动画仿真在物理化学实验教学中的运用

田 冬，陈永红，鲍 霞

（淮南师范学院 化学与化工系，安徽 淮南232001）

动画仿真在物理化学实验教学中的运用

田 冬，陈永红，鲍 霞

（淮南师范学院 化学与化工系，安徽 淮南232001）

以希托夫法测定离子迁移数为例，自行运用flash动画软件制作了仿真实验动画的教学运用，模拟了实验过程中的实验现象和原理。

flash；离子迁移数；希托夫法；仿真

自多媒体技术出现以来，在课堂教学中由于其展示的作品立体结构鲜明、动态行为逼真、内容层次丰富等多种优越性，合理的运用多媒体技术常常在教学中能取得意想不到的效果，因而受到了教师和学生的青睐。在传统的实验教学中，其程序是老师先师范讲解，而后学生动手操作，上课的环境不适合于多媒体的安装运用。随着时代和技术的发展，教学改革的推进，计算机在基础实验教学中的应用也将越来越广泛，因而计算机在物理化学实验中的运用将会有越来越广泛地舞台。

希托夫（Hittorf）法是测量电解质溶液中离子迁移数的一种经典方法，具有原理简单、操作方便的优点。但该方法和界面移动法、电动势法相比较，其缺点是不易得到准确的结果，因而要求学生对实验操作的把握能力要求更高。可以通过改进仪器装置提高了测量精度和教学效果，推离子迁移数的计算通式，增加各种教学效果［1－2］，这些工作都提高物理化学实验的教学质量和效果。我们教学团队用flash软件开发出了整个实验过程中实验要求事项和实验反应现象的模拟仿真课件，让学生在实验前先在计算机上把握实验过程，而后进行实际的实验操作，也收到了较好的教学效果。所用教材是孙尔康教授主编的《物理化学实验》（第四版，南京大学出版社），除将直形迁移管改变为三室希托夫迁移管之外其他无大改动［3］。

1 动画仿真的优点

随之计算机的广泛应用，在许多实验的教学中也引入了微机系统，其主要用途有以下几个方面：（一）信号采集和控制；（二）数据统计与处理；（三）课件展示；（四）模拟仿真。人们在物理化学实验出现自动化、控制化和智能化的操作系统，但是物理化学实验的内容广泛，设计热力学、动力学、电化学、表面化学和结构化学等多方面的知识，有些实验的数据不是很多，但过程十分重要，不利于计算机的信号采集。应用Macromedia Flash 8.0软件制作的计算机仿真实验的动画插件及DV拍摄的实验视频，应用于实验教学中，即有理论的讲解，又有实验的操作与结果（颜色、沉淀和气体产生等现象变化）的教学，很好地落实基础知识、基本技能的学习，化学实验的变化与理论的严密推理相得益彰，与传统的教学模式和教学手段相比较，具有无可比拟的优越性。主要有以下优点：

其一，把不易描述的现象重新展示出来，有些物理化学实验过程中现象如果不容易描述时，采样了可视化的电脑模拟之后，就能很轻松地把这些现象展现给学生。其二，现实中短暂的暂时的现象突出出来，有很多的化学反应它的现象变化很快，不容易观察时，如果采用电脑模拟时，这些过程可以无限次的回放给学生，或者放慢过程，在flash动画中都很容易实现。最后可以是有毒的、危险的用品的代替，通过电脑模拟后，就可以减少甚至不使用它们，从而使得安全性提高，也可以保护环境。

2 主要仿真内容

2.1 硫酸铜迁移过程的现象仿真

本实验的主要目的是了解迁移数的意义，并用希托夫法测定Cu2＋离子和SO42－离子的迁移数，从而了解希托夫法测定迁移数的原理和方法。溶液导电的过程，即是溶液中正负离子定向移动的过程，如溶液中无带电离子，该电路就无法导通电流。在实验之前，为了学生对照课件上的装置图模拟实验进程，Cu2＋离子向阴极迁移，SO42－离子向阳极迁移，我们设置了迁移管中反应的颜色逐渐变化来表示反应过程的进展情况。

