輕化工程專業(yè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革*

段　煉　趙天福

(西南大學(xué)紡織服裝學(xué)院，重慶市生物質(zhì)纖維材料與現(xiàn)代紡織工程研究中心，重慶　400715)

物理化學(xué)是從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象之間的聯(lián)系入手，來(lái)探求化學(xué)變化及相關(guān)的物理變化基本規(guī)律的一門學(xué)科，它研究了化學(xué)學(xué)科中的最基本的原理、方法以及化學(xué)體系中最普遍的規(guī)律和理論，是化學(xué)學(xué)科的理論基礎(chǔ)[1]。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)有助于學(xué)生理解物理化學(xué)理論知識(shí)，訓(xùn)練學(xué)生使用儀器的操作技能，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題和將理論應(yīng)用于實(shí)踐的能力[2-3]，為輕化工程后續(xù)理論及實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)奠定了理論和實(shí)踐基礎(chǔ)。

隨著現(xiàn)代化教育改革的深入，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式需要向綜合技能訓(xùn)練方向發(fā)展，以適應(yīng)現(xiàn)代科研和生產(chǎn)的需求[4]。目前，面向輕化工程開(kāi)設(shè)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多、研究性綜合實(shí)驗(yàn)少，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊且與專業(yè)知識(shí)結(jié)合少，不能反映輕化工程學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀[5]。此外，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還存在著實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備落后、缺乏信息技術(shù)應(yīng)用和現(xiàn)代化教學(xué)手段、很難培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)等問(wèn)題[6]。因此，我們結(jié)合專業(yè)具體情況，充分利用物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，將輕化工程中常用的染整面料——蠶絲引入物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，并結(jié)合信息技術(shù)和現(xiàn)代化教學(xué)手段，逐步開(kāi)展實(shí)驗(yàn)改革。希望這些嘗試有助于調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，掌握物理化學(xué)及輕化工程專業(yè)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能。

1　輕化工程專業(yè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題

1.1　實(shí)驗(yàn)內(nèi)容陳舊、與專業(yè)知識(shí)結(jié)合少

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中的相關(guān)原理和方法是輕化工程專業(yè)理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)。但現(xiàn)有的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)任在沿用幾十年前制定的舊體系，內(nèi)容陳舊，驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)多、研究性綜合實(shí)驗(yàn)少，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容重復(fù)且簡(jiǎn)單，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不大，學(xué)習(xí)積極性不高。同時(shí)，由于傳統(tǒng)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有從輕化工程專業(yè)的角度去設(shè)計(jì)，缺乏與輕化工程專業(yè)知識(shí)的關(guān)聯(lián)，不能反映輕化工程的發(fā)展現(xiàn)狀，使學(xué)生難以將物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的原理和方法與輕化工程的專業(yè)知識(shí)技能融會(huì)貫通。

1.2　實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備落后，缺乏信息技術(shù)的應(yīng)用和現(xiàn)代化教學(xué)手段

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高靈敏度、高選擇性、自動(dòng)化、智能化和微型化的實(shí)驗(yàn)儀器層出不窮。如果能在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中引入相關(guān)儀器，不但能加深學(xué)生對(duì)現(xiàn)代儀器設(shè)備的認(rèn)識(shí)，提高學(xué)生的知識(shí)技能水平，也能調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但由于實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)不足，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的儀器設(shè)備常年無(wú)法更新?lián)Q代，從而影響實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平和教學(xué)質(zhì)量的提高。此外，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)后需要處理的數(shù)據(jù)量較大，但數(shù)據(jù)處理仍多采用計(jì)算器計(jì)算、坐標(biāo)紙繪圖等傳統(tǒng)方法，容易產(chǎn)生人為誤差并影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確性[7]。

2　物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

2.1　更新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，突出專業(yè)特色

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的目的是讓學(xué)生掌握所學(xué)實(shí)驗(yàn)的原理、儀器和方法。因此，可以從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)上著手，引入化學(xué)和材料領(lǐng)域的新儀器、新方法；同時(shí)與輕化工程的專業(yè)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)方法相結(jié)合，突出了輕化工程的專業(yè)特色，有利于學(xué)生對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)以及輕化工程專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)。

