物理化學(xué)實驗教學(xué)中的常見問題與改進(jìn)

余朝琦

［摘要］物理化學(xué)實驗是培養(yǎng)高校化學(xué)、化工、材料、環(huán)境等專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力的重要手段，本實驗室針對教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題開展了“以提高學(xué)生實踐能力為本、傳統(tǒng)裝置與現(xiàn)代儀器兼顧、技術(shù)引進(jìn)與技術(shù)改進(jìn)結(jié)合”的物理化學(xué)實驗教學(xué)改革，對多個實驗項目的裝置和方法在升級過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析總結(jié)和改進(jìn)優(yōu)化，實驗項目成功率、準(zhǔn)確率和準(zhǔn)時率明顯提高，成效顯著。

［關(guān)鍵詞］物理化學(xué)實驗教學(xué)教學(xué)改革

［中圖分類號］G642.4［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）02-0067-02

物理化學(xué)實驗對培養(yǎng)大學(xué)生的基本操作技能和獨立實驗?zāi)芰? 進(jìn)一步加深基礎(chǔ)理論原理和基本概念的理解至關(guān)重要，是高?；瘜W(xué)、化工、材料、環(huán)境等專業(yè)的基礎(chǔ)實驗課程，是培養(yǎng)相關(guān)專業(yè)大學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力的重要途徑。為提高物理化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量，在國家對教育投入持續(xù)增加的背景下開展的教學(xué)改革呈現(xiàn)出了加強(qiáng)研究創(chuàng)新型實驗、提高實驗結(jié)果準(zhǔn)確性、推進(jìn)開放式實驗教學(xué)、嘗試主動型實驗教學(xué)、提倡綠色實驗教學(xué)等趨勢，我們也曾經(jīng)提出了利用高校測試中心大型精密儀器構(gòu)建本科生創(chuàng)新能力教學(xué)平臺的思路和實踐，這些發(fā)展趨勢直接導(dǎo)致了教學(xué)實驗儀器向更先進(jìn)的方向邁進(jìn)。然而先進(jìn)的實驗儀器若配置不當(dāng)，將大大弱化實驗過程的直觀性和減少學(xué)生動手拼搭裝置的機(jī)會。

為此，成都理工大學(xué)基礎(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)示范中心（省級）物理化學(xué)實驗室從2005年開始針對教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題開展了“以提高學(xué)生實踐能力為本、傳統(tǒng)裝置與現(xiàn)代儀器兼顧、技術(shù)引進(jìn)與技術(shù)改進(jìn)結(jié)合”的物理化學(xué)實驗教學(xué)改革。經(jīng)過努力和反復(fù)試驗，我們對多個實驗項目的裝置和方法升級過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析總結(jié)和改進(jìn)優(yōu)化，實驗項目成功率、準(zhǔn)確率和準(zhǔn)時率明顯提高，學(xué)生滿意，老師滿意，目前已基本實現(xiàn)了“封閉與直觀結(jié)合、傳統(tǒng)與現(xiàn)代結(jié)合、自動與手動結(jié)合”的物理化學(xué)實驗儀器構(gòu)架，搭建了與培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力相適應(yīng)的物理化學(xué)實驗教學(xué)平臺，物理化學(xué)以外的其它課程（如現(xiàn)代化學(xué)基礎(chǔ)等）也紛紛選擇或增加物理化學(xué)實驗項目，年人時數(shù)由2005年的10000左右增加到2013年的25000左右，教改成效顯著，為我?；A(chǔ)化學(xué)實驗教學(xué)示范中心（省級）建設(shè)做出了積極貢獻(xiàn)。

一、實驗裝置改進(jìn)

（一）錫鉍二元金屬相圖

本實驗室錫鉍合金相圖實驗裝置經(jīng)歷了“電爐加熱坩堝熔融玻璃溫度計測溫”的傳統(tǒng)搭建裝置，到“全封閉自動加熱測溫”的金屬相圖儀，再到“電熱套加熱坩堝熔融熱電偶傳感器測溫”的改進(jìn)裝置的發(fā)展歷程。改進(jìn)裝置較好地解決了傳統(tǒng)搭建裝置電爐絲易斷、玻璃溫度計易碎及汞污染、讀數(shù)不準(zhǔn)確、學(xué)生讀數(shù)過程中需要觸碰溫度計進(jìn)而經(jīng)常打翻坩堝造成電爐短路甚至燙傷等問題，也克服了金屬相圖儀不直觀、溫度過沖、故障后不易修復(fù)等缺點。

（二）飽和蒸汽壓的測定

本實驗室目前測定飽和蒸汽壓的加熱裝置是雙層水浴結(jié)構(gòu)的超級恒溫水浴，顯示溫度為外層水浴溫度，而樣品又放置在內(nèi)層水浴，為了保證顯示溫度與樣品溫度一致就必須保證內(nèi)外層水浴溫度一致，而達(dá)到這樣的溫度平衡一般需要30分鐘左右，從而要么導(dǎo)致學(xué)生在4個學(xué)時內(nèi)無法完成實驗，要么未到溫度平衡就讀數(shù)致使實驗結(jié)果不準(zhǔn)，另外學(xué)生調(diào)平衡用的U型管液面也不易觀察。為此，我們增加一支溫度計直接測定內(nèi)層水浴溫度, 這就保證了測定溫度與樣品溫度一致而無需內(nèi)外層水浴溫度平衡，實驗快而結(jié)果準(zhǔn)，U型管內(nèi)加入不影響實驗結(jié)果的紅色試劑（如：莧菜紅、胭脂紅等）也很好地解決了液面不易觀察的問題。

