反應后,光子這一物質并沒有被放出得到復原,而是被反應吸收掉了(即轉變成化學能被儲存于產物中)。因此,不能把光化學反應理解為“光催化反應”。也就是說,不應將光子視為催化劑,而只能將其歸結為反應吸收的高品位的能量[4],即非體積功。根據愛因斯坦狹義相對論(E=mc2),能量也是廣義的物質。因此,也可將能量理解為廣義上的“反應物”。在激光照射、等離子體等環境輸入非體積功的條件下,關于“反應物的實際轉化率超出了相應溫度下的平衡轉化率”之類的研究報導已屢見不鮮。其實,這樣的結果并沒有違反化學平衡規律。這是因為,公式ΔrGm(T)=-RTlnK(T)并未考慮環境對系統做非體積功的情況,所以它只適合熱化學反應。從這個意義上說,式(4)表述的光化學反應平衡與式(1)表述的熱化學反應平衡共同構成了整體的化學平衡規律。從上述每種認識角度來理解光化學反應,都能得出同一結論:對于同一化學反應,在有光參與和無光參與的反應條件下,反應的平衡常數是完全不同的。在光照下達到平衡的光化學反應,只要可被反應吸收的光強度發生變化,原來建立的光化學反應平衡就被破壞。例如,在可自動調節光通量的墨鏡中,當光線較強時(式略)反應平衡向正向移動,墨鏡顏色變深;而當光線較弱時,反應平衡向相反的方向移動,墨鏡顏色變淺。
依靠非體積功進行的非自發反應在定溫、定壓下,對于一個非自發反應,當環境向系統輸入非體積功W'時,沿式(4)的推導過程,也可得到:(式略)式(5)表述環境向系統輸入任何形式非體積功W'的情況下的平衡規律。環境對系統所作非體積功越多,反應的平衡常數就越大。光化學反應平衡有不同于熱化學反應平衡的特殊性。光化學反應的標準平衡常數為(式略)與此類似,依靠輸入其他非體積功而進行的反應,其標準平衡常數與非體積功的關系為ΔrGm(T)-W'=-RTlnK'。這樣,有非體積功(光、等離子體,電能等)存在時,反應轉化率就必然超過相應熱化學反應的平衡轉化率。將光化學反應平衡的特殊性納入物理化學的教學內容是十分必要的,這樣不僅有利于使學生關于化學反應平衡的知識模塊完整化,還有利于學生對化學熱力學知識結構的融會貫通。
關鍵詞:化學反應的方向;教學設計;中學化學教學
文章編號:1005-6629(2012)2-0030-02 中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B
1、設計思想
以“從具體的知識傳授到核心觀念建構,從知識解析為本到基於學生認識發展”為指導思想,依據《課程標準》中“能用焓變和熵變說明化學反應的方向”要求,從本節涉及的“化學反應的方向、焓變與反應方向有關的概念、熵變與反應方向有關的概念”等具體知識的教學,上升到幫助學生形成“化學反應的方向問題;化學反應的方向可以用反應體系的某些物理量的變化作判據;和自然現象一樣,化學反應一般由‘高能’趨向‘低能’、由‘有序’趨向‘無序’等”;從對“焓判據”和“熵判據”的知識解析,上升到通過舉證的方法進行證實或證偽,從而促進學生認識的發展。
2、教材分析與比較
本課題內容屬原理性知識,在現行3種版本的高中教材《化學反應原理(選修)》中“化學反應速率和化學平衡”一章中都有體現,但有關內容的編排順序有所不同(見表1),人教版是按“速率化學平衡(限度)方向”的順序,意在化學反應進行的方向要用到焓變和熵變知識,需要對化學反應的實質有更多的領悟,所以把它放最后,以知識的方式呈現出來,即從內容的難度考慮;魯科版是按“方向限度速率”的順序,旨在反映化學反應研究的一般思路,即對一個任意設計的化學反應,首先需要判斷的是,它在指定條件下有無可能發生,以及在什么條件下有可能發生;對於有可能發生的反應它的限度如何?最后是反應實際進行的情況還涉及反應的速率問題,即從化學反應的一般研究過程考慮。蘇教版是按“速率方向限度”的順序,考慮在此之前學生通過在必修教材《化學2》的學習,已經能定性地認識化學反應有陜有慢,知道許多化學反應中反應物不能完全轉化為生成物等相關知識,引導學生回顧已有知識的基礎上進行新知識的學習,實現新知識與原有知識的融合,即從學生的學習經驗出發。
3種版本的教材,雖然在編排和呈現方式表現不同特點,但在內容上都緊緊圍繞課程標準,在知識的深度上沒有過高要求。從化學反應的自發性、焓變和熵變與化學反應方向的關系等具體內容出發,突出學生已有的生活經驗和認知基礎,以幫助學生形成基本的化學觀念、促進學生對化學反應原理更全面的認識為根本目的。同時,教材為教師的教學和學有余力的學生進一步學習留下空間,教師在教學中不必拘泥於某一版本的教材,可結合學生的認知基礎和學習需求,選擇適當的教學方法。
3、教學目標
[基礎性目標]
(1)通過經驗和直觀體驗,認識自然界中的自發過程及特征,并遷移到化學反應的自發過程,形成“化學反應存在方向”的認識。
(3)通過歸納的方法,知道H<0有利於化學反應的自發進行,并通過“證實和證偽”的方法,認識焓變不是判斷反應自發的惟一因素。
(3)通過簡單的實驗活動和體驗,知道“熵”可用來描述體系的混亂程度,認識S>O有利於化學反應的自發進行,但不是判斷反應自發的惟一因素。
[提高性目標]
(4)學會從現象分析到理論探究的科學方法,形成“―定條件下化學反應自發進行的趨勢,并不意味該條件下反應能實際發生”的觀念。
(5)通過分析和概括焓變與熵變對反應方向的共同影響,初步認識這兩個因素不是孤立而不相互關聯的,形成對事物發展或變化整體認識的觀念和全面分析的方法。
(6)通過基於“熵增原理”上的類比體驗,強化環境保護與低碳生活的重要性和迫切性。
4、教學重、難點
焓變、熵變對化學反應自發過程的影響
關鍵詞 化學反應熱效應;設問;圖像;思維導圖
“化學反應中的熱效應”是《化學反應原理》模塊中非常重要的內容,它主要是從能量變化角度來認識化學反應。先引入焓變ΔH,利用物質總能量的變化、化學鍵的變化、蓋斯定律、化學實驗等方面來學習化學反應的熱效應。這些知識對高中生來說是全新的知識,學習起來有一定的難度,而且又派生出了焓變、放熱反應、吸熱反應、熱化學反應方程式等陌生概念,增加了學生學習的難度。因此,在化學反應熱效應的教學中,如何在較短時間內讓學生理清學習的思路,掌握好教學內容就成為教師值得研究的重要課題。筆者根據教學實踐經驗,從以下幾個方面談談化學反應熱效應教學的策略問題。
一、巧妙設問,化解知識疑點
心理學研究表明,思維永遠是從問題開始的,而創造潛能往往能在排除疑難的過程中得到激發。隨著教育教學的不斷改革,隨之而來的教學方式必須由“教教材”向“用教材”轉變。這就需要高中化學教師轉變傳統化學課堂的教學模式,利用“問題”思考,教會學生學習。俗話說:“學起于思,思源于疑。”可以說問題是推動學生學習的原動力,也是學生進行一系列探究活動的前提。西方學者德加默曾經說過:“提問得好就是教得好”。在高中化學教學中,有效提問是建立在師生之間的雙向交流,教師教得如何,學生們掌握的程度怎樣,都能在課堂中學生的提問過程中加以了解。因此,在高中化學的課堂教學中,利用巧妙設疑來進行化學反應熱效應的教學,不僅可以活躍課堂教學氛圍,調動學生化學學習的積極性,還可以對教學過程實施進行實時監控,提高教學質量和效率。
1.在概念教學中設置疑問
在化學反應熱效應的教學過程中,筆者有意識地設置疑問,引導學生參與教學,加強師生互動。如在化學反應熱教學的開始,筆者設置以下的問題對學生進行引導,并讓學生對化學反應中的能量變化有一個總體的 認識。
問題1:化學反應的實質和特征是什么?
問題2:凡是有能量變化的過程一定發生了化學反應嗎?舉例說明。
問題3:化學反應的ΔH與反應物的總能量、生成物的總能量的關系?
問題4:化學反應的ΔH與反應物、生成物的鍵能有什么關系?
通過上述設問,學生們從兩個方面來理解放熱反應與吸熱反應概念,一個是宏觀方面物質的總能量,另一個是微觀方面鍵能的變化。這樣設置問題有助于學生對抽象問題的理解,也有助于后面知識的學習,接著師生共同解決疑難點:為什么規定放熱反應ΔH0?這主要是化學反應以體系為中心,放出熱量,環境溫度升高,體系本身能量降低,就認為ΔH0。這樣建立起體系與環境的基本概念,有利于學生理解學習。
2.在實驗教學中設置疑問
中和熱的測定實驗是從實驗角度描述化學反應熱效應,中和熱的測定實驗是一個定量實驗,在儀器的選擇,方案的設計,數據的記錄方面等要加強對學生的引導,并關注控制變量的方法。師生圍繞誤差產生的原因及減少誤差的措施展開討論,筆者設置以下疑問引導學生一起對實驗進行探究。
問題1:在中和熱的測定實驗中,為什么要將氫氧化鈉溶液迅速、一次性倒入盛有鹽酸的燒杯中?此實驗中氫氧化鈉溶液的加入不能分步進行嗎?
