新形勢下高校物理化學(xué)實驗的改革與探索*

丁 祥，靳俊玲，黃小兵，肖安國，陳遠(yuǎn)道，左成鋼

(湖南文理學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，湖南 常德 415000)

隨著我國教育事業(yè)不斷推進(jìn)與發(fā)展，本科教育已得到了普及。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代社會對人才的需求已經(jīng)轉(zhuǎn)向綜合型、創(chuàng)新型，和應(yīng)用型等，高校教育的一個重要目標(biāo)即培養(yǎng)社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需要的應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才。物理化學(xué)課程是高校化學(xué)類專業(yè)課中一門理論性較強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，是使用物理學(xué)的理論和方法分析化學(xué)行為的規(guī)律，研究物質(zhì)的構(gòu)造原理及其相互關(guān)系的學(xué)科，對于研究和分析實驗現(xiàn)象有重要作用[1-7]。學(xué)好物理化學(xué)，可幫助學(xué)生構(gòu)建完善的知識體系，更好地理論聯(lián)系實際，從而提高創(chuàng)新能力。對于物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，除了基礎(chǔ)理論，物理化學(xué)實驗也是課程的重要部分。通過實驗操作，物理化學(xué)的理論基礎(chǔ)知識可得到復(fù)習(xí)和鞏固，可使學(xué)生掌握物理化學(xué)的實驗方法。通過物理化學(xué)實驗的整個過程，包括撰寫預(yù)習(xí)報告、操作實驗、觀察和思考實驗現(xiàn)象、處理實驗數(shù)據(jù)、分析和討論實驗結(jié)果、撰寫完整實驗報告，能快速提高學(xué)生利用物理化學(xué)理論知識分析和解釋問題的能力，以及培養(yǎng)學(xué)生具有精益求精的學(xué)習(xí)作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度[8-11]。然而，目前高校物理化學(xué)實驗的教學(xué)現(xiàn)狀不能很好地順應(yīng)現(xiàn)代科技對創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才需求的新形勢[12-14]，需要推進(jìn)深度的教學(xué)改革，以提高實驗教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的動手能力、解決問題的能力。

1 物理化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀

物理化學(xué)實驗課題鍛煉學(xué)生的實踐能力和分析問題能力，物理化學(xué)實驗的教學(xué)已經(jīng)有幾十年的歷程，然而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷推進(jìn)，現(xiàn)代社會對人才的需求趨向于高素質(zhì)和多元化，物理化學(xué)實驗的教學(xué)中仍然存在一些問題：(1)實驗教學(xué)方法陳舊。目前，物理化學(xué)實驗仍停留于傳統(tǒng)的教師為主導(dǎo)的講授式教學(xué)，然而物理化學(xué)實驗原理晦澀，學(xué)生缺乏主動性，撰寫實驗報告時照搬課本的實驗原理等內(nèi)容，沒有進(jìn)行獨(dú)立地深入思考和分析。預(yù)習(xí)程度達(dá)不到，在教師講解過程中學(xué)生很難跟上講解思路，不能深刻理解實驗原理，導(dǎo)致操作時生搬硬做，達(dá)不到做實驗的教學(xué)目的。(2)實驗條件不能滿足課程需求。物理化學(xué)實驗是理論性和實踐性很強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，注重對化學(xué)過程中的規(guī)律進(jìn)行深入理解，要求學(xué)生能夠運(yùn)用基礎(chǔ)理論理解實驗原理，獲得合理和真實的數(shù)據(jù)，也要求學(xué)生能夠掌握實驗儀器的操作技術(shù)。然而，在教學(xué)環(huán)節(jié)中會出現(xiàn)儀器短缺，每組學(xué)生4～6人操作，不能保證學(xué)生能夠獨(dú)立操作，很大程度上抑制了學(xué)生對科學(xué)實驗的積極性。另外，一些老舊儀器精度達(dá)不到測量要求，影響了實驗結(jié)果和教學(xué)效果。(3)學(xué)生認(rèn)識不足。在物理化學(xué)實驗的教學(xué)過程中，完成一份高質(zhì)量的實驗報告需要在實驗前認(rèn)真預(yù)習(xí)原理和操作步驟，實驗過程細(xì)心謹(jǐn)慎、勤于觀察和思考，實驗結(jié)束后查閱資料，深入分析數(shù)據(jù)，完成實驗報告。然而很多學(xué)生對物化實驗的側(cè)重點(diǎn)在實驗操作，反而不注重后期的數(shù)據(jù)處理和誤差分析，導(dǎo)致學(xué)生的自主解決問題能力和文獻(xiàn)查閱能力水平不能得到普遍提高[15]。

