物理化學(xué)實驗教學(xué)中重要環(huán)節(jié)的創(chuàng)新與改革*

謝玉忠　孫光延　金光德　曲曉春（延邊大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，吉林延吉133002）

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物理化學(xué)實驗教學(xué)中重要環(huán)節(jié)的創(chuàng)新與改革*

謝玉忠孫光延金光德曲曉春
（延邊大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，吉林延吉133002）

摘要：基于物理化學(xué)實驗的特點及傳統(tǒng)教學(xué)模式中存在的問題，本文從實驗預(yù)習(xí)、實驗原理講授、實驗操作指導(dǎo)和實驗數(shù)據(jù)處理四個方面，進行了問題分析，并介紹了在實踐過程中采取的解決方案。改變學(xué)生的被動學(xué)習(xí)地位，提高學(xué)生主動學(xué)習(xí)興趣。在傳統(tǒng)的驗證性實驗中，引入探索性問題和先進的輔助教學(xué)手段，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力，全面提高物理化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué)實驗；創(chuàng)新；改革

Abstract:Based on the characteristics of physical chemistry experiment and the problems existing in the traditional teaching mode, the paper sets out an analysis of the problems and recommends from four perspectives: experiment preparation, principle, operation and data processing. To stimulate studentsˊenthusiasm and cultivate studentsˊability to analyze and solve problems, it is vital to introduce the exploratory questions and advanced assisted teaching methods to improve the teaching quality of physical chemistry experiment.

Keywords:physical chemistry experiment; innovation; reformation

物理化學(xué)實驗是化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程及藥學(xué)等專業(yè)教學(xué)中的重要環(huán)節(jié)，它綜合運用了物理理論知識、實驗技術(shù)及數(shù)學(xué)模型方法，研究物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)以及這些性質(zhì)與化學(xué)反應(yīng)之間的關(guān)系，是連接基礎(chǔ)學(xué)科和應(yīng)用學(xué)科、科學(xué)研究的橋梁[1]。物理化學(xué)實驗綜合了化學(xué)領(lǐng)域各分支學(xué)科涉及的研究方法，并引入了新的研究工具-物理儀器，具有綜合性、研究性較強和定量化程度較高的特點。物理化學(xué)實驗在提高學(xué)生運用基本理論分析和解決問題的能力，學(xué)習(xí)實驗研究的工作方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和能力，促進學(xué)生的知識、技能向研究能力轉(zhuǎn)化等方面，可以發(fā)揮很大的作用[2]。但傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式未能充分體現(xiàn)對學(xué)生自主實驗?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)，導(dǎo)致學(xué)生實驗的積極性不高、依賴心強，教學(xué)效果不理想。學(xué)生預(yù)習(xí)流于形式，過分依賴指導(dǎo)書和指導(dǎo)教師的課堂講解、實驗指導(dǎo)；對實驗原始數(shù)據(jù)的意義不理解，無法依據(jù)實驗原理來獲得正確的實驗結(jié)論，不能主動地用學(xué)過的物化知識解決現(xiàn)實問題，導(dǎo)致學(xué)習(xí)與實踐脫節(jié)[3]。為此，我們在物理化學(xué)實驗教學(xué)的幾個重要環(huán)節(jié)進行了創(chuàng)新與改革。

一、轉(zhuǎn)變學(xué)生預(yù)習(xí)方式

大多的物理化學(xué)實驗均需要用電及相應(yīng)的儀器，操作步驟較為繁瑣，并且實驗中測得的原始數(shù)據(jù)需進行比較復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理，才能得到實驗的最終結(jié)論；如果學(xué)生沒有預(yù)習(xí)，其結(jié)果就是依據(jù)教材、按圖索驥，在實驗操作過程中不斷出錯，甚至?xí)p壞儀器，造成時間的浪費和財產(chǎn)的損失；同時也會有學(xué)生不知道應(yīng)該記錄哪些數(shù)據(jù)。因此督促、指導(dǎo)學(xué)生進行實驗預(yù)習(xí)非常重要的[4]。