問題2:燒杯上的紙板為什么要及時蓋上,怎樣改進能使誤差更小?
問題3:環形玻璃攪拌棒需要不斷地進行攪拌嗎?環形玻璃攪拌棒能否換成金屬材質的呢?
問題4:在實驗過程中,小燒杯和大燒杯之間為什么要填充滿紙片或者塑料呢?
這些問題都是有關中和熱實驗操作的關鍵所在。這些關鍵操作也是減少實驗誤差的必要操作,師生一起解決完這些問題之后,教師安排學生自己動手進行實驗操作,這樣的教學可起到事半功倍的教學效果。
二、利用圖像,突破知識難點
圖像是一種較為直觀、形象的教學工具。圖像在高中化學反應熱效應的教學中具有廣泛的應用價值,不但能有效促進知識間的聯系,而且能加強學生對知識的理解,同時能在很大程度上指導與幫助學生搭建知識的整體框架,從而提高學生的學習效率。
1.利用圖像判斷放熱反應與吸熱反應
在利用圖像判斷熱化學反應方程式的吸、放熱時,我們只需要看圖像上縱坐標所對應的起點和終點對應的熱量大小情況,即反應物的總能量和生成物的總能量的大小情況。利用圖像可以直觀地分析和比較反應物的總能量和生成物的總能量的大小關系,從而判斷反應是吸熱反應還是放熱反應。如果從圖像上能分析出生成物的總能量高于反應物的總能量,則該反應一定為吸熱反應即H>0,如果從圖像能分析出反應物的總能量高于生成物的總能量,則該反應一定為放熱反應,即H
2.利用圖像書寫熱化學方程式
在化學反應熱效應的學習過程中,其熱化學反應方程式的書寫既是高考的重點同時也是學生學習的難點。在熱化學反應方程式的書寫過程中,以焓變的計算難度最大。焓變的計算主要有兩種途徑:第一,用生成物的總能量與反應物的總能量的差值直接進行計算;第二,如果有出現過渡狀態的計算,從圖像上可以反映出反應熱與活化能大小無關。
3.利用圖像進行知識應用
我們可以利用圖像判斷反應的ΔH的大小。比如: S(g)+O2(g)=SO2(g) H1;S(s)+O2(g)=SO2(g) H2,同種物質,它的狀態不同,所含能量也不同,一般來說氣態>液態>固態。所以我們可以畫出圖1。
由此我們可以得出結論,H1>H2。同理我們可以從這類圖像中判斷物質的穩定性。已知金剛石、石墨與氧氣反應能量變化如圖2所示。
從圖2中我們可以知道金剛石與氧氣反應放出的熱量比石墨與氧氣反應放出的熱量高,也就是說金剛石的能量比石墨的高,依據“能量越低越穩定”,可得出石墨要比金剛石更穩定,也可以得出石墨轉化成金剛石的化學反應肯定是吸熱反應。
三、借助思維導圖,掌握知識重點
結合近年高考有關“化學反應中的熱效應”的相關考題,筆者總結出在高考中,有關化學反應熱效應的核心知識主要有:能量、焓變、熱化學方程式、標準燃燒熱、蓋斯定律、鍵能等。而其中最重要的核心內容是熱化學反應方程式的書寫。要掌握熱化學反應方程式的書寫以及判斷需要具備以下的知識,見表1。
為了讓學生更好地掌握熱化學反應方程式的書寫這一核心知識,筆者在課堂教學中構建了如圖3所示的思維導圖,這樣學生就能更好地抓住熱化學反應方程式的書寫各項要點。
化學知識點比較零散、多而雜,思維導圖可以有效地幫助學生建立知識體系,尤其是適合化學知識點的整理,學生通過畫上述思維導圖大大提高了熱化學反應方程式書寫的正確率,同時也加深理解了化學反應的能量變化。
我是通過這樣幾個步驟來實現這一課時的教學目標的.
一、以學生實驗為主體,在實驗中體會外界條件對化學反應速率的影響程度.
建構主義理論認為,情境是意義建構的基本條件.因此,建構主義非常強調學習的情境性,強調把所學的知識與一定的任務掛起鉤來,提倡在教學中使用真實性任務,讓學生通過一定的合作來解決情境性問題,以此建構起能靈活遷移應用的知識經驗.
實驗是學習化學的最好的老師,任何問題都沒有實驗來得更有說服力.每次進教室的時候,如果我帶了實驗儀器進教室,學生就非常好奇,學習的興致非常快的被調動起來,若這節課按著我以前的思路來上課的話,起碼要到離下課還有10分鐘的時候再來做.這時學生早已對實驗失去了興趣,這就是心理學上的超限效應.因此,在設計這節課的時候,我一定要讓學生自己動手,讓他們能親身體會.如何使他們的學習情趣調動到最大化,我試著讓學生先做實驗,先從定性角度體會影響化學反應速率的因素.我分別設計了5組實驗:1.比較碳酸鈉和碳酸氫鈉和同濃度的鹽酸反應的快慢;2.比較Na2S2O3分別和不同濃度的稀H2SO4反應的快慢(以產生黃色沉淀的先后順序來判斷);3.比較同濃度的Na2S2O3和同濃度的稀H2SO4在不同溫度下分反應快慢;4.比較塊狀與粉末狀的CaCO3和同濃度的鹽酸反應的快慢;5.比較H2O2在MnO2有無的條件下反應的快慢.通過這5個實驗學生立刻就得出結論:影響反應速率的本質原因是物質本身的性質,同時還清楚了外界條件是如何影響化學反應速率的.并能自己舉出一些生活實例.只有親身體驗,才會印象深刻,才會有主動發現問題和尋找原因的學習能力.
反思學生實驗是以大組為單位,共分5組,每組只做一個實驗,相比演示實驗,這在一定程度上不僅可以節省時間,還可以很好得營造活躍的課堂氛圍.
由實驗學生認識到了化學反應速率的快慢受到外界條件[HJ1.18mm]的干擾,在學習的同時,他們又開始探索如何來表示某一個化學反應速率,能否從具體的數值上來判斷反應的快慢.于是,我就進行我的第二步教學內容
二、以概念為基礎,充分發揮學生的學習能力.
首先,我讓學生回憶物理學上有關速率的概念及表達方式,然后,以PPT方式投影化學反應速率的概念,讓學生自主完成化學反應速率的表達式,根據學生的書寫,最終確定正確的表達式,同時學生也認識到這是一個平均速率.
反思這種方式可以讓學習能力薄弱的同學也一同參與,且有成功的喜悅.相比教師直接轉述更有利于學生的自主學習,在教學中時時刻刻讓學生參與到教學活動中,使其掌握良好的學習方式,為其終身學習打下基礎.
三、以練習為突破,充分調動學生的歸納和拓展能力.
在教學過程中,如何能很好得調動學生,讓學生的心、手、腦一起動起來,可以有很多種方式,在這一知識點的處理上,我采用多練習,通過練習使學生得到了鍛煉,還能高質、高效的完成化學反應速率的推導公式和計算方法.
例1在某一化學反應里,反應物A的濃度在10 s內從4.0 mol/L變成1.0 mol/L,在這10 s內A的化學反應速率為.
該例題鞏固學習化學反應速率的計算表達式.
例2向2 L容器中充入0.7 mol SO2和0.4 mol O2,5 s末測得剩余SO2是0.3 mol,則v(SO2)=.
該例題在表達式的基礎上進行了變形,通過計算,學生自行得出了化學反應速率的推導公式.并且由該題得出不同物質表示同一反應速率的數值關系,以及引起該關系的原因.
[HTH]例3[HT]反應 A(g)+3B(g)=2C(g)+2D(g) 在四種不同條件下的反應速率為:
A.v(A)=0.3 mol/(L?s) [KG1*2]B.v(B)=0.6mol/(L?s)
C.v(C)=1.0 mol/(L?min ) D.v(D)=0.45 mol/(L?s)
則該反應速率的快慢順序為 .
這例題會有一大半的學生進入陷阱,我引導學生回憶例2中的結論,最后由學生自己總結歸納在數值上如何比較化學反應速率的快慢.當然,在這個過程中,我一直會提示學生,在這種暗示下,學生學習的歸納能力得到了提高,并能舉一反三,自己學會了并理解了知識點.
反思以這種練習的方式引導學生自己歸納出相應的知識點,雖然在時間上花去了比較多,但對學生而言,他們在學習過程中有一種求知的欲望,這種欲望被點燃了,并能很好的解決,學生便能得到滿足感,我覺得也很值得.
四、將知識賦予生活生產,提高學生分析問題的能力
課標要求培養學生的情感態度和價值觀,希望學生有參與化學科技活動的熱情,有將化學知識應用于生產、生活實踐的意識,能夠對與化學有關的社會和生活問題做出合理的判斷.我采用小組討論的方式來尋找學生身邊的事例,使知識得以鞏固,同時我還引用了今年蘇州市二模試卷上的一道題,來更進一步提高學生用知識解決問題的能力.
某文獻報導了不同金屬離子及其濃度對雙氧水氧化降解海藻酸鈉溶液反應速率的影響,實驗結果如圖9、圖10所示.