2 課程改革的建議

這里，我們針對目前物理化學(xué)實驗教學(xué)存在的一些問題，結(jié)合物理化學(xué)課程特點(diǎn)，以及多年來在教學(xué)過程中的經(jīng)驗，對物理化學(xué)實驗教學(xué)提出了一些教學(xué)改革，以期改善實驗的學(xué)習(xí)效果和提高教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和提高綜合素質(zhì)。

(1)根據(jù)課程要求適當(dāng)調(diào)整實驗內(nèi)容

物理化學(xué)實驗課程通常會設(shè)置在第四和第五學(xué)期，這階段學(xué)生已經(jīng)通過無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等課程的學(xué)習(xí)、積累和理解，已經(jīng)對化學(xué)學(xué)科的研究內(nèi)容、科學(xué)定位和發(fā)展方向有了一定理解。物理化學(xué)和實驗是對前期知識的拓展和提升，它的教學(xué)效果對培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維模式、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和實事求是的學(xué)術(shù)作風(fēng)有直接影響[16-17]。因此，物理化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容的選擇和設(shè)計對于達(dá)到目標(biāo)顯得非常重要。首先，物理化學(xué)實驗內(nèi)容除了選取傳統(tǒng)的驗證實驗，也要選取創(chuàng)新性、綜合性、和開放式實驗。將物理化學(xué)理論知識和實驗實踐相結(jié)合，拓展學(xué)生的物理化學(xué)知識面，夯實基礎(chǔ)知識、提高實踐能力。第二，根據(jù)不同的專業(yè)特點(diǎn)，適當(dāng)調(diào)整物理化學(xué)實驗內(nèi)容。根據(jù)專業(yè)方向的特點(diǎn)和所學(xué)理論知識內(nèi)容進(jìn)行合理調(diào)整實驗，使學(xué)生更好地實踐理論知識，有利于學(xué)生知識體系的完善和綜合能力的提高。例如，針對材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生，側(cè)重選擇粘度法測定水溶性高聚物相對分子質(zhì)量、二組分固-液相圖的測繪等實驗內(nèi)容，加強(qiáng)材料專業(yè)學(xué)生的實踐能力；針對化學(xué)專業(yè)的學(xué)生，側(cè)重選擇學(xué)習(xí)燃燒熱的測定、電導(dǎo)法測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)等實驗內(nèi)容，加強(qiáng)對基礎(chǔ)知識的理解和應(yīng)用。實驗的選擇重在加強(qiáng)基礎(chǔ)知識的理解和應(yīng)用，突出各專業(yè)的特點(diǎn)，提高學(xué)生知識遷移的能力和科研創(chuàng)新的能力。另外，物理化學(xué)實驗應(yīng)與時俱進(jìn)，教師應(yīng)多查閱前沿文獻(xiàn)資料，將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)知識不斷滲透在物理化學(xué)實驗課程之中，結(jié)合學(xué)科前沿進(jìn)行設(shè)計物理化學(xué)實驗；同時不斷鼓勵學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考實驗設(shè)計，以提高學(xué)生的動手能力和創(chuàng)新能力。

