抽體法探究《金屬晶體》教學(xué)設(shè)計(jì)

摘要：利用學(xué)生已有立體幾何知識(shí)，采用類(lèi)比的方法，在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生自主動(dòng)手探究金屬晶體中金屬原子的三種常見(jiàn)的堆積方式，利用PPT幫助學(xué)生完成三維結(jié)構(gòu)的創(chuàng)建，并開(kāi)發(fā)了抽體法運(yùn)用于晶胞的構(gòu)建。

關(guān)鍵詞：抽體法；金屬晶體；密堆積方式

文章編號(hào)：1005－6629(2007)08－0035－03中圖分類(lèi)號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1教學(xué)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

蘇教版《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》專(zhuān)題三第一單元中，金屬晶體部分內(nèi)容是過(guò)去老教材里末曾出現(xiàn)過(guò)的，對(duì)于教師來(lái)說(shuō)，雖然大學(xué)里學(xué)過(guò)了，但已所剩無(wú)幾了，更無(wú)教授這部分內(nèi)容的經(jīng)驗(yàn)可言了。對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，雖說(shuō)已在數(shù)學(xué)課上學(xué)過(guò)立體幾何知識(shí)，但從未在實(shí)際當(dāng)中應(yīng)用過(guò)。

為使學(xué)生能夠準(zhǔn)確認(rèn)識(shí)晶胞的概念，教材采用了類(lèi)比的方法。根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平，安排了學(xué)生探究等徑球在平面內(nèi)的不同排列方式，在此基礎(chǔ)上，教材列舉了金屬晶體的六方堆積、面心立方堆積和體心立方堆積三種堆積方式的晶胞，并討論了各種位置上的原子在晶胞中所占的份額。

基于學(xué)生的現(xiàn)有水平，很難理解三種晶胞的堆積方式，特別是這三種晶胞是如何得來(lái)的，為了能讓學(xué)生能夠理解，本人對(duì)此作了處理，采用動(dòng)態(tài)模型來(lái)完成教學(xué)，只要利用PPT即可做到，不必使用3DMAX等較復(fù)雜的軟件，并用了開(kāi)發(fā)了抽體法得到晶胞，課堂效果很好。

2教學(xué)過(guò)程

［新課］金屬晶體的堆積方式

［提出問(wèn)題］金屬原子在一個(gè)平行面上的排列方式如何？

［活動(dòng)與探究1］利用大小相同的乒乓球，有序地排列在水平桌面上（在水槽中），要求小球之間緊密接觸，有序排列。討論可能有幾種排列方式？每一種方式的空隙特征怎樣？

［引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)匯報(bào)］ 主要介紹以下兩種方式

［引導(dǎo)分析］兩種方式的特征。

a．行列對(duì)齊，四球一空——非密置排列。

b．行列相錯(cuò)，三球一空——密置排列，有兩種不同類(lèi)型的空隙。

［過(guò)渡］我們繼續(xù)討論，原子在三維空間的排列。首先討論非密置層這種情況。

［活動(dòng)與探究2］非密置層排列的金屬原子，在空間內(nèi)向上緊密堆積的可能堆積方式。

［學(xué)生展示成果］（學(xué)生可能會(huì)說(shuō)出多種可能性）。

［多媒體展示］第一種情況：

［教師］這是課本上沒(méi)有的，因它的原子間空隙較大，不是緊密型堆積，屬于此晶型的金屬比較少見(jiàn)，所以不作介紹。

第二種情況：如果是非密置層上層金屬原子填入下層的金屬原子形成的空隙中，每層均照此堆積，形成ABAB……堆積，叫做體心立方堆積。利用PPT讓每個(gè)原子均逐一出現(xiàn)。

抽體——去掉周?chē)渌樱ɡ肞PT演示），其原子空間排列特點(diǎn)如下：

此種堆積方式，空間利用率比較高，屬于緊密堆積方式。屬于此堆積方式的金屬晶體有鈉、鉀、鉻、鉬、鎢等。

［活動(dòng)與探究3］在密置層排列的金屬原子，在空間內(nèi)向上緊密堆積的可能堆積方式。

［學(xué)生匯報(bào)成果］可能的幾種排列方式以及堆積特征。

［多媒體演示］密置層的原子按緊密堆積方式堆積。（利用PPT讓每個(gè)原子均逐一出現(xiàn)）

關(guān)鍵是第三層，對(duì)第一、二層來(lái)說(shuō)，第三層可以有兩種最緊密的堆積方式：

第三層的第一種是將球?qū)?zhǔn)第一層的球。

于是每?jī)蓪有纬梢粋€(gè)周期，即ABAB……堆積方式，叫做六方緊密堆積。

抽體——去掉周?chē)渌樱ɡ肞PT演示），得到六方晶胞，如下圖：

鎂、鋅、鈦等屬于六方堆積。

第三層的另一種排列方式：將球?qū)?zhǔn)第一層的2，4，6位，不同于AB兩層的位置，這是C層。

第四層再排A，于是形成ABCABC……三層一個(gè)周期的堆積方式，得到面心立方堆積。

［設(shè)疑］ABCABC……形式的堆積，為什么是面心立方堆積？

［展示］面心立方晶胞的抽取。此處采用抽體法更為直接明了。學(xué)生可能無(wú)法拿出，這時(shí)要在教師的指導(dǎo)下完成。請(qǐng)兩名學(xué)生到講臺(tái)上，用老師事先準(zhǔn)備好的模型完成操作，抽出面心立方晶胞。

第一層為密置型，其中 是活動(dòng)的，可以拿下來(lái)，其它粘在一起。

第二層置于第一層的空隙（如上圖 ），將這幾個(gè)球粘一起。

第三層置于第一層的另一種空隙的正上方（如下圖 ），同樣也將這幾個(gè)粘一起。

第四層在第一層 的正上方（如下圖 ）

抽體——去掉周?chē)渌?，旋轉(zhuǎn)得到的模型，即為面心立方晶胞，如下圖。

金、銀、銅、鋁等屬于面心立方堆積。

［活動(dòng)與探究4］再次體會(huì)兩種堆積方式的特征，并復(fù)述堆積方式及結(jié)構(gòu)特征。

［歸納與小結(jié)］金屬晶體常見(jiàn)的三種堆積方式對(duì)比：

［問(wèn)題解決］晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算。

［PPT演示］頂點(diǎn)、棱、面、體內(nèi)原子均攤比例透析。

［課堂總結(jié)］⑴基礎(chǔ)知識(shí)：金屬晶體常見(jiàn)的三種堆積方式；

⑵基本思路：得出金屬晶體常見(jiàn)的三種堆積方式的一般思路和晶胞中原子個(gè)數(shù)的計(jì)算一般方法。

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