物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)與科研訓(xùn)練結(jié)合的教學(xué)模式探索

王麗莎，曹曉燕，姬泓巍，包木太，李先國(guó)

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)與科研訓(xùn)練結(jié)合的教學(xué)模式探索

王麗莎，曹曉燕，姬泓巍，包木太，李先國(guó)

(中國(guó)海洋大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266100)

該文針對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和本科生科研訓(xùn)練相結(jié)合進(jìn)行了教學(xué)改革嘗試。一是通過(guò)將科研活動(dòng)中基礎(chǔ)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容補(bǔ)充到綜合實(shí)驗(yàn)中；二是對(duì)物理化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中的方法進(jìn)一步拓展應(yīng)用，融入校級(jí)的本科生訓(xùn)練計(jì)劃中。通過(guò)這兩種方式的訓(xùn)練培養(yǎng)了本科生的科研能力和綜合素質(zhì)，為本科生的今后工作和學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)；科研性實(shí)驗(yàn)；科研訓(xùn)練；教學(xué)模式

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門綜合性的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[1-2]，在本科生的教學(xué)工作中備受關(guān)注，是其將分析化學(xué)的手段和數(shù)學(xué)分析方法綜合運(yùn)用的一門化學(xué)學(xué)科。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程模式通常是老師講解、學(xué)生照做，并且每個(gè)實(shí)驗(yàn)只做一次，對(duì)大部分學(xué)生來(lái)講難以留下深刻印象[3-6]。這種模式不利于學(xué)生創(chuàng)新模式的培養(yǎng)[7-9]，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革也因此成為被關(guān)注的重要教研問(wèn)題之一，其主要目標(biāo)在于使學(xué)生更好地了解物理化學(xué)的研究方法和技能，加深對(duì)物理化學(xué)基本概念和理論的理解，進(jìn)一步培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)能力和創(chuàng)新能力[10-11]。中國(guó)海洋大學(xué)進(jìn)行了大膽的嘗試——將科研活動(dòng)與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，結(jié)合教學(xué)計(jì)劃中的本科學(xué)位論文工作以及推行的本科生科研訓(xùn)練計(jì)劃，開(kāi)展多種形式、多層次的開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)。即由實(shí)踐證實(shí)適合本科生教學(xué)的科研實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，先通過(guò)本科論文的形式對(duì)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，然后補(bǔ)充到現(xiàn)有的物理化學(xué)教學(xué)體系中；物化實(shí)驗(yàn)中的基本實(shí)驗(yàn)拓寬到應(yīng)用領(lǐng)域，賦予明確的、鮮明的專業(yè)特色的教學(xué)目標(biāo)，并借助于學(xué)校的科研訓(xùn)練項(xiàng)目，設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)供學(xué)生進(jìn)行科研訓(xùn)練[12]。

1 從本科生畢業(yè)論文到物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的綜合實(shí)驗(yàn)

在日常的教學(xué)和科研工作中，有意識(shí)地將科研工作中涉及的所屬專業(yè)的共性和基礎(chǔ)的內(nèi)容與本科教學(xué)中相關(guān)知識(shí)相結(jié)合。首先合理選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并將這些內(nèi)容融合到本科畢業(yè)論文中。然后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和升華，轉(zhuǎn)化為物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的綜合實(shí)驗(yàn)。目前，中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院選擇的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的綜合實(shí)驗(yàn)—— “化學(xué)電源基本性能的測(cè)定”便是我們總結(jié)了科研工作中的一些基礎(chǔ)內(nèi)容并與物理化學(xué)課程中的電化學(xué)部分內(nèi)容相聯(lián)系進(jìn)行設(shè)計(jì)的。