注以上實驗均在溫度為20℃、w(H2O2)=0.25%、pH=7.12、海藻酸鈉溶液濃度為8 mg?L-1的條件下進行.圖9中曲線a:H2O2;b:H2O2+Cu2+;c:H2O2+Fe2+;
d:H2O2+Zn2+;e:H2O2+Mn2+;圖10中曲線f:反應時間為1h;g:反應時間為2h;兩圖中的縱坐標代表海藻酸鈉溶液的粘度(海藻酸鈉濃度與溶液粘度正相關).
由上述信息可知,下列敘述錯誤的是 (填序號).
A.錳離子能使該降解反應速率減緩
B.亞鐵離子對該降解反應的催化效率比銅離子低
C.海藻酸鈉溶液粘度的變化快慢可反映出其降解反應速率的快慢
筆者近期參加了江蘇省中小學教師微課競賽。筆者選取了高考復習的一個小專題作為參賽內容,主要基于兩方面考慮:一是小專題的“小”和“專”的特點都能與微課的要求較好匹配;二是筆者平時就是采用“小專題法”進行高考復習工作并取得了一定成效,并非刻意為了比賽而“另起爐灶”,故該課例具有一定的借鑒意義和推廣價值。
在高考復習中采用“小專題法”,又基于兩個主要背景:一是高考模式及學科特點的變化,二是高效課堂的要求。自2008年江蘇省實施新的高考模式以來,化學等學科成為非計分科目,其課時被大幅擠壓。教師們面臨一個新課題:如何在教學時間減少而教學容量不變的情況下完成教學任務,且教學質量基本不受影響?其實,這種要求也恰與近年來廣受重視和提倡的“高效課堂”思想不謀而合,高考模式、學科地位的改變則是作為一種外因,迫使教師們積極迎接挑戰,求索高效課堂,從而贏得主動。
傳統的高三復習已經形成了較為固定的模式。例如,在二輪復習階段,往往都是把學科知識分解為若干個大專題,而每一個專題則仍是一個具有較大范疇的體系、大單元,這些專題通常不是一兩節課就能解決的。在新形勢下,再按老路走,時間不允許,尤其是對于一些生源基礎較為薄弱的學校而言,矛盾更為突出。于是,復習工作的模式正在逐漸改變,教師們關注的重點不再是知識體系的完整性,而是教學內容的針對性,要在有限的時間內,及時解決學生實際存在的知識缺漏、能力欠缺問題。于是,“小專題”應運而生!這種小專題化的復習模式十分靈活、方便,不僅僅適用于二輪復習,也適用于其他任何階段,便于隨時發現問題隨時專題突破。有時一堂課可以完成2~3個小專題。這種化整為零、逐個攻破的方法使得教師的教學效率大大提高!
選題緣由
這堂微課所選取的小專題為“化學反應速率及比較方法”,該專題及其個性化的命名方式少有教師會使用。首先,從內容的角度來說,這部分內容一般都包含在“化學反應速率與化學平衡”大專題中,且在這個大專題中化學平衡問題是重點,化學反應速率問題則非常容易被疏忽,從而導致學生在考試中失分。即便以化學反應速率為主題,也很少會有人在其后再加上“及比較方法”幾字。筆者之所以作此處理,是建立在高考考查立意變化的基礎上——不斷地從知識與技能的立意向能力立意轉變,高考對學生的創新精神、實踐能力提出了更高要求。由此不難看出,僅僅圍繞“化學反應速率”進行基礎性復習是不能適應高考的新要求的,而增加有關化學反應速率快慢比較的探究要素,則有利于培養學生的探究意識、科學思維,促進他們能力、素養的提升。
教學需求分析
1. 適用對象分析
本資源適用對象為全省高中化學教師,學生亦可觀看錄像進行自學。高中化學教科書有三種版本,學生如要學習這部分內容,則應該已經學習過高一必修2模塊和高二選修4模塊的內容,對涉及化學反應速率的問題已有基礎性的了解,對相關基本實驗的原理和操作已經基本掌握。
2. 學習內容分析
“化學反應速率”屬于化學知識體系中的原理性知識,處于“化學基礎理論”的范疇下,它是化學平衡問題的基礎,在高考中為常見考點,也是實驗探究題可選用的重要命題素材。如果對化學反應速率及其快慢比較的問題有較系統和深刻的了解,能夠幫助學生更清楚地了解化學反應的機理,進而加深對化學平衡問題的理解,同時也能夠使學生以之為橋梁,將化學知識與生產、生活問題相聯系,體會化學學科的價值。
3. 教學目標分析
(1)了解化學反應速率的概念和平均反應速率的定量表示方法,能夠進行基本的速率計算,知道測定化學反應速率的常見方法。
(2)了解溫度、濃度、壓強和催化劑等對化學反應速率影響的一般規律,能夠用控制變量法探究不同條件對化學反應速率的影響情況,并選擇較為合理的方法去比較、測知反應的快慢,感受探究的過程與方法,體會化學實驗的意義、價值,產生濃厚的學習興趣。
教學過程
1. 感受真題
展示兩道高考題,分析其中的核心問題:
(1)(2011?江蘇高考)對于反應:2H2O2 2H2O+O2,加入MnO2或降低溫度都能加快O2的生成速率。
(2)(2012?上海高考)往鋅與稀硫酸反應混合液中加入NH4HSO4固體,反應速率不變。
設計意圖:用呈現高考真題的方式引出化學反應速率問題,可以在課的一開始就讓學生體會到知識的重要性,把注意力盡快集中到課堂上來。
2. 生活探尋
化學是自然科學,其研究的對象常常來自于自然與生活。生活中涉及許多化學反應,例如食物的腐敗、鋼鐵的生銹,等等。
設計意圖:指出化學學科的本質特點。將其與生活問題相聯系,既能夠體現學科的價值,又能夠讓學生對化學問題產生親切感。
3. 科學思路
我們總是希望有利的化學反應能適當快些,不利的化學反應能夠盡量慢些。事實上,科學家們一直在這個領域不懈探索著。那么,若要知道化學反應速率是否發生變化,必須具備怎樣的基礎和前提?設計意圖:引導學生從科學家的角度進行思考,體會科學研究的一些基本思路。
4. 知識鋪墊
化學反應速率的定義、計算公式、單位。設計意圖:這些問題是必須掌握的基礎性問題,應該復習和重視,并為后續探究做好鋪墊。
5. 科學探究
[理論分析]
影響化學反應速率的因素——
(1)內因:即反應物自身的性質,它對化學反應速率起決定性作用。
(2)外因:①濃度。②溫度。③壓強。④催化劑。⑤接觸面積。⑥其他。
設計意圖:采用內外因分析法,幫助學生建立必要的哲學思想,而最后補充其他影響化學反應速率的因素是為了體現一種實事求是的態度,也可以幫助學生全面地認識問題。
[數學方法]
1.直接計算。
2.曲線圖法:依據曲線的斜率。
[實驗手段]
前提:在對比實驗探究時,一定要注意控制變量。
分類討論:(討論時采用列舉法)
(1)對于有固體參加的反應
發散思維:你還能想到借助哪些物理量來判斷化學反應速率的快慢嗎?(溫度、壓強、pH、導電性、電流大小……)
結合PPT幻燈片介紹手持實驗技術,選擇其中的溫度傳感器進行演示實驗。
設計意圖:實驗探究是本課的重點,也是能力提升的關鍵。在展開討論之前,首先根據分類的思想將探究問題進行合理分類。即便如此,仍比較抽象,故再采用列舉法對常見例子加以實際分析和探討,借以概括出一般規律。
6. 展示課堂結構
用PPT出示本堂課的主體結構。
7. 自主練習(課后完成,略)
總結與反思
對此微課,筆者嘗試了一種新的授課方式:面向觀看視頻師生,獨立講解、自問自答。這樣錄制出的微視頻可用于教師教學參考、研討,也可用于學生課后自行觀看學習,耗時約9分鐘。
本節課的主要設計理念是以點帶面、突出重點、盡量覆蓋、面向能力。以探究如何比較化學反應速率的快慢為核心問題,彰顯能力立意;而由于所探究問題本身內涵豐富、涉及面廣,結合中學實情,采用了列舉法,選取適合高中生探究的有代表性的重點問題加以探究,力求以點帶面。要進行化學反應速率快慢比較的探究,其前提又必須掌握相關概念、公式、單位等基礎知識,因而要自然而然地先做好這方面的復習工作,為后續探究做好鋪墊。
使學生理解濃度、壓強、溫度和催化劑等條件對化學反應速率的影響;
使學生能初步運用有效碰撞,碰撞的取向和活化分子等來解釋濃度、壓強、溫度和催化劑等條件對化學反應速率的影響。
能力目標:
培養學生的觀察能力及綜合運用知識分析解決問題、設計實驗的能力,培養學生的思維能力,閱讀與表達能力。
情感目標:
通過從宏觀到微觀,從現象到本質的分析,培養學生科學的研究方法。
教材分析
遵照教學大綱的有關規定,作為側重理科類學生學習的教材,本節側重介紹化學反應速率和濃度、壓強、溫度、催化劑等條件對化學反應速率的影響,以及造成這些影響的原因,使這部分知識達到大綱中所規定的B層次或C層次的要求。本知識點,按最新教材來講。
