CN101111877A - 交互式原子模型 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种交互式原子模型，包括被壁围绕的隔室(201)，能打开的盖(100)，以及包含在隔室(201)内的至少两种基本粒子样品(301、302、303)。盖(100)具有原子模型表面(101)，其限定中心区域(103)和许多封闭的轨道(102)，由此所述中心区域(103)限定在空间中被很好限定的静止位置，用于所述基本粒子样品(301、302、303)中的至少一个，并且所述封闭轨道(102)沿着各自的封闭轨道限定被很好限定的静止位置，用于所述基本粒子样品(301、302、303)中的至少一个。交互式原子模型因此使得对于原子的组成简单和有效的理解成为可能。
Description
技术领域
本发明涉及一种交互式原子模型，其适合于示出形成原子或离子的基本粒子的各种结合。
背景技术
对于许多人，真正了解原子看起来的样子，它们的基本粒子数目是怎样变化的，以及它们怎样转变为离子是困难的。原子和离子的组成目前是用两维图画和描述来说明的。然而，这种教导实际上不可能使那些具有一定机能障碍的人受益，对于具有削弱的视力或听力的人一点用也没有。没有先对原子的组成具有完全的了解，去理解化学教学中的大图画是困难的。因此，很有必要改善对于原子组成的教学方法。
人们去真正理解原子的运行的一种方法是亲自与不同的部分打交道。实验室材料允许使用者在学习过程中使用更多的感觉，从而简化对原子和离子的组成的理解。实验室材料能够用于说明分子的组成和产生，其中原子用球表示，这些球通过不同的耦合而被放在一起，来描述分子的组成。然而，用于说明原子和离子的组成没有相应的可供选择的方法。
发明内容
根据本发明，用于说明原子组成的合适的教育材料的缺乏通过交互式原子模型而被消除，该模型允许学生们在学习过程中运用他们自己的身体。因此对于原子和离子的组成可能传送自然的感觉和理解。
根据本发明，交互式原子模型包括隔室，其被壁围绕且有能打开的盖，以及包含在该隔室中的至少两种基本粒子样品。该盖具有原子模型表面，其限定中心区域和许多围绕中心区域的封闭轨道。中心区域限定在空间中被很好限定的静止位置，用于基本粒子样品中的至少一个，并且封闭轨道沿着各自的轨道限定被很好限定的静止位置，用于基本粒子样品中的至少一个。
因而本发明提供了一种交互式原子模型，该模型既具有用于附带部分(例如基本粒子样品)的整体存储系统，又具有空间，其中原子组成能被自然且直观地示出(例如原子模型表面)。
根据一个实施例，基本粒子样品对应于不同类型的基本粒子。根据特定的优选实施例，基本粒子样品对应于质子，电子和中子，它们能够说明所有类型的原子和它们各自的状态。
根据一个实施例，不同类型的基本粒子通过物理接触它们而被辨识。例如，这种辨识可以通过使它们具有凹下或抬高的字符而实现。对于质子，电子和中子，例如，质子能被设置有抬高的正号(+)，电子能被设置有抬高的负号(-)，而中子没有任何特别标记。这允许让视力削弱的人也可简单地区别。
根据一个实施例，不同类型的基本粒子样品视觉上可辨识，例如使它们具有不同的颜色或彩色记号。例如质子可被设成蓝色，电子可被设成红色，且中子可被设成白色。彩色记号确实能被应用于与根据上述教导所述的物理可辨识标记进行结合。通过彩色记号不同类型的基本粒子能被制成更可辨识。
根据一个实施例，通过在所述原子模型表面中的抬高和凹下处，中心区域和封闭轨道被限定在原子模型表面上。例如，中心区域和封闭轨道能被抬高的边缘彼此分开，由此相比于抬高的边缘，中心区域和封闭轨道也能被看作原子模型表面内的凹下处。
根据一个实施例，原子模型表面和基本粒子用磁铁和磁性材料以磁力牵引基本粒子朝向原子模型表面的方式被制造。根据一个实施例，中心区域和封闭轨道被磁力限定，使得基本粒子被原子模型表面上的磁力拉向对应封闭轨道中的一个或中心区域的位置。这能够实现，例如通过具有特别电荷的磁性材料限定封闭轨道，并且通过具有相反电荷的磁性材料限定脱离这些轨道的所述区域。通过使基本粒子样品具有相反电荷的磁铁，它们将被拉向封闭轨道且远离分开的区域。
