傳統(tǒng)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題與改革方式研究

王金玉,吳 洋，方申文，朱元強(qiáng)

(西南石油大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，四川 成都 610500)

物理化學(xué)是建立在物理、化學(xué)及數(shù)學(xué)三門基礎(chǔ)課程上的一門交叉學(xué)科，運(yùn)用了物理和數(shù)學(xué)的原理來(lái)闡述化學(xué)的一般規(guī)律的科學(xué)，能夠?yàn)楹罄m(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)、學(xué)術(shù)研究的開(kāi)展以及從理論向?qū)嶋H應(yīng)用的發(fā)展提供扎實(shí)的化學(xué)基礎(chǔ)，是基礎(chǔ)理論與實(shí)際應(yīng)用之間的重要紐帶[1-3]。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門以物理化學(xué)理論為基礎(chǔ)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)加深對(duì)物理化學(xué)重要理論、概念、原理的理解，培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的邏輯思維和實(shí)驗(yàn)技能。該課程在西南石油大學(xué)是獨(dú)立設(shè)課的實(shí)驗(yàn)課程，是繼無(wú)機(jī)、有機(jī)、分析等前修實(shí)驗(yàn)課后的一門綜合基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課。通過(guò)全方位的實(shí)驗(yàn)技能訓(xùn)練，使學(xué)生掌握物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本原理、基本方法和技能，通過(guò)一系列的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練，學(xué)生的觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題解決問(wèn)題、數(shù)據(jù)的記錄與處理以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與歸納的能力得到了極大的鍛煉，培養(yǎng)了學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究的能力[4-7]。

1 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

1)實(shí)驗(yàn)教材落后、內(nèi)容缺乏創(chuàng)新。當(dāng)前的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，多數(shù)實(shí)驗(yàn)為傳統(tǒng)的經(jīng)典的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，對(duì)于學(xué)生進(jìn)行基礎(chǔ)訓(xùn)練具有一定的意義，但是隨著學(xué)生對(duì)于課程的學(xué)習(xí)以及學(xué)習(xí)的知識(shí)面不斷擴(kuò)寬，這些多為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容就顯得有些單一陳舊，削弱了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，限制了學(xué)生對(duì)于所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用以及思考問(wèn)題的空間。

2)實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段落后?，F(xiàn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)大多數(shù)沿用傳統(tǒng)的灌輸式講授方式，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式缺乏主動(dòng)性，同時(shí)，尤其是近些年技術(shù)的不斷發(fā)展，科技含量高、數(shù)字化儀器不斷出現(xiàn)，導(dǎo)致了一些課本與儀器的實(shí)際操作不符的情況，這點(diǎn)給實(shí)驗(yàn)教學(xué)帶來(lái)極大的不便，影響實(shí)驗(yàn)教學(xué)的直接效果。

3)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備落后，設(shè)備數(shù)量也不能滿足日益增長(zhǎng)的學(xué)生的需求。許多高校對(duì)于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)不夠重視，儀器設(shè)備更新較慢，在開(kāi)設(shè)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)室容量偏大，不能使每個(gè)學(xué)生都親自動(dòng)手操作儀器，甚至部分實(shí)驗(yàn)是通過(guò)教師演示完成的，學(xué)生的動(dòng)手能力未能得到有效鍛煉。

4)實(shí)驗(yàn)的考核方式簡(jiǎn)單，不能充分反映學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的掌握情況。在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核過(guò)程中，實(shí)驗(yàn)類的課程基本上都是作為考查課，課程的成績(jī)基本上都是教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告的情況進(jìn)行打分，而有一些學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告抄襲情況嚴(yán)重，因此，這種只通過(guò)實(shí)驗(yàn)報(bào)告來(lái)考核實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)情況的方式是片面的，導(dǎo)致許多學(xué)生渾水摸魚(yú)。

