元素周期律沙盤(pán)模型

摘? 要 利用彩色的有機(jī)玻璃管、亞克力板、LED燈、遙控器、音頻播放器、直流電源和噴繪好的長(zhǎng)式元素周期表，通過(guò)不同顏色的燈光和聲音，把高中階段常用的元素的性質(zhì)一目了然地展示出來(lái)，實(shí)現(xiàn)理論知識(shí)趣味化、可視化，可以有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞 元素周期律;沙盤(pán)模型;高中化學(xué);第一電離能;原子半徑;元素常見(jiàn)化合價(jià)

中圖分類號(hào)：G633.8? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2019）23-0044-03

1 思路來(lái)源

沙盤(pán)，生活中比較常見(jiàn)的一種模型，如地理教學(xué)中的地形圖沙盤(pán)模型;在軍事題材的電影、電視作品中，常?？吹街笓]員們站在地形模型前研究作戰(zhàn)方案;售樓處最常見(jiàn)的就是樓盤(pán)沙盤(pán)模型;而在城市規(guī)劃展覽館中，常常能見(jiàn)到整座城市的規(guī)劃沙盤(pán)……沙盤(pán)，就是用泥沙或其他材料堆制的模型，有利于觀眾理解和快速預(yù)覽。

《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū) 化學(xué)2 必修》第一章第二節(jié)“元素周期律”[1]和《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū) 化學(xué) 選修3 物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第一章第二節(jié)“原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)”[2]中都提到了元素的性質(zhì)隨著原子序數(shù)的遞增而呈現(xiàn)周期性的變化。如何直觀地展示這些性質(zhì)的遞變規(guī)律？教材和相關(guān)課件中多用平面的變化或者數(shù)據(jù)進(jìn)行表述。僅利用枯燥的數(shù)字變化，不利于學(xué)生對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的掌握。

受沙盤(pán)模型的啟發(fā)，筆者將有關(guān)內(nèi)容和沙盤(pán)模型結(jié)合，采用不同顏色的有機(jī)玻璃圓管、有機(jī)玻璃板、LED燈、直流電源、聲音模塊（音頻播放器）以及色彩鮮艷的噴繪等組裝元素周期律沙盤(pán)模型，用閃爍的燈光和優(yōu)美的聲音把相關(guān)性質(zhì)變化展現(xiàn)出來(lái)。在學(xué)生中間展示，讓學(xué)生動(dòng)手操作和傳閱，有效激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)了教學(xué)效果;特別是為愛(ài)好思考的學(xué)生提供了借鑒，在其心中埋下創(chuàng)新的種子。

2 數(shù)據(jù)處理和制作方法

數(shù)據(jù)處理? 根據(jù)教材上的有關(guān)數(shù)據(jù)，把第一電離能、原子半徑、元素常見(jiàn)化合價(jià)（正負(fù)）用合適的高度表示出來(lái)，用不同顏色的有機(jī)玻璃管分別表示，得到1號(hào)元素氫到18號(hào)元素氬的有關(guān)數(shù)據(jù)比例（見(jiàn)圖1）。

1）每種元素框內(nèi)第一個(gè)柱形圖用無(wú)色有機(jī)玻璃圓管，其高度表示對(duì)應(yīng)原子的第一電離能大小。

第一橫行：1號(hào)氫元素131 mm;2號(hào)氦元素237 mm。

第二橫行：3號(hào)鋰元素52 mm;4號(hào)鈹元素90 mm;5號(hào)硼元素80 mm;6號(hào)碳元素108 mm;7號(hào)氮元素140 mm;8號(hào)氧元素131 mm;9號(hào)氟元素168 mm;10號(hào)氖元素208 mm。

第三橫行：11號(hào)鈉元素49 mm;12號(hào)鎂元素74 mm;13號(hào)鋁元素58 mm;14號(hào)硅元素79 mm;15號(hào)磷元素101 mm;16號(hào)硫元素100 mm;17號(hào)氯元素125 mm;18號(hào)氬元素152 mm。

2）每種元素框內(nèi)第二個(gè)柱形圖用藍(lán)色有機(jī)玻璃圓管，其高度表示對(duì)應(yīng)原子的半徑大小。

第一橫行：1號(hào)氫元素37 mm;2號(hào)氦元素（無(wú)）。

第二橫行：3號(hào)鋰元素152 mm;4號(hào)鈹元素89 mm;5號(hào)硼元素82 mm;6號(hào)碳元素77 mm;7號(hào)氮元素75 mm;8號(hào)氧元素74 mm;9號(hào)氟元素71 mm;10號(hào)氖元素（無(wú)）。

第三橫行：11號(hào)鈉元素186 mm;12號(hào)鎂元素160 mm;13號(hào)鋁元素143 mm;14號(hào)硅元素117 mm;15號(hào)磷元素110 mm;

16號(hào)硫元素102 mm;17號(hào)氯元素99 mm;18號(hào)氬元素（無(wú)）。

3）每種元素框內(nèi)第三個(gè)柱形圖用紅色有機(jī)玻璃圓管，其高度表示對(duì)應(yīng)原子的最高正化合價(jià)。

第一橫行：1號(hào)氫元素1 mm;2號(hào)氦元素（無(wú)）。

第二橫行：3號(hào)鋰元素1 mm;4號(hào)鈹元素2 mm;5號(hào)硼元素3 mm;6號(hào)碳元素4 mm;7號(hào)氮元素5 mm;8號(hào)氧元素

（無(wú)）;9號(hào)氟元素（無(wú)）;10號(hào)氖元素（無(wú)）。

第三橫行：11號(hào)鈉元素1 mm;12號(hào)鎂元素2 mm;13號(hào)鋁元素3 mm;14號(hào)硅元素4 mm;15號(hào)磷元素5 mm;16號(hào)硫元素6 mm;17號(hào)氯元素7 mm;18號(hào)氬元素（無(wú)）。