（三）最大泡壓法測定溶液的表面張力

本實驗室新近購置的表面張力實驗儀采用了成套的玻璃裝置加數(shù)字壓力計的結(jié)構(gòu)，較好地解決了過去讀數(shù)的人為誤差，但該裝置很難觀察到氣泡均勻單一的冒出，實驗現(xiàn)象很不明顯,學(xué)生基本上無法讀到穩(wěn)定的最大值，實驗成功率極低。經(jīng)過多次試驗，我們發(fā)現(xiàn)對于給定的實驗溶液，毛細(xì)管是決定氣泡能否均勻單一冒出的關(guān)鍵因素，通過采用一根0.5 ml移液管代替原裝置昂貴的毛細(xì)管，冒泡問題迎刃而解，不僅將實驗成功率提到了100%，而且縮短了實驗時間。

二、 實驗方法改進(jìn)

（一）雙液系的氣液平衡相圖

本實驗室目前的氣液平衡相圖裝置采用的是內(nèi)加熱方式，不僅學(xué)生不易掌握而且液體易爆沸沖出燒瓶發(fā)生意外。為此，我們用小功率可調(diào)電熱套進(jìn)行外加熱并加入小塊沸石的方法較好地解決上述問題，實驗過程既直觀又沒有危險。

（二）旋光法測定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)

蔗糖在水溶液中轉(zhuǎn)化成葡萄糖和果糖是一個二級反應(yīng)，在純水中反應(yīng)速度很慢，需要氫離子催化，實驗方法使用的是3 mol/l HCl做催化劑。在實際教學(xué)過程中，4學(xué)時的實驗在冬季會經(jīng)常拖堂到6-8個學(xué)時，造成這一結(jié)果的主要原因是冬季溫度過低。經(jīng)過多次實驗我們制定了HCl濃度隨環(huán)境溫度而變的改進(jìn)實驗方法（見表1）。這樣一個小小的改進(jìn)就解決了原來經(jīng)常拖堂的問題。

表1不同環(huán)境溫度下的鹽酸濃度

Tab.1 Conc. of HCl under different temperatures

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三、結(jié)束語

第一，近年來，高校教學(xué)改革一直是教育改革的重點，并且也在持續(xù)不斷地進(jìn)行，目前的總體趨勢是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，目的是為了能使學(xué)生更好地跟上社會時代發(fā)展的步伐，可以更快地融入實際工作中。實驗教學(xué)改革作為高校教學(xué)改革的重要一環(huán)，也是圍繞這一趨勢開展的。

第二，針對教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題開展了“以提高學(xué)生實踐能力為本、傳統(tǒng)裝置與現(xiàn)代儀器兼顧、技術(shù)引進(jìn)與技術(shù)改進(jìn)結(jié)合”的物理化學(xué)實驗教學(xué)改革，成效顯著，有效增強(qiáng)了大學(xué)生的基本操作技能和獨立實驗?zāi)芰?重點培養(yǎng)了相關(guān)專業(yè)大學(xué)生的創(chuàng)新意識和實踐能力，進(jìn)一步加深了基礎(chǔ)理論原理和基本概念的理解，學(xué)生和老師都從中受益匪淺。

第三，對錫鉍合金相圖、飽和蒸汽壓測定、溶液表面張力測定、雙液系的氣液平衡相圖、蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)的速率常數(shù)測定等多個實驗項目的裝置和方法升級過程中出現(xiàn)的問題進(jìn)行了分析總結(jié)和改進(jìn)優(yōu)化，實驗項目成功率、準(zhǔn)確率和準(zhǔn)時率明顯提高。

［參考文獻(xiàn)］

［1］武正簧，楊冬花，閆果蘭，等.構(gòu)建現(xiàn)代物理化學(xué)實驗教學(xué)體系的研究與探索［J］.實驗室科學(xué)，2012，15（6）.

［2］王巖，李三鳴.新課程體系下物理化學(xué)實驗教學(xué)的改革［J］.實驗室科學(xué)，2012，15（1）.

［3］陳阿娜，杭志喜，王嵐嵐，等.物理化學(xué)開放式實驗教學(xué)改革與實踐［J］.實驗室技術(shù)與管理，2011，28（10）.

［4］陳永寶，徐慶輝，夏定國，等.自主學(xué)習(xí)型物理化學(xué)實驗教學(xué)模式的設(shè)計［J］.中國現(xiàn)代教育裝備，2010，（21）.

［5］夏穎，閆淑蓮.物理化學(xué)實驗教學(xué)綠色化探討［J］.首都醫(yī)科大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版增刊），2010，（12）.

［責(zé)任編輯：左蕓］