對建立自動化實驗條件下物理實驗的思考

杜朝禮 王斌禹 湯臣春

【摘要】隨著物理化學(xué)實驗儀器設(shè)備的自動化水平越來越高，物理化學(xué)實驗過程得到了簡化，實驗效率也隨之提高但是，對于高校學(xué)生來說，這同時也簡化了一些學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，甚至影響物理化學(xué)實驗的教學(xué)效果。如何合理的做實驗，通過實驗來強化教學(xué)質(zhì)量就成為關(guān)鍵的問題。

【關(guān)鍵詞】物理化學(xué)實驗；自動化；教學(xué)質(zhì)量

1加強實驗前的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備

傳統(tǒng)的實驗預(yù)習(xí)是實驗之前教師將實驗原理、方法步驟、注意事項等布置為學(xué)生的課前預(yù)習(xí)，再通過一系列方法檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況，并記入平時成績[2]。在實驗儀器自動化的新形式下如何做好實驗前的預(yù)習(xí)對提升教學(xué)質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。我們通過長期的教學(xué)體會到：在實驗之前不僅要求學(xué)生要熟悉實驗原理、實驗步驟及實驗注意事項等，還要把相關(guān)儀器設(shè)備的原理、構(gòu)造、操作方法及實驗數(shù)據(jù)處理方法作為一項重要預(yù)習(xí)的內(nèi)容。這樣可以有效的避免學(xué)生盲目的按照實驗步驟做完實驗從實驗軟件上得出數(shù)據(jù)后直接寫實驗報告而不繼續(xù)深入思考的問題。另外，利用學(xué)校網(wǎng)絡(luò)資源，把物理化學(xué)實驗教學(xué)的相關(guān)材料制作成網(wǎng)頁展示在學(xué)校網(wǎng)頁上。這樣在實驗開始前，學(xué)生除了利用實驗教材或講義進行實驗預(yù)習(xí)外，還可以上網(wǎng)預(yù)習(xí)相關(guān)的實驗內(nèi)容。不但可以了解到相關(guān)的實驗原理、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理方法等，還可以更為直觀地了解到相關(guān)儀器設(shè)備的原理、構(gòu)造、操作方法及注意事項等。

2優(yōu)化實驗教學(xué)模式

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式是教師在實驗之前往往要花大量的時間來介紹實驗的原理、實驗步驟及實驗注意事項等，并且做演示實驗。這樣在有效的教學(xué)課時時間內(nèi)就縮短了學(xué)生自己動手實驗的時間。我們認(rèn)為，在做好第1點中所提及的實驗預(yù)習(xí)后，上實驗課之時，可以適當(dāng)?shù)目s短實驗前的講解，重點介紹一下實驗過程中的注意事項后，盡快學(xué)生進入實驗。由于采用的是自動化的實驗儀器，新條件下的實驗要比傳統(tǒng)儀器條件下的實驗更簡單方便。學(xué)生在實驗過程中就會有大量空余的時間。這時，就可以讓學(xué)生結(jié)合自己的預(yù)習(xí)和教師的講解對整個實驗原理過程進行思考。進一步加深學(xué)生對整個實驗的理解，而不會出現(xiàn)因為實驗過程的自動化學(xué)生坐等實驗結(jié)果等不良現(xiàn)象的發(fā)生。

3加強實驗數(shù)據(jù)處理訓(xùn)練

由于現(xiàn)代化的實驗儀器及計算機技術(shù)的發(fā)展，把物理化學(xué)實驗推入了自動化時代。雖然說物理化學(xué)實驗的自動化是科學(xué)進步的象征，但是有利也有弊。利在于其自動化進程加速了現(xiàn)代科學(xué)研究的步伐，給科研工作者帶來了其大的便利。弊在于對于學(xué)習(xí)科學(xué)知識的學(xué)生來說，其自動化進程反而忽略了對學(xué)生某些方面的訓(xùn)練，尤其是計算機對實驗數(shù)據(jù)的自動處理功能對訓(xùn)練學(xué)生這方面的能力有極大的阻礙作用。不過只要我們處理得當(dāng)還是可以消除這方面的影響。一方面，我們要求學(xué)生利用自動化的物理化學(xué)儀器設(shè)備進行完整的實驗并得出實驗結(jié)果。另一方面，我們還要要求學(xué)生回去以后采取相應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)處理方法進行人工處理。最后，讓學(xué)生把儀器得出的結(jié)果與自己手動處理的結(jié)果進行對比，看看是否存在差異，如果差異過大分析其原因，找出原因并修正后重復(fù)處理直到得出正確結(jié)果。這樣做有利于學(xué)生及時發(fā)現(xiàn)自己在實驗處理方面不足，而不是等到老師改完實驗報告后學(xué)生才知道自己結(jié)果處理錯了，這時很多學(xué)生往往會不求甚解。而采用學(xué)生自行處理的結(jié)果與儀器處理結(jié)果對比的方法，學(xué)生能通