“化學(xué)電源基本性能的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)的目的在于使學(xué)生了解化學(xué)電源基本性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)以及設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)試方法，同時(shí)加深理解極化作用對(duì)化學(xué)電源性能產(chǎn)生的影響。其所用設(shè)備均為物化實(shí)驗(yàn)室中的常用設(shè)備，如電流表、電壓表、穩(wěn)壓電源等；具體測(cè)試的性能指標(biāo)主要有電動(dòng)勢(shì)、開(kāi)路電壓、工作電壓、容量、能量、功率等；所測(cè)試的電池也是日常生活中常用的鋅錳電池、鎳氫電池、鉛酸電池等。實(shí)驗(yàn)對(duì)象為化學(xué)和化工專業(yè)大學(xué)三年級(jí)學(xué)生，實(shí)驗(yàn)是以開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的形式展開(kāi)的。實(shí)驗(yàn)通常由4～5人組成的小組完成，實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自己設(shè)計(jì)，獨(dú)立操作，教師在其中起引導(dǎo)作用。開(kāi)展這樣的綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生通過(guò)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得豐富的關(guān)于電池性能的感性認(rèn)識(shí)，達(dá)到對(duì)理論概念深刻理解和熟練掌握的目的。另外通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生們了解了不同類型的電池在性能上的差別，拓寬了物理化學(xué)的知識(shí)面，增加了對(duì)電化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)施過(guò)程中，組織學(xué)生學(xué)習(xí)了有關(guān)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的要求，查閱電池相關(guān)的文獻(xiàn)，并安排學(xué)生根據(jù)本實(shí)驗(yàn)所提供的儀器，完成以下兩方面的工作:1)測(cè)定給定電池的基本性能；2)考察電池極化行為對(duì)電池性能的影響。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程作為化學(xué)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中一門重要的課程，它對(duì)于學(xué)生理解化學(xué)學(xué)科的基本理論，掌握和運(yùn)用化學(xué)中基本的物理方法和技能，以及培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和綜合分析解決問(wèn)題的能力等方面都起著重要的作用。將科研中一些基礎(chǔ)的、經(jīng)典的測(cè)試方法引入物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，對(duì)該課程的內(nèi)容進(jìn)行了一個(gè)良好的補(bǔ)充。

2 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的基本實(shí)驗(yàn)與本科生的科技訓(xùn)練結(jié)合

為進(jìn)一步培養(yǎng)本科生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神、提高本科生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，中國(guó)海洋大學(xué)自2005年開(kāi)始設(shè)立本科生研究訓(xùn)練計(jì)劃，為本科生開(kāi)展科學(xué)研究和技術(shù)開(kāi)發(fā)活動(dòng)提供專門化的訓(xùn)練和指 導(dǎo)， 即 SRDP (student research developing program)課題。實(shí)施原則是 “自主申請(qǐng)、公平立項(xiàng)、擇優(yōu)資助、規(guī)范管理”，由項(xiàng)目申報(bào)學(xué)生在教師指導(dǎo)下主持完成。項(xiàng)目主要是針對(duì)已經(jīng)具備一定的化學(xué)和化工專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的大二三年級(jí)的學(xué)生開(kāi)展。項(xiàng)目按期進(jìn)行，結(jié)束時(shí)進(jìn)行答辯，答辯專家根據(jù)學(xué)生匯報(bào)情況進(jìn)行考核，根據(jù)考核的結(jié)果給予2～3個(gè)學(xué)分。

近年來(lái)化學(xué)化工學(xué)院已經(jīng)進(jìn)行了兩屆物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)加入到SRDP課題的嘗試，分別是關(guān)于 “海洋沉積物中表面活性劑的提取和分析”研究和 “銅離子在海洋沉積物上的吸附等溫線”研究，先后組織9名本科生進(jìn)行科研訓(xùn)練。兩個(gè)課題內(nèi)容覆蓋了大學(xué)無(wú)機(jī)、有機(jī)、分析和物化課程的內(nèi)容，突出了物理化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的應(yīng)用。