以往學(xué)生在書寫預(yù)習(xí)報告時，單純的照抄教材中的內(nèi)容，不進行思考，對要做的實驗沒有什么印象，書寫的預(yù)習(xí)報告沒有任何意義，達不到預(yù)習(xí)的目的；所以，為了達到有效預(yù)習(xí)這一目的，我們要求學(xué)生書寫預(yù)習(xí)報告的同時，給學(xué)生布置相應(yīng)實驗內(nèi)容的思考題，要求學(xué)生一并完成；思考題的答案，只需要學(xué)生認(rèn)真閱讀教材上相應(yīng)實驗內(nèi)容即可完成。思考題的內(nèi)容涉及實驗的目的、實驗的理論依據(jù)、原始數(shù)據(jù)與實驗結(jié)論數(shù)據(jù)之間的關(guān)系、儀器使用注意事項、試劑配制是否需要精確、實驗中某一步驟的目的、某個錯誤操作可能導(dǎo)致的結(jié)果等等；通過思考題，使學(xué)生對將要做的實驗有一定的印象，理解實驗每一個步驟的目的，知道是為什么這樣做。

對于儀器的操作，教材上的講解都是較為抽象的，學(xué)生在預(yù)習(xí)時根本無法領(lǐng)會。為此，我們利用校園網(wǎng)或?qū)嶒炇业木钟蚓W(wǎng)，為學(xué)生提供實驗?zāi)M系統(tǒng)，讓學(xué)生在電腦上完成虛擬實驗，用以了解和掌握儀器的操作及實驗的流程，同時程序的交互性能可以提示學(xué)生的錯誤操作及實驗的關(guān)鍵所在，大大降低了實際操作過程中的失敗率，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣[5，6]。

二、轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的實驗原理講授方法

目前，所有物理化學(xué)實驗教材中，對實驗原理的講解都采用順序介紹的方法，即從基本的公式或反應(yīng)方程式逐步推導(dǎo)遞進，最終給出本次實驗?zāi)繕?biāo)數(shù)據(jù)的求算公式。

例如教材中“電導(dǎo)法測定難溶鹽的溶解度”實驗的原理講述[7]：

由電導(dǎo)的定義，即電導(dǎo)與電阻的關(guān)系、及影響電阻的兩個因素（長度、橫截面積），給出電導(dǎo)率的定義；接著介紹電解質(zhì)溶液的摩爾電導(dǎo)及其與溶液濃度的關(guān)系；電導(dǎo)率的計算公式；利用Wheatstone（惠斯通）電橋測定電阻；最后給出了計算難溶鹽濃度的計算公式。這種講授方法很難引起學(xué)生的注意，一時間無法理解公式的用途。當(dāng)實驗結(jié)束，面對實驗數(shù)據(jù)無從下手。

為此，我們的講授方法依據(jù)“有用性原則”，用什么找什么。講授流程如下：

講解電解質(zhì)溶液的摩爾電導(dǎo)；本次實驗的目的是測定難溶鹽的溶解度，其計算公式是

電導(dǎo)率與電導(dǎo)及電阻的關(guān)系如下：

通過這種講授方法，可以使學(xué)生很快的掌握整個實驗的流程，知道每個步驟的目的、所需數(shù)據(jù)的來源以及測得數(shù)據(jù)用途，并且對后期的實驗數(shù)據(jù)處理有極大的幫助。

三、宏觀指導(dǎo)學(xué)生的實驗操作

參加物理化學(xué)實驗學(xué)習(xí)的大學(xué)生，基本上都經(jīng)歷了無機、分析和有機化學(xué)實驗的基本實驗操作訓(xùn)練，因此，物理化學(xué)實驗操作的講授重點在儀器的正確使用。以往都是教師先進行演示，一步一步的教給學(xué)生，然后學(xué)生按部就班，重復(fù)教師的操作步驟；這種講授方法嚴(yán)重限制了學(xué)生的思維和探索過程，在實驗中畏手畏腳，無法真正掌握儀器的操作，實驗過后對儀器沒有絲毫印象。