磁力也能被用于结合其它分开的装置。磁力然后主要用于稳定基本粒子样品在原子模型表面上的位置。
附图说明
图1示出使用中的原子模型，有盖的壳体具有抬高的等距离的同心狭缝，其代表电子层。图1还示出了基本粒子在原子模型上的位置，其中质子(标有“+”字符)和中子(双色)被置于盖中心的凹下的环形空间，电子(标有“-”字符)被置于不同电子层。
图2示出当原子模型未使用且基本粒子存储在壳体内时的原子模型，图2还示出能使电子沿不同电子层滑动的电子中的狭缝。
图3示出附加的成组的、共心的、等距离的抬高物，其被设置在壳体的底端，在其上面基本粒子能被设置成用于建立一个原子或离子。
优选实施例
本发明的一个实施例示意性地被说明在附图中，其中图1a和1b说明了基本粒子301、302、303如何能被置于代表电子层的抬高物102上，而图2说明了原子模型未使用且基本粒子301、302、303存储在壳体200的隔室201内时的交互式原子模型。图3说明了设置在壳体200的底端202上的附加的成组的电子层。
根据图1和图2的本发明提供具有盖100的壳体200，其中盖的上侧101容纳有电子层102，以及在中心的凹下的环状空间103。所述凹下的环状空间103代表原子核。基本粒子存储在壳体200内，质子302，电子301，以及中子303。基本粒子被置于所述凹下的环状空间103内或电子层102上。根据图3，为了容易地说明离子的产生，在所述壳体200底端上有一组电子层203。两组电子层102，203使得两原子生成的同时由此转变所述原子为离子成为可能。
根据图1a、图1b、图2和图3，所述原子模型有四个电子层，但是在可替换的设计中，为了适应不同使用者水平其可以具有更多或更少数目的电子层102、203。
原子模型能在许多设计中被提供。大小能变化以适应其目的。对于学校教育来说，具有直径20厘米的环状模型也许适合，以使学生在他们书桌上使用并可被存储在储藏室里。更小的模型在不同情况下也是有用的，例如如果它们应该是便携式的。
为了能够移动基本粒子绕原子运行，可使用更大的模型。该原子模型基于波尔环形原子模型，但是其也能形成不同的样式，例如椭圆形的，角形的或不同形状。也能够改变壳体、盖或基本粒子的高度。
盖容纳有电子层。根据在附图中示出的本实施例，所述电子层102、203是高架狭缝，如此形成基本粒子能在其上滑动而不会滑落。基本粒子的底面被适当地设置有凹下的狭缝，其适合于沿电子层的狭缝跨骑。该层可替换的设计是使它们具有磁性，这样它们能保持基本粒子。然而，一种可替换的设计是电子层不被抬高，以促进基本粒子在模型上的自由运动。另一方面，所述电子层可凹下，在此设计中，通过在匹配于电子层的凹下处中的基本粒子的底面上形成高架狭缝，使基本粒子能沿电子层被移动。
为了适合不同使用者，电子层102、203在高度和宽度上能变化。同样，电子层的外形也能被改变，例如通过用圆形的上边缘，垂直侧壁或角形侧壁形成所述电子层。所述凹下的环形空间在替换设计中可为抬高的，罩上表面结构的，磁性的或被隔绝的。
壳体200的高度、宽度和大小也能改变。根据示出的实施例，该原子模型基于波尔环形原子模型。但是另一方面它能被制成不同的形式。在可替换的实施例中，为了当它们被彼此邻近放置时达到相等的高度，所述壳体可与所述盖具有相同高度。本实施例简化了对离子形成的示范。
如图3所示，壳体200在其底端也能设置成组电子层。这些电子层被抬高，使得基本粒子在其上行进而不会滑落。在可替换实施例中，电子层不被抬高。还是在实施例中，电子层凹下，基本粒子的位置被基本粒子的底面上的高架狭缝所引导。也能够将所述电子层安放在壳体内部的底面上，而不是被安放在壳体的底端上。所述附加的成组电子层能够具有不同色彩，比安放在盖顶上的成组电子层更有利。因此，建立多色的对比，例如，这对于具有削弱视力的使用者是有益的。
通常地，离子的形成对于学生理解起来更困难。壳体底端上具有成组电子层的目的是在实践中通过构造两个分开的原子说明离子的形成，其中一个原子在壳体的电子层上，而另一个在盖的电子层上。通过价键电子从一个原子到另一个原子的移动，容易地说明离子的形成。对于使用者离子的电荷也被清楚地说明，因为价键电子的转移是由使用者自己执行的。
