從物理化學(xué)實驗教學(xué)談大學(xué)生能力培養(yǎng)*

張潤蘭，楊再文，康 潔，朱雪丹

(西安科技大學(xué) 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 西安 710054)

1 引言

隨著我國高等教育大眾化、社會化，高校的大學(xué)生人數(shù)急劇增多，社會對畢業(yè)生的擇取標(biāo)準(zhǔn)越來越高，使得大學(xué)生在擇業(yè)和就業(yè)上競爭愈發(fā)激烈，大多數(shù)畢業(yè)生在就業(yè)過程中存在巨大的壓力。高校畢業(yè)生要成功就業(yè)并找到適合自己發(fā)揮才能和實現(xiàn)自身價值的適當(dāng)?shù)墓ぷ鲘徫?，就必須具有足夠的實力和能力。因此，高校?yīng)高度重視社會對人才的需求和要求，培養(yǎng)大學(xué)生的各項技能。實驗教學(xué)是與理論并重的學(xué)科，能展現(xiàn)出生動的教學(xué)情景，幫助學(xué)生理解和掌握理論知識，訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維和科學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，樹立學(xué)生正確的價值觀和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。在實驗教學(xué)中，要圍繞“抓三基、推三新、促三能”的教學(xué)理念和改革思路，充分重視學(xué)生能力的培養(yǎng)，其中，物理化學(xué)實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、思維能力和創(chuàng)新能力等方面具有其他教學(xué)環(huán)節(jié)不可替代的功能。

2 當(dāng)代大學(xué)生的特點

大學(xué)生在年齡結(jié)構(gòu)、知識結(jié)構(gòu)和社會角色上都有自己的特點，他是當(dāng)代社會中一個獨特而耀眼的群體。目前的在校大學(xué)生多為90 后，他們有自己的主見，因此，學(xué)習(xí)的自主性在很大程度上決定了他能否學(xué)好大學(xué)課程，能否提高自身在各方面的能力。

目前，大學(xué)生在對專業(yè)課程的認(rèn)識上存在一定的誤區(qū)，對專業(yè)的學(xué)習(xí)興趣不濃。據(jù)某學(xué)校的一項問卷調(diào)查，學(xué)生在回答“你對學(xué)習(xí)是否有興趣”這個問題上，只有13.56%的學(xué)生表示“很有興趣”，而53.12%的學(xué)生表示“只是對某些科目感興趣”。對“你認(rèn)為目前學(xué)校應(yīng)著重加強(qiáng)那些課程建設(shè)”這個問題的調(diào)查，51.17% 的學(xué)生認(rèn)為“外語課程”;29.36%的學(xué)生認(rèn)為“計算機(jī)課程”;19.47%的學(xué)生認(rèn)為“專業(yè)課程”。這直接影響了專業(yè)相關(guān)課程包括物理化學(xué)實驗的教學(xué)效果，學(xué)生在課堂上表現(xiàn)出學(xué)習(xí)不專心，缺乏激情，數(shù)據(jù)處理缺乏分析，實驗報告敷衍了事。

另一方面，由于社會環(huán)境的原因，多數(shù)學(xué)生生活中較少動手做事情，做具體事情缺乏條理，不能全面綜合考慮問題的解決方法。所以在物理化學(xué)實驗操作中，不知道如何科學(xué)合理安排實驗步驟，常常機(jī)械的照搬教材中的步驟進(jìn)行操作，不能根據(jù)實驗步驟的邏輯關(guān)系進(jìn)行科學(xué)安排。

3 物理化學(xué)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀及特點

專業(yè)實驗一般與理論課程密切相關(guān)，相輔相成，它是學(xué)生獲取新知識，實現(xiàn)知識和能力，理論與實踐相結(jié)合的橋梁，是一種知識與能力、理論與實踐相結(jié)合的教學(xué)活動，與理論教學(xué)具有同等重要的地位。相比于其他專業(yè)基礎(chǔ)實驗如分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等課程，物理化學(xué)實驗是一門難度較大的實驗課程，內(nèi)容涉及無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)的基礎(chǔ)知識和基本操作，并且具有物理化學(xué)本身的基本理論和實踐特點。它需借助一些物理學(xué)的原理和技術(shù)，因此學(xué)生會接觸到一些小型儀器的使用，如DDS 型電導(dǎo)儀、電阻爐、電動勢裝置等，非常能夠培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和動手操作能力;同時需借助于數(shù)學(xué)運算處理繁雜的數(shù)據(jù)，也能夠培養(yǎng)學(xué)生對計算機(jī)軟件的操作。

