高校物理化學實驗的弊端與其開放教學模式的探索

摘要：傳統的物理化學實驗教學模式存在很多弊端，不能很好地滿足當代高校教學的需求。初步探索了開放性物理化學實驗教學的實施辦法，提出了一些可以試探性實施的方案，有效地克服了傳統物理化學實驗教學的弊端，極大地提高了學生實驗的積極性，培養了學生的創新能力和科研素質。

關鍵詞：高校；物理化學實驗；弊端；開放式教學模式

作者簡介：周薇薇（1981-），女，山東濰坊人，淮南師范學院化學與化工系，講師；趙旺（1982-），男，河北石家莊人，淮南師范學院物理與電子信息系，講師。（安徽 淮南 232038）

基金項目：本文系淮南師范學院校級質量工程項目（項目編號：2012hsjy13）的研究成果。

中圖分類號：G642.423 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2013）34-0162-02

物理化學實驗是高?；瘜W、化工專業的一門專業基礎實驗。物理化學實驗課程既與物理化學課程緊密相連，又相對理論獨立、實踐獨立。實驗主要依賴物理化學中所學的一些比較重要的、基本的原理，并且還要依賴一些相關的儀器。學生要在弄清實驗原理的基礎上，學會相關儀器的操作，并且通過觀察實驗中的現象，記錄下實驗中的實驗數據，最后在原理的指導下，正確的分析和處理數據。這樣在整個實驗過程中，學生可以學到很多知識、得到很多鍛煉。學生可以加深對物理化學課程知識的理解，學會相應大型儀器的操作和使用方法，以及實驗技術和實驗方法。

然而，隨著時代與科學技術的發展，傳統的物理化學實驗的教學模式越來越顯現出很多弊端。為了緊跟時代步伐和適應形勢發展的要求，提出打破現有化學學科傳統實驗課程教學體系，探索開放式物理化學實驗教學模式，使之適應創新人才培養需求。

一、傳統物理化學教學模式的弊端

1.學生實驗積極性差

傳統的物理化學實驗教學模式，實驗課前，學生先按照物理化學實驗教材自己預習實驗，預習的內容包括實驗原理、實驗步驟、儀器操作、注意事項等；實驗課上，先由實驗教師進行講解，講解部分包括實驗原理、實驗步驟、儀器操作、注意事項等，但是此時的講解要與之前的預習不同，要從教師教學的角度考慮重點，最后學生再按照教師的講解動手進行實驗。整個實驗過程的模式相對固定，學生要在講義與教師的指導下模擬實驗，學生對于實驗原理、操作步驟、注意事項等方面的理解都是從教材和教師的口中得知的，自己思維思考的方面很少，他們基本不動腦，基本沒有想過實驗為什么要用這個方法去做，用到某個實驗儀器的理由是什么，注意事項的原因等等。學生一味在教師的安排下機械地進行實驗的每一個步驟，沒有思考的空間。該方式導致學生的積極性很差，創新性極其欠缺，對于物理化學實驗提不起興趣，重視程度嚴重降低，主動性很差。

2.實驗題目類型相對單一，對于學生的手動性與創新性鍛煉不夠

物理化學實驗的題目雖然比較經典，但是類型和題目的歷史相對較長，很多實驗題目做了很多年，且物理化學實驗題目相對單一，欠缺創新性與時代特點。經典物理化學實驗題目在最初選擇時是合適的，符合當時的時代特點，但是時代在進步，化學在發展，已不適合目前化學學科的需要。因為物理化學實驗的內容應該與化學的發展緊密相連、與時代一致，應既有橫向的也有縱向的。橫向方面，化學會與其他學科交叉延伸，這樣會產生很多交叉的邊緣學科，學科之間的發展也會相互促進；縱向方面，每一個化學學科的發展也越來越細致，越來越深刻，很多新穎的、尖端的論文如雨后春筍般涌現出來，在化學的各個分支、各個小領域中都涌現諸多嶄新的成果。但是這些成果卻沒有很好地滲透到物理化學實驗中，實驗的內容依然沒有更新、沒有變化。這是物理化學實驗的一個很大的弊端，物理化學實驗的內容應與時代同步、與時俱進。

3.儀器種類與數目有限，實驗操作訓練未收到良好效果

大部分物理化學實驗都需要大型儀器作支撐。由于大型儀器的規模與價格的限制，多數高校不可能做到人手一臺。因此物理化學實驗要分組進行。每個小組保證有一整套本實驗的有關器材。這樣的實驗安排與分組決定了不可能每個學生都可以完整地操作一次實驗，實驗過程中的操作必須分工進行。實驗操作的不完整性使學生實驗動手能力的訓練受到了限制。這是高校物理化學實驗的另一個很大的弊端，大部分高校都存在這樣的問題。

