金属原子堆积的金桔模型制作及其在教学中的应用

陈硕平

摘要：金属原子堆积模式知识点是材料/金属专业本科生教学中的重点和难点之一，本文以常见的水果金桔为原材料，设计了用于讲解金属原子堆积模式知识点的金桔模型，并在课堂教学中，让学生跟随教师讲解，在座位上分组实践，有效加深学生的理解和认识，提高动手能力，活跃课堂气氛，取得良好的教学效果。

关键词：金属原子堆积模式；金桔模型

中图分类号：G642 文献标识码：B

1. 前言

金属原子堆积模式是在材料/金属专业的本科生教学中的重要的知识点，也是教学中的难点之一。该知识点的教学内容虽然不多，但本身较为枯燥，且需要学生有相当好的数学、结构学基础和空间想象能力，因此如果使用通常的课堂教学模式，教师简单利用黑板板书或多媒体课件讲解，难以让学生获得直观、深刻的认识，不仅效果不佳，也容易使学生产生厌学情绪。

立体的实物模型能够在教学中给予學生以直观精确的认识，是克服教学难点的重要手段[1-5]。然而，通常的塑料或木制的教学模型不仅市场价格昂贵，且种类和来源都非常有限，如能够展示金属原子堆积模式的模型在市场上难以买到。即使可以购买少量相关模型，在近百人的学生课堂中，仅仅依靠教师展示手中的模型，难以做到每位同学都能有效掌握实物模型所包含的知识点，教学效果也非常有限。

为了能够有效地改进该知识点的教学，笔者考虑使用价格低廉的水果制作金属原子堆积模型。经过考察发现，金桔[ Fortunella margarita （Lour. ） Swingle]作为我国南方常见的观赏植物，果实可以食用，味甜，具有较高的营养价值。初步实践表明，金桔果实球形，长2.5-3.5厘米，金黄色，质地软硬适中，可以被牙签方便插入和拔出，因此，该类果实具有作为金属原子堆积模型的潜质。经过探索和教学实践，笔者总结出了以金桔果实为原料，在牙签的辅助下制作教学模型的方法，该方法这样不仅可以快速获得用于教学的模型，还可以在课堂教学中，让学生也可以参与动手实践，从而让学生能够有效掌握该知识点，同时还锻炼了动手能力，活跃了课堂气氛，获得了良好的教学效果。

2. 金属原子堆积模式的金桔模型制作

在相关教学知识点中，金属原子的堆积模式主要有四种：简单立方堆积（SC）、体心立方堆积（BCC）、面心立方堆积（FCC）、六方密堆积（HCP），这四种模式在模型制作方法上有较大的区别，现分别表述如下。

（1）简单立方堆积。

如图1所示，该堆积模式的模型制作方法较为简单，挑选大小类似的球形金桔果实8个，将牙签截成适当的长度。

先将四个金桔果实紧密排列成正方形，用牙签穿刺连接，构成A1层。而后将剩余的四个金桔果实按照同样的方法穿成正方形，构成A2层。将A1层对齐地叠在A2层上即可。

（2）体心立方堆积。

体心立方堆积的金桔模型制作过程示意图如图2所示，挑选大小类似的球形金桔果实9个，将牙签截成适当的长度。

先将四个金桔果实排列成正方形，但果实之间不接触，留下适当的空隙，用牙签穿刺连接，构成A1层。而后将另外四个金桔果实按照同样的方法穿成正方形，构成A2层。剩余一个果实，作为B层。堆积时，先将B层果实放在A2层的空隙中心，然后将A1层中心空隙对准B层，叠加在B层上即可。

（3）面心立方堆积。

面心立方堆积的金桔模型制作过程示意图如图3所示，挑选大小类似的球形金桔果实14个，将牙签截成适当的长度。

然后先将五个金桔果实紧密排列成十字形，用牙签穿刺连接，构成A1层。而后将另外五个金桔果实按照同样的方法穿成十字形，构成A2层。剩余四个金桔果实紧密排列成正方形，用牙签穿刺连接，构成B层。

堆积时，先将先将B层果实叠放放在A2层上，且B层中心空隙对准A层中心球，然后将将A1层中心球对准B层中心空隙，叠加在B层上即可。

（4）六方密堆积。

面心立方堆积的金桔模型制作过程示意图如图4所示，挑选大小类似的球形金桔果实17个，将牙签截成适当的长度。

然后先将七个金桔果实紧密排列成蜂窝六角形，用牙签穿刺连接，构成A1层。而后将另外七个金桔果实按照同样的方法穿成蜂窝六角形，构成A2层。剩余三个金桔果实紧密排列成三角形，用牙签穿刺连接，构成B层。

堆积时，先将先将B层果实叠放放在A2层上，且B层中心空隙对准A层中心球，然后将将A1层中心球对准B层中心空隙，叠加在B层上即可。

3. 金桔堆积模型在教学中的应用

由于该金桔模型价廉易得，且制作后的模型可以方便拆卸，重复使用，因此笔者将其大量应用于金属原子堆积模式的相关课堂教学中。在实际教学活动中，采取老师与学生联动的方式，如100人左右的课堂教学时，将学生分为四人一组，每组学生发约20个金桔和相应的牙签（总体原料成本不超过50元），然后让学生随着教师的讲解，在座位上自行利用金桔和牙签制作模型，学生通过此实践环节，能够清楚地认识到四种堆积模式的特点和区别，深入理解该知识点，同时还有效锻炼了动手能力，大大活跃了课堂气氛，根据课后对学生的问卷调查，几乎100%的学生对此环节的教学效果表示满意。

有趣的是，在教学过程中还发现，部分学生还发挥创造力，对教师的结构模型制作方法加以变动和改进，从而获得更为符合实际的结构模型。如对体心立方堆积结构模型，有学生就采用了在中心金桔上插8根牙签，然后同时连接顶角8个金桔，而顶角8个金桔之间不以牙签相连，虽然这种连接方法对空间位置精度的要求较高，且较为不稳定，但仍有动手能力较强的学生能够实现。该现象说明，这种以水果金桔制作的结构模型应用于课堂上，能够大大提高学生的动手能力，思考能力和创造思维，具有较好的现实意义。

4. 结论

为了更有效地进行金属原子堆积模式知识点的教学，本文利用价廉易得的水果金桔为原料，设计了能够应用于金属原子堆积模式的金桔模型，并在相关教学过程中，采取学生与教师联动的方式进行教学实践。结果表明，以金桔等水果制作的实物模型能够给学生以直观的理解和认识，同时能够大大提高学生的动手能力，思考能力和创造思维，活跃课堂气氛，能够取得良好的教学效果，值得大力推广。

参考文献；

[1] 金燕， 樊保国， 乔晓磊. 实物/模型在“锅炉原理”课程教学中的实践与探索[J]. 中国电力教育， 2014， 21， 60-61，91.

[2] 单鸿波， 王晓红， 金怡， 周申华， 于海燕. 3D模型库在机械基础课程教学实践中的应用[J]. 东华大学学报（自然科学版）， 2011， 4， 535-540.

[3] 柴文祥. 有机化学课程中实物结构模型辅助教学初探[J]. 科技信息， 2011， 29， 201.

[4] 薛美. 实物模型与传统助产带教法相结合在产科临床教学中的应用[J]. 当代护士（学术版）， 2011， 1， 165-166.

[5] 陈彩妹. 实物模型在新课程生物中的应用[J]. 生物学杂志， 2010， 3， 111-112.endprint