基于有效提升學生實踐創(chuàng)新能力的物理化學設計性綜合實驗的開設

康潔 于春俠 朱雪丹

摘要：物理化學設計性綜合實驗是培養(yǎng)大學本科生實踐創(chuàng)新能力的一個有效途徑。本文針對目前物理化學實驗教學中存在的問題，以本校物理化學實驗教學為例，提出了構建綜合設計性實驗平臺的方法，具有一定的實際意義和推廣價值。

關鍵詞：物理化學實驗；設計性綜合實驗；創(chuàng)新能力

中圖分類號：G642.423 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2018）19-0156-02

一、引言

物理化學實驗是一門獨立開設的綜合基礎實驗課程。與其他實驗課程不同的是，物理化學實驗所采用的實驗方法更加多樣，主要側重于定量地解釋化學過程的規(guī)律，涉及到光、聲、磁、熱、電等內容較多。該實驗的主要內容是測量物質的物化常數(shù)，綜合運用物理、化學的基本原理、實驗技術以及教學方法研究物質的物理化學性質及化學反應規(guī)律?？茖W深入地開展物理化學實驗教學有利于加強本科學生理論聯(lián)系實際的能力，加深本科學生對物理化學理論的理解，提高他們的動手能力和創(chuàng)新能力以及邏輯思維能力、分析處理實驗數(shù)據(jù)的能力。

長期以來，物理化學實驗教學存在的突出問題有：

1.由于課時的限制，學生在有限的時間內只能完成教學規(guī)定的幾個實驗，整個實驗過程都是實驗教材中設計過的或有比較明確闡述的，學生只要按照教材中的步驟去操作就可以完成，學生處于被動狀態(tài)，這無疑降低了學生做實驗的興趣和積極性，同時學生的創(chuàng)造性和個性得不到充分發(fā)揮，他們所學的知識和操作要點得不到鞏固，容易遺忘。

2.本科學生對物化實驗課的重視度不高，積極性比較差，課前很少認真預習，課堂上也懶于思考。這導致學生缺乏探究意識，他們認為物化實驗課總歸會過關的，與此同時，任課老師也沒有把知識的學習、能力的培養(yǎng)、綜合素質的提高放在物化實驗教學的第一位。

3.目前現(xiàn)行的物化實驗教材的內容主要集中在學科的訓練上，實驗功能比較單一，大部分內容為驗證性實驗，非常缺少綜合性、設計性實驗，從而導致本科學生的學習興趣降低。

目前的現(xiàn)狀削弱了本科學生的物化實驗能力培養(yǎng)，本科學生的主觀能動性和創(chuàng)新能力受到了抑制，因此目前實施的物理化學實驗教學模式適應不了社會對高級人才素質的要求。為了提高物化實驗的教學質量，培養(yǎng)本科學生的探索精神和創(chuàng)新能力，提高本科學生學習的主觀能動性，我們打算設計并開設物理化學設計性綜合實驗，對物理化學實驗課教學進行全方位的改革。

二、國內同領域研究現(xiàn)狀

針對上面所提到的現(xiàn)狀，許多教育工作者們提出了各種各樣行之有效的改革方案。甘禮華等提出了多層次物理化學實驗教學的模式，他們主張將教學內容、教學形式和教學對象分為若干個層次，例如可以按實驗方法或擬解決問題的不同，將開設的同一類型實驗設計成多個層次，如基礎實驗、提高實驗、獨立設計型實驗等。這一模式取得了很好的教學效果；趙朝暉等則是提出運用研究型實驗來提高學生的創(chuàng)新能力，他們以“新型季銨鹽陽離子表面活性劑對織物的抗菌性能研究”為實例，剖析研究型實驗教學在提高化工專業(yè)本科生科研素質和創(chuàng)新能力中的重要作用，探索出了開展研究型實驗教學的有效方法及要求；鄧型深等提出了“仿真模擬實驗十必修實驗十自主開放性實驗”的課程教學模式，并分析了其含義；胡學寅則是采用新的實驗講義格式，減少傳統(tǒng)的驗證性實驗，增加自主設計實驗的內容。這一教學方法提高了工科院校物理化學實驗課的教學效果，還可使基礎課實驗能為后續(xù)的畢業(yè)設計提供實用的實驗知識，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和理論聯(lián)系實際的能力，促進了本科生綜合素質的全面提高。賀德華等利用科研性教學實驗“金屬氧化物的制備、性質表征及在碳酸二甲酯合成中的催化性能評價”作為教改試點，該實驗綜合了物理化學學科內有關領域的知識與技術以及物理化學與無機化學、有機化學、分析化學中相關的知識與技術。科研型實驗大大激發(fā)了學生做實驗的興趣，也使學生得到了綜合訓練。葛華才等通過調整實驗的具體內容使驗證性實驗具有設計性和綜合性，同時實行實驗結果共享以增加學生的實驗信息量；另一方面，實驗數(shù)據(jù)采用計算機處理，減少計算重復工作量，使學生著重結果的分析和討論。實踐表明，上述做法顯著地提高了學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此受到學生們的普遍歡迎。周燕等就如何提高理工實驗教學質量，激發(fā)大學生在實驗教學中的學習興趣，開拓大學生的實驗思路以及創(chuàng)新意識進行了一些探討。她們在培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力上下工夫，讓學生對實驗課程充滿熱情和探索精神，從而培養(yǎng)出適應現(xiàn)代社會需要的高層次人才。還有相關專業(yè)大量的教改研究課題，在此由于篇幅限制不一一列舉。從這些老師的教改工作中可以看出，物理化學實驗改革勢在必行，我校物理化學實驗教學必須開創(chuàng)出具有自身特色的物理化學設計性綜合實驗。