教材從一些古代建筑在近些年受到腐蝕的速率大大加快等事實引出化學反應速率的概念,并通過演示實驗說明不同的反應具有不同的反應速率,以及濃度、溫度等對化學反應速率的影響。教材注意聯系化學鍵的有關知識,從化學反應的過程實質是反應物分子中化學鍵的斷裂、生成物分子中化學鍵的形成過程,以及舊鍵的斷裂和新鍵的形成都需要通過分子(或離子)的相互碰撞才能實現等,引出有效碰撞和活化分子等名稱。并以運動員的投籃作比喻,說明只有具有足夠能量和合適取向的分子間的碰撞才能發生化學反應,教材配以分子的幾種可能的碰撞模式圖,進一步說明發生分解反應生成和的情況,從中歸納出單位體積內活化分子的數目與單位體積反應物分子的總數成正比,也就是和反應物的濃度成正比,從而引導學生理解濃度對化學反應速率的影響以及造成這種影響的原因。接著,教材圍繞著以下思路:增加反應物分子中活化分子的百分數增加有效碰撞次數增加化學反應速率,又進一步介紹了壓強(有氣體存在的反應)、溫度、催化劑等條件對化學反應速率的影響以及造成這些影響的原因,使學生對上述內容有更深入的理解。
教材最后采用討論的方式,要求學生通過對鐵與鹽酸反應的討論,綜合運用本節所學習的內容,進一步分析外界條件對化學反應速率的影響以及造成這些影響的原因,使學生更好地理解本節教材的教學內容。
本節教材的理論性較強,并且具有一定的難度。如何利用好教材中的演示實驗和圖畫來說明化學反應發生的條件,以及外界條件對化學反應速率的影響是本節教材的教學關鍵。教師不可輕視實驗和圖畫在本節教學中的特殊作用。
本節教學重點:濃度對化學反應速率的影響。
本節教學難點:濃度對化學反應速率影響的原因。
教學建議
化學反應速率知識是學習化學平衡的基礎,學生掌握了化學反應速率知識后,能更好的理解化學平衡的建立和化學平衡狀態的特征,及外界條件的改變對化學平衡的影響。
濃度對化學反應速率的影響是本節教學的重點。其原因是本節教學難點。這部分教學建議由教師引導分析。而壓強、溫度、催化劑的影響可在教師點撥下由學生閱讀、討論完成。
關于濃度對化學反應速率的影響:
1.聯系化學鍵知識,明確化學反應得以發生的先決條件。
(1)能過提問復習初中知識:化學反應的過程就是反應物分子中的原子重新組合成生成物分子的過程。
(2)通過提問復習高中所學化學鍵知識:化學反應過程的實質是舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成。
(3)明確:舊鍵的斷裂和新鍵的生成必須通過反應物分子(或離子)的相互接觸、碰撞來實現。
2.運用比喻、圖示方法,說明化學反應得以發生的必要條件是活化分子發生有效碰撞。
(1)以運動員的投籃作比喻。
(2)以具體的化學反應為例,讓學生觀看HI分子的幾種可能的碰撞模式圖(如制成動畫教學軟件加以模擬會收到更好的效果),進一步說明化學反應得以發生的必要條件。
【關鍵詞】內容體系 教材 高中化學
【中圖分類號】G632 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810(2013)16-0124-02
高中化學必修一、二教材(以下簡稱教材)在初中教材內容的基礎上,更全面更深入地向學生介紹化學基礎知識和基礎技能。教材給人的第一印象,好像是雜亂無章、無序可循的。但在使用過程中,只要用心感悟、仔細體會,就會發現還是有一定內容體系可遵循的。
教材從具體內容上看,可以分為三部分:(1)無機化學基礎,向學生介紹物質的構成、分類、性質、用途,物質間的反應、化學反應類型、化學反應原理、化學反應中能量變化、化學反應速率和限度;(2)有機化學基礎,向學生介紹常見有機物、有機物的性質、簡單有機反應、有機物與生活;(3)化學實驗,向學生介紹化學實驗安全、常見儀器的使用、基本實驗技能。
教材從知識類型上看,可以分兩大塊:(1)元素化合物知識,向學生介紹原子的構成、物質的形成、元素周期表及元素周期律、主族元素及其化合物、副族和Ⅷ族代表元素及其化合物、常見有機物;(2)化學原理和理論,向學生簡單介紹化學反應的原理、類型、速率,化學平衡、化學反應與能量轉化、化學與生活。
我把新老教材進行對比并結合近十年的教學體會,從具體知識的承載對象:物質、化學反應、化學實驗三個角度來闡述我對教材內容體系的一點感悟。
一 從所研究的物質角度來看教材的內容體系
物質是客觀存在,作為化學研究的主要對象之一,教材對物質的介紹主要是從以下四個方面展開的:
1.原子的構成
教材內容在承接初中內容的基礎上,引入玻爾原子模型。原子是由原子核和核外電子構成,原子核是由質子和中子構成。學生通過學習可以認識到構成不同原子的電子、質子、中子本身是完全相同的,不同原子的結構不同是由于構成這些原子的電子、質子、中子的數目不同。教材中引入了核素和同位素的概念,與初中所學元素的概念相比較、融合,就可以使學生明白:不同元素的原子的核內質子(或核外電子)的數目不同而已;相同元素的原子雖然核內質子(或核外電子)的數目完全相同,但原子核內的中子數目可以不同,一種元素可能會有多種原子。學生就能理解周期表中一百多種元素對應著幾百種原子的事實。
教材中還引入了核外電子排布。在掌握了原子的構成后,學生通過核外電子排布的學習可以加深對原子構成的認識,可以清楚感受到隨著核內質子數和核外電子數的增多,電子層數和最外層電子數的規律性變化,為學習元素周期表和元素周期律打下基礎。
2.物質的形成
把原子介紹清楚之后,順理成章地向學生介紹物質的形成。自然界中存在的宏觀物質就是由原子通過各種方式形成的,教材中引入了化學鍵、分子間作用力、氫鍵。物質的形成要結合原子的最外層電子數和元素的種類進行考慮。已達穩定結構的原子,一個原子就是一個分子,分子之間通過分子間作用力結合成宏觀物質(如稀有氣體)。未達穩定結構的原子,由其原子種類和最外層電子數決定其結合方式。一般情況下,金屬原子和非金屬原子之間以離子鍵(也有特例)結合成宏觀物質;非金屬原子之間以共價鍵結合成分子(分子通過分子間作用力結合成宏觀物質),或原子團(原子團以離子間或共價鍵結合成宏觀物質),或宏觀物質;金屬原子之間以金屬鍵結合成金屬或合金。
教材中物質形成部分內容介紹得較淺,但作為中學階段已可以解釋生活中常見物質的形成原理,而且這一部分知識的介紹對學生理解化學反應原理和物質性質非常重要。
3.物質分類
教材中物質分類部分僅限于常見物質的分類,物質的分類與構成原子、化學鍵、物質種類多少等因素有關。教材上只介紹了交叉分類法和樹狀分類法。
從生活實例入手根據組成物質的種類多少,把常見物質分為混合物和純凈物。為了介紹清楚混合物,教材引入了分散系的概念,把混合物分為濁液、溶液、膠體。濁液和溶液初中已學過,這里重點介紹膠體的概念、性質、制備等。為幫助學生認識清楚純凈物,根據形成物質的元素種類把純凈物分為單質和化合物。化合物的分類是高中的重點,從電離角度分為電解質和非電解質,從化學鍵角度分為離子化合物和共價化合物,從性質上分為酸、堿、鹽、氧化物等,從得失電子角度分為氧化劑和還原劑。
4.物質的性質
必修一中介紹了鈉、鎂、鋁、硅、氮、硫、氯、鐵、銅等元素的單質和化合物的性質。初學時覺得這一部分知識有些凌亂,但當把元素周期表和元素周期律學習過后,就會發現前面所學是在幫助學生建立必要的感性認識和后續學習的第一手材料。通過元素周期律的學習,學生可以掌握同周期和同主族元素性質的相似性及遞變性。前面所學習的是每一主族、副族和第Ⅷ族的代表元素,然后利用同周期和同主族元素性質的相似性和遞變性就可以將前面所學的元素化合物知識推而廣之到其他元素及化合物。這樣,學生就會對周期表中所有元素及其化合物的性質都有一定程度的認識。如氧氣具有氧化性,可作氧化劑,根據周期律氟氣、氯氣具有更強的氧化性,可作強氧化劑;氫氧化鈉是強堿,則氫氧化鉀、氫氧化銣、氫氧化銫也是強堿,且堿性依次增強。
5.物質的用途
當學生掌握了物質的形成、物質的分類、物質的性質之后,就能聯想到它的用途。教材中物質的用途都是伴隨著物質的性質和結構的介紹而展開的。重在向學生傳遞結構決定性質,性質決定用途這一學科思想。如金屬鈉原子半徑較大,最外層上只有一個電子,這樣的結構特點決定其原子易失電子,單質具有較強的還原性,所以金屬鈉一般做還原劑。
二 從化學反應角度來看教材內容體系
化學反應作為物質結構性質的體現,物質用途的依據,化工生產的原理,是中學化學的重中之重。教材對化學反應的介紹主要包含以下四部分:
1.化學反應原理
化學反應是原子重新排列組合的過程,那原子是如何實現重新排組合的呢?化學鍵理論認為任何化學反應都是舊鍵斷裂和新鍵生成的過程。舊鍵斷裂需要吸收能量,新鍵生成放出能量。用化學鍵的斷裂和生成可以解釋化學反應進行的過程,但沒有解釋清楚吸收和放出能量時舊鍵是怎樣斷裂,新鍵是怎樣生成的。無法從根本上解釋化學反應過程,于是教材引入了分子碰撞理論,微粒間通過碰撞實現了化學鍵的斷裂和生成。
本人認為教材對于化學反應原理的介紹,分子碰撞理論是關鍵,以分子碰撞理論結合化學鍵理論才可以較好地解釋化學反應的原理。
