新形勢下工科院校物理化學實驗教學改革的初探

尹常杰 劉建勛 邱華

摘要：物理化學實驗是運用化學和物理領域的一些實驗技術(shù)來研究物質(zhì)的物理化學性質(zhì)、化學反應和相關(guān)過程規(guī)律的基本手段。在傳統(tǒng)的物理化學實驗教學下，往往對學生自己分析實驗問題，解決實驗問題的能力培養(yǎng)上認識不夠。針對這個問題，本文在西北工業(yè)大學"物理化學實驗"課程教學實踐的背景下，對物理化學實驗課程教學改革的問題進行了探討，并論述了實驗準備階段、評價考核體系和開設綜合實驗課三個方面的改革。

關(guān)鍵詞：實驗教學改革；物理化學實驗；主觀能動性

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）06-0108-02

物理化學實驗是一門專業(yè)基礎實驗課程，在化學專業(yè)實驗課程中占有重要地位，其教學目的是使學生運用物理化學理論知識去解決一些實際的問題[1，2]，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題和將理論應用于實踐的能力，具有物理化學理論教學不可取代的作用；在培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、綜合能力上發(fā)揮著重要的作用[3-5]。

目前，物理化學實驗通常是根據(jù)相關(guān)原理對一些常見物質(zhì)的物理量進行測量，例如萘的凝固點、正丁醇的表面張力、乙醇水溶液偏摩爾體積、環(huán)己烷飽和蒸氣壓的測定等。實驗的目的集中于對原理的進一步理解和應用、了解并掌握相關(guān)儀器的操作，但是，實驗的整體性和設計性較差。

基于此，本論文提出：在老師指導和監(jiān)督下，學生根據(jù)各自的特點，以實驗室所有儀器為基礎，自行設計實驗或?qū)ΜF(xiàn)有實驗內(nèi)容進行優(yōu)化，以培養(yǎng)學生的自主性和創(chuàng)新性為導向，實現(xiàn)學生實驗技能和實驗室相關(guān)設備利用率的同步提高。

一、實驗準備階段的改革

目前，大多數(shù)高校都開始壓縮課時，縮短了實驗課時間，實驗老師為了讓學生在正常教學時間內(nèi)完成實驗，通常情況下，實驗室老師會將學生上課前所有的準備工作都做完，甚至可能提前完成一部分實驗操作。學生進入實驗室后，通過模仿實驗老師的演示過程或者按照課本的實驗步驟，做完實驗離開實驗，從實驗開始到結(jié)束，通常2—3個小時就能結(jié)束，容易讓學生造成一種實驗很簡單的假象。因此，當學生剛開始開展本科論文的科學研究時，不知道怎么開展工作，發(fā)揮不了自己的主觀能動性，因為學生沒有經(jīng)歷實驗準備階段?；诖?，在實驗教學中，由原來教師準備好實驗，學生單純的做實驗，改成讓學生從實驗準備階段就進入實驗室，現(xiàn)場觀摩或者協(xié)助實驗老師準備實驗，從儀器的配套選擇、安裝調(diào)試、藥品的領取、溶液的配制以及實驗室的整理等方面，盡可能全方位地參與，為提高學生的動手能力提供機會。

二、優(yōu)化評價考核體系

目前，物理化學實驗的考核主要分為實驗預習、實驗操作、實驗報告、實驗衛(wèi)生四個環(huán)節(jié)。其中實驗預習環(huán)節(jié)，學生在預習過程往往采取直接抄襲實驗課本的方式，不注意實驗課本中實驗原理知識的理解。有些學生雖然在實驗預習環(huán)節(jié)中得了高分，但這并不能表明其對該實驗有非常好的理解和運用。

實際上，實驗預習的目的一方面是希望學生能在實驗開始前進一步了解和鞏固理論知識；另一方面是希望學生能通過實驗預習，培養(yǎng)學生提出問題，分析問題，解決問題的能力，以及進一步提高其對該學科相關(guān)理論知識理解程度。