從教學(xué)內(nèi)容看，物理化學(xué)實驗是以理論驗證性的基礎(chǔ)實驗為主，研究性實驗為輔?；A(chǔ)性實驗選擇針對性強(qiáng)、涵蓋操作技能較廣的一些經(jīng)典實驗，如萘的燃燒熱的測定、乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的測定、二元組分合金相圖、電池電動勢的測定、表面張力的測定，涉及物理化學(xué)課程中化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)動力學(xué)、相圖、電化學(xué)、表面化學(xué)等重點章節(jié)。通過該類實驗，使學(xué)生理解理論課程中的重點內(nèi)容，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

但從不同的教學(xué)方法中，發(fā)現(xiàn)了學(xué)生能力上的一些不足。如果以簡單講授-學(xué)生自主的方式，在實驗開始簡單講授實驗?zāi)康?、原理及步驟，然后讓學(xué)生自主地去進(jìn)行操作，自己發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，這確實能夠達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生動手能力、分析解決問題能力的目的，但絕大多數(shù)學(xué)生在實驗前預(yù)習(xí)不充分，對儀器不了解，對實驗理解不透，往往不知所措，無從下手。所以，學(xué)生更愿意接受教師講解-示范-學(xué)生實踐的教學(xué)模式，希望老師盡可能把重點、難點及實驗中可能出現(xiàn)的問題告訴學(xué)生，這樣容易在較短的時間內(nèi)記憶知識點，但這往往造成學(xué)生的懶惰和依賴心理，養(yǎng)成“實驗前不預(yù)習(xí)，實驗中按部就班，實驗后無印象”，對實驗中產(chǎn)生的問題，不去思考其原因，缺乏獨立思考的能力。

4 策 略

學(xué)習(xí)過程的階段性每個學(xué)習(xí)階段在大學(xué)學(xué)習(xí)生活中都占有一定的地位，各有其任務(wù)和特點，又互相銜接，具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性，是一個密切聯(lián)系、有機(jī)統(tǒng)一的整體。因此，大學(xué)生必須正確對待大學(xué)學(xué)習(xí)的每一個階段。物理化學(xué)實驗一般開設(shè)在大學(xué)第二學(xué)年，這個時期的大多數(shù)學(xué)生經(jīng)歷了大學(xué)的適應(yīng)期，逐步進(jìn)入了學(xué)習(xí)的穩(wěn)定期，這個時期，學(xué)習(xí)目標(biāo)逐漸清晰，學(xué)習(xí)情緒穩(wěn)定，學(xué)習(xí)時間逐漸自主，但是學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)效率還有待提高。如果教師在實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中把重點放在培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的能力上，將能力的培養(yǎng)融入到實驗教學(xué)環(huán)節(jié)中，而不僅僅著眼于物理化學(xué)理論的驗證上，將達(dá)到培養(yǎng)和提高學(xué)生分析和解決問題的能力。為了更好地指導(dǎo)大學(xué)生的學(xué)習(xí)，促進(jìn)大學(xué)生健康成長，增強(qiáng)大學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新精神，培養(yǎng)高素質(zhì)的合格人才，可以從一下幾個方面入手:

4.1 結(jié)合專業(yè)基礎(chǔ)課，提升思維能力

物理化學(xué)課程屬于專業(yè)基礎(chǔ)課，是基礎(chǔ)學(xué)科知識的擴(kuò)展和深入，而物理化學(xué)實驗課程是實踐性環(huán)節(jié)，加強(qiáng)學(xué)生對物理化學(xué)理論知識的理解。同時，結(jié)合理論知識，使學(xué)生了解解決問題的途徑有多種。比如，測定反應(yīng)的速率常數(shù)，選做了兩個動力學(xué)實驗:蔗糖的轉(zhuǎn)化和乙酸乙酯的皂化，這兩個實驗代表了兩種用間接測量的方式來解決動力學(xué)問題。讓學(xué)生了解到，在動態(tài)反應(yīng)體系中，可通過間接的方法來測量物質(zhì)濃度的變化，并且選擇測定方法要根據(jù)具體反應(yīng)中反應(yīng)物和生成物的物理和化學(xué)特性來設(shè)計。比如蔗糖轉(zhuǎn)化實驗中反應(yīng)的活化能測定之所以采用旋光法，是因為反應(yīng)物(蔗糖)、生成物(果糖、葡萄糖)都具有旋光性，可以通過旋光度和濃度的正比例關(guān)系，間接的研究反應(yīng)的變化;而乙酸乙酯的皂化過程中，根據(jù)反應(yīng)物(乙酸乙酯、氫氧化鈉)和產(chǎn)物(乙酸鈉、乙醇)在溶液中導(dǎo)電性不同，可采用電導(dǎo)法來研究反應(yīng)的變化過程。兩者采用了不同的研究手段都達(dá)到了測定反應(yīng)速率常數(shù)的目的。