2.化學反應類型
教材始終是以離子反應和氧化還原反應這兩大反應類型為主線來介紹化學反應的。離子反應在初中學習的基礎上進行了較為系統的學習,概括出了離子反應發生的條件、離子反應的本質,要求學生掌握離子反應的實質,離子方程式的書寫等。氧化還原反應也是對初中所學的氧化反應和還原反應的整合、拓展、引申。向學生介紹氧化還原反應的特征和實質,使學生能從一個新的角度來看待化學反應,去理解物質的性質和用途,去解釋一些生活中的化學現象。
教材中為什么要重點介紹離子反應和氧化還原反應?本人的看法是為了培養學生的邏輯思維能力,培養學生進行實驗設計、實驗探究的能力,培養學生的哲學素養。
3.化學反應中的能量變化
人類研究化學的目的是為了利用化學反應所產生的物質和放出的能量,改善和提高人類的生活質量,促進社會發展。教材中已用大篇幅介紹了化學反應中的物質變化,能量變化一直沒有系統介紹過,教材中引入了化學反應與能量在應用的基礎上介紹了化學反應中的能量變化,同時也是對前面所學知識的拓展。
教材向學生介紹了能量守恒定律、化學能與熱能、化學能與電能。能量守恒定律的介紹一方面使學生的知識體系更加完善,有利于學生對化學的認識實現質的飛躍;另一方面有利于和物理、生物等學科實現交叉。
化學能與熱能的介紹可以幫助學生理解生活中常見的放熱反應和吸熱反應的原理,幫助學生實現對化學鍵相關知識的復習和提升,幫助學生理解反應條件和反應原理。化學能與電能向學生介紹了常見電池和發電廠的工作原理,使學生學會原電池的設計,這也是對氧化還原反應的拓展和提升。
4.化學反應速率和反應限度
這部分內容是把化學反應和化工生產進行對接,讓學生了解如何把一個化學反應轉化為化工生產過程,使其產生效益。教材在化學反應速率中主要向學生介紹化學反應速率的量化辦法和影響化學反應速率的因素,引導學生考慮如何控制反應進行的快慢。化學反應限度以可逆反應為例向學生介紹了化工生產中影響產率和反應物轉化率的因素,介紹了化學平衡原理使學生對化學平衡狀態及影響因素有所了解。
三 從化學實驗角度來看教材內容的聯系
2021高二化學教學計劃怎么寫?要使學生參與到教學的過程中來,更好地提高他們學習的興趣和學習的積極性,使他們更自主地學習,學會學習的方法。這里給大家分享一些關于2021高二化學教學計劃5篇,供大家參考。
高二化學教學計劃1一、指導思想
以學校的教學工作計劃為指導,積極開展本備課組的教學工作。以提高教學質量為目標,以提高學生的學習能力、化學成績為教學中心,結合學生現狀不斷轉變教學觀念,改進教學方法,狠抓教學常規,提高教學效率。
二、教學目標
1、認真分析研究教材、課程標準,以及學習學生的特點和基礎知識,有計劃,有步驟進行高二化學教學。
2、根據學校的教學要求和年級精神,加強集體備課,認真聽課,落實課堂教學,實現高效課堂。
3、使學生掌握化學基本知識和培養學生運用化學知識的能力從而提高學生學習化學的興趣。
三、學情分析
1、學習基礎:知識上本學期學習內容是在必修1必修2的基礎上進行選修四的學習,學生對化學反應原理已經具備一定的基礎知識,相當于對以前所學內容的進一步加深。
能力上經過一年的學習,學生對化學這門學科在老師的培養下已經形成了自己的學習方法,那就是在理解的基礎上去記憶,在練習的基礎上去總結。
2、學習習慣:學生的層次不齊,同一個層面的班級中從第一名到最后一名相差很大,成績好的學生能主動去聽課、筆記、作業獨立完成,還會抽時間去做些課外的強化練習,而學習成績差的學習,上課只是在聽,不會主動的去記,作業只是完成任務,沒有主動去總結,去強化的意識,還有一部分聽課都不認真。
四、教學內容
1、了解化學反應中常見的能量轉化形式
2、了解反應熱與焓變的涵義,理解燃燒熱的概念,學會書寫熱化學方程式
3、理解蓋斯定律,并會利用熱化學方程式和蓋斯定律進行相關簡單計算
4、知道化學反應速率的概念及表示方法,認識濃度、溫度、壓強和催化劑等對化學反應速率的影響
5、了解化學平衡建立,知道化學平衡常數的涵義并能利用平衡常數進行簡單的計算
6、了解焓變、熵變與反應進行方向之間的關系
7、認識強弱電解質的含義,能應用化學平衡理論理解弱電解質的電離平衡
8、知道水的電離常數和水的離子積常數,溶液PH值之間的關系
五、完成教學任務的具體辦法
1、備課:提前一周分解任務,主備人分析教材教法,選擇性做好PPT,選擇好相應的周習題題。
然后進行二次討論與交流,進行個性化處理,把自己的思路與習慣融入教學過程中。
2、上課:上課中嚴格貫徹課前設定的教學目標,不隨意增加深度與廣度,同時注意課堂上學生的反饋及時的較正教學要求,不能因為趕進度要求而完成教學。
3、作業:作業的布置上首先考慮的是適應教學的目標,方式可以單片紙的形式復印,內容以當天課堂上講的內容為主,每周的練習以本周的教學內容為目標進行設定。
作業設置及反饋:平時的作業定時定量,注意難度,周末的練習以一周內所學的內容為目標,選擇習題,自己命制,不用現成的試卷或練習,力爭目標明確,有的放矢,要及時聽取學生意見及時改進。
4、考試:考試的命題以基礎題為主,題型與題量模擬高考的相關要求,評分的標準也按高考的要求來,使平時的訓練標準化,格式化,使學生形成良好的答題習慣。
5、補差:對學有困難的學生進行適當的輔導能夠幫他們及時的填補差距,補差主要是給這些特殊的群體學生適當的降低目標,在基礎上下功夫,少做難題,多搭臺階,循序漸進才會給他們以信心,以提高化學平均分。
6、目標制訂
制定與研究每章、每節、每周的教學目標,根據我校學生學習的具體情況,在課程標準的指導下,分解每章每節的教學重點與難點,設定每節課的課時目標,在課件的制定,作業的布置,課外練習的選擇上,體現教學的目標,使學生感覺學習的目標明確,目標的達成也很清楚,不僅便于老師的考查與反饋,同時也會讓學生在學習中目標明確有成就感。
高二化學教學計劃2一、教學目的
1、嚴格按照教學大綱要求,準確把握教材的重點、難點、關鍵,使學生掌握好教材規定的基礎知識和基本技能,努力提高教學質量,高二上學期化學教學計劃。
2、在課堂教學中加強學法指導,在上一學期的基礎上,進一步提高學生的閱讀、理解能力和自學能力,提高學生的分析、綜合、推理的邏輯思維能力,訓練學生分析問題、解決問題的科學思維方法。
二、教學任務
1、理科選修班完成選修的教學任務,文科選修班完成選修的教學任務。
2、使學生掌握化學反應速率和化學平衡的概念,理解影響化學反應速率和化學平衡的因素。
3、理解電解質的電離平衡,理解鹽類水解的原理,了解鹽溶液的酸堿性,掌握酸堿中和滴定的原理和方法。
4、掌握電化學的基本原理。
三、教學措施
1、盡快熟悉學生,了解學生的學習狀況
2、多做學生工作,要經常找學生談心。
3、改進教學方法,多采用討論啟發探究實驗探討等方法,活躍學生學習氣氛,提高學習興趣,教學工作計劃《高二上學期化學教學計劃》。
4、面向全體學生,注意各層次的學生基礎。
5、多聯系生活,如介紹一些實用先進的科學技術,如燃料電池汽車,天然氣汽車,高性能材料等提高學生的興趣。
6、加強落實學生的學習,全批全改,個別學生還可采取面批。
考試時間第一次階段性考試10月4日(第六周)期中考試11月4日(第十周)第二次階段性考試12月4日(第十四周)第三次階段性考試1月2日(第十八周)期未考試2月4日(第二十三周)
五、教學進度章節課時周次
第一章
第一節化學反應與能量變化第1至2周
第二節燃燒熱能源
第三節化學反應熱的計算3單元復習
第二章
第一節化學反應速率3至8周
第二節影響化學反應速率的因素
第三節化學平衡
第四節化學反應進行的方向單元復習
第三章
第一節弱電解質的電離9至16周
第二節水的電離和溶液的酸堿性
第三節鹽類的水解
第四節難溶電解質的溶解平衡實驗中和滴定單元復習
第四章
第一節原電池17至20周
第二節化學電源
第三節電解池
第四節金屬的電化學腐蝕與防護單元復習機動21周
期末復習22周
高二化學教學計劃3一、教材特點:
本教材所介紹的化學反應原理是一些有關化學反應的基本思想和方法,它們不僅具有理論意義,而且具有實際價值。
現代科學的發展使一些經典原理的含義或應用發生了質的變化,本教材盡量避免內容在科學性上與現代科學脫節,注重科學性,尤其避免為了“淺出”而隨意地、錯誤地解釋概念,使本教材在科學性上具有相對長的生命力。
《化學反應原理》模塊是考查中學生對描述化學反應的物理量,如反應的能量變化、化學反應速率、化學平衡常數等,以及溶液中的離子平衡等知識的認識和掌握情況,同時考查學生運用這些化學知識解釋生產、生活中的化學現象,解決與化學反應有關的一些實際問題的能力。
