Учебное пособие Короткого В.М.

Учебное пособие Короткого В.М.
Полезная модель относится к средствам обучения, более конкретно, к наглядным пособиям для обучения основам химии и строения атома и может найти применение в учебном процессе в качестве информационного пособия, раскрывающего строение атома и свойства химических элементов и выполненного преимзпдественно в форме плакатов или электрофицированных наглядных учебных пособий.
Известно наглядное пособие для обучения основам химии и строения атомов, молекул и кристаллов, содержащее макеты их строения в форме пространственных каркасных конструкций из шаров (точек), обозначающих отдельные атомы, и стержней (линий), обозначающих валентные связи между атомами (см. Физическая энциклопедия, М., изд. «Советская энциклопедия, 1990 г., том 2, стр. 504).
Недостатком такого рода наглядных пособий является сложность изготовления отдельных видов пространственных моделей атомов и молекул или их изображений на плоскости и невозможность воспроизведения больщинства из них ввиду значительной сложности и многообразия объектов моделирования.
Наиболее близким техническим решением является учебное пособие, содержащее схематическое изображение макета электронных оболочек атомов, размещенных в прямоугольных ячейках периодической системы химических элементов ДИ.Менделеева (см. Элементарный учебник физики под ред. Г.С.Ландсберга, т.З, изд. 9, «Наука, Москва, 1975 г. - прототип).
Изображение схем электронных оболочек атомов в клетках классической периодической системы в соответствии с прототипом обладает достаточной наглядностью только для первых трех периодов. При большом количестве электронов в оболочках атомов 4...7 периодов их изображение в форме схем, моделей или макетов теряет указанное преимущество.
Кроме того, наличие в такой периодической системе семи горизонтальных периодов и десяти рядов элементов, соответствующих большим и малым периодам, затрудняет понимание з ащимися строения электронных оболочек атомов, а расположение разновалентных элементов главной и побочной подгрупп в каждой из восьми групп иногда приводит учащихся к ошибочным заключениям о свойствах этих элементов. Из структуры таблицы в такой форме выпадают лантаноиды, актиноиды и траночрановые элементы, которые должны завершать седьмой период таблицы.
МКИ 7 G09B  G09B
Решаемой задачей является создание эффективного и удобного пособия для использования в процессе обучения основам химии и атомной физики. Такое учебное пособие должно моделировать строение электронных оболочек атомов благодаря особой концентрической структуре макета и формировать у учащихся ясное представление о количестве электронов в оболочках атомов, особенностях их строения в главных и побочных подгруппах восьми групп химических элементов.
Решение указанной задачи достигается тем, что в учебном пособии, содержащем макет электронной оболочки атомов, согласно полезной модели, макет имеет плоское основание и расположенные на нем преимущественно четырехугольные в плане ячейки, каждая из которых включает схематические изображения электронных оболочек или символические характеристики химических элементов, причем макет в целом моделирует оболочечную структуру атомов и содержит одну центральную группу из двух ячеек для химических элементов с первой электронной оболочкой и, по крайней мере, щесть охватывающих друг друга кольцевых групп ячеек по числу последующих электронных оболочек для остальных элементов, при этом ячейки кольцевых групп размещены в виде расходящихся от середины макета линейных групп ячеек, соответствующих группам и подгруппам периодической системы химических элементов.
Кроме того, центральная, кольцевые и расходящиеся от середины макета линейные группы ячеек могут быть размещены в декартовой системе координат, причем ячейки кольцевых групп могут иметь в плане форму прямоугольников.
Кроме того, центральная, кольцевые и расходящиеся от середины макета линейные группы ячеек могут быть размещены в полярной системе координат, причем ячейки кольцевых групп могут иметь в плане форму неправильных четырехугольников с двумя криволинейными сторонами.
Кроме того, плоское основание макета может быть выполнено в виде плаката на бумажной, тканевой, пластиковой или металлической основе, а границы ячеек макета, схематические изображения электронных оболочек или символические характеристики химических элементов могут быть выполнены в виде контрастных линий, нанесенных на основание макета типографским или иным визуально определимым методом.