4）每種元素框內(nèi)第四個(gè)柱形圖用綠色有機(jī)玻璃圓管，其高度表示對(duì)應(yīng)原子的最低負(fù)化合價(jià)。

第一橫行：1號(hào)氫元素（無(wú)）;2號(hào)氦元素（無(wú)）。

第二橫行：3號(hào)鋰元素（無(wú)）;4號(hào)鈹元素（無(wú)）;5號(hào)硼元素（無(wú)）;6號(hào)碳元素（-）4 mm;7號(hào)氮元素（-）

3 mm;8號(hào)氧元素（-）2 mm;9號(hào)氟元素（-）1 mm;10號(hào)氖元素（無(wú)）。

第三橫行：11號(hào)鈉元素（無(wú)）;12號(hào)鎂元素（無(wú)）;13號(hào)鋁元素（無(wú)）;14號(hào)硅元素（-）4 mm;15號(hào)磷元素（-）3 mm;16號(hào)硫元素（-）2 mm;17號(hào)氯元素（-）1 mm;18號(hào)氬元素（無(wú)）。

以上提供的只是短周期的18種元素的性質(zhì)，若繼續(xù)提供相應(yīng)數(shù)據(jù)，則可以展示全部的118種元素，供高校相關(guān)專業(yè)師生和科研工作者學(xué)習(xí)使用。

制作方法? 將噴繪好的元素周期表覆蓋在事先準(zhǔn)備好的5 mm厚的亞克力板上，根據(jù)LED燈的尺寸（本實(shí)驗(yàn)采用的LED燈直徑為5 mm），在每種元素框內(nèi)從上而下開(kāi)四個(gè)圓孔;把LED燈從背面插入，背面LED燈的長(zhǎng)腳（正極）和短腳（負(fù)極）分別朝向不同的方向，便于焊接（見(jiàn)圖2）;而在正面剛好露出頭的LED燈上面，套上不同顏色的有機(jī)玻璃圓管（內(nèi)徑5 mm），然后用專用膠水固定。

按照事先設(shè)計(jì)的線路圖，短腳都與電源的負(fù)極連接起來(lái)（采用串聯(lián)的方法），長(zhǎng)腳部分表示第一電離能、原子半徑、最高正化合價(jià)、最低負(fù)化合價(jià)的并聯(lián)，并分別與四個(gè)遙控開(kāi)關(guān)連接。這樣既可以步進(jìn)控制、單獨(dú)控制，使得每一種性質(zhì)單獨(dú)展示（只亮一種顏色的LED燈），又可以總體進(jìn)行控制，即同時(shí)展示四種性質(zhì)（四種顏色的LED燈全亮）。

所述的遙控開(kāi)關(guān)還分別連接事先錄制好元素性質(zhì)介紹的音頻播放器（見(jiàn)圖3）。該模塊音頻可讓班級(jí)普通話好的學(xué)生錄音，可以是洪亮的男生聲音，也可以是婉約的女生聲音?？梢远ㄆ诟鼡Q本班不同學(xué)生錄音，讓學(xué)生有熟悉感，可大大提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

使用方法? 使用時(shí)，只需手拿遙控器，分別按壓代表第一電離能、原子半徑、最高正化合價(jià)、最低負(fù)化合價(jià)的A、B、C、D按鈕就可以了（見(jiàn)圖4）。這種模型便于遠(yuǎn)程遙控，便于在學(xué)生之間傳閱，特別是聲音和彩色光的應(yīng)用，讓學(xué)生印象深刻。

3 研究意義

這只是化學(xué)教學(xué)中的一個(gè)小改進(jìn)，把枯燥的理論知識(shí)可視化呈現(xiàn)，把難記憶的知識(shí)用聲音進(jìn)行強(qiáng)化。實(shí)際上，化學(xué)中很多知識(shí)點(diǎn)都可以進(jìn)行類似的改進(jìn)，與現(xiàn)代科技相結(jié)合，把深?yuàn)W的理論知識(shí)模型化，把教材中平面的圖形立體化。教材中有數(shù)據(jù)表述的，如含有氫鍵和范德華力的一些氫化物的沸點(diǎn)也可同樣展示。這樣的改進(jìn)不僅幫助學(xué)生加深了對(duì)相關(guān)理論知識(shí)的理解，還培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。

4 改進(jìn)設(shè)想

以上改進(jìn)是筆者通過(guò)網(wǎng)上購(gòu)買的用品和器材進(jìn)行的制作，無(wú)論是LED燈還是直流電源（電池），其電流電壓都不太匹配，產(chǎn)品比較粗糙，浪費(fèi)了大量的空間和時(shí)間。下一步可以利用3D打印，使模型更加小巧和緊湊，配置匹配的電源和LED燈以及聲音模塊，讓控制按鈕更加完美，成為一體機(jī)，這樣更便于運(yùn)輸和攜帶，便于推廣到各個(gè)學(xué)校和科技館以及科研機(jī)構(gòu)，以滿足更多學(xué)生和科普愛(ài)好者學(xué)習(xí)使用。

參考文獻(xiàn)

[1]宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū) 化學(xué)2 必修[M].北京：人民教育出版社，2017：14-18.

[2]宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū) 化學(xué) 選修3） 物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[M].北京：人民教育出版社，2018：16-21.

[3]曹雨晴.元素周期律沙盤(pán)模型[J].發(fā)明與創(chuàng)新：中學(xué)生版，2018（7）：21.

作者：黃雯雯，鄒城市看莊中學(xué)，中學(xué)二級(jí)教師（273502）。