4.2 充分發(fā)揮主觀能動性，提升實踐能力

在教學(xué)中要注重學(xué)生對學(xué)習(xí)的自主安排、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方法的自主選擇，擯棄傳統(tǒng)的操作步驟機(jī)械、實驗結(jié)果唯一的教學(xué)方法。

有些學(xué)生課前預(yù)習(xí)不充分，沒有將實驗步驟、現(xiàn)象和結(jié)果整體思考，往往浪費了許多時間。如在測定蔗糖轉(zhuǎn)化實驗過程中，如果教師教學(xué)中不特別強(qiáng)調(diào)，許多學(xué)生就會測定完αt后，再將用來測定α∞的溶液恒溫30 min，然后再測定。這種學(xué)生往往不去思考每一步實驗操作的正確與否，是否有改進(jìn)措施，操作照本宣科，不主動與老師和同學(xué)溝通，遇到異常現(xiàn)象也置之不理。因此，教學(xué)中要注重強(qiáng)調(diào)如何安排每一個實驗步驟，使學(xué)生熟悉科學(xué)做事的一般方法，激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，從而達(dá)到提高學(xué)生科學(xué)管理的水平與實際動手能力的目的。

4.3 有效利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，刪繁就簡處理復(fù)雜問題

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)使人們從繁雜的信息收集與處理的手工勞作中解放出來，極大地提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效率。但當(dāng)代大學(xué)生對計算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)出過分的依賴，甚至出現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)綜合癥”。因此，計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是一把雙刃劍，大學(xué)生應(yīng)有效利用網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，充分利用計算機(jī)提高自身能力的培養(yǎng)，主要表現(xiàn)在獲取信息和數(shù)據(jù)處理能力的訓(xùn)練上。

某些實驗在數(shù)據(jù)處理過程中工作量巨大，很能鍛煉學(xué)生的數(shù)學(xué)運算、圖解分析、推理能力。如二元金屬相圖的繪制中，需要先做出各個組分的步冷曲線，尋找相變點，再做出相圖。數(shù)據(jù)量大，且由于降溫速率控制不當(dāng)，傳統(tǒng)的手工畫圖較難找到相變點。此時可以采用計算機(jī)作圖，并且通過求微分的方法獲得相變點。又比如在“鼓泡法測正丁醇的表面張力”實驗中，需要用到一元線性回歸，但是實際的物理化學(xué)實驗原理中涉及的變量關(guān)系多數(shù)都不是線性關(guān)系，需要進(jìn)行變換轉(zhuǎn)化為線性關(guān)系，在該實驗中，由朗紐爾等溫式:

吸附量Γ 和溶液濃度c 是一個非線性關(guān)系，我們可以變換一下，將上式化為線性關(guān)系:

用軟件數(shù)據(jù)處理保證了數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性，減少了手工處理數(shù)據(jù)產(chǎn)生的誤差，其繪圖效率和質(zhì)量也是人工無法比擬的。既解決了問題，又熟練掌握數(shù)據(jù)處理軟如excel，origin 等的常規(guī)操作。

