基于學(xué)以致用的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)改革探索*

伊爾夏提·地里夏提，賽亞爾·斯迪克，白 翔，納森巴特

(伊犁師范大學(xué)化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 伊寧 835000)

習(xí)近平總書記在全國(guó)教育大會(huì)上發(fā)表重要講話中強(qiáng)調(diào)，要深化教育體制改革，建全立德樹(shù)人落實(shí)機(jī)制，注重學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΑＤ菃?wèn)題就來(lái)了，現(xiàn)在的社會(huì)到底需要什么樣的大學(xué)生？面對(duì)上述的標(biāo)準(zhǔn), 每一位高校教育工作者都應(yīng)審時(shí)度勢(shì), 積極研究對(duì)策, 加快改革步伐，迎接時(shí)代的挑戰(zhàn)[1]。近年來(lái), 我學(xué)校重視課程建，加快了課程的質(zhì)量建設(shè)、師資隊(duì)伍建設(shè)，邁開(kāi)了教學(xué)改革的第一步。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在這樣嚴(yán)峻、激烈的環(huán)境下如何實(shí)現(xiàn)教育觀的轉(zhuǎn)變，怎樣改革教學(xué)手段及方法，怎樣培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ龋际俏覀円獙?shí)際行動(dòng)來(lái)回答的問(wèn)題。

1 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的地位和作用

20世紀(jì)90年代初國(guó)內(nèi)外知名物理化學(xué)家、中科院唐有祺院士曾經(jīng)說(shuō)過(guò)：“物理學(xué)與化學(xué)一起是當(dāng)代自然科學(xué)的軸心”[2]。將兩者有機(jī)結(jié)合在一起的物理化學(xué)學(xué)科正是運(yùn)用物理學(xué)的方法、手段研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性能、組成以及其相互轉(zhuǎn)化，是通往現(xiàn)代科學(xué)的橋梁。此外，物理化學(xué)理論課程涉及從宏觀到微觀關(guān)系規(guī)律、大量高等數(shù)學(xué)有關(guān)的公式推導(dǎo)、化學(xué)過(guò)程機(jī)理及其控制的研究等抽象等內(nèi)容[3]，所以它在四大化學(xué)中最難理解的一門理論課程。物理化學(xué)理論課對(duì)應(yīng)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是理論課程教學(xué)的重要組成部分，是繼無(wú)機(jī)、有機(jī)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)之后，在學(xué)生做畢業(yè)論文之前的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，是培養(yǎng)學(xué)生物理化學(xué)基本素質(zhì)、動(dòng)手能力和科研能力的重要教學(xué)環(huán)節(jié)[4-5]。這一特殊地位使它起著承前啟后的橋梁作用。

2 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的研究意義

作為新時(shí)代理科專業(yè)的大學(xué)生，除了具有廣博的專業(yè)知識(shí)和較強(qiáng)的創(chuàng)新意識(shí)以外，還要有扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)基本操作能力、良好的實(shí)驗(yàn)技能以及熟練應(yīng)用現(xiàn)代化儀器設(shè)備與技術(shù)進(jìn)行科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐活動(dòng)的能力。其中學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)主要靠實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)得以實(shí)現(xiàn)。因此,大學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的成敗決定著學(xué)生掌握知識(shí)的深度及學(xué)生的綜合素質(zhì)水平。

最近幾年，隨著我校伊犁師范大學(xué)招生規(guī)模的擴(kuò)大，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)由原來(lái)只向化學(xué)和應(yīng)化專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)轉(zhuǎn)向材料化學(xué)、環(huán)境工程等專業(yè)學(xué)生開(kāi)設(shè)。針對(duì)不同專業(yè)對(duì)物理化學(xué)知識(shí)需求的不同，實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面存在了一些薄弱環(huán)節(jié),例如, 大多是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，內(nèi)容也相對(duì)固定，很少會(huì)涉及到綜合性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，影響學(xué)生的創(chuàng)新能力； 其次部分實(shí)驗(yàn)儀器落后、性能不穩(wěn)定, 測(cè)出的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)誤差大, 有時(shí)候得不到準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果, 直接削弱了學(xué)生的積極性； 最重要的是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容更新速度較慢, 滯后于科學(xué)研究發(fā)展的步伐； 涉及學(xué)科之間交叉領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容較少。為了扭轉(zhuǎn)上述局面，必須要強(qiáng)化物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，并要對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力和探索精神進(jìn)行培養(yǎng)，提高其自主學(xué)習(xí)性，這樣才能夠?yàn)樵搶W(xué)科教學(xué)質(zhì)量提供保障[6]。