图1 离子迁移示意图

迁移过程模拟如图1所示，在通电前，无论是阳极区、中间区还是阴极区所有的硫酸铜溶液的浓度都是一样的（蓝色的深度一致）。在通电迁移之后，阴极管中蓝色逐渐加深，阳极管中溶液的颜色逐渐变浅，反应了溶液中Cu2＋离子由阳极区向阴极区定向移动的结果，反映了不同极区溶液浓度的变化。设计这类动画效果，有利于学生理解离子的定向迁移过程。

2.2 滴定反应前的溶液预处理仿真

为了求得各反应区溶液中的Cu2＋离子浓度，实验中采用反滴定法来求算Cu2＋离子的含量，即首先在弱酸性环境下，让CuSO4和过量的KI充分反应，生成单质I2分子，形成黄色的碘溶液，然后用标准硫代硫酸钠溶液来滴定碘溶液，测定溶液中Cu2＋离子的浓度。所以设计出反应时的现象变化，有利于学生对于实验原理的了解和探究。

图2 预处理过程示意图

图2的场景模拟了预处理过程的示意图，从表示未加入KI溶液和醋酸溶液前的待测硫酸铜溶液，到加入KI溶液和HAc溶液后原来溶液的变化情况，用灰色的过渡色示意有CuI沉淀的生成，以及用黄色表示为生成了I2的溶液颜色。通过这些颜色的生成和变化，来启发学生对反应结果和进程的理解，能加深学生的记忆。

2.3 滴定的反应现象和过程仿真

实验的最后步骤是用标准的硫代硫酸钠溶液来滴定反应生成的I2，用于求算溶液中Cu2＋离子的含量，来计算Cu2＋离子和SO2－4离子的迁移数，这一步反应相对而言较为简单，属于学生对以前知识的回顾，在这个场景里我们也模拟了整个实验的操作过程和反应现象，以便加深学生对实验的把握能力。

图3 滴定过程示意图

图3的场景动画反映主要进程和关键部分，表示了滴加NaS2O3溶液后，随着I2浓度的降低，溶液的颜色逐渐变浅色，这时滴入两滴淀粉指示剂后，由于显色反应的发生，溶液变成紫色。然后继续滴定直到紫色消失，到整个反应过程结束，都在这一场景反映出来。根据NaS2O3溶液的体积可以求算溶液中Cu2＋离子的浓度。

运用动画，激发学生了兴趣，提升教学效果。运用多媒体动画软件，可以较好的反应实验变化进程，便于教师的讲解，也可以指导学生自己设计一些实验模拟动画，能提升学生的学习兴趣。投入到教学中使用收到了比较好的教学效果，其他物理化学实验类似的动画课件我们也正在研发之中。

［1］李宏玲，但建明，杜志坚，等.对物理化学实验辅助教学的探讨［J］.石河化大学学报，2009，23（12）：106－107.

［2］张国林，刘正铭.希托夫离化迁移数测定仪的改进［J］.实验室研究与探索，2000（4）：100－101.

［3］孙尔康，徐维清，邱金恒.物理化学实验［M］.南京：南京大学出版社，1998：72－77.

Application of Animation Simulation to Physical Chemistry Experiment Teaching

Tian Dong，Chen Yonghong，Bao Xia
（Department of Chemistry and Chemical Engineering，Huainan Normal University，Huainan 232001，China）

This paper applied flash animation software to making animation simulation in teaching physical chemistry experiment on the determination of ion transference number by Hittorf＇s method，and the experimentation was simulated.

flash；ion transference number；Hittorf＇s method；simulation

O646.54

：A

：1673－1794（2010）05－0085－02

田 冬（1977－），男，硕士，讲师，研究方向：物理化学实验与仪器分析实验。

淮南师范学院质量工程（HSJY200902，TSZY200801）

2010－07－11