淺析地方高校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足與改進(jìn)方法

韓闐俐 張忠平 萬新軍

一、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的意義與特點(diǎn)

物理化學(xué)在化學(xué)科學(xué)中占有十分重要的地位，它更多地借助了數(shù)學(xué)、物理等科學(xué)的理論及其實(shí)驗(yàn)方法，研究化學(xué)科學(xué)中的機(jī)理和規(guī)律，研究化學(xué)體系的宏觀、微觀規(guī)律，是化學(xué)的理論基礎(chǔ)。[1]諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者李遠(yuǎn)哲先生在《我走過的治學(xué)之路》中就曾經(jīng)寫到：“熱力學(xué)對(duì)學(xué)習(xí)化學(xué)很重要，如果熱力學(xué)沒學(xué)懂的話，化學(xué)也不會(huì)學(xué)好。”而熱力學(xué)正是物理化學(xué)中的重要組成部分。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是物理化學(xué)課程的重要輔助課程，在培養(yǎng)人才方面發(fā)揮著不可替代的獨(dú)特作用，是實(shí)現(xiàn)素質(zhì)教育和培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。[2][3]物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一門獨(dú)立的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，是學(xué)生學(xué)習(xí)和研究物理化學(xué)的重要手段和途徑，在物理化學(xué)教學(xué)中起著舉足輕重的作用。[4]尤其對(duì)于學(xué)科設(shè)置較為有限的地方性高校來說，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)更是作為一門重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)課程開展教學(xué)。如何為學(xué)生創(chuàng)造良好的學(xué)習(xí)環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維實(shí)踐能力，使物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)適應(yīng)教學(xué)要求，是擺在我們每一個(gè)從事物理化學(xué)課程及其實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作者面前的重要課題。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)綜合了化學(xué)領(lǐng)域中各分支所需要的基本實(shí)驗(yàn)工具和實(shí)驗(yàn)方法，也是學(xué)生第一次接觸較多的儀器設(shè)備的一門重要實(shí)驗(yàn)課程。其中的實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)技能是化學(xué)工作者必須具備的基本功，因此物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)在物理化學(xué)乃至整個(gè)化學(xué)學(xué)科中都占有十分重要的地位。[5]物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要有兩方面特點(diǎn)：第一，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)通過物理的實(shí)驗(yàn)方法和手段探討化學(xué)規(guī)律，實(shí)驗(yàn)中大量使用由一種或多種儀器設(shè)備所組成的實(shí)驗(yàn)體系。第二，由于物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)性能往往不是直接測(cè)量得到的，直接測(cè)量的結(jié)果需進(jìn)一步利用數(shù)學(xué)及物理的方法加以整理和綜合運(yùn)算，才能得到所要驗(yàn)證的結(jié)果。因此，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚺囵B(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⒖茖W(xué)研究能力、數(shù)據(jù)處理和繪圖等各方面能力。

二、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的不足

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，21世紀(jì)對(duì)高等教育提出了培養(yǎng)知識(shí)型、創(chuàng)新型、復(fù)合型的人才的高要求，對(duì)于地方性高校也不例外。為促進(jìn)教學(xué)思想的更新，增強(qiáng)學(xué)生獨(dú)立思考和勇于創(chuàng)新的精神，提高學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際及動(dòng)手能力，提高教學(xué)技術(shù)現(xiàn)代化，對(duì)原有的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改進(jìn)，顯得尤為迫切和重要。

傳統(tǒng)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)在一些地方性高校教學(xué)中主要存在以下問題：學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性和積極性，在實(shí)驗(yàn)中主要依賴?yán)蠋煹闹笇?dǎo)，較少積極預(yù)習(xí)；承受實(shí)驗(yàn)挫敗的心理素質(zhì)弱，當(dāng)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)異常或失敗時(shí)，不能獨(dú)立冷靜地分析原因，設(shè)法自主解決問題；教學(xué)的學(xué)時(shí)不足，實(shí)驗(yàn)安排過于緊湊，時(shí)間緊；實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容相對(duì)單一，多學(xué)科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容重復(fù)；數(shù)據(jù)處理手段和技術(shù)條件簡(jiǎn)單，亟須提高。

三、改進(jìn)方法

（一）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)前的預(yù)習(xí)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)之前教師將實(shí)驗(yàn)原理、方法步驟、注意事項(xiàng)等布置為學(xué)生的課前預(yù)習(xí)，再通過一系列方法檢查學(xué)生預(yù)習(xí)情況，并記入平時(shí)成績(jī)。我們通過長(zhǎng)期的教學(xué)體會(huì)到：在實(shí)驗(yàn)之前先采取提問的方式考查學(xué)生對(duì)各個(gè)知識(shí)點(diǎn)及實(shí)驗(yàn)步驟的理解情況，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題與不足，有的放矢地針對(duì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)理解的情況作出進(jìn)一步指導(dǎo)。這種先提問、后講解，發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的方式能有效地克服學(xué)生的懶惰習(xí)慣，促進(jìn)學(xué)生對(duì)課程的學(xué)習(xí)積極性，提高教學(xué)質(zhì)量。

