非化學專業(yè)物理化學實驗教學淺議

孫新枝　康武魁　蔣海燕　高立彬　顏世?！￡愇笛唷±罱ㄖ摇↓徚加?/p>

摘 要：結(jié)合我校實際情況和特點，提出了物理化學實驗教學改革措施，包括科學設(shè)疑，激發(fā)學生探究思考的好奇心、正確對待錯誤結(jié)果，提高學生分析問題和解決問題的能力、簡單改造儀器，減少錯誤，縮短時間、統(tǒng)籌合理設(shè)計實驗，減少虛假數(shù)據(jù)、善待學生，讓學生體會做實驗的樂趣。通過這些改革措施有效提高了物理化學實驗教學質(zhì)量和學生的綜合能力。

關(guān)鍵詞：物理化學實驗；非化學專業(yè)；淺議

中圖分類號：G64 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9132（2017）13-0018-03

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.13.008

物理化學實驗是化學專業(yè)的專業(yè)實驗課，也是非化學專業(yè)的公共基礎(chǔ)實驗課?；瘜W專業(yè)的學生在修完無機化學實驗、分析化學實驗及有機化學實驗的基礎(chǔ)上開設(shè)物理化學實驗，學生已具有較好的實驗基礎(chǔ)和較強的動手能力，并具備一定的分析問題、解決問題能力；而非化學專業(yè)的學生開設(shè)的前期實驗課程僅有基礎(chǔ)化學實驗I和II，該課程側(cè)重的是訓練學生化學實驗的基本技能，動手能力卻比較薄弱。實驗教學作為高等學校教學體系的重要組成部分，對培養(yǎng)學生動手實踐、創(chuàng)新意識、綜合應(yīng)用、分析問題和解決問題的能力有著不可替代的作用[1]。如何在科學技術(shù)日新月異的知識經(jīng)濟時代使實驗教學內(nèi)容跟上發(fā)展的步伐，使學生系統(tǒng)地、廣泛地在實驗理論、基本技能和分析、解決問題的獨立工作能力等方面得到切實地培養(yǎng)和訓練仍是當前實驗教學改革的一個十分重要的研究課題[2-4]。近年來，國內(nèi)高校對物理化學實驗教學都進行了較大力度的改革，一些院校開展多層次的物理化學實驗教學，如基礎(chǔ)實驗、提高實驗、獨立設(shè)計性實驗等[5-6]。

我校物理化學實驗的教學相比其他課程實驗教學問題較多，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1） 實驗多為驗證性實驗，缺少綜合性實驗；（2）學生多、實驗儀器少；（3） 實驗教學方法陳舊。理論實驗課不同步，造成實驗課理論化，老師講，學生聽，“依葫蘆畫瓢”地做一遍，整個過程只是被動地驗證、機械地重復[7]，缺乏創(chuàng)新性。（4）實驗步驟多，學生預(yù)習較差，反復出現(xiàn)錯誤，導致浪費更多的時間和精力完成實驗；（5）每位教師帶多個實驗，在指導學生實驗的過程中會出現(xiàn)多個問題同時解決，學生等待解決問題，這樣也會使得學生做實驗的積極性降低。

針對以上問題，通過多年的物理化學實驗教學摸索，我們進行了一些實際有效的改革。

一、科學設(shè)疑，激發(fā)學生探究思考的好奇心

亞里士多德說過：“思維自驚奇和疑問開始?！币赡苁剐睦砩细械嚼Щ螅a(chǎn)生認知沖突，疑最容易引起定向的探究反射，有了這種反射，思維也就應(yīng)運而生，從而進行主動探究，然后通過分析、綜合去理解問題、解決問題。那些富有新奇色彩的問題最容易促使學生產(chǎn)生探究思考的好奇心，從而激發(fā)學生對該問題的不斷思考[8]。

1.通過預(yù)習前給出問題到實驗前提問問題使預(yù)習達到了預(yù)期效果。由于物理化學實驗的難度較大，理論性強，實驗預(yù)習中學生往往容易出現(xiàn)不知從何下手預(yù)習哪一部分，把握不住實驗要點[9-10]。在學生做預(yù)習實驗前我們可以根據(jù)實驗內(nèi)容將物理化學實驗所開設(shè)的每一個實驗針對性地提出一些問題，既達到有目的性預(yù)習實驗的效果，又避免出現(xiàn)學生只是簡單抄襲實驗步驟的虛假預(yù)習現(xiàn)象。