Кроме того, ячейки макета могут быть выполнены объемными и снабжены оптическим или электронным экраном со средствами для отображения на нем схематических изображений электронных оболочек или символических характеристик химических элементов.
Такое выполнение учебного пособия очевидным образом и адекватно моделирует планетарное или оболочечное строение атомов химических элементов. Как и классическое, предложенное учебное пособие позволяет определить индексы электронной конфигурации элементов, но, кроме того, позволяет сравнительно легко увидеть разницу в свойствах элементов больщих и малых периодов, а также в главных и побочных подгруппах элементов и предсказать свойства далеких трансурановых, в том числе, не открьггых химических элементов, вплоть до 118 элемента.
На фиг. 1 и фиг. 2 схематически представлены конкретные варианты учебного пособия в полярной и декартовой системе координат.
Учебное пособие (фиг.1) содержит изображение таблицы Менделеева в полярной системе координат в виде макета, моделирующего оболочечную структуру атомов. Макет имеет жесткое плоское основание 1, например, из пластмассы и расположенные на нем объемные ячейки 2 со стенками, закрепленными на основании 1. Лицевая сторона каждой из ячеек 2 в данном случае содержит прозрачный экран, на котором нанесены одним из известных способов изображения 3 символов и характеристик химических элементов. Внутри объемных ячеек 2 могут быть установлены средства для подсветки изображений 3 (не показаны).
Макет содержит одну центральную группу из двух ячеек для водорода и гелия с первой электронной оболочкой и, по крайней мере, шесть охватывающих друг друга кольцевых групп 4 ячеек для остальных элементов. При этом ячейки 2 кольцевых групп 4 размещены в виде расходящихся от середины макета линейных групп 5 ячеек, соответствующих группам и подгруппам периодической системы химических элементов.
В данном случае центральная, кольцевые 4 и расходящиеся от середины макета линейные 5 группы ячеек 2 размещены в полярной системе координат, причем ячейки 2 кольцевых групп 4 имеют в плане форму неправильных четырехугольников с двумя криволинейными сторонами. Восемь больших, десять средних и 14 малых радиально размещенных линейных 5 групп ячеек 2 образуют группы элементов с подобными свойствами, например, щелочные металлы, а шесть кольцевых 4 групп ячеек вместе с центральной группой из двух ячеек образуют семь кольцевых периодов, моделируя структуру электронных оболочек.
Пустые промежутки в кольцевых 4 группах между ячейками 2 не несут существенной информации и могут использоваться для вспомогательных целей, например, для пояснительных надписей и символов.
Средства для подсветки изображений химических элементов 3, размещенные в полых ячейках 2, соединены электрически с блоком питания (не показан) через кнопочный цифровой пульт управления 6, размещенный на плоском основании 1 макета )гчебного пособия и предназначенный для подключения освещения в любой ячейке 2 макета.
Плоское основание 1 макета в другом случае может быть выпо:шено также в виде плаката на бумажной, пластиковой или иной основе, а границы ячеек 2 макета и символы 3 химических элементов могут быть выполнены в виде контрастных линий, нанесенных на основание макета типографским или иным визуально определимым методом.
Учебное пособие (фиг.2) содержит изображение таблицы Менделеева в декартовой системе координат в виде макета, моделирующего планетарную структуру электронных оболочек атомов.
Макет, как и в предыдущем случае, имеет жесткое плоское основание 1, например, из пластмассы и расположенные на нем объемные прямоугольные в плане ячейки 2 со стенками, закрепленными на основании 1. Лицевая сторона каждой из ячеек 2 также содержит прозрачный экран, на котором нанесены одним из известных способов изображения 3 символов и характеристик химических элементов. Внутри объемных ячеек 2 могут быть установлены средства для подсветки изображений 3 (не показаны).