結(jié)合課本中難點(diǎn)，尤其是操作過程中需要注意的步驟，制作物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課件，通過視頻等直觀方式幫助學(xué)生理解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，了解不同實(shí)驗(yàn)儀器的使用方法和原理。[6]為學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)的方便，教師可以結(jié)合實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)際，把實(shí)驗(yàn)教學(xué)的相關(guān)材料制作成網(wǎng)頁展示在學(xué)校網(wǎng)頁上。[7]這樣在實(shí)驗(yàn)開始前，學(xué)生除了利用實(shí)驗(yàn)教材或講義進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)外，還可以上網(wǎng)預(yù)習(xí)相關(guān)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。不但可以了解到相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟等，還可以更為直觀地了解到相關(guān)儀器設(shè)備的原理、構(gòu)造、操作方法及注意事項(xiàng)等。

在實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過程中還需教師認(rèn)真觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性和準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)問題要予以及時(shí)糾正。當(dāng)出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)失敗的情況時(shí)，要求學(xué)生找出原因并在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中進(jìn)行探討。在實(shí)驗(yàn)儀器使用的過程中，可以把一些簡(jiǎn)單的問題，交給上次實(shí)驗(yàn)課已經(jīng)做過該實(shí)驗(yàn)的、實(shí)驗(yàn)完成較好的學(xué)生去幫助失敗的學(xué)生。實(shí)踐證明，這個(gè)方法既減輕了教師的工作量，又鍛煉了學(xué)生的自立能力，取得了良好的效果。

（二）優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案

由于各專業(yè)對(duì)教學(xué)大綱的修訂使得物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)時(shí)數(shù)有較大幅度的消減。怎樣在有限的學(xué)習(xí)時(shí)間內(nèi)最大限度地學(xué)習(xí)好相關(guān)知識(shí)是一個(gè)非常重大的挑戰(zhàn)。我們通過對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，保證14個(gè)重點(diǎn)物化實(shí)驗(yàn)的有效完成。

（三）實(shí)施因?qū)I(yè)施教的模式

目前，隨著學(xué)科專業(yè)數(shù)量及規(guī)模的不斷發(fā)展，多個(gè)不同的學(xué)科專業(yè)均開設(shè)了物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，我們需要對(duì)現(xiàn)有的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)整以滿足各學(xué)科專業(yè)的具體要求。針對(duì)不同學(xué)科專業(yè)的特點(diǎn)開展實(shí)驗(yàn)，做到有的放矢，并對(duì)各專業(yè)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的內(nèi)容重新補(bǔ)充、及時(shí)更新，使實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目數(shù)大于實(shí)驗(yàn)計(jì)劃數(shù)。

根據(jù)不同學(xué)科專業(yè)的特點(diǎn)及需求，不同專業(yè)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容應(yīng)該有自己的側(cè)重點(diǎn)，在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目選擇上，實(shí)施“基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)+專業(yè)特點(diǎn)實(shí)驗(yàn)”。實(shí)行因?qū)I(yè)施教的模式，為各專業(yè)的學(xué)生以后學(xué)習(xí)本專業(yè)知識(shí)和從事本專業(yè)實(shí)驗(yàn)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（四）加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與作圖訓(xùn)練

當(dāng)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)較多時(shí)，處理起來會(huì)較為繁瑣，尤其是一些較為復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)要求數(shù)據(jù)處理及作圖更為細(xì)致準(zhǔn)確，傳統(tǒng)手工作圖因誤差較大往往無法得到正確的結(jié)論。因此，利用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，如通過Excel、Origin等軟件，可以使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理變得準(zhǔn)確、快捷，消除學(xué)生在處理數(shù)據(jù)時(shí)人為引入的各種誤差，提高數(shù)據(jù)處理的精確度，為客觀評(píng)價(jià)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果提供依據(jù)。在提高了工作效率的同時(shí)，使實(shí)驗(yàn)報(bào)告更加合理和具科學(xué)性，提高了學(xué)生的綜合處理數(shù)據(jù)的能力和綜合素質(zhì)的培養(yǎng)。

學(xué)生盡可能應(yīng)用專業(yè)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。以“旋光法測(cè)定蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)”實(shí)驗(yàn)為例，所測(cè)旋光度數(shù)據(jù)處理結(jié)果可用Origin進(jìn)行作圖，進(jìn)行線性擬合，由擬合直線的斜率求得速率常數(shù)并進(jìn)行下一步計(jì)算，這樣提高了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和作圖的能力，甚至為其在今后工作中進(jìn)行程序化智能化處理數(shù)據(jù)打下了基礎(chǔ)。

實(shí)踐證明，對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行上述改進(jìn)后，可以圓滿地完成教學(xué)任務(wù)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)物理化學(xué)理論課所學(xué)概念、定律、公式的理解認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生良好的實(shí)驗(yàn)觀察和操作能力，強(qiáng)化綜合能力的訓(xùn)練。改善的教學(xué)方法使得學(xué)生的綜合素質(zhì)得到了明顯提高，對(duì)待物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的學(xué)習(xí)態(tài)度也大有改觀。

在教學(xué)過程中，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改進(jìn)受到了廣大學(xué)生的歡迎和支持，同時(shí)他們也提出了一些有益的建議。我們將進(jìn)一步加強(qiáng)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)與完善，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，探索出適合新時(shí)期地方性高校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)發(fā)展的新方法與新模式。

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［責(zé)任編輯：劉鳳華］