基于“燃燒熱測(cè)定”實(shí)驗(yàn) 談物化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

趙樸素 宋潔 劉炳華

摘要：以“燃燒熱測(cè)定”實(shí)驗(yàn)為例，教會(huì)學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相結(jié)合，訓(xùn)練學(xué)生用計(jì)算機(jī)技術(shù)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)精神，強(qiáng)化學(xué)生環(huán)保意識(shí)，提升學(xué)生創(chuàng)新及團(tuán)結(jié)協(xié)作精神。

關(guān)鍵詞：燃燒熱測(cè)定；物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)改革

中圖分類號(hào)：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2015）51-0252-02

化學(xué)家戴安邦教授曾指出“全面的化學(xué)教育要求化學(xué)教學(xué)既傳授化學(xué)知識(shí)和技術(shù)，更訓(xùn)練科學(xué)方法和思維，還培養(yǎng)科學(xué)精神和品德”[1]。根據(jù)戴先生的觀點(diǎn)，結(jié)合當(dāng)前物化實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革現(xiàn)狀，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)仍然是一個(gè)重要課題。在普通高校，物化及實(shí)驗(yàn)課程均在大學(xué)二年級(jí)開(kāi)設(shè)，但是有許多大二學(xué)生對(duì)于大學(xué)的學(xué)習(xí)方法仍然沒(méi)有完全掌握。物化實(shí)驗(yàn)中，他們只是機(jī)械地完成書(shū)上的步驟操作和數(shù)據(jù)處理，不能體會(huì)物化理論知識(shí)對(duì)于實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)作用，更不知道自己做的實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)有何依據(jù)和作用，以至于做實(shí)驗(yàn)時(shí)，一旦有一個(gè)步驟稍與書(shū)上不同，就會(huì)將之前的數(shù)據(jù)廢掉，重新開(kāi)始。至于在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和方法進(jìn)行改進(jìn)，將所學(xué)的計(jì)算機(jī)知識(shí)在物化實(shí)驗(yàn)中加以應(yīng)用，在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)相互間的團(tuán)結(jié)合作精神，諸如此類的問(wèn)題學(xué)生們就更不知道從何著手了。顯然，上述狀況如不加以扭轉(zhuǎn)，學(xué)生能力和素質(zhì)的提高就成為一紙空談。而要改變這種狀況，僅靠學(xué)生自身的努力，是難以在短期內(nèi)達(dá)到目的的，為此，實(shí)驗(yàn)教師必須付出努力，多學(xué)習(xí)，多實(shí)踐。本文即以基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)“燃燒熱測(cè)定”為例，談?wù)劰P者在教學(xué)過(guò)程中所做的一些努力。

一、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)內(nèi)容具體化——知識(shí)和技能傳授方法的改進(jìn)

學(xué)生們做實(shí)驗(yàn)前都會(huì)進(jìn)行預(yù)習(xí)，但是他們的預(yù)習(xí)就是將書(shū)上的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和步驟簡(jiǎn)單抄一下，很少動(dòng)腦筋思考三者之間的聯(lián)系。雖然老師上課時(shí)也會(huì)對(duì)有關(guān)問(wèn)題加以講解，但是這樣的方式對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的培養(yǎng)所起的作用并不明顯。為此，我們將實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)內(nèi)容具體化，提出具體問(wèn)題，事先交給學(xué)生，讓他們思考，并將答案寫(xiě)在預(yù)習(xí)報(bào)告本上。例如，根據(jù)我們所用的教材[2]，對(duì)于“燃燒熱測(cè)定”實(shí)驗(yàn)，部分預(yù)習(xí)的題目為：（1）結(jié)合氧彈量熱計(jì)的構(gòu)造和使用方法，思考本實(shí)驗(yàn)中，系統(tǒng)和環(huán)境分別是什么？二者間是否存在熱交換？如有熱交換，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)受什么影響？（2）氧彈量熱計(jì)得到的熱效應(yīng)是何種熱效應(yīng)？它和反應(yīng)熱有何關(guān)系？（3）實(shí)驗(yàn)中，苯甲酸有何作用？（4）待燃燒的樣品為何要壓成片狀？壓片應(yīng)該松或緊？（5）點(diǎn)火絲長(zhǎng)度是否越長(zhǎng)越好？安裝點(diǎn)火絲時(shí)應(yīng)注意什么？（6）反應(yīng)熱測(cè)定對(duì)于溫度有何要求？本實(shí)驗(yàn)中如何實(shí)現(xiàn)反應(yīng)前后溫度一致？（7）為什么要進(jìn)行溫度校正？如何校正？（8）本實(shí)驗(yàn)需要記錄的數(shù)據(jù)有哪些？為什么？為了答對(duì)問(wèn)題，學(xué)生們需要認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)教材，復(fù)習(xí)理論課上講過(guò)的理論知識(shí)。通過(guò)回答這些問(wèn)題，一方面學(xué)生們學(xué)會(huì)了如何預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，對(duì)將要做的“燃燒熱測(cè)定”實(shí)驗(yàn)有了深入的理解，能夠充分了解實(shí)驗(yàn)中關(guān)鍵步驟所在和注意事項(xiàng)，有利于實(shí)驗(yàn)的成功實(shí)施；另一方面，這樣的訓(xùn)練讓學(xué)生們認(rèn)識(shí)到如何將理論與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，從而對(duì)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)產(chǎn)生興趣。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和數(shù)據(jù)處理方法的改進(jìn)——科學(xué)方法和思維的訓(xùn)練