Макет содержит одну центральную группу из двух прямоугольных ячеек увеличенных размеров для водорода и гелия с первой электронной оболочкой и, по крайней мере, шесть охватывающих друг друга кольцевых групп 4 прямоугольных в плане ячеек 2 для остальных элементов. При этом ячейки 2 кольцевых групп 4 размещены в виде расходящихся от середины макета вдоль осей координат линейных групп 5 ячеек, соответствующих группам и подгруппам периодической системы химических элементов.
В данном случае центральная, кольцевые 4 и расходящиеся от середины макета линейные 5 группы ячеек 2 размещены в декартовой системе координат, причем ячейки 2 кольцевых групп 4 имеют в плане форму одинаковых прямоугольников. Восемь больщих, десять средних и 14 малых продольно размещенных линейных 5 групп ячеек 2 образуют группы элементов с подобными свойствами, например, щелочные металлы, а щесть кольцевых 4 групп ячеек вмесге с центральной группой из двзос ячеек образуют семь кольцевых периодов, моделируя структуру электронных оболочек. Учебное пособие в обоих случаях включает в себя группы лантаноидов и актиноидов.
Пустые промежутки в кольцевых 4 группах ячеек 2 между символами 3 химических элементов, как и в предыдзтчем случае, не несут существенной информацрш и могут использоваться для вспомогательных целей, например, для пояснительных надписей и символов.
Средства для подсветки изображений химических элементов 3, размещенные в полых ячейках 2, как и в предьщущем варианте выполнения учебного пособия, соединены электрически с блоком питания (не показан) через кнопочный цифровой пульт зтправления 6, размещенный на плоском основании 1 макета шш на его боковой стороне.
Плоское основание 1 макета по фиг.2 в другом случае может быть вьшолнено также в виде плаката на бумажной, пластиковой или иной основе, а границы ячеек 2 макета и символы 3 химических элементов могут быть выполнены в виде контрастных линий, нанесенных на основание макета типографским или иным визуально определимым методом.
Использование предложенного учебного пособия заключается в изучении учащимся расположения символов 3 химических элементов в ячейках 2 относительно кольцевых и радиальньсх информационных полей , размещенных на плоском основании 1.
По программе обучения, касающейся строения элекпгронных оболочек атомов группы щелочных металлов, учащийся с помощью кнопочного пульта 6 на основании 1 макета учебного пособия набором соответствующих цифр или обозначений высвечивает ячейки 2 и роображения 3 химических элементов линейного ряда 5 главной и побочной подгрупп первой группы периодической системы химических элементов.
Затем учащийся отмечает номера кольцевых периодов, соответствующие валентным электронам элементов, которые з сазывают на количество электронных оболочек конкретного элемента и его химические свойства. По данном у учебному пособию учащийся может предсказать некоторые свойства неоткрытых химических элементов, например, касающиеся 111 элемента.
Как указывалось, данное учебное пособие для каждого химического элемента 3 имеет индивидуальное средство визуализации необходимой информации в виде схематических изображений электронных оболочек или символических характеристик элементов. Таким средством может служить экран, матрица светоизлз ающих элементов, жидкокристаллический дисплей или другое аналогичное средство, имеющее независимый автоматический блок программного управления визуализации элементов в соответствии с программой обучения или кнопочный пульт управления для высвечивания определенного химического элемента, его электронной оболочки или его химических характеристик. Конкретный вид выполнения з ебного пособия может быть реализован по данному описанию полезной модели.
Учебное пособие в форме кольцевой периодической системы химических элементов содержит в концентрированном виде информацию об электронной структуре и характеристиках известных химических элементов (см. В.И.Семишин Периодическая система химических элементов Д.И.Менделеева, М., изд.«Химия, 1972 г., с. 109, а также Сборник информационных листков о научно-технических достижениях, серия Химическая технология, ВИМИ, Москва, с. 11).
Благодаря планетарному или кольцевому расположению периодов в таком варианте периодической системы обе модификации з ебного пособия позволяют учащимся сравнительно легко представить строение электронных оболочек атомов химических элементов и предсказать их свойства. Учебное пособие является наглядным и удобным для испо.Ш)Зования в з ебном процессе средней и вьющей шко.11ы.