獨立學(xué)院物理化學(xué)實驗教學(xué)探索與實踐

摘 要 物理化學(xué)實驗作為化學(xué)化工類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)方面起著重要的作用。本文以長江大學(xué)工程技術(shù)學(xué)院為例，就如何提高學(xué)生綜合能力，對物理化學(xué)實驗課程教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法及課程考核方法的改革進行了探討。

關(guān)鍵詞 物理化學(xué)實驗 教學(xué)內(nèi)容 教學(xué)方式 考核

中圖分類號：G424 文獻標識碼：A

物理化學(xué)實驗作為化學(xué)化工類專業(yè)的重要基礎(chǔ)課程，在培養(yǎng)學(xué)生的科研素養(yǎng)和能力有著較重要的作用，課程開設(shè)的實驗主要運用物理、化學(xué)的基本原理、相關(guān)實驗儀器和技術(shù)以及數(shù)學(xué)方法研究物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)規(guī)律。①②③科學(xué)合理地開展物理化學(xué)實驗，有利于加深學(xué)生對物理化學(xué)理論的理解，加強理論聯(lián)系實際的能力，提高動手能力、基本實驗技能、邏輯思維能力、分析處理實驗數(shù)據(jù)的能力。但受教材、教師教學(xué)觀念、教學(xué)模式、實驗條件、課時安排以及學(xué)生態(tài)度等因素的制約，教學(xué)效果欠佳。為了改善這一狀況，我系對化學(xué)實驗體系進行了改革，整合基礎(chǔ)實驗，將物理化學(xué)實驗部分劃入實驗化學(xué)III，并對實驗項目和內(nèi)容進行了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，同時，結(jié)合我院的教學(xué)環(huán)境以及學(xué)生的實際情況，在實驗教學(xué)過程中了進行了各種各樣行之有效的改革，并取得了一定的成效。

1 課程教學(xué)內(nèi)容改革與實踐

物理化學(xué)實驗作為我院化學(xué)工程系化學(xué)工程、應(yīng)用化學(xué)、高分子材料、油田化學(xué)、應(yīng)用化工技術(shù)等各專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。不同專業(yè)對該實驗課的要求也不相同，對于化學(xué)工程、應(yīng)用化學(xué)專業(yè)，要求的實驗學(xué)時較多，經(jīng)過多次整合與改革，目前開設(shè)14個實驗項目共56學(xué)時，對于高分子材料、油田化學(xué)專業(yè)，目前開設(shè)10個實驗項目共40學(xué)時，應(yīng)用化工技術(shù)專科開設(shè)8個實驗項目共32學(xué)時。在不同專業(yè)的實驗項目中，進行了反復(fù)斟酌與篩選，對于應(yīng)用化工技術(shù)專科的教學(xué)，開設(shè)了8個基礎(chǔ)的實驗項目，主要包括：飽和蒸汽壓的測定、蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測定、乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的測定、燃燒熱的測定、膠體的制備及電泳速度的測定、電導(dǎo)的測定及應(yīng)用、高聚物相對分子量的測定、溶液表面張力的測定等。這些實驗既經(jīng)典又具有代表性，側(cè)重于對基礎(chǔ)實驗技能的訓(xùn)練和培養(yǎng)。油田化學(xué)、高分子材料專業(yè)在此基礎(chǔ)上增加2個實驗項目，增加的實驗項目分別結(jié)合專業(yè)方向，油田化學(xué)專業(yè)增設(shè)實驗項目是石油產(chǎn)品凝點和傾點的測定、二組分氣液平衡相圖的繪制；高分子材料專業(yè)增設(shè)實驗項目是高聚物溶液粘度的測定、差熱分析。化學(xué)工程和應(yīng)用化學(xué)則在這些實驗的基礎(chǔ)上增設(shè)凝固點降低法測相對分子量、雙氧水分解速率常數(shù)測定、活性炭吸附能力的測定、原電池的制作與電動勢的測定、丙酮溴化實驗等。在實驗教學(xué)過程中，同一個實驗對于不同的專業(yè)，我們選擇不同的實驗試劑，一方面提高實驗的教學(xué)適應(yīng)性，切合專業(yè)要求，另一方面豐富實驗教學(xué)內(nèi)容，可以較好地提高教學(xué)質(zhì)量。

除了上述實驗項目的改革與整合之外，我們將實驗項目層次化，應(yīng)用化工技術(shù)所開設(shè)實驗全部為驗證性實驗，油田化學(xué)和高分子材料專業(yè)新增的實驗為綜合性實驗，需要結(jié)合專業(yè)來安排實驗，綜合運用多門的知識。化學(xué)工程和應(yīng)用化學(xué)專業(yè)在所開設(shè)的實驗項目中開設(shè)了兩個綜合性實驗和兩個設(shè)計性實驗，對于設(shè)計性實驗，如丙酮溴化實驗，要求在現(xiàn)有實驗的基礎(chǔ)上，設(shè)計合理的實驗方案標定溴水的濃度。在電泳實驗的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生設(shè)計方案來進行制備Fe（OH）3膠體和具體的電泳過程。在二組分氣液平衡相圖的繪制實驗中，要求學(xué)生設(shè)計方案進行乙醇-環(huán)己烷的濃度-組成標準曲線的繪制，或要求學(xué)生選擇另外兩個不同的組分來完成二元物系氣液平衡相圖的繪制。通過實驗教學(xué)內(nèi)容的改革設(shè)置，在完成對學(xué)生基本實驗技能的培養(yǎng)之外，還培養(yǎng)了學(xué)生設(shè)計能力和創(chuàng)新能力。