在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中加強(qiáng)對(duì)學(xué)生科學(xué)方法和思維的訓(xùn)練，一直是大學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中值得關(guān)注的課題。為此，我們采取以下兩個(gè)做法。

1.總結(jié)“燃燒熱測(cè)定”實(shí)驗(yàn)方法，要學(xué)生學(xué)會(huì)“舉一反三”。通過(guò)預(yù)習(xí)并結(jié)合課本上的實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生們基本上都能很好地完成萘燃燒熱的測(cè)定工作，在此基礎(chǔ)上，老師要求同學(xué)們思考這個(gè)實(shí)驗(yàn)方法在現(xiàn)實(shí)中的作用，將這一實(shí)驗(yàn)方法“舉一反三”。因?yàn)橐郧暗膶?shí)驗(yàn)教學(xué)中，對(duì)學(xué)生沒(méi)有這樣的要求，所以，此工作開(kāi)始實(shí)施時(shí)，許多同學(xué)不知道如何思考。這時(shí)，我們首先準(zhǔn)備了“蔗糖”，要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，測(cè)定“蔗糖”的燃燒熱。有了具體的“蔗糖”為參考，學(xué)生們都能很快地設(shè)計(jì)出相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方案。接著，我們又要求學(xué)生們測(cè)定“活性炭”和“家用煤球”的燃燒熱。因?yàn)椤盎钚蕴俊笔歉稍锏姆蹱钗?，不容易壓成片狀，而“家用煤球”中，除了可燃燒的碳，還有不可燃燒的泥土和水分，顯然，對(duì)這兩個(gè)物質(zhì)燃燒熱的測(cè)定，要考慮的內(nèi)容增加了。例如，為了將“活性炭”壓成片狀易于點(diǎn)燃，必須在“活性炭”中加點(diǎn)水，待將加水后的“活性炭”壓成片狀后，再于120oC烘干，最后，進(jìn)行“活性炭”燃燒熱測(cè)定。至于加水量多少和烘干的時(shí)間長(zhǎng)短，學(xué)生們也想出相應(yīng)的辦法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)定。有了測(cè)定“活性炭”燃燒熱的訓(xùn)練，對(duì)于“家用煤球”燃燒熱的測(cè)定，學(xué)生們?cè)诳紤]實(shí)驗(yàn)操作可行性的同時(shí)，進(jìn)一步考慮如何將泥土的量除去以后計(jì)算燃燒熱，以及燃燒熱數(shù)據(jù)的表示方法等。當(dāng)設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)步驟后，許多學(xué)生都在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室親自動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)后的喜悅掛在學(xué)生們臉上，他們的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ玫搅孙@著提高。另外，為了訓(xùn)練學(xué)生們的科學(xué)方法和思維，針對(duì)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容，我們還注意培養(yǎng)學(xué)生們查閱文獻(xiàn)的能力。針對(duì)“燃燒熱測(cè)定”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改進(jìn)，我們推薦學(xué)生參閱相關(guān)的參考文獻(xiàn)[3-5]，幫助他們學(xué)會(huì)思考，做到舉一反三、觸類旁通。

