教育資訊科技軟體示范

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1、教育資訊科技軟體示範(fàn)微觀與視覺化的化學(xué)世界－eChem學(xué)習(xí)軟體報(bào)告人：陳永裕展示時(shí)間：2005/4/14一、前言「原子」的世界對學(xué)生而言，是個(gè)既看不到又摸不著的領(lǐng)域。雖然國中教科書以棒球場與十元硬幣來類比原子與原子核的大小比較，學(xué)生還是很難想像原子內(nèi)部的世界。高二化學(xué)課程中，嘗試以講述原子發(fā)展的科學(xué)史，引導(dǎo)學(xué)生從道耳吞的原子說，到湯木生的梅子布丁式的原子模型、拉塞福的原子模型、波耳的軌道原子模型，最後引至量子力學(xué)，學(xué)生對原子的軌域?yàn)槭颤N會是球形或是啞鈴形的，產(chǎn)生了許多的迷思概念或另有概念。再進(jìn)一步教到分子結(jié)構(gòu)時(shí)，必須先講解混成軌域（Hybridorbital），無論是以電腦動畫模

2、擬混成軌域是如何形成的，或是以圖畫表示，學(xué)生對此概念的理解卻不盡理想。顯示出即使如皮亞傑的論點(diǎn)，高二學(xué)生已進(jìn)入形式操作期，學(xué)生對抽象的概念仍然有其學(xué)習(xí)的障礙。這種學(xué)習(xí)的障礙，不僅澆熄了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱忱，也讓化學(xué)教師在教學(xué)的過程中深感挫折。近年來，科教研究極力發(fā)展將資訊融入教學(xué)，希望藉由電腦學(xué)習(xí)及科技工具幫助學(xué)生主動建構(gòu)知識，探索新知。eChem這套學(xué)習(xí)軟體，是以學(xué)習(xí)者為中心的設(shè)計(jì)（LCD）學(xué)習(xí)軟體，藉著科技工具將抽象的原子與分子等微觀的世界予以視覺化，鼓勵(lì)學(xué)生藉由建立3D的分子模型，從不同的視覺角度去觀察、探索、比較及分析分子的形狀、分子鍵結(jié)、混成軌域、及建立化學(xué)式等不同的化學(xué)

3、表徵，並進(jìn)一步瞭解、分析與比較分子在巨觀世界中所表現(xiàn)的種種性質(zhì)（如沸點(diǎn)、熔點(diǎn)等）。二、軟體簡介eChem這套學(xué)習(xí)軟體主要是指導(dǎo)學(xué)生從事三方面的活動－建立分子（buildingmolecules），將多重3D分子模型予以視覺化（visualizingmultiple3Dmodels），以及比較微觀與巨觀世界的表徵（comparingmicro-andmacroscopicrepresentations）。eChem提供三方面的作業(yè)：Construct,VisualizeandAnalyze。Construct：在此作業(yè)系統(tǒng)，學(xué)生能夠建立有機(jī)分子的球棒式結(jié)構(gòu)（ball-and-sti

4、ckmodel），從所有可能的角度觀看分子結(jié)構(gòu)，比實(shí)體的球棒式分子模型更易於操作。亦可由視窗中觀察到簡易的週期表及常見原子（如C、H、N、O、Si及鹵素族等）可能的混成軌域、鍵結(jié)的數(shù)目與分子形狀等。Visualize：在此作業(yè)系統(tǒng)，學(xué)生能夠選擇1、2或4個(gè)視窗同時(shí)觀看不同化合物的分子結(jié)構(gòu)，或是比較同一化合物的不同分子模型，如球棒式（ball-and-stick）、線骨架式（wire-frame）及填充式（space-fill）。藉著視覺化的畫面來比較各種不同分子模型的3D立體圖形，及各種分子模型的優(yōu)點(diǎn)與其限制。Analyze：在此作業(yè)系統(tǒng)，學(xué)生能夠連結(jié)微觀世界的分子結(jié)構(gòu)與巨觀世界

5、中分子群聚時(shí)所表現(xiàn)的種種物理及化學(xué)性質(zhì)。學(xué)生可以將已建立的多個(gè)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行一系列的性質(zhì)比較，舉例說明：比較一系列烷類的碳數(shù)、氫原子的數(shù)目藉此推論出烷類的通式；亦可比較一系列烷類的沸點(diǎn)，可從所顯示的數(shù)據(jù)，歸納出烷類的碳數(shù)多寡與沸點(diǎn)之間有何種關(guān)係。eChem這套學(xué)習(xí)軟體的限制在於鍵結(jié)的數(shù)目有所限制，舉例說明：硫(S)位於第三週期，因有3d軌域可以使用，所以鍵結(jié)數(shù)目可從2個(gè)至6個(gè)，eChem中只提供2個(gè)鍵結(jié)數(shù)目，所以無法畫出硫酸(H2SO4)、六氟化硫(SF6)等分子結(jié)構(gòu)。但學(xué)生在熟練eChem各項(xiàng)作業(yè)系統(tǒng)後，仍能建構(gòu)出複雜的有機(jī)化合物如葡萄糖、聯(lián)苯、多氯聯(lián)苯及脂肪酸等3D立體分子結(jié)構(gòu)

6、。三、軟體使用１.點(diǎn)兩下，進(jìn)入執(zhí)行界面如下：建造：建造一個(gè)分子。視覺化：觀看和比較分子的形狀。分析：分析分子的各項(xiàng)性質(zhì)。２.建造一個(gè)CH３OH的分子：a.按下construct鍵，跳出下面視窗，在空白處鍵入想建構(gòu)的分子。b.按下OK鍵後，出現(xiàn)下面的視窗。接著點(diǎn)取右方C方塊，在C方塊下會出現(xiàn)四個(gè)可能的混成軌域，點(diǎn)選sp3後，在中央灰色大方塊中點(diǎn)一下，即可出現(xiàn)圖形。（按著圖形可作旋轉(zhuǎn)）碳原子的混成軌域形狀。a.接著點(diǎn)取右方O方塊，在下方點(diǎn)下sp3軌域，接著在中央灰色塊中欲接O原子之位子點(diǎn)下即可。所欲建造的原子種類可選擇來建造的原子團(tuán)或基刪除額外的鍵結(jié)b.點(diǎn)取H方塊，並在中央灰色塊中欲

7、接H原子之位子，點(diǎn)下即可完成。（以游標(biāo)按著可以作旋轉(zhuǎn)）２.以相同方法建造CH4。３.點(diǎn)下Fragments，在右方捲簾可選擇Rings（環(huán)）或Chains（鏈），現(xiàn)在點(diǎn)下Chains，選取最上方的C4H9以建造出C4H10。４.按下Delete，可以以游標(biāo)去刪除所要?jiǎng)h除的原子。５.Extras的功用：在建造CH4時(shí)，在建造C原子之後，按下Extras，再直接點(diǎn)下右方的，則CH4之四個(gè)H原子會立即立刻填上。６.點(diǎn)下Visualize，可以在視窗下方捲簾變化分子結(jié)構(gòu)的形狀有Balla