絲綢是輕化工程專業(yè)生產(chǎn)中常見(jiàn)的高檔染整面料，絲綢原料—蠶繭(絲素蛋白、絲膠蛋白)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、性能、加工和染整方法都是輕化工程專業(yè)本科生需要掌握的知識(shí)和技能[8]。為了加深學(xué)生對(duì)蠶絲的認(rèn)識(shí)，我們?cè)诂F(xiàn)有的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材基礎(chǔ)上重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)和調(diào)整，將蠶繭的脫膠、絲膠蛋白和絲素蛋白的結(jié)構(gòu)和性能、蠶絲的染色等專業(yè)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)貫穿于整個(gè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，并共同構(gòu)成一個(gè)研究性的綜合實(shí)驗(yàn)。在該實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生首先需使用中性鹽脫膠、高溫蒸煮、酶脫膠等不同方法處理蠶繭，獲得絲膠蛋白和絲素蛋白，并考察其結(jié)構(gòu)和性能差異，使學(xué)生對(duì)蠶繭的構(gòu)成產(chǎn)生初步認(rèn)識(shí)，如在“液體粘度和密度的測(cè)定”[9]實(shí)驗(yàn)中使用烏氏粘度計(jì)測(cè)量不同脫膠方法制備的絲膠蛋白以及絲素蛋白特性粘度的差異；在“溶膠和乳狀液的制備及其性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)”[9]中通過(guò)電泳的方法比較不同脫膠方法制備的絲膠蛋白、絲素蛋白分子量的差異；在“差熱分析和熱重分析”[9]實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)差示掃描量熱儀和熱重分析儀比較不同脫膠方法制備的絲膠蛋白和絲素蛋白熱穩(wěn)定性的差異，并從其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上給予解釋。再通過(guò)后續(xù)實(shí)驗(yàn)比較不同種類染料對(duì)蠶絲的上染效果，加深學(xué)生對(duì)蠶絲染整過(guò)程和染整方法的認(rèn)識(shí)，如在“動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)”[9]中比較陰離子型、陽(yáng)離子型等不同類型染料對(duì)蠶絲的上染速率，并從蠶絲表面化學(xué)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)入手，對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋；在“表面張力的測(cè)定”[9]實(shí)驗(yàn)中比較染色前后蠶絲親水性的差異，并從染料的性能和蠶絲的結(jié)構(gòu)上對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行解釋。

2.2　更新實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備，引入信息技術(shù)和現(xiàn)代化教學(xué)手段

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器也在不斷更新。近年來(lái)，筆者所在學(xué)院也投入了大量經(jīng)費(fèi)更新實(shí)驗(yàn)儀器。如購(gòu)置了萬(wàn)分天平、數(shù)字電導(dǎo)率儀、數(shù)顯恒溫槽等常規(guī)儀器，以及紫外分光光度計(jì)、紅外光譜儀、熒光光譜儀、差示掃描量熱儀、熱重分析儀、表面張力儀等大型分析測(cè)試儀器，滿足了物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的儀器需求。

同時(shí)，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，筆者還在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中推廣Origin、Excel等數(shù)據(jù)分析軟件。通過(guò)這些數(shù)據(jù)處理軟件，學(xué)生可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)批量處理、作圖和擬合，減少實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的工作量，還能避免傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法帶來(lái)的人為誤差。此外，在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也引入了多媒體，充分發(fā)揮了多媒體教學(xué)形象直觀和信息量大的優(yōu)勢(shì)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性。

3　結(jié)論

通過(guò)對(duì)輕化工程專業(yè)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中所存在問(wèn)題的初步分析，對(duì)其進(jìn)行了改革：更新了儀器設(shè)備，結(jié)合專業(yè)背景調(diào)整了實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，突出了專業(yè)特色，引入了信息技術(shù)和現(xiàn)代化教學(xué)手段。這些改革措施不但可以調(diào)動(dòng)學(xué)生在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)中的積極性和主動(dòng)性，也使學(xué)生在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)中掌握了輕化工程的相關(guān)專業(yè)知識(shí)，有利于學(xué)生將物理化學(xué)原理和方法與輕化工程專業(yè)知識(shí)技能融會(huì)貫通。