4.物理化學實驗多為驗證性實驗，理論數據都可以由原理推導獲得，這就嚴重影響了學生個人創新性的發揮

物理化學實驗多為驗證性實驗。由于學生們已經大體了解了數據發展的趨勢，總是本能地希望數值按照理論的趨勢發展。在實驗數據與理論數據不一致時，總認為自己的數據是不可靠的。他們并沒有把實際環境、儀器的誤差以及在實驗過程中自己操作的影響考慮在內。另外，在實驗過程中有意外發生時，學生們總喜歡把實驗從頭再來，完全否定之前的數據，然后讓數據再重新按照理論的趨勢發展。也就是說，學生沒有處理意外的能力，不能從意外中獲得意外的驚喜。實際上，化學中有很多有重大意義的發現都是在實驗的意外中意外獲得的。

二、開放式物理化學教學模式的探索

隨著時代的發展，21世紀對高級人才素質的要求已經大大提高，本科教育的目標和方式也要隨之相應的提高和改進。物理化學實驗的傳統教學模式已經很難適應當代教育的要求，因此必須進行新的物理化學實驗教學模式的探索和嘗試，以提高高校本科教學的質量。

1.開放實驗內容

為適應化學學科的發展，跟上時代發展的潮流，應該大膽修改舊的、不適于生產力發展的物理化學實驗教學內容，減少驗證性實驗，把新的科研成果和研究技術引入到教學中來，讓科研成果充實實驗教學內容，為培養科研人才打下堅實基礎。

將之前單一的驗證性傳統實驗進行擴充，除了“基本內容”的實驗外，還增加了“選做內容”以及“提高和擴展內容”?！盎緝热荨钡膶嶒炇莻鹘y物理化學實驗的縮減版，將傳統的實驗內容進行縮減，取其精華，去其糟粕，構建基礎驗證性實驗模塊；“選做內容”是“基本內容”的延續，每個綜合實驗都會包含多個知識點，可以將不同的實驗技能與知識點結合起來，從而有效地培養學生綜合思考和分解實驗的能力；“提高和擴展內容”是三個部分中難度最大的部分，在進行該部分實驗時，學生需要首先進行文獻查閱，將查閱好的相關文獻仔細閱讀、整理后，要模仿文獻自行設計出一套相關的實驗方案。之后將設計好的實驗方案交給物理化學實驗教師審查。審查的內容主要包括：實驗原理的正確性、實驗路線的可行性以及實驗室條件的允許性等等。如果以上條件都滿足要求，實驗方案即算合格，學生就可通過預約進入開放實驗室進行實驗。該部分被稱之為設計性實驗模塊。

2.開放實驗選題

傳統的物理化學實驗所做選題都是由院系與教師決定的，所有的學生都做相同的實驗題目，不能調動學生的自主性、能動性，不能發揮學生的特長。在內容進行開放和變換之后，有三個方面的內容，其中基礎驗證性實驗模塊部分為必選必做內容；而綜合性實驗模塊、設計性實驗模塊部分是選做內容，學生可以按照自己的特點、喜好、特長選做實驗，這樣可以調動學生的積極性與創造能力。

3.開放實驗方法

實驗方法的開放包括實驗操作步驟的開放與實驗數據處理方法的開放。傳統的實驗操作步驟循規蹈矩，還是多年前總結出來的方法，多年后并沒有把最新的化學前沿的成果和方法融合在里面。因此，應該就每個具體的實驗進行研究，盡量將化學前沿成果融合在物理化學實驗中，開放并改進傳統物理化學實驗的操作方法。在加強學生動手能力培養的同時，也應注重學生使用計算機處理數據、進行曲線模擬和分析實驗結果的能力，以及實施實驗數據處理方法的開放性。

隨著計算機技術的發展，應該把計算機技術滲透在數據處理過程中。傳統的數據處理是在獲得實驗數據的基礎上，按照每個實驗的原理進行手動計算，以獲得最終的結果數據。該數據處理方法步驟麻煩、過程繁瑣且容易出現計算錯誤，極為浪費時間。因此，可以應用先進的計算機技術，使用計算機處理數據、繪制表格、描點畫線、模擬曲線，把先進的計算機技術融合到實驗數據處理中，這樣既可以節省時間，又可以提高精度。

4.開放實驗過程

傳統的物理化學實驗采用固定的時間、固定的地點、固定的實驗、固定的人員。所有的內容都是由教務系統與院系事先確定的。采用開放性實驗模式之后，這種固定的模式應該有所改進。對于必做部分的基礎驗證性實驗模塊，依然是采用之前固定的形式。但是綜合性實驗模塊、設計性實驗模塊由于本身的靈活性和不確定性，導致不能對其形式進行特別的固定，為此可以把物理化學實驗室每周固定出幾天對學生進行開放。開放并不是隨意實驗，而是要提前預約。學生要在實驗前整理好實驗思路并與物理化學實驗教師討論，教師認為可實施之后，學生才能到實驗室預約登記，且學生應該按照預約的時間到實驗室去實踐。

三、結論

改革傳統的物理化學實驗模式，初步探索開放性的物理化學實驗模式，可以使學生在其基本實驗技能、基本實驗方法得到訓練的同時，獲得很多書本上學不到的知識。開放性的物理化學實驗模式可以鍛煉學生分析問題和解決問題的能力，讓學生接觸到科研前沿的很多最新的成果，從而從根本上引起學生對實驗課的興趣和重視。

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（責任編輯：孫晴）