2 課程教學(xué)方式改革與實踐

物理化學(xué)實驗不同于無機化學(xué)的實驗，每個實驗都需要特定的儀器和設(shè)備，根據(jù)我系物理化學(xué)實驗室的實際情況，儀器設(shè)備的都只有4臺（套），而每個進行實驗教學(xué)的自然班學(xué)生人數(shù)為30左右，在這樣的教學(xué)條件，我們采取了同時開設(shè)多個實驗的方式進行，進行滾動式的實驗教學(xué)模式，以應(yīng)用化工技術(shù)為例，該專業(yè)8個實驗項目，在單個實驗教學(xué)時間內(nèi)同時開設(shè)4個實驗項目，每個項目有4臺（套）儀器，這樣學(xué)生就可以分成4大組進行實驗，每大組分兩小組，每組2～3人，具體安排見表1。可以較好地滿足對學(xué)生的動手能力和實驗操作能力的培養(yǎng)要求。

在滾動式實驗教學(xué)的過程中，具體按照如下方法實施：（1）對于驗證性和綜合性實驗，通過下發(fā)實驗講義，讓學(xué)生了解實驗的原理，實驗操作步驟，實驗中應(yīng)注意的問題，如何進行數(shù)據(jù)處理。在實驗講授的過程中，就學(xué)生的提問回答原理方面不太明白的地方，重點講解儀器設(shè)備的操作和使用中的注意事項，強化培養(yǎng)學(xué)生的動手能力；（2）對于設(shè)計性實驗，重點在于通過知識點的串聯(lián)來引導(dǎo)學(xué)生進行實驗方案的設(shè)計，最終達到解決實際問題的目的。培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計和創(chuàng)新能力；（3）滾動式實驗教學(xué)可以在有限的資源條件下以較高的質(zhì)量完成教學(xué)任務(wù)。在第一次進行實驗教學(xué)講解時進行重點講解，在滾動的過程中，先讓前一組的學(xué)生給將下一組學(xué)生進行講解，然后授課教師進行提問，一方面培養(yǎng)了學(xué)生的語言組織和表達能力，一方面對其掌握程度也進行了檢驗，可以較好地增強學(xué)生在實驗過程中的主動性；（4）鑒于物理化學(xué)實驗所用的儀器設(shè)備比較多，尤其是恒溫槽、分光光度計、電導(dǎo)率儀、阿貝折射儀等使用頻率相對較高，在教學(xué)過程中，我們安排了這些儀器的基本操作訓(xùn)練，通過訓(xùn)練，有利于學(xué)生深入理解實驗，提高實驗效率。

3 課程考核方式改革與實踐

物理化學(xué)實驗主要是通過涉及熱力學(xué)、動力學(xué)、電化學(xué)、表面現(xiàn)象與膠體的實驗項目教學(xué)，進一步加深學(xué)生對理論知識的理解與掌握，使學(xué)生學(xué)會觀察實驗現(xiàn)象、記錄實驗數(shù)據(jù)及實驗條件和利用軟件如Origin、Matlab等對實驗數(shù)據(jù)的處理；同時使學(xué)生掌握實驗所用儀器包括恒溫槽、貝克曼溫度計、壓縮氣體鋼瓶、氧彈式量熱計、分光光度計、電導(dǎo)儀、旋光儀、差熱分析儀等的工作原理，基本構(gòu)造、使用方法及注意事項。

為達到實驗教學(xué)的上述訓(xùn)練目的，對實驗考核提出了新的要求和改革。實驗課程考核除學(xué)生完成相應(yīng)實驗報告部分（占總成績的60%）之外，我們還進行了實驗課程考試（占總成績的40%），分為兩部分，各占50%，一部分是對學(xué)生逐個進行口頭講解實驗原理和實際操作考試，具體是在完成所有實驗項目后，每名學(xué)生隨機抽取一個實驗項目，口頭講解實驗原理，并實際演示實驗操作過程；一部分是集中地進行理論考試，實驗理論考試試卷內(nèi)容涉及各個實驗原理、操作中應(yīng)注意事項、實驗數(shù)據(jù)如何處理等。

注釋

① 傅獻彩，沈文霞，姚天揚，等.物理化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2010.

② 邱金恒，孫爾康，吳強.物理化學(xué)實驗[M].北京：高等教育出版社，2010.

③ 莊繼華.物理化學(xué)實驗[M].北京：高等教育出版社，2004.