5)實(shí)驗(yàn)教學(xué)學(xué)時(shí)數(shù)和設(shè)備臺(tái)套數(shù)有限，對(duì)學(xué)生開(kāi)放不足。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，由于場(chǎng)地和實(shí)驗(yàn)儀器數(shù)量的限制，學(xué)生只能在限定的時(shí)間做規(guī)定的實(shí)驗(yàn)，且只能做一次，導(dǎo)致多數(shù)實(shí)驗(yàn)不能給學(xué)生留下深刻的印象。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)在培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維方式中占據(jù)著非常重要的地位，因此，需要對(duì)傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式進(jìn)行改革，建立起合適的實(shí)驗(yàn)考核體系和先進(jìn)的教學(xué)模式[1-8]。

2 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的改革

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革

就物理化學(xué)學(xué)科自身發(fā)展的特點(diǎn)來(lái)說(shuō)，當(dāng)前許多高校開(kāi)設(shè)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)缺少自主性，僅僅是為了驗(yàn)證理論課上所講的內(nèi)容，缺乏探究和綜合性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。一般在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)之前就已經(jīng)知道實(shí)驗(yàn)最終得到的結(jié)論，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也只是按照講義中的操作步驟進(jìn)行，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的興趣和重視程度低，并在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中缺少獨(dú)立思考的能力，從而導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率低、效果差。為此，我們需要對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行改革，將部分簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)替換為設(shè)計(jì)性和綜合性實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生能力提升的作用。根據(jù)循序漸進(jìn)的原則，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中逐漸提升實(shí)驗(yàn)的層次，由基礎(chǔ)能力訓(xùn)練開(kāi)始，幫助學(xué)生掌握基本的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和實(shí)驗(yàn)方法，然后逐步提高對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能要求，進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)、綜合性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力。同時(shí)結(jié)合自研自制設(shè)備，開(kāi)設(shè)了一些綜合性的實(shí)驗(yàn)，如學(xué)院開(kāi)發(fā)的“雙液系氣-液平衡相圖的測(cè)定”“凝固點(diǎn)降低法測(cè)定摩爾質(zhì)量”等，同時(shí)，鼓勵(lì)學(xué)生在使用過(guò)程中對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器提出改良的想法，并給予機(jī)會(huì)進(jìn)行嘗試改進(jìn)。

2.2 課程考核方式的改革

考核作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)中重要的一部分，使教師能夠了解學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)技能和方法的掌握情況，并且能夠發(fā)現(xiàn)在教學(xué)過(guò)程存在的一些問(wèn)題，為后續(xù)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供方向。學(xué)院就傳統(tǒng)的考核方式進(jìn)行一系列改革，新建了一套嚴(yán)格的考核體系。

首先，考核成績(jī)分為平時(shí)成績(jī)和期末成績(jī)。平時(shí)成績(jī)的最終成績(jī)?yōu)槊總€(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的平均成績(jī)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)的平時(shí)成績(jī)包含實(shí)驗(yàn)過(guò)程成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中重點(diǎn)考察的內(nèi)容包含安全衛(wèi)生意識(shí)、參與認(rèn)真程度、實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范程度以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的真實(shí)性和規(guī)范性，評(píng)分A、B、C、D、F共5個(gè)等級(jí)，其中F為不合格，需要對(duì)該實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重選并完成，且成績(jī)達(dá)到D以上。實(shí)驗(yàn)報(bào)告考察的內(nèi)容主要包括實(shí)驗(yàn)報(bào)告的規(guī)范性和完整性，數(shù)據(jù)記錄的規(guī)范性和完整性，數(shù)據(jù)處理方法的正確性和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性，工具軟件使用的熟練程度以及結(jié)果討論和分析。

期末考試成績(jī)由筆試和實(shí)驗(yàn)操作兩部分組成。首先進(jìn)行筆試，若筆試成績(jī)?yōu)锳、B、C、D，則可以進(jìn)入實(shí)驗(yàn)操作考試；若筆試成績(jī)?yōu)?F，則需要補(bǔ)考或者重修。實(shí)驗(yàn)操作考試采取隨機(jī)抽取一個(gè)實(shí)驗(yàn)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成，實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)?nèi)魹锳、B、C、D則通過(guò)考試；否則需要補(bǔ)考或者重修。課程最終考核成績(jī)?yōu)槠綍r(shí)成績(jī)和期末考核成績(jī)的平均值。