因此，非常有必要建立合理的實驗預習評價體系。結(jié)合實驗室的臺套數(shù)和選課學生的人數(shù)，我們提出自行設計實驗的預習考核方式，主要是指學生通過對實驗原理部分的理解，自行寫出實驗所需實驗儀器，實驗步驟，數(shù)據(jù)處理三部分內(nèi)容，并對實驗進行預做，學生可以單獨或者兩人完成實驗預習過程。通過該考核方式的實施，希望能大大激發(fā)學生對物理化學實驗課的興趣。實際上，自行設計實驗的預習考核方式將更加注重對學生實驗過程的關(guān)注，與現(xiàn)有的只注重實驗結(jié)果的準確與否相比，該體系更強調(diào)對實驗過程中對問題的解決能力的評價。

三、教學內(nèi)容的改革——開設綜合實驗課

綜合實驗課的目的是使學生的動手能力得到充分的鍛煉。在內(nèi)容方面，可以結(jié)合本學科儀器設備的現(xiàn)狀以及一些科研課題，為學生設計一些新實驗。實驗內(nèi)容應包括多種科研實驗方法和新測試技術(shù)的綜合應用，如聚合物的性質(zhì)測定等；同時有意識地引導學生關(guān)注當前社會面臨的一些亟待解決的熱點問題。比如，2017年，為了測定一個弱導熱性聚合物的比熱容，本人和三名本科生基于電熱法的基本原理，自行選材、設計并加工量熱器內(nèi)筒和外筒。與傳統(tǒng)量熱器相比，單獨設計并加裝了一根樣品管，最后組裝得到改進量熱器。對于弱導熱性物質(zhì)，將已知比熱容且導熱性較強的鋅粉與其混合后再進行測試，縮短了其達到平衡溫度的加熱時間，使待測物質(zhì)內(nèi)部熱量分布更加均勻，減少其內(nèi)外部溫度差異對實驗結(jié)果的影響，并因此獲得了“卓越杯”大學生化學實驗競賽新實驗設計賽二等獎（省部級）。在整個實驗過程中，不僅讓學生明確了比熱容的定義，了解了導熱性較好的物質(zhì)與導熱性較差的物質(zhì)在測試時的區(qū)別，更重要的是培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新意識，提高了學生自我動手解決問題的能力。由于綜合實驗課可真正培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，同時能提高實驗室和實驗室相關(guān)設備的利用率。通過綜合實驗課，使學生了解一些當前學科前沿的新知識和先進的測試技術(shù)。

四、結(jié)語

經(jīng)過以上物理化學實驗教學改革，單獨開設一門綜合實驗課，實現(xiàn)學生實驗技能、實驗室和實驗室相關(guān)設備的利用率的同步提高，培養(yǎng)正確的實驗態(tài)度和讓學生在實驗教學中學習科學嚴謹?shù)膶嶒灧椒?。同時，通過實驗各環(huán)節(jié)的有效管理，使學生養(yǎng)成良好的實驗習慣。

參考文獻：

[1]朱莉娜，馮霞，陳麗，等.基礎物理化學實驗的課堂延伸教學.實驗科學與技術(shù)，2015，13（6）：1-3.

[2]郭婷，孟濤，方伊，等.“理論、實踐與科研三位一體”物理化學實驗教學改革.實驗室研究與探索，2015，34（5）： 138-140.

[3]Terry S. Carlton. An Assignment To Prepare Students for Physical Chemistry ExperimentsJournal of Chemical Education， 1994， 71 （1）：50-53.

[4]Sally S. Hunnicutt， Alexander Grushow， and Robert Whitnell. Guided-Inquiry Experiments for Physical Chemistry： The POGIL-PCL Model. Journal of Chemical Education， 2015， 92（2）：262-268.

[5]何榮幸，黃成，彭敬東.物理化學實驗教學改革中的創(chuàng)新教育思路.西南師范大學學報（自然科學版），2010， 37（4）：186-189.