2.通過實驗過程出現(xiàn)的問題引導學生分析、處理問題。在實驗過程中容易出現(xiàn)問題，通過問題引導學會分析，找到解決問題的辦法。學生剛開始做“純液體飽和蒸氣壓的測量”實驗時，易出現(xiàn)空氣倒灌，使儲氣罐進水，若不及時排出，下次實驗時AB彎管空間內(nèi)的空氣就較難排凈，可以這樣引導：“在什么情況下會發(fā)生空氣倒灌？ 如何防止空氣倒灌？”通過分析、思考和討論，若儲氣罐里的壓力小會發(fā)生倒灌，考慮當排凈AB內(nèi)空氣后，立即關(guān)掉抽氣閥，打開進氣閥調(diào)節(jié)BC液面平齊。在實驗教學中對出現(xiàn)的問題及時解決，有利于學生實驗技能的提高和做實驗的積極性。

二、正確對待錯誤結(jié)果，提高學生分析問題、解決問題的能力

物理化學實驗與其他基礎(chǔ)化學實驗顯著不同的一點就是所涉及的儀器設(shè)備較多，且儀器使用操作規(guī)程繁多，設(shè)置參數(shù)復雜，給學生的操作帶來一定的難度。為減少儀器使用出現(xiàn)的錯誤和防止學生因錯誤帶來的重復性操作延長實驗時間，而詳細講解儀器的使用以及儀器在使用過程可能出現(xiàn)的問題、注意事項等，不利于提高學生的實驗操作技能，更不利于學生對實驗操作的理解。因此，在不違背儀器工作原理、不損害儀器的前提下，鼓勵學生大膽動手，即使學生出現(xiàn)一些操作失誤，只要教師善于引導，通過對操作失誤導致的錯誤結(jié)果進行分析，同樣可以達到正確理解相關(guān)原理的實驗教學目的。例如在“中和熱的測定”實驗中，要求打開磁力攪拌器，若只是打開磁力攪拌器開關(guān)，磁子卻不轉(zhuǎn)，就會導致在通電流加熱時溫度變化不明顯而導致無法測水當量，不能計算中和熱的數(shù)值。通電流后發(fā)現(xiàn)溫度沒有變化，需要思考：為什么通電流后，沒有溫度變化？討論可得通電流肯定會加熱，那么儀器加熱和溫度變化是如何聯(lián)系在一起？通過分析會讓學生領(lǐng)悟到溫度不變化是因為沒有將溶液被加熱獲得的熱量分散，進一步知道磁力攪拌器的作用以及只是打開了開關(guān)，而不考慮磁子的轉(zhuǎn)動這個問題。當然有的學生也把磁力攪拌器的轉(zhuǎn)速調(diào)到比較大的位置，為什么還是沒有轉(zhuǎn)動？有的學生聽到磁子轉(zhuǎn)動的聲音，仍然出現(xiàn)溫度不變化的現(xiàn)象，這些問題都可以促使學生對該實驗加深印象，更容易理解實驗原理。

實驗教學的目的不是按部就班的操作和獲得準確的結(jié)果，而是教師正確的引導，使學生重視實驗現(xiàn)象的觀察，實驗過程的剖析，明確科學研究的方法，培養(yǎng)學生通過實驗現(xiàn)象主動發(fā)現(xiàn)問題、探究分析，并最終解決問題的能力[11]。

三、簡單改造儀器，減少錯誤，縮短時間

物理化學實驗中儀器的使用有大量的參數(shù)需要記住，需要時間來熟練操作規(guī)程，這就要求在儀器使用過程中減少實驗步驟中可能出現(xiàn)的錯誤，否則，本來實驗所需時間較長，因計算錯誤或者藥品稱重錯誤，拿錯藥品而導致的重做，降低積極性。鑒于此，對可能出現(xiàn)藥品混亂問題的實驗進行了簡單改造。例如“二組分金屬相圖的繪制”實驗，需要在金屬套管中加入不同含量不同組分的金屬。經(jīng)常會出現(xiàn)以下問題：計算不同含量組分的金屬的質(zhì)量出現(xiàn)錯誤或金屬套管外表的標簽、混合物的比例，記錯或是填錯，導致步冷曲線出現(xiàn)嚴重的偏差。進行如下改造：將裝有待熔化金屬套管直接用外部的金屬管而不用里面的玻璃管，里面的金屬是已經(jīng)熔融過的，混合的比較均勻，在金屬管外表面比較明顯的地方將待熔化金屬的組成和序號“刻上”，如100% Sn 1號管，80% Sn 2號管，60% Sn 3號管等。如此改裝后，因原有標簽紙容易脫落而導致樣品混亂的狀況有了根本性改善，既節(jié)省了金屬熔融所需消耗的時間，節(jié)約試劑的使用，又減少了藥品錯誤的可能性。