1、富有張力,適于因材施教。
2、注重科學性,避免自圓其說
3、重視知識的框架結構,重在介紹學術思想,不圍繞有限的知識點組織素材,而是知識點服從知識的框架結構,介紹思路方法,力圖從本質上理解。
4、注重知識發展的階段性與連續性。
注重知識的銜接(與必修內容銜接,各部分內容的銜接,與大學內容銜接)
5、突出實驗科學的特點。
知識是避免理論絕對化,任何理論都存在局限性,都有其應用范圍;強調實驗對理論產生的重要性。
6、突出現代化學走向定量化的特征。
注意提供定量信息,設計一定數量的定量計算內容,如焓變、平衡常數、平衡轉化率等。
二、工作措施:
1、注重知識發展的階段性與連續性;
注重與必修內容的銜接,盡可能從學生已有的知識出發,提出問題,讓學生帶著問題線索進入到新的學習內容中去;注重教材內部內容的銜接,在前后章的內容、章內各節內容,以及各處內容的編寫上都特別注意了這一點;注重與大學內容的銜接,不是簡單地將大學內容搬來,簡單下移,而是精心設計、精心選擇,遵循螺旋式上升的認識規律,在深入淺出上下功夫,讓學生在中學階段對相關問題有一個正確的概念、基本的了解,更深層次、更全面的理解以及更高水平的把握留待大學階段解決。因此,本教材在這方面比較好地解決了中學內容與大學內容的銜接問題。
2、合理處理抽象概念。
對于一些比較抽象的概念(例如焓變、熵等物理函數)力求從同學熟悉的事實出發,用淺顯的語言,分析其物理意義。盡量避免繁雜的數學推導或者不講過程只端出結論的兩種偏頗做法。
3、重視學習者的參與性。
盡可能地啟發同學開動腦筋、動手實踐,經過理性思考之后,再做出歸納、介紹理論。避免填鴨式的知識羅列。盡可能給學生提供動手實驗的機會。調實驗對于理論產生的重要性,衡常數概念、速率概念都是通過實驗數據導出。
4、介紹知識時避免將理論絕對化,理論的得出無不源自實驗事實,理論的正確性必須經過實驗的檢驗;
任何理論都存在局限性,都有其應用范圍;任何理論都不能隨意使用,不可能放之四海而皆準。做到:
(1)提高認識,夯實基礎
(2)重視對新增知識的處理。平衡常數、溶度積等勿深入探究,學生能理解會判斷及進行有關計算即可。
(3)注意課本的編排方式及呈現方式。為有助于學生掌握,先講電解池再講原電池,先講平衡再講速率等。采用原處理方式。
(4)注重與原課本的結合。平衡移動原理運用Qc與Kc判斷雖然合理,勒夏特列原理雖有局限性但應用方便,完全可采用,反應速率表示原處理方式即可。
(5)可將必修2第2章與原理結合在一起合并講解,節約時間,同時也防止知識重復講解。
(6)重視“過程與方法”體系的建構。
(7)注重問題本質掌握,增強解決新問題能力。
(8)注重學生對數據處理能力的培養。課本有關一些定理、公式并非直接告訴,而是讓學生自己去處理有關數據,然后得到結論,讓其自己去體會定理、公式的來龍去脈。這對學生數據處理能力提出較高的要求,因此要重視對學生的培養
高二化學教學計劃4一、指導思想
以化學新課程標準為指引,認真落實學校教學工作計劃,以提高課堂教學質量和培養學生綜合能力為目標,抓好常規教學,夯實基礎,不斷優化課堂教學的方法和手段,以培養學生自主學習和合作學習的能力以及創新思維能力作為教學教研工作的中心任務。
二、現狀分析
1、基本情況:
本學期理科班周課時為7節,主要學習選修4《化學反應原理》,向高考輻射。
2、教材分析:
選修4《化學反應原理》內容是最基本的化學反應原理,包括反應速率、反應方向及限度等問題。從理論的高度認識酸、堿和鹽的本質及其在溶液中的反應。對于大家已經熟悉的化學反應與能量的關系,將以反應熱與反應物的物質的量的定量關系為主。以化學能和電能的相互轉化為基礎的電化學過程和裝置,如電池、電冶金和金屬腐蝕等,是富有時代氣息和應用廣泛的領域。作為化學原理應用于實際的每個實例,都是那樣的有趣和富有啟發性。
3、學情分析:
理科班大多數學生有學習化學的興趣,有較好的學習習慣和一定的學習方法。但學生程度參差不齊,由于高一課時緊,內容多,部分學生必修1、2的知識遺忘較嚴重,理解掌握上差別較大。有極個別學生基礎薄弱,沒有養成良好的學習習慣。
三、工作目標
1、以學校教學工作計劃為指導,圍繞化學教研組計劃要求認真學習教育教學理論,認真研究和學習高考考試說明,做好高中化學新課程標準的實施工作,在實踐中不斷探索和研究,增強對新課標的理解和駕馭能力,立足課堂開展教學研究,實現課堂教學的高效化,轉變教學方式和學生學習方式,為學生的終身發展奠定良好的基礎。
在加強常規教學的同時,積極開展科研課題的實驗和研究,以及為高三培養化學尖子作好培優工作。
2、根據學校教學工作計劃,結合學科實際,落實各項教研和教學常規工作。
樹立質量為本的教學理念,全面推進教學改革,確保教學質量穩步提高。不斷更新教育觀念,積極投身教學改革,促進教學質量穩步提高。
四、具體工作措施
1、認真做好教學常規,確保教學有效開展
深入備好每節課,按照課程標準的要求,積極認真地做好課前的備課資料的搜集工作。然后,備課組共同研討確定學案內容,根據班級具體情況適當調整、共享。部分章節內容制作成教學課件后,再根據班級具體情況適當調整、共享。此項工作上課前兩至三天完成。認真上好每節課,積極實踐新課程理念,把握好課堂,提高課堂教學的實效性。精心設置習題,合理、分層布置學生作業,書面作業要求全批全改;學生配套教輔不定期抽查,發現問題及時解決,及時反饋。精選每章的測驗題,與備課組共同出題,并要達到一定的預期效果。對每一次測試要認真分析,總結,為學生確定合理的目標。
2、積極開展實驗教學,提高學生學習興趣
化學是一門以實驗為基礎的自然科學,積極、認真開展實驗教學有助于提高學生的學習興趣和直觀理解,有助于培養學生實驗能力。依據學校現有實驗條件,在保證演示實驗絕大部分完成的基礎上,適當開展學生分組實驗和課后實踐。
3、做好綜合實踐,踐行分層教學
(1)培養特長生學習、探究化學的興趣和能力。
(2)利用晚自習做好缺差輔導,確保每一個學生學習不掉隊。
4、積極參加教研活動,提高教學業務能力
(1)學習化學課程標準,明確新課程的具體要求,利用每周的教研組和備課組活動時間,認真學習新課程教學理念,深入研究教育教學方法。
(2)定時與備課組內的老師進行交流,解決有關問題。與備課組每周進行一次活動,內容包括有關教學進度的安排、疑難問題的分析討論研究,化學教學的最新動態、化學教學的改革與創新等。
(3)積極參加教學改革工作。要使學生參與到教學的過程中來,更好地提高他們學習的興趣和學習的積極性,使他們更自主地學習,學會學習的方法。都能積極響應學校教學改革的要求,充分利用網上資源,使用啟發式教學,充分體現以學生為主體的教學模式,不斷提高自身的教學水平。
高二化學教學計劃5一、指導思想
本學期高二化學學科組工作,將緊緊圍繞提高課堂教學效率這個中心,狠抓教學常規的落實,全面提高學生的化學成績。
二、情況分析
(一)教材分析:
就化學而言,高二化學教學文科班要完成選修1《化學與生活》模塊的學習,該模塊是在高一化學知識的基礎上進一步對化學的學習,但學生進入高二后由于化學基礎知識比較薄弱,化學學習習慣和方法沒有建立,對化學學習不感興趣。理科班要完成選修4《化學反應原理》教學。
(二)學生情況分析:
根據學生入學時的學習狀況和興趣愛好進行分班,高二年級共有3個理科班,其中一個理科重點班,一個音舞美班,一個體育特長班。部分學生的學習習慣更差,打好基礎是關鍵。9個文科班,文科學生普遍認為學習化學是沒有必要的,也就是說,相當一大部分學生學習化學的目的并不明確,學習積極性不高。基于這種情況,教師要及時糾正調整學生的化學學習習慣和學習方式,激發學生學習化學的熱情,同時對他們的基礎知識加以鞏固。
三、教學進度
《化學反應原理》
緒言:20__.8.2——8.2
第一章化學反應與能量
第一節化學反應與能量的變化20__.8.3——8.10
第二節燃燒熱能源20__.8.11——8.12
第三節化學反應熱的計算20__.8.13——8.20
歸納、整理與測試20__.8.21——8.24
第二章化學反應速率和化學平衡
第一節化學反應速率20__.8.25——8.26
第二節影響化學反應速率的因素20__.8.27——9.3
第三節化學平衡20__.9.4——9.20
第四節化學反應進行的方向20__.9.21——9.22
歸納、整理與測試20__.9_.23——10.1
期中復習備考20__10.3——
第三章水溶液中的離子平衡
第一節弱電解質的電離20__.11.20——11.22
第二節水的電離和溶液的酸堿性20__.11.23——12.4
第三節鹽類的水解20__.12.5——12.11