界面現(xiàn)象是物理化學(xué)課程中較為重要的內(nèi)容之一，其內(nèi)容較為抽象，加大了學(xué)生對(duì)該部分內(nèi)容的理解難度?！按姿嵩诨钚蕴可系奈健笔俏锢砘瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)課程在該知識(shí)面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，通過(guò)該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠?qū)σ汗涛浆F(xiàn)象以及吸附等溫線的測(cè)定等有了較好的感性認(rèn)識(shí)，并更好地掌握了有關(guān)的概念和理論知識(shí)。以此為契機(jī)，化學(xué)化工學(xué)院引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步加以訓(xùn)練，對(duì)本科生而言是一個(gè)對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通以期進(jìn)一步提高的好機(jī)會(huì)，可使學(xué)生充分理解和掌握有關(guān)液固界面性質(zhì)、吸附脫附過(guò)程等的基礎(chǔ)理論和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理及技術(shù)、方法。SRDP課題實(shí)施中，學(xué)生從查閱文獻(xiàn)開(kāi)始，到設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，動(dòng)手開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)海洋中的界面現(xiàn)象，并了解污染物的去除和分析技術(shù)，將課本中學(xué)到的抽象技術(shù)和理論與具體的海洋環(huán)境問(wèn)題聯(lián)系在一起，在具體科研工作中加深對(duì)有關(guān)知識(shí)的理解，同時(shí)增強(qiáng)對(duì)海洋環(huán)境問(wèn)題的認(rèn)識(shí)。SRDP課題工作開(kāi)展不僅鍛煉了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，而且增強(qiáng)其工作中的觀察能力、操作能力和結(jié)果分析能力，從而使得學(xué)生具備一定的科研素質(zhì)。學(xué)校組織的SRDP課題計(jì)劃，給在讀的本科生提供了一個(gè)科研鍛煉的平臺(tái)，讓他們較早地近距離地參與到科研項(xiàng)目中，接受科學(xué)研究的熏陶。

幾年的努力結(jié)果表明，化學(xué)化工學(xué)院的措施對(duì)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)、孕育創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力等都起到了積極作用。不少學(xué)生因?qū)氖耂RDP科研工作的喜愛(ài)，繼續(xù)從事該方向的本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)，甚至有的學(xué)生因此選擇繼續(xù)從事該方向的科研工作。

3 結(jié)束語(yǔ)

有著合理目標(biāo)和計(jì)劃的科研訓(xùn)練對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)有著積極促進(jìn)作用。通過(guò)補(bǔ)充有利于學(xué)生思維能力培養(yǎng)和科學(xué)素質(zhì)提高的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練項(xiàng)目，使化學(xué)專業(yè)的學(xué)生更好地掌握思考、探索和研究的方法，并在理論和實(shí)踐上都得到全面的提高，為以后學(xué)習(xí)及工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。化學(xué)化工學(xué)院幾年來(lái)進(jìn)行多層次物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的有益嘗試，已經(jīng)取得了令人較為滿意的效果。

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Exploration in Teaching Model by Combination of Physical Chemistry Experiment and Scientific Research Training for Undergraduates

WANG Lisha， CAO Xiaoyan， JI Hongwei， BAO Mutai， LI Xianguo
(College of Chemistry and Chemical Engineering， Ocean University of China， Qingdao， 266100， China)

This paper attempts to reform the teaching experiment physical chemistry experiment teaching and undergraduate scientific research training.The combination of scientific research activities in the experimental test and theoretical teaching content，the design of appropriate experimental content added to the comprehensive experiment.Further expand the application of the method in the basic experiment of physical chemistry， into the undergraduate training plan at the school level.Through these two kinds of training，which can cultivate the undergraduate scientific research ability and comprehensive quality，and lay a good foundation for their work and study in the future.

physical chemistry experiment； scientific research experiment； scientific research training ； teaching model

O63

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.05.025

2016-02-22；修改日期:2016-03-18

中國(guó)海洋大學(xué)本科教育教學(xué)研究項(xiàng)目。

王麗莎(1981-)，女，碩士，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，主要從事物理化學(xué)和海洋環(huán)境化學(xué)研究工作。

曹曉燕(1970-)，女，博士，教授，主要從事物理化學(xué)方向研究工作，caoxy＠ouc.eud.cn