4.4 營造合作氛圍，提升合作能力

麥克·希拉日在所著《過時的團(tuán)隊》一書中寫到:“藝術(shù)、商業(yè)以及人們的個人和專業(yè)生涯中的真正價值大多來自合作的過程。合作是一個創(chuàng)造的過程，兩個或者更多具有相互補(bǔ)充技術(shù)的個人協(xié)同創(chuàng)造出原來不具有或者各自單獨行動所未能達(dá)到的共同理解?！币虼耍瑧?yīng)該把對學(xué)生合作意識、合作能力的培養(yǎng)作為高校教學(xué)目標(biāo)的內(nèi)容之一。在物理化學(xué)實驗教學(xué)中，教師可以充分利用該類課程的優(yōu)勢，多安排一些合作性較強(qiáng)的實驗，讓學(xué)生體會到合作的重要性，加強(qiáng)合作意識的培養(yǎng)。比如在“乙醇的飽和蒸汽壓測定”中，需要組裝儀器，且操作較復(fù)雜，需要小組成員分工，共同完成。這樣不僅深刻理解了實驗的本質(zhì)，節(jié)省了時間，還培養(yǎng)了學(xué)生的合作意識和合作能力，使每個人的積極性得到發(fā)揮。

4.5 激發(fā)探求興趣，提高創(chuàng)新能力

學(xué)習(xí)力的獲得有先天和后天兩種，絕大多數(shù)是在不斷的實踐和反思中獲得的，學(xué)習(xí)的有效性不僅來自成功的操作，更來自對操作本身的反省和總結(jié)。在實驗中鼓勵學(xué)生相信自己，敢于質(zhì)疑，對實驗的不確定結(jié)果反復(fù)論證，通過實驗的重現(xiàn)性和可變性進(jìn)行辨證的分析實驗，達(dá)到對化學(xué)知識的理解，同時培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。如在“乙醇的飽和蒸汽壓測定”實驗中，實驗內(nèi)容為測定乙醇在不同溫度下的蒸汽壓，目的是通過克-克方程計算獲得乙醇在一定溫度區(qū)(即25-45 ℃)內(nèi)的平均摩爾汽化熱ΔvapHm。在本實驗中，筆者曾引導(dǎo)學(xué)生思考在較寬的溫度或者更高的溫度下其平均摩爾汽化熱是否一致，這一設(shè)想引發(fā)了學(xué)生的探求興趣，有學(xué)生通過附加實驗來驗證，最終獲得了滿意的結(jié)果。

除此之外，課后布置探究性的思考題和作業(yè)，作為問題情境，讓學(xué)生自己去自行“發(fā)現(xiàn)”，也是提升學(xué)生創(chuàng)新能力的有效手段。

5 結(jié)語

大學(xué)教育的目的不僅僅是教會學(xué)生專業(yè)知識，更重要的是培養(yǎng)大學(xué)生的各項技能，使之成為具有知識豐富、思想活躍、積極進(jìn)取、勇于創(chuàng)新的綜合性人才。物理化學(xué)實驗教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生各項能力上起著不可替代的作用，通過在實驗教學(xué)中結(jié)合理論知識、讓學(xué)生自主安排學(xué)習(xí)內(nèi)容、并有效利用計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等方式提升學(xué)生的思維能力和實踐能力，同時可安排合作性強(qiáng)和探究性的實驗內(nèi)容提高學(xué)生的合作能力及創(chuàng)新能力，從而實現(xiàn)由知識向能力的轉(zhuǎn)變，提高大學(xué)生在社會上的競爭力。

［1］劉興艷.論化學(xué)實驗對大學(xué)生能力的培養(yǎng)［J］.西南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2012，10(12):257－260.

［2］劉新華.談當(dāng)代大學(xué)生學(xué)習(xí)主動性的培養(yǎng)［J］.新課程研究，2009，153:134－136.

［3］馮青琴.分析化學(xué)實驗教學(xué)改革與大學(xué)生能力培養(yǎng)［J］.安陽師范學(xué)院學(xué)報，2010(2):129－131.

［4］暢肇沁.大學(xué)生學(xué)習(xí)特點探究［J］.陜西師大學(xué)報，2010，37(5):131－133.

［5］王巖松，王宏哲.當(dāng)代大學(xué)生學(xué)習(xí)特點淺析［J］.長春理工大學(xué)學(xué)報:高教版，2008，3(3):1－3.

［6］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):27－30.

［7］苗深花.化學(xué)教學(xué)中的合作學(xué)習(xí)及合作意識、能力培養(yǎng)［J］.教育研究，2006(8):93－95.

［8］胡愛珠，楊建平，仇丹，等.培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維能力的物理化學(xué)教學(xué)探討［J］.寧波工程學(xué)院學(xué)報，2012，24(2):97－100.