第四節難溶電解質的溶解平衡20__.12.12——12.20
歸納、整理與測試20__.12.21——12.30
第四章電化學基礎
第一節原電池20__.1.3——1.4
第二節化學電源20__.1.5——1.7
第三節電解池20__.1.8——1.15
第四節金屬的電化學腐蝕與防護20__.1.16——1.17
【關鍵詞】化學反應進行的方向教學 設計
【中圖分類號】G42 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089(2014)2-0246-02
一、教材內容分析
《化學反應進行的方向》屬于人教版高中化學選修4第二章第四節的內容,是高考選修課中的必考內容。教材將本節內容安排在化學反應及其能量變化之后以呈現出來,重點介紹判斷化學反應進行方向的"焓判據、熵判據及復合判據",有一定難度。
教材從學生已有的知識和生活經驗出發,分四個層次對化學反應的方向進行了介紹。第一,以學生熟悉的自發進行的放熱反應為例,介紹化學反應有向能量降低的方向自發進行的傾向--焓判據;以生活現象為例,說明混亂度(熵)增加是自然界的普遍規律,也是化學反應自發進行的一種傾向--熵判據。第二,用實例說明單獨運用上述判據中的任一種,都不是全面的。第三,要正確的判斷化學反應的方向,需要綜合考慮焓變和熵變的復合判據。第四,簡單介紹了復合判據的結論性內容。
二、學情分析
1.知識技能方面:學生已經學習了化學反應中的能量變化,知道吸(放)熱反應與能量的升高(降低)之間的關系;并能理解自然界中常見的"有序"和"無序"狀態。
2.學習方法方面:學生已具備一定的觀察、分析、歸納總結能力。
三、教學設計理念
焓、熵、自由能及其相關概念都是新概念,它們的建立需要通過聯系日常生活中的見聞以及自然界的普遍變化規律,因此先展示目標讓學生自學,在自學的基礎上,再讓學生小組合作探究幾個常見的焓變、熵變(即混亂度變化)的過程,運用比較、歸納、概括、疑難點撥等方法對信息進行分析加工,逐步構建新知識;再通過總結,將所學知識系統化、條理化,最后通過達標檢測進一步提升、強化所學知識。
四、教學目標
1.知識與技能目標
① 體會"高能"到"低能"的自發性,理解焓變與反應的自發性之間的關系。
② 體會"有序"到"無序"的自發性,理解熵變與反應的自發性之間的關系。
③ 初步了解焓變和熵變對化學反應方向的影響,能用焓變和熵變分析化學反應的方向。
2.過程與方法目標
使學生學會運用比較、歸納、概括等方法對信息進行加工,構建新知識。
3.情感與價值觀目標
學會全面分析問題,體會事物的發展變化常常受多種因素的制約;進一步了解矛盾的對立統一。
五、重、難點處理
焓變和熵變與化學反應方向的關系是本節的重難點,通過聯系日常生活中的見聞以及自然界的普遍變化規律來設計問題,通過自主學習、小組合作探究等方式,讓學生主動建構知識,再由教師點撥進而加深對知識的理解。
六、教學過程設計
七、課后反思
關鍵詞:教學模型;化學反應速率;教學設計;教學轉化
中圖分類號:G633.8文獻標識碼:B文章編號:1672-1578(2013)03-0288-01
化學反應速率是化學動力學的重要內容。化學反應速率內容隸屬于對化學反應的認識。高中階段自主學習方法的運用、抽象思維能力的形成都需要一定的鍛煉機會。通過本節課的學習、實踐,探究,學生已經初步涉及物質的本身性質,濃度,溫度、催化劑以及反應物的顆粒大小等因素對反應速率的影響,并已經掌握了一些實驗基本能力(操作技能、觀察能力、分析能力、簡單運用實驗解決問題能力、評價簡單實驗能力等)。可見,這樣的編排符合學生的能力發展水平。從而為學習本內容奠定了基礎。
1."化學反應速率"模型的教學設計
圖1化學反應速率的學生認識發展層級
數學模型是對所研究問題進行一種數學上的抽象,即把問題用科學的符號語言表述為一種數學結構。通過數學模型的邏輯推理、求解和運算,就能夠獲得客觀事物的有關結論。化學反應速率方程是在大量實驗經驗的基礎上得出的數學模型,是濃度與化學反應速率之間的數學關系。不同的化學反應,其反應濃度與化學反應速率的定量關系是不同的,速率方程實際上是一個經驗公式。因此這一數學模型的建立過程有助于擴展學生對規律研究的認識。
2.建立從具體知識的教學向為以觀念構建為核心的教學轉化
觀念建構為本教學在內容上也選擇和講授事實性知識,但事實性知識的作用更多的是觀念建構的工具和載體,最終目的是要在這些事實性知識基礎上通過不斷的概括提煉而形成的深層的、可遷移的觀念或觀念性知識。由于觀念的整合作用,能很好的把本來孤立和零散的知識聯系起來,形成一個有意義的整體。與此同時,觀念建構為本教學強調要把學生置于真實有意義的學習環境里,通過問題解決和活動探究去建構觀念而不是僅僅記憶事實。觀念建構為本教學強調學習要在具體性知識的基礎,通過不斷的概括提煉而形成深層的觀點和思想。要達到這一目的,就需要學生對具體性知識進行深入理解,找出知識之間的內在聯系,并通過不斷應用知識把知識功能化,挖掘知識的認識價值和方法價值,從而把具體性知識轉化成觀念性知識。
由于本部分內容的教學中涉及到的碰撞理論、活化能理論、速率方程等都是針對基元反應的,在應用于復雜反應時,可能會出現某些矛盾或錯誤,因此在教學中如果不涉及反應歷程和基元反應的內容,就會影響學生對反應速率的本質的理解,但是在本部分內容的教學中加入反應歷程和基元反應,又會給學生增加學習的難度。因此,在化學反應速率的教學中是否要涉及這些相關內容有待于進一步討論。
參考文獻
[1]高瑛,馬宏偉,顏桂琴,化學教學,2005,(5):8-9
[2]陳瑞芝,化學教育,2007,28(8):48-50
[3]龔國祥,馬春生,劉江田,化學教育,2012,,33(3):12-24
1問題的提出
化學方程式是化學學習的重要工具,有助于學生深刻理解化學反應的實質和物質的化學性質。作為符號語言的化學方程式中的化學元素符號與客觀化學物質是一種間接的關系,需要以化學概念為中介,因此符號的表征是學生學習化學方程式的一個難關。高中化學方程式教學普遍是重記憶輕理解、重知識輕能力、重結果輕過程、重傳承輕創新,學生機械記憶,學習效果差,對學生化學成績的提高有很大影響。教師應深入解析高中化學方程式教學,從高中化學方程式的價值回歸和認知內涵出發,進一步認識高中化學方程式教學的意義,改進教學策略,優化知識結構,提高學生認知水平,幫助學生領悟思想方法,提高化學方程式的教學效果,促進學生化學學習的良性發展。
2高中化學方程式的有效教學策略
2.1應用合理方法,多渠道、多途徑引導幫助學生正確書寫化學方程式: 教師應引導學生學會尋找規律與方法(如利用韻律語或順口溜)熟記并正確書寫元素符號,為化學方程式的學習打好基礎。化學式是書寫化學方程式的關鍵,教師應積極創設化學化學課堂情景,引導學生探究規律,加強方法的指導和規范化的書寫訓練,在應用中鞏固記憶,提高書寫技巧,學會書寫化學式,為書寫化學方程式做好準備。可引導學生熟記常見元素和原子團的化合價,分析元素化合價的實質,可通過小卡片游戲或組內相互提問等形式強化記憶,讓學生主動探究規律,幫助學生記憶并正確寫出化學式。還可引導學生自主學習,合作探究,明確書寫化學方程式的原則及所表示的意義,尋找書寫化學方程式的技巧。新授課時,教師可先讓學生復習有關反應的化學方程式,引導讓學生自主合作探究學習,總結歸納書寫化學方程式的步驟和方法,激發學生書寫化學方程式的興趣。同時通過自評、互評、教師評價,以板演、發言、游戲、競賽等方式,調動學習的積極性、主動性和創造性,引導幫助學生盡量避免常見錯誤:物質的化學式書寫錯誤、不配平化學方程式、錯標或漏標反應條件、錯標或漏標生成物的狀態,促進學生學習生成和發展,多渠道、多途徑引導幫助學生正確書寫化學方程式。
2.2強化化學實驗教學,引導學生觀察實驗現象,幫助學生構建化學方程式的知識: 教師可以實驗的直觀性、趣味性和觀賞性吸引學生觀察實驗現象,強化化學實驗教學,利用實驗事實引導學生通過積極的思維活動認識化學反應與化學方程式的本質,有效提高學生學習化學方程式的效率,用化學實驗幫助學生構建化學方程式的知識。教師要充分發揮實驗在教學中的作用,在教學過程中多注意對實驗教學資源的開發強化演示實驗、半驗證半探究式實驗,利用學生實驗進行引導探究,鼓勵學生多動手做家庭實驗等。
如利用銅與濃、稀硝酸反應的化學方程式等知識的學習,引導學生在實驗基礎上探討銅與稀硝酸反應的原理時,讓學生能夠觀察到明顯的實驗現象:藍色的溶液滴入NaOH 溶液變成藍色絮狀沉淀證明反應有Cu(NO3)2生成;搜集到的無色氣體通過吸入空氣變紅棕色證明是NO;在實驗過程中,通過設置有針對性的問題達到討論探究的目的。