另外，就業(yè)率一直是我校就業(yè)工作的一項(xiàng)重要內(nèi)容，就業(yè)率的高低直接關(guān)系著我校本科生源的好壞，同時(shí)也影響著在社會(huì)上的口碑。而考上研究生即可認(rèn)為是就業(yè)，所以考研率的高低，也與就業(yè)緊密相連。如果能夠物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)這項(xiàng)內(nèi)容完整開(kāi)發(fā)，并實(shí)施中本科教學(xué)中，將很可能會(huì)大大提高化學(xué)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院的考研上線率及錄取率，也可以向很多名牌高校輸送更多的我校畢業(yè)生的同時(shí)提高聲譽(yù)，也可間接的提高我校的就業(yè)率。

3 課程改革的有效途徑及建議

物理化學(xué)課程的公式多、理論知識(shí)難懂并且很多少數(shù)民族學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中缺乏學(xué)習(xí)的主動(dòng)性[7]，因此，我組建的團(tuán)隊(duì)針對(duì)我校伊犁師范大學(xué)目前物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的一些問(wèn)題，結(jié)合本科物理化學(xué)課程特點(diǎn)，以及多年以來(lái)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，遠(yuǎn)離教師既是知識(shí)寶庫(kù)又是活的教科書的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生勤思考，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生對(duì)物理化學(xué)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。為了提高物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出一些必要的教學(xué)改革。

3.1 改革教學(xué)方式，提高學(xué)生自由思考

首先要實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)驗(yàn)的完美結(jié)合，因?yàn)槲锢砘瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)課程的內(nèi)容在本質(zhì)上是與物理化學(xué)理論課程的內(nèi)容完全一致。我們?cè)诮虒W(xué)過(guò)程為了讓實(shí)驗(yàn)與理論緊密結(jié)合起來(lái)，保證理論課與實(shí)驗(yàn)課時(shí)比至少達(dá)到2:1。除此之外，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的豐富類型，除常見(jiàn)的基本實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，還可加大設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、開(kāi)放實(shí)驗(yàn)所占的比例。鼓勵(lì)學(xué)生大二年級(jí)時(shí)申請(qǐng)有關(guān)物理化學(xué)課程及實(shí)驗(yàn)有關(guān)的研究與創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)題目，將所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐，在科研和教學(xué)結(jié)合的教學(xué)模式中培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的情商，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，能夠吸引更多的學(xué)生參與到課堂教學(xué)環(huán)節(jié)之中，從而學(xué)生在學(xué)習(xí)物理化學(xué)知識(shí)的同時(shí)能夠找到學(xué)習(xí)和科研的樂(lè)趣。