過對比及時發(fā)現(xiàn)自己所處理結(jié)果不正確，并會下意識的去思考為什么。這樣做可以很好的調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，有效的解決了學(xué)生在自動化儀器條件下的懶惰心理?；瘜W(xué)反應(yīng)工程設(shè)計高等數(shù)學(xué)、化工原理、物理化學(xué)、化工熱力學(xué)、傳遞工程等學(xué)科知識，數(shù)學(xué)推導(dǎo)比較繁瑣復(fù)雜，因此，在教學(xué)過程中，應(yīng)采用靈活多變的教學(xué)方式，精心設(shè)計，舉一反三，培養(yǎng)學(xué)生工程分析的能力。在講課方式上，除了應(yīng)用對比法（如完成相同工業(yè)產(chǎn)量，間歇反應(yīng)器、平推流反應(yīng)器、全混流反應(yīng)器反應(yīng)的體積對比，宏觀動力學(xué)和微觀動力學(xué)的對比等）、歸納法（如停留時間分布的模型及利弊等）、優(yōu)化法（如全混流反應(yīng)器串聯(lián)的優(yōu)化方式、多段反應(yīng)器各段轉(zhuǎn)化率、反應(yīng)溫度優(yōu)化等）等，教師還應(yīng)積極創(chuàng)設(shè)問題情境，采用“問題解決式”教學(xué)法，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)在熟悉掌握學(xué)生的知識基礎(chǔ)、接受能力際情況，調(diào)動和發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，使他們通過積極的思考、操作和演練，使學(xué)生體驗知識的生成過程。例如在學(xué)習(xí)固定床反應(yīng)器時，讓學(xué)生

依據(jù)合成氨工藝提出使用的反應(yīng)器類型，并且根據(jù)所學(xué)反應(yīng)工程學(xué)的基礎(chǔ)理論，說出為什么要使用這種反應(yīng)器類型?；蛘呤亲寣W(xué)生根據(jù)工廠實際需要，對所需要的反應(yīng)器進行設(shè)計等，讓學(xué)生分組展開討論、匯總回報，促使學(xué)生理論學(xué)習(xí)與實踐的結(jié)合，培養(yǎng)學(xué)生的工程實踐意識和解決工業(yè)生產(chǎn)中遇到的實際問題的能力。在教學(xué)過程中，筆者根據(jù)化學(xué)反應(yīng)工程課程的特點，采用多媒體教學(xué)設(shè)計的理論方法進行多媒體教學(xué)[6-7]。多媒體技術(shù)把文字、數(shù)據(jù)、圖形、圖像、動畫、聲音等多種媒體信息有機結(jié)合起來，為學(xué)生形象直觀的交互的學(xué)習(xí)模式，有利于師生間的互動交流和激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。在《化學(xué)反應(yīng)工程》引入人多媒體教學(xué)模式后，能夠生動形象地模擬反應(yīng)器操作的動畫仿真或播放工程實踐操作過程中的各種影像資料。這樣不僅解決了課程教學(xué)中的難題，使學(xué)生容易接受，而且豐富了教學(xué)內(nèi)容，提高了課堂教學(xué)效果，培養(yǎng)了工程觀念。但在教學(xué)實踐中，一定要邊講邊播放，控制好播放速度，控制課堂教學(xué)節(jié)奏，使課堂教學(xué)與學(xué)生的思維和諧一致；同時要結(jié)合板書，例如在講解本征動力學(xué)模型公式的推導(dǎo)要中，要結(jié)合板書寫出具體的公式推導(dǎo)過程，控制講解的方式和速度，使學(xué)生的思維跟上教師的節(jié)奏。因此在化學(xué)工程教學(xué)中采用多媒體教學(xué)和板書相結(jié)合，可以使二者更好的互補，從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

4改革課程考核方式，完善課堂教學(xué)效果評價體系。考試是教學(xué)過程的指揮棒，考什么，怎樣考，如何評價學(xué)生的學(xué)習(xí)成績，對激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣非常重要?；瘜W(xué)反應(yīng)工程是一門工業(yè)實踐和理論緊密結(jié)合的課程，在解決工程問題實踐中，需要用到一些圖表和繁瑣難記的公式，在反應(yīng)器和設(shè)計時也需要一些管道的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格尺寸等，因此，不易采用閉卷考試對學(xué)生對教學(xué)內(nèi)容的結(jié)果進行評價。為了讓學(xué)生能夠?qū)W好化學(xué)反應(yīng)工程，改變以記憶為主的應(yīng)試式的學(xué)習(xí)方法，必須對化學(xué)反應(yīng)工程課程在考試形式和成績評定上進行了改革與嘗試。本課程在進行學(xué)生成績測評時采用綜合考試方式，將學(xué)生的平時表現(xiàn)和期末考試結(jié)合起來評判。其中平時表現(xiàn)成績占總成績的30%，主要包括：出勤情況，聽課情況及完成作業(yè)情況等，占10%，小論文的寫作及在課堂討論中的參與情況，占20%。期末考試采用開卷方式，占總成績的70%?？荚囶}目側(cè)重于考查學(xué)生對知識點的理解和應(yīng)用，考核學(xué)生根據(jù)所學(xué)理論知識分析、判斷和解決問題的能力。對于計算題的判卷中過程而不注重結(jié)果，主要看其思路及對公式的靈活掌握應(yīng)用情況，充分發(fā)揮考試對學(xué)生學(xué)習(xí)的激勵導(dǎo)向作用。

參考文獻：

[1]趙玲，許志美，曹發(fā)海，等.科研提高教學(xué)品質(zhì)一科研成果在化學(xué)反應(yīng)工程課程建設(shè)中的“四進”[J].化工高等教育，2008，91（3）：43一45.

[2]李克東，謝幼如.多媒體組合教學(xué)設(shè)計[M].北京：科學(xué)出版社，1997.