物理化學實驗教學改革探索

陳大勇

(池州學院 材料與化學工程系 化學材料與工程示范中心,安徽 池州2470 00)

物理化學實驗教學改革探索

陳大勇

(池州學院 材料與化學工程系 化學材料與工程示范中心,安徽 池州2470 00)

針對目前物理化學實驗教學中存在的不足，提出以下幾點改進措施：（1）編寫與實驗條件相適應的實驗指導教材；（2）建立物理化學實驗計算機仿真平臺；（3）應用計算機軟件輔助實驗數(shù)據(jù)處理；（4）開設第二課堂，培養(yǎng)學生的學習興趣與創(chuàng)新意識；（5）改革物理化學實驗課程考核方式。

物理化學實驗；改革；教學

1 當前物理化學實驗課程教學存在的不足

物理化學實驗課程體系與教學經(jīng)過幾十年的發(fā)展變革，取得了一些顯而易見的成績。但受一些主觀和客觀因素的制約，物理化學實驗教學仍存在一些明顯的不足，亟待改進。（1）實驗教材建設落后。外購實驗教材的實驗內(nèi)容與實驗室現(xiàn)有資源不匹配，使用的儀器跟不上現(xiàn)代儀器發(fā)展步調(diào)。（2）實驗項目主要為驗證經(jīng)典的物理化學理論而設，缺少與現(xiàn)實生活、現(xiàn)代前沿科技的融合，學生的實驗興趣不高，創(chuàng)新能力不足。（3）物理化學實驗數(shù)據(jù)處理多由學生手工計算，用坐標紙作圖，數(shù)據(jù)處理效率低、數(shù)據(jù)計算不準確，作圖不可靠、不美觀。（4）仍采用傳統(tǒng)的實驗教學形式，未充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術的優(yōu)勢，建立計算機仿真實驗教學平臺。在新的教育形勢下，傳統(tǒng)的物理化學實驗教學方式已與時代發(fā)展不相適應，進行改進尤為必要。

2 物理化學實驗課程教學改革措施

2.1 編寫與實驗條件相適應的實驗指導教材

實驗指導教材是學生進行實驗預習和實驗操作的重要依據(jù)，是實驗內(nèi)容的整體體現(xiàn)。市售的教材往往在實驗項目、實驗儀器等方面與實際擁有的實驗教學資源不匹配。物理化學實驗要依據(jù)實驗教學大綱，結(jié)合現(xiàn)有和潛在擁有的實驗儀器和實驗條件，組織相關骨干教師和實驗技術人員編寫具有針對性實驗教材。實驗教材不僅要體現(xiàn)實驗目的、實驗內(nèi)容、實驗原理、實驗試劑與儀器等基本內(nèi)容，更重要的是在實驗儀器上要體現(xiàn)自身儀器的特點。在實驗教材編寫時要突出一下幾點[2]：（1）在實驗步驟上要嚴格依據(jù)自身儀器的特點進行編寫。對于一些比較復雜的儀器的使用方法可以以附錄的形式進行說明，以便于學生在實驗時進行參考。例如，池州學院購買的電子電位差計是南大萬和生產(chǎn)的EM-3C型數(shù)字式電位差計。在編寫實驗項目“電池電動勢的測定及其應用”時，要緊密結(jié)合EM-3C型數(shù)字式電位差計的特點進行編寫。尤其在編寫實驗步驟時要體現(xiàn)出EM-3C型數(shù)字式電位差計的特點，對EM-3C型數(shù)字式電位差計的具體使用方法也可以附錄的形式進行詳細的介紹供學生實驗時參考。（2）在編寫實驗數(shù)據(jù)處理時要融入體現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理軟件的優(yōu)勢。例如，在“最大氣泡法測定溶液的表面張力”實驗項目中，可說明利用EXCEL繪制γ-C曲線的方法。（3）實驗指導教材中給出可能用的基礎數(shù)據(jù)供學生參考。例如，在“揮發(fā)性雙液系氣液平衡相圖的繪制”實驗項目中可給出環(huán)己烷與異丙醇混合液濃度與折射率的關系供學生繪制質(zhì)量百分數(shù)與折光率關系曲線使用。

2.2 建立物理化學實驗計算機仿真平臺

建設計算機仿真實驗平臺具有以下優(yōu)點：（1）指導學生進行實驗預習。傳統(tǒng)上，實驗之前要求學生書寫預習報告，但往往學生在預習時照搬照抄教材中的實驗目的、實驗原理、實驗步驟和注意事項等，這很難真正起到預習的效果。建設了計算機仿真平臺后可考慮讓學生在計算機仿真平臺上進行預習，這樣既能引發(fā)學生預習的興趣，而且又能仿真實驗過程，提高預習效果從而為進入實驗室做好準備。（2）有利于避免危險的發(fā)生和節(jié)約資源、減少污染實現(xiàn)實驗過程的綠色化。物理化學實驗常常要使用一些化學試劑，其中某些化學試劑對有毒，對人體有害。如，“燃燒熱測定實驗”要使用萘，而萘對人體有一定的危害，并且燃燒熱測定實驗具有一定的危險性，對于此類實驗可以考慮用計算機仿真平臺代替真實的實驗過程從而避免實驗給對人體的危害和危險。