根据图1a、图1b和图2，所述基本粒子301、302、303是圆形的。两类在它们上侧具有抬高的符号。质子302标有抬高的正号，电子301标有抬高的负号，并且中子303没有任何相应的标记。根据可替换的实施例，基本粒子都没有抬高物。在可替换设计中，所述基本粒子在高度、宽度、材料和形状上是可改变的。根据图2基本粒子301、302、303的底面具有狭缝，其尺寸适合安装在电子层102、203上，这样它们绕任何选择的电子层102、203滑动不会滑落。在上述实施例中，电子层102、203另一方面能为凹下的，且基本粒子设置有高架狭缝以配合电子层的凹下处。然而，可选择的是使所述基本粒子在它们上侧具有不同表面结构，为了简化具有削弱视力的人们对不同类型的识别。所述基本粒子上的抬高物可由不同材料形成，例如橡胶。为了实现磁性效应，基本粒子在其底端上的狭缝内设置有磁铁，同时用磁性材料形成电子层。在可替换实施例中的磁性效应具有如下优势，基本粒子不会从电子层上滑落。另一可替换实施例是仅在它们的底面上设置狭缝，因为实际上只有电子在所述电子层上使用。在所述可替换实施例中，其中电子层不被抬高且电子能在整个模型上自由运行，所有基本粒子可被制成在它们的底面上而没有狭缝。
在可替换实施例中，原子模型具有附件。棒是附件的一个例子，该棒被设计成置于盖或原子模型的底端上，从而停止基本粒子沿电子层运行。附件有助于盲人或视力削弱的人使用，因为该棒能被用于辅助数个电子层上的电子数目的计数。例如，该棒可被置于原子模型上，这样它从核的边缘伸长到盖的边缘。根据实施例，它能被夹住以防止其四处滑动。如果电子层被抬高，棒可在其底端具有狭缝，以对应原子模型的外形。使用者可以使用所述棒作为电子轨道内的障碍物，以在同一地方收集所有电子。因此，视力削弱的使用者能使用该棒容易地收集被他们亲手放在所述电子层上的所有电子。该方案简化了存在于不同电子层上的电子数目的计数。在实施例中，所述棒也能使用印刷字符或盲人点字来标记各电子层(K，L，M，N...)的名字。
然而，一个可替换的附件是使原子放在其上的支架，以提供可选择的原子高度。
然而，一个可替换的附件是容纳多于一个电子层的支架。支架的高度能被调整，当在其底面上的电子层被使用时以适合所述壳体的高度，当在盖的上侧的电子层被使用时以适合盖的高度。容纳附加的电子层的支架能被这样放置，使得附加的电子层被放置在壳体或盖的现有的电子层外。这使得原子模型对更复杂的具有更多原子数的原子的学习也有用。
在可替换实施例中，其中所述支架同附加的电子层被置于普通电子层外，该原子模型可用于不同目的，即用于说明太阳系统的组成。在可替换的实施例中，成组的“行星”能被引入作为附件。所述“行星”能被置于在此实例中代表环绕太阳的行星轨道的电子层上。太阳可由原子核代表，或另一方面太阳符号被置于所述核内。
在可替换实施例中，原子模型也能通过电脑被使用。一个可替换的是交互式计算机程序，其允许使用者建立原子和离子。也可能在电脑上提供指导老师可以使用的教育材料，从而为使用者说明原子和离子的组成。所述教育材料能被显示成一组，即借助于电脑程序PowerPoint，其中原子或离子能被逐渐地形成。因此，指导老师能够显示原子模型怎样使用或说明原子或离子的组成而不要原子模型的实践功能。
例如该原子模型可用塑性材料制成。可替换的材料包括金属，使制造所述层或基本粒子具有磁性可能，橡胶，木材或纸张。通过使用不同塑料(例如ABS塑料，PVC塑料)，可改变塑性材料的特性。
形成在所述电子层或所述基本粒子内具有磁性效应的原子模型具有如下优势，基本粒子不是很容易从电子层上滑落。用橡胶形成原子模型具有如下优势，模型变得更耐用，其外形稍微有柔韧性，此外橡胶具有防滑效果，能阻止基本粒子在电子层上滑动。其对特定实施例是有利的。不用纸张或木材制成模型是环保的选择。能未组装地出售纸质模型，因此提供了低成本的选择，其比上述其它可选择的具有更短的寿命，适合作为广告材料使用。
然而，一个可替换的是用不同材料形成各种各样的原子模型部件。例如所述壳体和盖能用塑性材料制作以具有刚性，所述盖上的和壳体底面上的电子层可用金属制成，并且所述基本粒子可用橡胶制成，从而提供与电子层的柔韧匹配。所述原子模型能被设计成许多种不同颜色。原子模型所有的相应部件可为统一颜色，或另一方面相应部件可被涂上明显不同的颜色。