為此，我們的做法是：首先，為參加實驗的學(xué)生提供儀器的使用說明，學(xué)生仔細閱讀后，教師結(jié)合學(xué)生預(yù)習(xí)時所進行的模擬實驗，簡單講述實驗流程，并強調(diào)儀器使用的注意事項及禁忌。要求學(xué)生注意操作過程中可能出現(xiàn)的失誤，提高實驗的成功率。這種寬松的指導(dǎo)方式，給學(xué)生提供了一個探索新鮮事物機會，極大地提高了學(xué)生的實驗積極性；并且，學(xué)生可以根據(jù)自己對儀器的掌握情況，調(diào)整相應(yīng)的實驗步驟，提高實驗效率。同時也為學(xué)生進一步的開展科學(xué)研究奠定了基礎(chǔ)。

四、提高實驗數(shù)據(jù)處理的效率和質(zhì)量

實驗數(shù)據(jù)的處理是物理化學(xué)實驗的一個重要環(huán)節(jié)。物理化學(xué)實驗的最終結(jié)論是數(shù)據(jù)，并且這些結(jié)論性數(shù)據(jù)大多需要通過做圖，直接或間接獲得；但是，由于人為的主觀因素，同樣的實驗數(shù)據(jù)經(jīng)不同的人處理后，得到的數(shù)值是有差別的。并且，有些物理化學(xué)實驗原始數(shù)據(jù)的量非常大，處理過程需要大量的計算。

近年來，隨著計算機軟件的快速發(fā)展，計算機被廣泛應(yīng)用于實驗數(shù)據(jù)的處理。應(yīng)用于物理化學(xué)實驗數(shù)據(jù)處理的軟件，可分為兩類：一類是高度集成化的數(shù)據(jù)處理程序，學(xué)生只要輸入原始數(shù)據(jù)就可以得到最終的實驗結(jié)果，而不用去考慮中間的數(shù)據(jù)計算及單位轉(zhuǎn)換等因素；對于這類程序，我們嚴(yán)格限制學(xué)生使用，但是可以作為驗證學(xué)生個人數(shù)據(jù)處理正確性的工具。為了避免學(xué)生使用這類軟件，或抄襲他人的實驗結(jié)論，我們要求學(xué)生對原始數(shù)據(jù)及處理過程中的數(shù)據(jù)逐一列表，并給出計算公式和過程。

因此，在實驗數(shù)據(jù)處理過程中，我們推薦學(xué)生使用Origin 或Excel類軟件。這類軟件數(shù)據(jù)列表直觀，可以繪制各種類型的數(shù)據(jù)圖，以及進行線性或非線性擬合；并且在數(shù)據(jù)處理過程中，每一次數(shù)據(jù)的變換均需要給出相應(yīng)的計算公式，然后自動完成相應(yīng)的計算過程；在選擇相關(guān)的數(shù)據(jù)進行作圖后，可以在圖中或擬合結(jié)果中獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)。利用這類軟件處理物理化學(xué)實驗數(shù)據(jù)，要求學(xué)生熟練掌握實驗原理，對原始數(shù)據(jù)與結(jié)論數(shù)據(jù)之間的關(guān)系有充分的認(rèn)識。利用計算機處理實驗數(shù)據(jù)，在節(jié)省時間、提高效率的同時，也避免了手工處理過程中人為因素引入的誤差，提高學(xué)生利用新型工具解決實際問題的能力。

五、結(jié)束語

本文從物理化學(xué)實驗教學(xué)的四個基本環(huán)節(jié)出發(fā)，分析了原有教學(xué)方法中存在的問題，結(jié)合開放式教育，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的教育理念，提出了新的實驗教學(xué)方法，在傳統(tǒng)的驗證性物理化學(xué)實驗中，引入探究性概念，讓學(xué)生在探索問題、解決問題的過程中，掌握物理化學(xué)實驗的內(nèi)容、方法，達到物理化學(xué)實驗的教學(xué)目的。

參考文獻

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[7]東北師范大學(xué)，等.物理化學(xué)實驗（第二版）[M].高等教育出版社，1989.

作者簡介：謝玉忠（1972-），男，漢族，吉林省和龍市人，理學(xué)博士，延邊大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系副教授，研究方向：功能材料化學(xué)及物理化學(xué)教學(xué)。

*基金項目：延邊大學(xué)教育教學(xué)改革與研究項目（編號：201404）

中圖分類號：G642

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：2096-000X（2016）04-0069-02