以電化學(xué)實(shí)驗(yàn)為例談物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)

蘇靜+文衍宣+呂小艷+許雪棠+李斌

摘要：為了提高物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量，針對(duì)不同專業(yè)和類型的學(xué)生，開展分層次物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，既優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，又提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的利用率，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改進(jìn)和更新，循序漸進(jìn)地培養(yǎng)了學(xué)生的思維和創(chuàng)造能力，為科研實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué);實(shí)驗(yàn);分層次教學(xué);電化學(xué)

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）25-0259-02

我國高等教育的規(guī)模自上世紀(jì)90年代末高校大擴(kuò)招以來迅猛擴(kuò)張，在短短不到十年的時(shí)間里完成了量的積累，步入了高等教育大眾化階段。但是，隨著高等學(xué)校學(xué)生數(shù)量的不斷增長，教學(xué)資源不足的情況也逐漸顯露，成為了拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的薄弱環(huán)節(jié)。針對(duì)這一情況，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)在不斷地進(jìn)行教學(xué)改革。合理利用現(xiàn)有的教學(xué)資源，有效地引入先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，尤其是對(duì)不同專業(yè)和類型的學(xué)生，開展了分層次的實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐，這對(duì)提高高等學(xué)校教學(xué)質(zhì)量具有重大意義。筆者就所指導(dǎo)的理工科專業(yè)基礎(chǔ)課——物理化學(xué)的分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式作一些探討。

一、分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的建立和內(nèi)容

我國古代教育家、思想家孔子在幾千年前就有“因材施教”的教育思想，并一直在教學(xué)實(shí)踐中身體力行。西方教育家也提出了“教育應(yīng)具有針對(duì)性”的理論。上述這些思想都是分層次教育的理論基礎(chǔ)。所謂高等教育階段的分層次教育，有兩方面的含義：①同一門課，不同的專業(yè)使用不同的教材;②同一門課，同一專業(yè)的不同學(xué)生，可選擇不同的授課層次和授課內(nèi)容[1]。分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的關(guān)鍵，是要打破所有學(xué)生同一培養(yǎng)模式的僵局，利用鮮活的、為不同學(xué)生量身打造的不同的教學(xué)內(nèi)容，調(diào)動(dòng)起每個(gè)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性。在新的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)境下，學(xué)生自我追求的目標(biāo)越來越高，所選擇的實(shí)驗(yàn)課層次逐漸提高;學(xué)生創(chuàng)新能力、動(dòng)手能力、實(shí)際應(yīng)用能力也隨之不斷提高[2]。

二、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)分層次教學(xué)模式的實(shí)施

廣西大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院物理化學(xué)課程組承擔(dān)著全校理、工、生、農(nóng)等專業(yè)物理化學(xué)課程的理論教學(xué)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)工作，根據(jù)專業(yè)教學(xué)大綱的不同，化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)這兩門理科專業(yè)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)獨(dú)立設(shè)課，計(jì)108學(xué)時(shí);而工、生、農(nóng)專業(yè)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)與基礎(chǔ)理論課相結(jié)合，實(shí)驗(yàn)部分計(jì)33學(xué)時(shí)。課程組根據(jù)教學(xué)班級(jí)編制實(shí)驗(yàn)班并開展工作：實(shí)驗(yàn)教學(xué)分層次培養(yǎng)，分為基礎(chǔ)層次、提高性層次和科研性層次三類，它是在提高實(shí)驗(yàn)課教學(xué)效率的同時(shí)，把大綱要求的教學(xué)與開放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)結(jié)合起來，在規(guī)定的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)，既完成教學(xué)大綱要求，又能使能力強(qiáng)、興趣濃的學(xué)生在創(chuàng)新精神、動(dòng)手能力方面得到進(jìn)一步加強(qiáng)[3]。從表1中可以看出，實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革不僅注重縱向分層次，使實(shí)驗(yàn)教學(xué)循序漸進(jìn)，在夯實(shí)基礎(chǔ)的同時(shí)構(gòu)筑高地;也注重了橫向的分層次，將實(shí)驗(yàn)等級(jí)不斷提高，依據(jù)學(xué)生的專業(yè)及他們的意愿和能力，選擇不同層次的實(shí)驗(yàn)，給予學(xué)生更大的積極性和創(chuàng)造性的發(fā)展空間。

（一）基礎(chǔ)層次

基礎(chǔ)層次主要包括工、生、農(nóng)等相關(guān)專業(yè)的學(xué)生，占開展物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)生的80%以上，該層次強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)，旨在讓學(xué)生更深入地理解和掌握物理化學(xué)的一些基本原理、基礎(chǔ)技術(shù)與實(shí)驗(yàn)方法。目前開設(shè)實(shí)驗(yàn)8個(gè)，涵蓋了化學(xué)熱力學(xué)、相平衡、化學(xué)動(dòng)力學(xué)、電化學(xué)和表面化學(xué)的內(nèi)容。其中電化學(xué)部分開設(shè)實(shí)驗(yàn)1個(gè)：波根多夫?qū)οy定原電池電動(dòng)勢。該實(shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，可使學(xué)生對(duì)銅、鋅等電極有初步的感性認(rèn)識(shí)，學(xué)習(xí)電極制備與處理的基本技能以及電化學(xué)測量體系的組建、電解池與電解質(zhì)溶液的選擇等基本操作;通過原電池電動(dòng)勢的測定實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練基本物理量電勢的測定以及電位差計(jì)的測量原理和正確使用方法。在教學(xué)上，由教師嚴(yán)格把關(guān)，把實(shí)驗(yàn)要求、原理、步驟等較完整地提供給學(xué)生，使學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)，達(dá)到感性認(rèn)識(shí)的訓(xùn)練目的。