(2)改革教學(xué)方式，促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考

物理化學(xué)課程的理論知識多晦澀難懂，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏學(xué)習(xí)主動性，因此教師在實驗指導(dǎo)過程中要多與學(xué)生交流，引導(dǎo)學(xué)生勤思考，運(yùn)用實驗教學(xué)提高學(xué)生對物理化學(xué)理論知識的學(xué)習(xí)興趣和主動性。物理化學(xué)實驗教學(xué)方式的改革，可從以下兩個方面展開：①預(yù)習(xí)階段做好問題引導(dǎo)。預(yù)習(xí)報告主要包括實驗原理、試劑和儀器和實驗步驟。為了提高學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，可在實驗之前給學(xué)生預(yù)留針對性的問題，以幫助學(xué)生抓住實驗原理重點(diǎn)和難點(diǎn)，理清實驗思路，理解實驗的本質(zhì)。例如在“燃燒熱的測定”實驗中，可設(shè)置：燃燒熱的定義；氧彈熱量計的基本原理；怎樣消除熱量計與周圍環(huán)境的熱交換對溫度測量值的影響；影響點(diǎn)火成功的因素等問題。②實驗講解時發(fā)揮學(xué)生的主動性。實驗指導(dǎo)教師在講解過程中多設(shè)置關(guān)于實驗細(xì)節(jié)的問題，通過提問可以考察學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，也可以使學(xué)生更熟悉實驗原理、實驗儀器和操作步驟，提高學(xué)生對實驗操作的信心，提高學(xué)生的主動性和思考的能力。另外，實驗講解過程可引入先進(jìn)新穎的教學(xué)方式如“互動式”、“問題討論式”等調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，打造多元化活力課堂。例如可選擇部分實驗如“線性電位掃描法測定鎳在硫酸溶液中的鈍化行為”進(jìn)行“翻轉(zhuǎn)課堂”，即教師把需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容錄制成視頻并發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)，學(xué)生可通過互聯(lián)網(wǎng)提前學(xué)習(xí)。在課堂上師生可進(jìn)行互動交流，通過對學(xué)生分組進(jìn)行討論實驗的基本原理，關(guān)鍵操作步驟等。對于“線性電位掃描法測定鎳在硫酸溶液中的鈍化行為”，教師可設(shè)置相應(yīng)的問題在課堂進(jìn)行討論，如什么是金屬鈍化，金屬形成鈍化態(tài)的原因，影響金屬鈍化過程的因素，金屬陽極極化曲線的特點(diǎn)等。通過討論，學(xué)生能更深入地了解實驗原理，在操作階段能夠更細(xì)致地觀察和分析實驗現(xiàn)象，從而可孵化更多有創(chuàng)意的想法。③引導(dǎo)學(xué)生完成高質(zhì)量實驗報告，提高學(xué)生科研能力。物理化學(xué)實驗結(jié)束后需要完成報告的后半部分，即數(shù)據(jù)處理和問題分析，撰寫實驗報告是對一次實驗的總結(jié)。很多學(xué)生把物理化學(xué)實驗的重點(diǎn)放在實驗操作部分，然而實驗報告的撰寫同樣重要。實驗結(jié)束后教師可引導(dǎo)學(xué)生深入理解實驗原理，分析實驗數(shù)據(jù)和實驗現(xiàn)象，從而加深對該知識點(diǎn)的理解和應(yīng)用，提高理論聯(lián)系實際的能力。最后，指導(dǎo)教師對知識點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)拓展，將前沿知識引入課堂進(jìn)行總結(jié)，有利于提高學(xué)生的學(xué)科興趣，拓展視野和形成開拓創(chuàng)新的思維。

(3)物理化學(xué)實驗課程的成績評定

本科教育要以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)能力為中心，采用多種教學(xué)手段相結(jié)合的模式促進(jìn)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)，根據(jù)物理化學(xué)實驗課程的特點(diǎn)，學(xué)生成績考核應(yīng)貫穿于整個過程，考核標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)細(xì)化。我們建議將成績考核分為兩部分，平時考核和期末考核，各占50%。平時考核包括考勤、實驗預(yù)習(xí)及實驗報告、實驗操作、分組討論情況，回答問題質(zhì)量等。平時考核應(yīng)著重考察實驗報告的質(zhì)量，尤其是數(shù)據(jù)處理和問題分析，實驗報告強(qiáng)調(diào)獨(dú)立完成，抄襲和作假均不能得分。期末考核采用閉卷考試或?qū)嶒灢僮??？荚噧?nèi)容涉及到對實驗原理的理解、實驗操作及注意事項、知識拓展和應(yīng)用等。實驗操作考核則是隨機(jī)抽取一個做過的實驗進(jìn)行實際操作，按照操作流程進(jìn)行成績評定。

3 結(jié) 語

物理化學(xué)實驗課程的實施可以提高學(xué)生對理論知識的理解能力和應(yīng)用能力，要提升物理化學(xué)實驗課程的教學(xué)質(zhì)量，需要指導(dǎo)教師根據(jù)專業(yè)積極調(diào)整課程內(nèi)容，選擇適合學(xué)科專業(yè)的實驗，精心設(shè)計和講解每個實驗內(nèi)容，積極引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立自主完成實驗；并不斷思考和豐富課程內(nèi)容，將學(xué)科前沿知識引入本科課程，引導(dǎo)學(xué)生不斷思考，從而拓展學(xué)生的視野，提高學(xué)生的學(xué)科興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力。