2.3 應用計算機軟件輔助實驗數(shù)據(jù)處理

物理化學有很多實驗數(shù)據(jù)處理過程相當復雜，需要作直線、求截距、斜率或作曲線等。而用坐標紙手工作圖既麻煩不準確而又不美觀。Microsoft公司開發(fā)的Excel、Origin Lab公司開發(fā)的 Origin以及Mathwork公司推出的Matlab軟件都具有很強的數(shù)據(jù)分析、處理與圖形繪制的能力，合理使用這些軟件既能提高數(shù)據(jù)處理效率，又能提高數(shù)據(jù)處理的準確性和提高作圖的美觀[4]。利用Origin可以很方便地繪制雙液系的溫度－組成圖。某次實驗得到的環(huán)己烷-異丙醇雙液系氣液平衡組成數(shù)據(jù)如表1所示，利用Origin繪制的溫度－組成圖如圖1所示，其步驟如下：（1）打開origin7.0,在data1中插入列C(Y)；（2）在A(X)中輸入沸點，B(Y)中輸入液相組成，C(Y)中輸入汽相組成；（3）點擊line+symbol；（4）在data1中選中相應的X、Y，作相應設置；（5）在graph菜單欄里交換X軸和Y軸；（6）對所得的圖形做相應修改。

表1 環(huán)己烷-異丙醇雙液系氣液平衡組成

圖1 環(huán)己烷-異丙醇雙液系溫度–組成圖

2.4 開設第二課堂，培養(yǎng)學生的學習興趣與創(chuàng)新意識

物理化學與現(xiàn)實生活、現(xiàn)代科技密切相關，開設第二課堂對提高學生運用理論知識解決實際問題的能力和培養(yǎng)學生的科研意識和創(chuàng)新能力大有裨益[5]。（1）引入科研項目，開設探索性實驗，培養(yǎng)學生科研興趣?？梢跃偷厝〔?，從教師的科研項目中合選擇適當內(nèi)容設置探索性實驗項目。例如，有的老師從事磁性納米材料的研究，那么如何測定磁性納米材料的磁化率呢？有的老師從事高分子聚合物的相關研究，那么是否可以測定高分子聚合物的摩爾質(zhì)量呢？向?qū)W生提出類似的問題，讓他們考慮是否可從物理化學實驗中尋找到答案。例如，利用磁天平測定磁性納米材料的磁化率是否可行呢？利用粘度法是否可以測定高分子聚合物的摩爾質(zhì)量呢？此類問題的提出既可以激發(fā)學生的興趣，又可以培養(yǎng)學生的科研意識。（2）學以致用，與現(xiàn)實生活結(jié)合。物理化學知識與現(xiàn)實生活聯(lián)系緊密，利用物理化學知識可以解決我們身邊的很多問題。利用燃燒熱測定裝置可測定萘的燃燒熱，那么是否可以利用燃燒熱測定裝置測定我們周圍可燃固體廢棄物的燃燒熱呢？固體可燃廢棄物燃燒熱的測定過程可仿照萘燃燒熱測定過程進行。首先取苯甲酸為壓片，置于氧彈中，接好線路，充氧，測定量熱體系的總熱容量。 對可燃固體廢棄物洗凈，烘干，粉碎、壓片，稱重，重復上述操作，可測得可燃固體廢棄物的燃燒熱。再如，還可以利用電導率儀測定飲用水和生活用水的電導率。

3 結(jié)語

物理化學實驗在基礎化學實驗中占有非常重要的地位。物理化學實驗教學要與時俱進，不斷探索新教法、新學法。針對物理化學實驗課程教學存在的一些不足提出了編寫實驗指導教材、建立計算機仿真平臺、應用計算機軟件輔助實驗數(shù)據(jù)處理、開設第二課堂建議，希望對提高物理化學實驗教學效果有所裨益。但物理化學實驗課程教學改革牽涉到教學的方方面面，其改革是循序漸進，不斷探索的過程。

[1]汪新，吳新民.基礎化學實驗指導用書[M].南京：江蘇教育出版社，2012.

[2]楊濤.MATLAB在物理化學實驗教學中的應用[J].計算機與應用化學,2012,29(11):1387-1390.

[3]張洪林，杜敏，孟顯麗.物理化學實驗理論、實踐、科研三結(jié)合教學模式的探索[J].紹興文理學院學報,2010,30(8):54-56.

[責任編輯：束仁龍]

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1674-1104(2014)03-0131-02

10.13420/j.cnki.jczu.2014.03.039

2013-12-14

池州學院教學質(zhì)量工程項目（2010JY040）；池州學院材料學重點學科建設項目（2011XK04）；池州學院應用化學省級特色專業(yè)項目。

陳大勇（1979-），男，安徽金寨人，池州學院材料與化學工程系講師，碩士，主要從事物理化學的教學與研究工作。