（二）提高層次

提高層次實(shí)驗(yàn)開放的對(duì)象為本學(xué)院化學(xué)和應(yīng)用化學(xué)這兩門理科專業(yè)的學(xué)生，每年向約80名學(xué)生開放。旨在使學(xué)生在教師的啟發(fā)和指導(dǎo)下，通過認(rèn)真思考和研究完成實(shí)驗(yàn)，達(dá)到更高層次上對(duì)電化學(xué)的全面掌握，除了基礎(chǔ)層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，引入一些實(shí)驗(yàn)技能要求較高，知識(shí)點(diǎn)覆蓋更廣泛的實(shí)驗(yàn)，同時(shí)開設(shè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。該層次開放必修實(shí)驗(yàn)13個(gè)，此外還有3～5個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。目前的電化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)《金屬-空氣電極的制備及性能檢測》是物理化學(xué)教學(xué)改革過程中將原有實(shí)驗(yàn)《鉛蓄電池及其充放電曲線的測定》改進(jìn)后開設(shè)的，克服了原有使用成品密封鉛蓄電池，學(xué)生無法觀察電池的正負(fù)極、電解液和隔膜等結(jié)構(gòu)，只能簡單操作測試儀器，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一的缺點(diǎn)。并且金屬-空氣電池是目前化學(xué)電源的研究熱點(diǎn)之一，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容不僅涵蓋了原實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，更是結(jié)合了實(shí)驗(yàn)設(shè)備等硬件設(shè)施建設(shè)情況，貼近社會(huì)需求和科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平。在教學(xué)上，結(jié)合理科專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，要求提高層次的學(xué)生能在預(yù)習(xí)過程中就能夠結(jié)合所學(xué)的物理化學(xué)知識(shí)基本掌握實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。實(shí)驗(yàn)過程中是由學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹⒃砗蛯?shí)驗(yàn)步驟的講解，實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師做補(bǔ)充并指出實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)和注意事項(xiàng)，同時(shí)引入討論課或小論文等環(huán)節(jié)。提高層次學(xué)生的教學(xué)目標(biāo)是：掌握實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范，實(shí)驗(yàn)報(bào)告正確，實(shí)驗(yàn)討論合理。上述措施旨在端正理科專業(yè)學(xué)生的科研態(tài)度和提高學(xué)以致用的能力，為將來的科研實(shí)踐工作打基礎(chǔ)。

（三）科研層次

科研層次的教學(xué)是結(jié)合我?！按髮W(xué)生實(shí)驗(yàn)技能和科技創(chuàng)新能力訓(xùn)練基金項(xiàng)目”進(jìn)行的，該項(xiàng)目于2012年7月開始啟動(dòng)，旨在鼓勵(lì)和支持本科生早進(jìn)課題、早進(jìn)實(shí)驗(yàn)室、早進(jìn)團(tuán)隊(duì)，在導(dǎo)師指導(dǎo)下強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)技能，參與科學(xué)研究或工程設(shè)計(jì)，增強(qiáng)本科生創(chuàng)新、實(shí)踐、創(chuàng)業(yè)、就業(yè)等四種能力，提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。因此，參與項(xiàng)目的本科生需要開展的是某一科研課題的研究，以有關(guān)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能為基礎(chǔ)，充分利用物理化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有條件，在教師的指導(dǎo)下開展科研活動(dòng)。項(xiàng)目開展兩年多來，第一批項(xiàng)目已經(jīng)結(jié)題，學(xué)生均反映基礎(chǔ)層次和提高層次學(xué)到的一些實(shí)驗(yàn)技能，如電池測試、粘度測定，比表面測定等測試技術(shù)都能用在科研實(shí)踐中，相關(guān)理論知識(shí)也得到了進(jìn)一步鞏固。

三、分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式對(duì)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的作用

實(shí)現(xiàn)分層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)后，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)也可以分層次進(jìn)行。2014年，課程組出版了新的《物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材，使大學(xué)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)適應(yīng)新的發(fā)展形勢：針對(duì)更新后的設(shè)備，對(duì)基礎(chǔ)層次的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了調(diào)整，如《乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的測定》。同時(shí)，結(jié)合本次課程組教師的科研成果增加了一些提高層次的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，如《藥物有效期的測定》、《TiO2納米材料的制備與表征》等。對(duì)科研層次主要是引進(jìn)先進(jìn)的精密儀器，提高測定準(zhǔn)確率，目前物理化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室已更換了比表面測試儀，不僅能在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中起作用，更能為學(xué)生開展科研項(xiàng)目提供分析測試平臺(tái)，利用測試數(shù)據(jù)發(fā)表的科研成果也能夠激勵(lì)教師和學(xué)生及時(shí)地改進(jìn)實(shí)驗(yàn)方法，不斷更新實(shí)驗(yàn)題目，充分鍛煉教師和學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，促進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)。

四、結(jié)束語

實(shí)行物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的分層次教學(xué)，既優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段，又提高了實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備的利用率，促進(jìn)了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改進(jìn)和更新，并循序漸進(jìn)地培養(yǎng)了學(xué)生的思維和創(chuàng)造能力，縮短了教與學(xué)、教學(xué)與科研、教科書和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的距離，學(xué)生獨(dú)立開展研究的能力得到很大鍛煉和提高[4]。同時(shí)考慮到開設(shè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)生來自于不同的專業(yè)的特點(diǎn)，分層次教學(xué)不僅使學(xué)生具有獲取知識(shí)的能力，而且具有綜合應(yīng)用知識(shí)的能力，為本科高年級(jí)的科研實(shí)踐打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這也是我們所作的分層次所希望達(dá)到的目的。

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