2.3 引入研究生助教團(tuán)輔助課程開(kāi)設(shè)

從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，國(guó)家的教育體制開(kāi)始改革，高校招生人數(shù)逐年增加，而承擔(dān)教學(xué)任務(wù)的教師人數(shù)卻并未隨之增加，尤其在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中，影響較大。同時(shí)，1988年國(guó)家頒發(fā)《高等學(xué)校聘用研究生擔(dān)任助教工作試行辦法》以來(lái)，研究生助教工作已成為研究生培養(yǎng)的一種好的形式，更重要的是，可以為本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)多提供一個(gè)平臺(tái)，促進(jìn)本科實(shí)驗(yàn)教學(xué)的發(fā)展[9-11]。

學(xué)校對(duì)于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際做法是：1)嚴(yán)把助教質(zhì)量關(guān)，在要進(jìn)行物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的前一個(gè)學(xué)期，就對(duì)助教進(jìn)行聘任和培訓(xùn)，讓研究生助教與本科生同堂進(jìn)行物理化學(xué)理論學(xué)習(xí)；2)利用空余時(shí)間對(duì)助教進(jìn)行實(shí)驗(yàn)技能培訓(xùn)，包括掌握相關(guān)實(shí)驗(yàn)的考查知識(shí)點(diǎn)，設(shè)備儀器的工作原理，正確完成整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作的過(guò)程，預(yù)知實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問(wèn)題及其解決辦法，熟練掌握如何正確撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，確保完全規(guī)范掌握所要承擔(dān)的每個(gè)實(shí)驗(yàn)；3)由教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的實(shí)驗(yàn)教師對(duì)助教進(jìn)行考核，合格后即可上崗，充分利用好研究生作為“準(zhǔn)教師”這部分生力軍，緩解學(xué)生人數(shù)的大幅度增加而帶來(lái)的沉重實(shí)驗(yàn)教學(xué)負(fù)擔(dān)。

2.4 充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放式教學(xué)

針對(duì)教學(xué)計(jì)劃中的實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)數(shù)的不足，同時(shí)，為了充分發(fā)揮研究生助教的作用，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放管理。

1)實(shí)驗(yàn)室時(shí)間和儀器設(shè)備的開(kāi)放。學(xué)校將實(shí)驗(yàn)室周內(nèi)全天對(duì)學(xué)生開(kāi)放，一些在課堂上的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中存在問(wèn)題和對(duì)于實(shí)驗(yàn)結(jié)果不滿意的學(xué)生，可以在開(kāi)放的時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重做，提升實(shí)驗(yàn)水平，以達(dá)到滿意的結(jié)果。

2)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開(kāi)放，對(duì)于其他一些學(xué)有余力、對(duì)實(shí)驗(yàn)有興趣、動(dòng)手能力強(qiáng)的學(xué)生，可以利用實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放的時(shí)間修改已有的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目方案或者做一些自己感興趣的綜合型的設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)。

3)構(gòu)建開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)體系。采用以下方式：① 學(xué)生自己通過(guò)查閱文獻(xiàn)來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，方案包括實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)耗材、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理以及實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的安全注意事項(xiàng)；②老師要對(duì)學(xué)生的方案進(jìn)行審核，保證學(xué)生提交方案的原理正確，實(shí)驗(yàn)的路線具有可行性以及實(shí)驗(yàn)所需要的條件可以滿足的情況下，方可將實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行開(kāi)放，并在規(guī)定的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)，需要有實(shí)驗(yàn)教師或者研究生助教團(tuán)的陪同下方可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；③學(xué)生需要提交一份詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，讓教師對(duì)其實(shí)驗(yàn)情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，保證學(xué)生可以正確地完成實(shí)驗(yàn)。根據(jù)對(duì)在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放期間做實(shí)驗(yàn)的學(xué)生的訪談發(fā)現(xiàn)，學(xué)生們普遍反映通過(guò)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放，自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思路得到了拓寬，鞏固了課堂所學(xué)理論知識(shí)，動(dòng)手能力也得到了加強(qiáng)。

