CCDカメラとコンピュータネットワークを活用した半仮想化学実験システムの開発

利用CCD相机和计算机网络开发半虚拟化学实验系统

基本信息

批准号：
14022202
负责人：
田口哲
金额：
$ 2.37万
依托单位：
Hokkaido University of Education
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本年度は,「炎色反応を利用した原子スペクトルの演示実験」「物質の拡散速度の測定」「結晶成長速度の測定」といったテーマを中心に実験教材を開発した。「炎色反応を利用した原子スペクトルの演示実験」では,簡易型自作分光器をCCDカメラおよびコンピュータに接続し,塩化ナトリウムや塩化リチウムを溶解したメタノール溶液を燃焼することで観察される炎色光のスペクトルをクラス一斉に観測する方法を考案した。この教材を用いて,中学生を対象に「土曜講座」と称した実験教室を開催したところ好評を得た(2002年11月4日付文教ニュースで紹介された)。「物質の拡散速度の測定」では,硫酸銅水溶液が純水中に拡散する様子を1時間毎に120時間にわたってCCDカメラで自動撮影し,定点における硫酸銅濃度の時間変化をコンピュータによる画像解析により測定し拡散係数を求める方法を考案した。ここで得られた拡散係数は文献値とほぼ一致した。また,本教材では,濃度変化の様子を3D-CGで表現することが可能であり,物質の拡散の様子を生徒に分かりやすく伝えるのに有用である。拡散現象は大変遅い現象であり実験教材化し難いものであるが,CCDカメラとコンピュータを用いて測定を自動化することで教材化が可能になった。この成果は第82回日本化学会秋季年会で発表した。「結晶成長速度の測定」では,塩化ナトリウム飽和水溶液をスライドガラス上に一滴滴下し,水が蒸発し塩化ナトリウムの結晶が析出してくる様子を実体顕微鏡に接続したデジタルビデオカメラで動画として撮影すると同時に,水滴を側面方向からCCDカメラで静止画として撮影した。これらを解析することで,結晶核出現速度や結晶核成長速度と水滴の厚さとの間には関係があることを見出した。物質の溶解や再結晶は,小中学校や高校理科でも重要事項として取り上げられており,本教材によりこれら内容のより深い理解の可能性が示唆された。更に,これら成果を発展させ,上記実験をインターネット上で半仮想実験として行えるようなコンテンツを開発中である。

今年，我们开发了专注于主题的实验教材，例如使用火焰颜色反应的“原子光谱测试实验”，“测量材料扩散速度”和“晶体生长速度测量”。在“原子光谱演员的可用实验”中，简单的自制度光谱设备连接到CCD摄像头和计算机，以及通过燃烧溶解在氯化钠和氯化锂含氯化甲醇溶液的情况下观察到的火焰光的火光。我们立即设计了一种观察光谱的方法。使用这种教材，这是一个良好的实验课程，称为初中学生的“星期六课程”（在2002年11月4日的Bunka新闻中引入）。在“材料扩散速度的测量”中，每小时每120小时自动拍摄120小时的CCD摄像头，并且我们通过计算机分析来执行固定点铜的时间变化。找到扩散系数。这里获得的扩散系数几乎与文献值相匹配。在这种教材中，有可能表达3D-CG中浓度变化的状态，并且以易于理解的方式将物质传播给学生很有用。扩散现象是一种非常缓慢的现象，很难转换为实验材料，但是可以使用CCD摄像头和计算机自动进行测量自动化。这一结果在日本第82个社会秋季社会宣布。在“晶体生长速度的测量”中，它是一种数字摄像机，它将氯化钠饱和水溶液连接在滑动玻璃上，蒸发水和氯化钠的晶体同时受损。带有CCD摄像头的图像从侧向进行图像。通过分析这些，我们发现它与晶体核外观速度，晶体核生长速度和水滴度有关。在小学和初中以及高中科学中，物质的溶解和恢复已被作为重要问题，这种教学表明对这些内容有更深入的了解。此外，我们正在开发开发这些结果的内容，并可以在Internet上作为半填充实验执行上述实验。