2.根據(jù)“燃燒熱測(cè)定”實(shí)驗(yàn)結(jié)果，教會(huì)學(xué)生科學(xué)地處理數(shù)據(jù)?！叭紵裏釡y(cè)定”實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生記錄和處理的數(shù)據(jù)之一是反應(yīng)物在燃燒過(guò)程使體系升高的溫度，溫差測(cè)量使用數(shù)字型電子貝克曼溫差溫度計(jì)，溫差為四位有效數(shù)字。為了準(zhǔn)確判斷燃燒前后體系的溫差，在處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，需要用“雷諾校正”作圖的方法獲得實(shí)際的反應(yīng)溫差，因此，如何將實(shí)驗(yàn)溫差的準(zhǔn)確度在作圖處理數(shù)據(jù)時(shí)得以保持就成了重要環(huán)節(jié)，也就是說(shuō)，如何將測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確數(shù)字和最后一位不準(zhǔn)確數(shù)字，都在坐標(biāo)上表示出來(lái)[6]。這一環(huán)節(jié)，同學(xué)們經(jīng)常考慮不周，從而大大降低了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確度和可信度，因此，教師必須教會(huì)學(xué)生在作圖時(shí)科學(xué)準(zhǔn)確地設(shè)定坐標(biāo)分度。例如，如何在直角坐標(biāo)紙上準(zhǔn)確表示3.426這個(gè)溫差數(shù)字等。我們還鼓勵(lì)學(xué)生使用Origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理。在“燃燒熱測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中，結(jié)合文獻(xiàn)方法[7]，要求每組兩個(gè)學(xué)生分別負(fù)責(zé)“燃燒苯甲酸”和“燃燒萘”的數(shù)據(jù)處理，每組做兩幅圖，一個(gè)是手工繪制，一個(gè)是用軟件繪制，然后對(duì)比作圖過(guò)程中可能帶來(lái)的誤差。顯然，對(duì)于同一組數(shù)據(jù)，手工作圖時(shí)，不同的學(xué)生得到的結(jié)果可能不同，即使是同一個(gè)學(xué)生畫(huà)兩次，其結(jié)果也不會(huì)完全一致，而Origin軟件的使用則克服了上述缺陷，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理更準(zhǔn)確，可以很快地對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)果分析和討論，提高了效率。

三、堅(jiān)持實(shí)事求是，加強(qiáng)合作和環(huán)保意識(shí)——科學(xué)精神和品德的培養(yǎng)

在“燃燒熱測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中，我們采取以下做法對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)精神和品德的培養(yǎng)。

1.堅(jiān)持實(shí)事求是，如實(shí)記錄和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要求學(xué)生如實(shí)地記錄樣品質(zhì)量及反應(yīng)前后體系的溫度，數(shù)據(jù)要給老師簽字。在做實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，學(xué)生不能隨意地修改原始數(shù)據(jù)。比較燃燒熱的實(shí)測(cè)值與理論值后，必須對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析和討論。這樣，促使學(xué)生認(rèn)真操作、細(xì)致記錄并深入分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，強(qiáng)化了學(xué)生對(duì)科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性的認(rèn)知。

2.發(fā)揚(yáng)合作精神，分工完成實(shí)驗(yàn)操作。由于設(shè)備條件的限制，“燃燒熱測(cè)定”實(shí)驗(yàn)是兩個(gè)學(xué)生一組，共同完成實(shí)驗(yàn)，我們給學(xué)生提出的要求是：兩人分工要明確，一人負(fù)責(zé)稱量、壓片，一個(gè)負(fù)責(zé)安裝氧彈。另外，兩人分別負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)物苯甲酸和待測(cè)物萘燃燒時(shí)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)記錄。兩個(gè)同學(xué)必須同心協(xié)力，才能獲得滿意的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)，為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的一致性，兩個(gè)學(xué)生還必須進(jìn)一步協(xié)同合作。老師在批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，也充分考慮兩個(gè)學(xué)生合作的情況，給予成績(jī)。整個(gè)過(guò)程的實(shí)施，讓學(xué)生體會(huì)到合作的意義，認(rèn)識(shí)到團(tuán)結(jié)協(xié)作在科學(xué)研究中的重要性。

3.加強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，積極改進(jìn)實(shí)驗(yàn)。傳統(tǒng)的“燃燒熱測(cè)定”是測(cè)定萘的燃燒熱，在萘被燃燒前，要對(duì)其粗稱、壓片、精稱，整個(gè)操作過(guò)程中，萘都被暴露在空氣里，而萘易揮發(fā)，很容易擴(kuò)散到大氣中，既污染實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，又危害學(xué)生健康。為了消除污染隱患，結(jié)合“綠色化學(xué)”[8]這個(gè)新興理念，提示學(xué)生將“燃燒熱測(cè)定”實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“綠色化”實(shí)驗(yàn)方法改革。如前文所述，我們提供“蔗糖”給學(xué)生們，用“蔗糖”取代“萘”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由于“蔗糖”是生活中常見(jiàn)的食品，完全符合“綠色化學(xué)”的理念，既不再使用有毒、有害的物質(zhì)，也不再產(chǎn)生廢物，把污染治理轉(zhuǎn)變?yōu)槲廴绢A(yù)防[3]。這樣的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，將環(huán)保的種子植于學(xué)生心中，有利于加強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。

總之，在“燃燒熱測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中，從預(yù)習(xí)、操作、數(shù)據(jù)記錄和處理以及實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改進(jìn)等方面，我們有針對(duì)性地采取了一系列的改革措施，這些措施注重學(xué)思結(jié)合，營(yíng)造了獨(dú)立思考、自由探索、勇于創(chuàng)新的良好環(huán)境，有助于學(xué)生又好又快地掌握化學(xué)知識(shí)和技術(shù)，達(dá)到了訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)思維及培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和品質(zhì)的目的。

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