四、統(tǒng)籌合理設(shè)計實驗，減少虛假數(shù)據(jù)

物理化學實驗大多是驗證性實驗，會經(jīng)常出現(xiàn)重復的操作。例如動力學實驗蔗糖的轉(zhuǎn)化，乙酸乙酯的皂化等，為得到活化能需要在多個溫度下進行相同的操作過程，致使簡單的重復操作耗時長，出現(xiàn)相互抄襲數(shù)據(jù)等問題。由此，對實驗內(nèi)容進行簡單合理的設(shè)計。例如乙酸乙酯的皂化這個實驗，第一個步驟是配溶液，再進行測定初始電導率，最后測定反應(yīng)時的電導率。可以這樣安排：先做初始電導率測定的準備工作，將溶液加入電導池內(nèi)，等待預(yù)熱時間時可配溶液進行后面的步驟。在該實驗中至少需要得到2個溫度下的數(shù)據(jù)，如果按照教材上的步驟按部就班操作，學生會在記錄數(shù)據(jù)的過程中無所事事，覺得很乏味，做完整個實驗需要的時間很長。第二個溫度的操作可以在第一個溫度測定過程中做好準備工作，比如在其他恒溫槽里預(yù)熱第二個溫度下需要測定的溶液，這樣既可以節(jié)省步驟四和步驟五預(yù)熱時間這個簡單的操作，也可以讓學生在記錄數(shù)據(jù)過程中思考問題：為什么可以先進行預(yù)熱測定初始電導率和反應(yīng)時的電導率所需要的溶液？目的是什么？如何正確的操作？不同的學生做不同的溫度，最好2個溫度有一個是相同的，一名學生做20℃和30℃的，另一名學生可以做30℃和40℃等，依次類推，這樣既合理安排了時間，讓學生沒有空余的時間，可以減少相互抄襲實驗數(shù)據(jù)和實驗報告現(xiàn)象，也可以讓學生學會如何統(tǒng)籌安排時間。

五、善待學生，讓學生體會做實驗的樂趣

培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力是目前大學化學教學改革中的熱點問題， 創(chuàng)新人才的培養(yǎng)是一項系統(tǒng)工程， 興趣教育是其中一個重要方面。在大批優(yōu)秀青年遠離化學界的情況下， 提出培育對化學的興趣是非常及時與必要的[12，13] 。

非專業(yè)學生實驗操作技能基礎(chǔ)差些，但部分學生領(lǐng)悟能力非常強，實驗技能提高很快，容易掌握實驗技巧。也有一部分學生對知識的吸收較慢，做實驗時更是“如履薄冰”，產(chǎn)生害怕?lián)p壞儀器，需要經(jīng)濟賠償?shù)阮檻]。不能因為這樣“反應(yīng)慢”的學生做實驗延長時間，重復做的次數(shù)居高不下，對這樣的學生進行斥責，埋怨。在這樣的情況下，學生不敢動手，動手怕錯，教師不在場時抄襲其他學生的數(shù)據(jù)，以防教師繼續(xù)批評、斥責。這樣就形成了惡性循環(huán)，學生本來就反應(yīng)比較慢，又“挨訓”，心理上出現(xiàn)“我就是笨，那干脆就不做實驗”的情緒，進而出現(xiàn)抄襲等一系列惡果。對于這樣的學生，教師不能“訓”，而是要有耐心，要細心指導，要多關(guān)心，付出更多的時間和精力減少可能出現(xiàn)錯誤的機會，多鼓勵，這樣會使得學生緊張情緒慢慢轉(zhuǎn)好，有利于實驗的順利進行，學生會更清晰的分析問題，去理解實驗，更容易學會實驗技能技巧。

針對物理化學實驗本身所具有的理論性強，儀器使用多等特點；非專業(yè)學生實驗基本技能差、專業(yè)知識不精等問題，提出了一系列多樣性的教學方式。包括科學設(shè)疑，激發(fā)學生探究思考的好奇心、正確對待錯誤結(jié)果，提高學生分析問題和解決問題的能力、簡單改造儀器，減少錯誤，縮短時間、合理設(shè)計實驗，統(tǒng)籌安排時間，減少虛假數(shù)據(jù)、善待學生，讓學生體會做實驗的樂趣；善待學生，讓學生體會做實驗的樂趣。

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[ 責任編輯 杜建立 ]