2.3應用多媒體等技術呈現化學反應,揭示其本質,激活學生化學方程式的圖式,幫助學生建立正確的化學反應本質觀: 教學中可利用多媒體等技術呈現化學反應,揭示其本質,用微觀圖(原子、分子模型)結合化學式表示化學反應,引導學生畫出某化學方程式的微粒圖,依據微粒圖書寫化學方程式,從微觀上分析化學方程式,幫助學生建立正確的化學反應本質觀,進而理解符號的意義。例如利用Flash 動畫演示可逆反應,讓學生理解正、逆反應同時進行的微觀反應狀態,為化學平衡概念的建立打下堅實的基礎,多感覺刺激提高化學學習效率,激發學生思考問題的深、廣度,培養其空間想象能力。水解平衡、電離平衡、沉淀溶解平衡,在微觀水平上的分析利于挖掘方程式隱含的信息,更容易理解這些平衡包含的量的關系如電荷守恒、物料守恒等。
2.4引導學生自主構建化學知識網絡,提高學生書寫化學反應條件和復雜化學反應方程式生成物的水平: 教師應把握教材編寫特點,引導學生了解化學知識的結構,將教學內容與教材進行“縱橫”聯系,自主構建物質間相互轉化的化學知識網絡,學習化學方程式,提高學生書寫化學反應條件和復雜化學反應方程式生成物的水平。在化學方程式的教學時,引導學生了解所學知識在體系中的位置并從較高層次與視角審視所學知識。新授課時,以物質間相互轉化關系網絡圖呈現給學生,根據網絡圖進行物質性質、化學方程式的學習。復習課時則指導學生歸納網絡圖,根據相應的展開鞏固化學方程式。
2.5根據化學反應類型進行化學方程式教學,對化學方程式進行深層次的分類,以促進化學方程式的教學: 可根據化學反應類型進行化學方程式的教學,引導學生對化學方程式進行深層次的分類。根據形態特征,化學反應分:化合反應、分解反應、復分解反應、置換反應;從電子得失的角度則分氧化還原反應,幫助學生理解,以促進化學方程式的教學。可從物質的結構如元素的化合價的變化分析物質具有的性質;從實驗、對比中歸納氧化還原性的強弱;從物質中元素價態的變化規律及實驗總結出反應的產物。如SO2、H2O2中S 和O均處于中間價態,因而既具有氧化性又具有還原性,而氧化性、還原性哪個為主,還要通過實驗等方法來判斷;又如,可用Cu 與濃、稀硝酸反應的劇烈程度判斷濃稀硝酸氧化性的強弱,幫助學生深入學習理解。
2.6比較物質性質,激發學生的認知沖突,完善化學方程式的知識體系,鞏固化學方程式: 教師應充分把握化學反應的規律和普遍中存在特殊的特點,引導學生比較物質性質,研究異同,激發學生的認知沖突,幫助學生完善化學方程式的知識體系,鞏固化學方程式。要引導學生從物質本身的結構、性質、用途和制備等方面多角度多方位進行比較,特別要引導學生比較物質性質,以鞏固化學方程式的學習。
2.7應用類比法,引導幫助學生認識化學方程式之間的聯系: 教師可應用類比的方法,幫助學生理解化學反應的規律性與化學物質的相似性,促進學生對化學方程式之間的認識,從學生的舊知識體系中構建、完善出新的知識。
如SO2和CO2都具有酸性氧化物的通性,因此SO2與堿、堿性氧化物、水和某些鹽的反應可以通過與CO2的類比得出,通過實驗和提問,經過整理和小結完成此知識點的教學。可以類比學習的化學方程式還有很多,如C與濃H2SO4、濃HNO3的反應,NaOH與Al、Si 的反應都具有很強的類比性。
2.8強化化學方程式的計算等針對性的練習,培養學生化學方程式的應用能力: 教學化學方程式應注重利用方程式解決化學實際問題,以化學方程式的計算為突破口,精心選擇針對性的習題,以隨堂檢查、課后作業、游戲活動比賽(如化學方程式書寫大賽)的形式,有意識引導學生加強化學方程式的復習,幫助學生在練習過程中鞏固加深化學方程式,強化學生化學方程式應用能力的培養,促進化學方程式的教學,提高教學效果。
3結束語
高中教師應精心組織化學方程式的教學,根據實際情況選擇合適的教學策略,注意貼近學生的認知水平和心理特點,培養學生的分析、比較、綜合、概括的能力,優化學生化學學習思維品質,使用靈活多樣的教學方法,嚴格要求學生,引導幫助學生理解化學反應實質,強化化學方程式的規范化書寫的訓練,加強反復練習,在應用中進一步掌握化學方程式,提高學生興趣和方程式的教學效率。
參考文獻
[1]王后雄..化學方法論[M]..中南大學出版社,2003.
關鍵詞:OpenGL;3ds Max;c++;3D動畫;化學反應
中圖分類號:TP311 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2014) 12-0000-01
隨著電腦軟硬件的快速發展,計算機圖形圖像處理技術的應用得到了空前的發展,電腦美術作為一個獨立學科走上了迅猛發展之路。目前,國內外越來越多的使用3D制作動畫,三維建筑、室內效果圖等,但是很少將其與化學實驗結合起來,有的也只是用3D模擬出分子和原子結構,而對化學反應時的斷鍵和成鍵情況沒有具體的說明。對于比較復雜的斷鍵、成鍵過程,學生理解起來會很困難,老師講解也很抽象,所以對模擬實驗會極度渴望。
本文討論了通過3D動畫來模擬化學反應的設計與實現,能夠將化學反應過程生動、形象的展示出來。
一、系統的實現流程
系統基本流程為界面設計,建模,模型生成,動畫生成,動畫控制。
(一)界面設計
使用windows界面設計,實現與用戶的交互,用戶通過選擇化學分子式或者反應方程式進行3D模擬動畫的展示,同時,在動畫播放過程中可對其進行基本的暫停等操作。
(二)建模
首先在3ds Max中對化學分子式進行建模,構建出每個分子的球棍模型,該模型能夠清楚地反應原子間的相對位置和化學鍵的位置。利用插件,將模型導出為md2文件,用于模型生成。
(三)3D模型生成
本系統使用OpenGL這個專業的圖形程序接口對構建的模型進行加載,使用紋理貼圖技術將不同類型的原子渲染成不同顏色,從而繪制出分子的3D模型。
(四)3D動畫生成
將渲染的3D模型,通過調整時間和坐標位置加載為動畫,用于模擬化學反應過程。
(五)動畫控制
在動畫播放時,可對其進行暫停,停止,播放等操作,便于觀察反應過程中的斷鍵和成鍵情況。
二、系統的研究方法和關鍵技術
(一)3ds Max建模
本系統使用3ds Max 2011軟件平臺制作化學分子的3D模型,涉及到對該軟件的了解和使用。
(二)深度緩沖區
本系統啟動了深度緩沖區用于消除實心物體被其他物體所遮擋的情況,具體實現代碼如下:
glEnable(GL_DEPTH_TEST)
glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT|GL_DEPTH_BUFFER_BIT);
(三)紋理貼圖
本系統使用紋理貼圖技術為不同的原子綁定不同顏色,分為以下幾步:
1.創建和綁定紋理對象
glEnable(GL_TEXTURE_2D);
glBindTexture(GL_TEXTURE_2D,groundTex->texID);
2.將保留在data中的像素值傳給當前綁定的紋理對象
gluBuild2DMipmaps(GL_TEXTURE_2D,GL_RGB,groundTex->width,groundTex->height,GL_RGB,GL_UNSIGNED_BYTE,groundTex->data);
(四)光照
本系統使用OpenGL光照函數來繪制真實感圖形,具體步驟如下:(1)定義每個物體的每個頂點的法向量(法向量決定了物體相對于光源的方向);(2)創建和選擇一個或多個光源,設置它們的位置;(3)創建光照模型。(4)定義場景中物體的材料屬性。
(五)視圖變換
視圖變換實現了從不同角度觀察分子模型的功能,能夠清楚地觀察反應過程中,各原子和化學鍵的變化。實現部分代碼如下:
gluLookAt(cameraX,cameraY,cameraZ,lookX,lookY,lookZ,0.0,1.0,0.0);
圖1 默認的照相機位置
圖2 使用gluLookAt()后
(六)加載md2文件
加載md2文件,實現動畫:(1)讀取原始數據;(2)將數據轉換成模型結構;(3)動畫顯示。
三、結束語
本文介紹了3D動畫模擬化學反應系統,能夠對化學反應中的斷鍵成鍵過程進行模擬,系統使用簡單,能夠清楚地展示化學反應過程,對于實際教學活動具有重要的實際應用意義和推廣價值。
參考文獻:
[1]孫毅.SUN Yi 3DS MAX在虛擬現實設計中的運用[J].自動化與儀器儀表,2009(06).
[2]程P.三維動畫技術在有機化學教學中的應用[J].攀枝花學院學報,2002(04).