根据实施例，基本粒子被涂上不同颜色。在所述基本粒子上的抬高物也被涂上相比于基本粒子其余部分明显不同的颜色。所述基本粒子能被形成不同颜色，此外抬高物能被涂上不同颜色。根据示出的实施例，中子被涂上两种颜色。在可替换实施例中，中子可以是统一颜色或在其上侧具有不同符号，印在材料上或作为浮雕。例如其它可替换实施例包括所述电子层被统一涂色，与涂上不同颜色的盖形成比照。各个层也可被涂上不同颜色。在所述层之间可见的盖的部分也可具有不同颜色。所述凹下的环形空间也可被涂上与盖其余部分不同的颜色，如图2所示。在可替换的实施例中，所述环形空间能被涂上与盖其余部分相同的颜色，或被涂上多种颜色。在可替换实施例中，所述在其底端容纳有成组电子层的壳体也被涂上不同的颜色。根据图1和图2，电子层形成的颜色与所述统一颜色的壳体形成强烈的对比，但是其可替换地被涂上不同颜色以达到不同视觉效果。该交互作用原子模型可被任何人使用。最大的目标群是学生，主要在九年制学校的高年级或在高级中学中，被用于自然科学。该交互作用原子模型具有使大量学生理解原子和离子组成的可能，因为其采用了大量的感觉。原子模型被设计成也可以被残疾人使用，因为其不需要任何更高标准的熟练动作例如书写，也不需要任何视觉能力来接收视觉信息。
该原子模型也可被用于校外。在可替换实施例中，其可被用作游戏，手动的或电动的，在实验室作为体验材料或作为交互式的电脑游戏。这些实施例适合于年长和年轻的使用者。这些可替换方法的目的是在简单和有吸引力的形式下进行教学。
该交互式原子模型可被称为“亮盒(BRIGHT box)”。
Claims (7)
1.一种交互式原子模型，包括隔室(201)，其被壁和能打开的盖(100)所容纳；以及包含在所述隔室(201)内的至少两种基本粒子样品(301、302、303)；由此所述盖(100)具有第一原子模型表面(101)，其限定中心区域(103)和许多环绕所述中心区域(103)的封闭轨道(102)；由此所述中心区域(103)限定在空间被很好地限定的静止位置，用于所述基本粒子样品(301、302、303)中的至少一个，并且所述封闭轨道(102)沿着各自的封闭轨道限定被很好限定的静止位置，用于所述基本粒子样品(301、302、303)中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的交互式原子模型，其中所述基本粒子样品(301、302、303)对应于质子(302)、电子(301)和中子(303)。
3.根据权利要求2所述的交互式原子模型，其中对应于质子(302)、电子(303)和中子(301)的基本粒子样品可通过身体感觉辨识。
4.根据权利要求3所述的交互式原子模型，其中所述的对应于质子(302)、电子(301)和中子(303)的基本粒子样品可视觉辨识。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的交互式原子模型，其中所述中心区域(103)和封闭轨道(102)被所述第一原子模型表面(101)内的抬高物和凹下处分界。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的交互式原子模型，其中所述第一原子模型表面(101)和基本粒子样品(301、302、303)这样形成，磁力保持所述基本粒子样品(301、302、303)以在所述中心区域(103)和封闭轨道(102)处抵靠所述第一原子模型表面(101)。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的交互式原子模型，其进一步包括第二原子模型表面(202)，其限定第二中心区域和环绕所述第二中心区域的第二组封闭轨道(203)，其中基本粒子样品在第一原子模型表面(101)上的静止位置和在第二原子模型表面(202)上的相应静止位置之间是可转移的。
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