其次，做好預(yù)習(xí)階段的問(wèn)題引導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)開(kāi)始的前一周，一定要妥善做好實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)工作。這樣學(xué)生能夠提前了解實(shí)驗(yàn)原理、試劑、儀器、實(shí)驗(yàn)步驟等內(nèi)容。但就目前我校的學(xué)生的實(shí)際現(xiàn)狀來(lái)看，部分學(xué)生進(jìn)人實(shí)驗(yàn)室后只知道實(shí)驗(yàn)的大概內(nèi)容，反而不知道實(shí)驗(yàn)的細(xì)節(jié)。這群的學(xué)生實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)邊翻看著實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)或教材，囫圇吞棗地只照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，對(duì)實(shí)驗(yàn)的順利完成帶來(lái)了一定的安全隱患。之所以產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因，我們可以以下幾個(gè)方面來(lái)考慮：①學(xué)生對(duì)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的重要性沒(méi)有充分的認(rèn)識(shí)，于是就按照教材內(nèi)容一字不落的抄寫，導(dǎo)致了大部分學(xué)生的預(yù)習(xí)報(bào)告幾乎一樣的現(xiàn)象，缺乏創(chuàng)新 ，看起來(lái)預(yù)習(xí)報(bào)告寫的完好無(wú)誤，但對(duì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)際了解程度很低，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)課中得不到創(chuàng)新。②實(shí)驗(yàn)設(shè)備的更新速度快于我校實(shí)驗(yàn)設(shè)備和教材中提到的設(shè)備。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中學(xué)生無(wú)法將操作步驟和儀器畫面對(duì)應(yīng)起來(lái)，影響了實(shí)驗(yàn)操作部分的預(yù)習(xí)效果。以上問(wèn)題直接降低了我校學(xué)生的預(yù)習(xí)的積極性，從而也會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。為了避免這種情況，結(jié)合我?，F(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，根據(jù)豐富的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，對(duì)現(xiàn)用的教材內(nèi)容進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整的同時(shí)在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)過(guò)程中引入適當(dāng)?shù)木W(wǎng)絡(luò)技術(shù) ， 將實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器組裝過(guò)程、實(shí)驗(yàn)步驟等做成 Flash 動(dòng)畫，并在實(shí)驗(yàn)前一周通過(guò)班級(jí)微信群遞給學(xué)生 。學(xué)生通過(guò)觀看 Flash 動(dòng)畫并結(jié)合課本來(lái)預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)[8]。

3.2 融入科技創(chuàng)新成果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)

為了更有效地提高實(shí)驗(yàn)效率，許多高校正在進(jìn)行各方面的改革嘗試。筆者認(rèn)為，融入科技創(chuàng)新成果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，對(duì)我們未來(lái)的實(shí)驗(yàn)改革有很大的幫助。

首先，團(tuán)隊(duì)里的每一位老師抓好我校與創(chuàng)新學(xué)習(xí)通平臺(tái)合作的資源，開(kāi)設(shè)網(wǎng)絡(luò)反轉(zhuǎn)課堂，在學(xué)習(xí)通平臺(tái)里上傳親自錄的實(shí)驗(yàn)操作及原理視頻，讓學(xué)生不限場(chǎng)地的條件下自行觀看學(xué)習(xí)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和幫助學(xué)生獲取更多的知識(shí)。此外，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師在自己上課的平臺(tái)里建立搶答、主題討論等活動(dòng)方式來(lái)解決學(xué)生實(shí)驗(yàn)中遇到的難題，及時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。

其次，為了在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室難以開(kāi)展的高危險(xiǎn)、資源消耗大、污染嚴(yán)重、成本高、拓展學(xué)生操作能力，豐富教學(xué)手段和內(nèi)容，按照我校實(shí)際情況購(gòu)買或資源分享的方式引進(jìn)虛擬仿真實(shí)踐教學(xué)平臺(tái)。虛擬平臺(tái)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的好處是，平臺(tái)提供了大量設(shè)備結(jié)構(gòu)、工作原理、工作過(guò)程、參數(shù)信息的影像、圖片、動(dòng)畫等素材，教師在教學(xué)過(guò)程中可以利用這些素材將復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)過(guò)程講解得生動(dòng)透徹，同時(shí)學(xué)生也可以利用虛擬平臺(tái)的這些素材通過(guò)自學(xué)進(jìn)行深入的理解，提升實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。另一方面，教師也可以將最新的科研成果，嵌入到平臺(tái)的教學(xué)資源，生動(dòng)地展現(xiàn)給學(xué)生，使學(xué)生及時(shí)了解掌握最新的科技進(jìn)展，從而可以極大地豐富教學(xué)手段，增強(qiáng)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的實(shí)時(shí)性和先進(jìn)性。總之，通過(guò)這個(gè)平臺(tái)，學(xué)生可以增強(qiáng)工程應(yīng)用、創(chuàng)新研究、工程設(shè)計(jì)等工程能力的培養(yǎng)，解決以往的紙上談兵、簡(jiǎn)單評(píng)價(jià)、無(wú)法深入改進(jìn)的難題。