三、設計性實驗的開設思路

我們現(xiàn)在提倡的綜合設計性實驗既不是基礎實驗的重復，又要區(qū)別于畢業(yè)設計和科學研究。該實驗應該是在學生已具有一定的基礎實驗知識和基本技能的基礎上開設的，并且要求學生在規(guī)定的學時內完成指定的實驗。因此，實驗所選的題目不應該偏離基礎實驗太遠，難度不宜太大，花費的時間不能太多。綜合設計性物化實驗可以比較全面地提高學生的實驗技能和綜合素質，對于培養(yǎng)學生科學研究的能力具有重要意義。我實驗中心在保留原有實驗的基礎上，也需要不斷開設新的實驗課程，來滿足本科教學的需求。我們參考了其他兄弟院校物理化學實驗課程改革的先進經驗，同時結合自身的教學科研條件，依托開發(fā)研制的具有我校自主知識產權的光催化反應實驗裝置，準備開設《納米TiO2的制備》、《基于活性炭負載納米TiO2光催化劑的制備》和《光催化氧化法處理有機廢水》這三門新的設計性綜合實驗課程。

四、具體實施方法及步驟

1.合適的設計性題目的選擇。合適的題目是設計性綜合實驗的關鍵之一。所以選題涉及的問題比較多，比如設備的可使用性、內容的難易性、課程的連續(xù)性，這些都是選題必須考慮的因素。我們根據(jù)自身的前期成果結合我校實際為學生提供了三門新的設計性綜合實驗供他們選擇。

2.實驗資料的查閱，實驗方案的制定。題目確定后，要求學生在規(guī)定時間內，交回實驗方案。學生根據(jù)題目，可查閱資料，擬定方案，該方案包括：實驗設備的組裝、實驗藥品的配制，詳細的實驗操作步驟。

3.依據(jù)已制定好的實驗方案，合理安排有效實驗。根據(jù)學生的人數(shù)和擬定的實驗方案，輔導老師需要提前選擇適當?shù)膶嶒瀮x器，摸索出可行的實驗條件，從而確定出合適的實驗方案。

4.學生獨立操作完成設計性實驗，最后提交出論文形式的實驗報告。學生開始設計性實驗后，測定出可靠的實驗數(shù)據(jù)，并且對實驗數(shù)據(jù)進行合理的分析、運算，最終要求學生打印實驗結論，以論文形式寫出實驗報告。

5.實驗輔導老師收集學生的意見，同步改進、完善設計性實驗。輔導老師在實驗報告批改過程中，從實驗數(shù)據(jù)中提取有用信息，進行分析總結，而后在學期末的實驗課考試題目中增設一道征求學生對設計性實驗的意見和看法的題目。同時通過從不同渠道廣泛搜集到的信息中，整理總結出下一步改進設計性實驗的經驗和不足。

五、總結

科學地開展物理化學綜合設計性實驗有利于加深本科學生對物理化學理論課所學知識的理解，增強學生理論聯(lián)系實際的能力，提高學生的動手能力，鞏固學生前期所學的基本實驗技能。從而全面提升學生的創(chuàng)新能力、邏輯思維能力、分析處理實驗數(shù)據(jù)的能力。這對于提高學生的實驗技能和綜合素質，培養(yǎng)學生科學研究的能力具有十分重要的意義。

參考文獻：

[1]甘禮華，陳龍武，錢君律.多層次物理化學實驗教學的再思考[J].實驗室研究與探索，2006，21（6）：8-9.

[2]趙朝暉，鄭成，毛桃嫣.化工專業(yè)研究型實驗教學設計與實踐[J].實驗技術與管理，2015，32（8）：158-159.

[3]鄧型深.改革物理化學實驗教學提高學生創(chuàng)造能力[J].實驗室科學，2006，25（11）：1421-1422.