2.5 引進(jìn)多媒體與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、實(shí)行項(xiàng)目制實(shí)驗(yàn)教學(xué)

物理化學(xué)課程中，抽象的概念很多，很難用語(yǔ)言表達(dá)清楚，在傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師通過(guò)使用掛圖、幻燈和模型來(lái)幫助學(xué)生理解那些抽象的概念，但因這些輔助手段的靜止和單一性，并且學(xué)生只有在課堂上可以學(xué)習(xí)，這些局限性導(dǎo)致了在實(shí)際教學(xué)中效果并不理想，而當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)和多媒體技術(shù)相當(dāng)發(fā)達(dá)，完全可以利用多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)資源來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)。利用多媒體技術(shù)可以把抽象的、單純語(yǔ)言不易描述清楚的概念和理論以直觀的、易于接受的形式表現(xiàn)出來(lái)；將實(shí)驗(yàn)錄制成為視頻放在網(wǎng)站上，方便學(xué)生在課余時(shí)間觀看學(xué)習(xí)；結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，學(xué)生可以在實(shí)驗(yàn)課開(kāi)課之前，先在網(wǎng)上對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬操作，可以多次操作至熟練，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，更能夠加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解和學(xué)習(xí)，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)際效果。

自2013年以來(lái)，學(xué)校的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程采取了項(xiàng)目制教學(xué)，打破了傳統(tǒng)以班級(jí)為單位實(shí)施教學(xué)的模式，同時(shí)改變了既定的按照學(xué)號(hào)分組的模式，通過(guò)項(xiàng)目制教學(xué)，有利于教師集體備課，設(shè)計(jì)完善實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，同時(shí)有利于激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新的興趣、創(chuàng)新的智慧和潛能。目前，學(xué)校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目制的形式為：根據(jù)任課教師在主講物理化學(xué)理論課程的經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)識(shí)以及教師從事科學(xué)研究中的積累和優(yōu)勢(shì)，由理論課教師提出這部分內(nèi)容需要開(kāi)設(shè)哪些實(shí)驗(yàn)，并給出論證方案和實(shí)驗(yàn)方案；然后由物理化學(xué)課程組集中討論，確定是否開(kāi)設(shè)該實(shí)驗(yàn)和如何開(kāi)設(shè)以及針對(duì)哪些專業(yè)開(kāi)設(shè)。確定后，以開(kāi)放實(shí)驗(yàn)的形式，選擇一到兩組學(xué)生進(jìn)一步驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的可行性，最終對(duì)學(xué)生開(kāi)放。對(duì)學(xué)生開(kāi)放后，該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目依然由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)教師負(fù)責(zé)，并培訓(xùn)相應(yīng)的研究生助教團(tuán)隊(duì)協(xié)助老師指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)。一個(gè)教學(xué)年度結(jié)束后，根據(jù)學(xué)生和教師的反饋意見(jiàn)和建議進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)。這樣，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目小組都是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立而且優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)，能夠很好地提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果，也能更好地促進(jìn)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的更新和改革。

3 結(jié)束語(yǔ)

以學(xué)生為中心，通過(guò)對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的一系列改革，西南石油大學(xué)已經(jīng)取得了一定的成果。本科生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新思維能力得到了提升；研究生通過(guò)參與助教團(tuán)，遇到問(wèn)題分析問(wèn)題、運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力得到了鍛煉。針對(duì)目前的改革情況，對(duì)學(xué)生進(jìn)行了抽樣調(diào)查，結(jié)果顯示，絕大多數(shù)學(xué)生對(duì)當(dāng)前的改革內(nèi)容表示贊同和支持，并且希望可以進(jìn)一步加大實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放的程度，給更多的機(jī)會(huì)參與到設(shè)計(jì)性、綜合類實(shí)驗(yàn)。今后學(xué)院將持續(xù)對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的課程進(jìn)行改革，并將做得好的東西在全院的實(shí)驗(yàn)課程中進(jìn)行推廣，以推進(jìn)整個(gè)學(xué)院實(shí)驗(yàn)課程的改革。