物理化學實驗教學中的常見問題與改進

余朝琦

［摘要］物理化學實驗是培養高校化學、化工、材料、環境等專業大學生創新意識和實踐能力的重要手段，本實驗室針對教學過程中出現的問題開展了“以提高學生實踐能力為本、傳統裝置與現代儀器兼顧、技術引進與技術改進結合”的物理化學實驗教學改革，對多個實驗項目的裝置和方法在升級過程中出現的問題進行了分析總結和改進優化，實驗項目成功率、準確率和準時率明顯提高，成效顯著。

［關鍵詞］物理化學實驗教學教學改革

［中圖分類號］G642.4［文獻標識碼］A［文章編號］2095-3437（2014）02-0067-02

物理化學實驗對培養大學生的基本操作技能和獨立實驗能力, 進一步加深基礎理論原理和基本概念的理解至關重要，是高校化學、化工、材料、環境等專業的基礎實驗課程，是培養相關專業大學生創新意識和實踐能力的重要途徑。為提高物理化學實驗教學質量，在國家對教育投入持續增加的背景下開展的教學改革呈現出了加強研究創新型實驗、提高實驗結果準確性、推進開放式實驗教學、嘗試主動型實驗教學、提倡綠色實驗教學等趨勢，我們也曾經提出了利用高校測試中心大型精密儀器構建本科生創新能力教學平臺的思路和實踐，這些發展趨勢直接導致了教學實驗儀器向更先進的方向邁進。然而先進的實驗儀器若配置不當，將大大弱化實驗過程的直觀性和減少學生動手拼搭裝置的機會。

為此，成都理工大學基礎化學實驗教學示范中心（省級）物理化學實驗室從2005年開始針對教學過程中出現的問題開展了“以提高學生實踐能力為本、傳統裝置與現代儀器兼顧、技術引進與技術改進結合”的物理化學實驗教學改革。經過努力和反復試驗，我們對多個實驗項目的裝置和方法升級過程中出現的問題進行了分析總結和改進優化，實驗項目成功率、準確率和準時率明顯提高，學生滿意，老師滿意，目前已基本實現了“封閉與直觀結合、傳統與現代結合、自動與手動結合”的物理化學實驗儀器構架，搭建了與培養學生創新意識和實踐能力相適應的物理化學實驗教學平臺，物理化學以外的其它課程（如現代化學基礎等）也紛紛選擇或增加物理化學實驗項目，年人時數由2005年的10000左右增加到2013年的25000左右，教改成效顯著，為我校基礎化學實驗教學示范中心（省級）建設做出了積極貢獻。

一、實驗裝置改進

（一）錫鉍二元金屬相圖

本實驗室錫鉍合金相圖實驗裝置經歷了“電爐加熱坩堝熔融玻璃溫度計測溫”的傳統搭建裝置，到“全封閉自動加熱測溫”的金屬相圖儀，再到“電熱套加熱坩堝熔融熱電偶傳感器測溫”的改進裝置的發展歷程。改進裝置較好地解決了傳統搭建裝置電爐絲易斷、玻璃溫度計易碎及汞污染、讀數不準確、學生讀數過程中需要觸碰溫度計進而經常打翻坩堝造成電爐短路甚至燙傷等問題，也克服了金屬相圖儀不直觀、溫度過沖、故障后不易修復等缺點。

（二）飽和蒸汽壓的測定

本實驗室目前測定飽和蒸汽壓的加熱裝置是雙層水浴結構的超級恒溫水浴，顯示溫度為外層水浴溫度，而樣品又放置在內層水浴，為了保證顯示溫度與樣品溫度一致就必須保證內外層水浴溫度一致，而達到這樣的溫度平衡一般需要30分鐘左右，從而要么導致學生在4個學時內無法完成實驗，要么未到溫度平衡就讀數致使實驗結果不準，另外學生調平衡用的U型管液面也不易觀察。為此，我們增加一支溫度計直接測定內層水浴溫度, 這就保證了測定溫度與樣品溫度一致而無需內外層水浴溫度平衡，實驗快而結果準，U型管內加入不影響實驗結果的紅色試劑（如：莧菜紅、胭脂紅等）也很好地解決了液面不易觀察的問題。

（三）最大泡壓法測定溶液的表面張力

本實驗室新近購置的表面張力實驗儀采用了成套的玻璃裝置加數字壓力計的結構，較好地解決了過去讀數的人為誤差，但該裝置很難觀察到氣泡均勻單一的冒出，實驗現象很不明顯,學生基本上無法讀到穩定的最大值，實驗成功率極低。經過多次試驗，我們發現對于給定的實驗溶液，毛細管是決定氣泡能否均勻單一冒出的關鍵因素，通過采用一根0.5 ml移液管代替原裝置昂貴的毛細管，冒泡問題迎刃而解，不僅將實驗成功率提到了100%，而且縮短了實驗時間。

二、 實驗方法改進

（一）雙液系的氣液平衡相圖

本實驗室目前的氣液平衡相圖裝置采用的是內加熱方式，不僅學生不易掌握而且液體易爆沸沖出燒瓶發生意外。為此，我們用小功率可調電熱套進行外加熱并加入小塊沸石的方法較好地解決上述問題，實驗過程既直觀又沒有危險。

（二）旋光法測定蔗糖轉化反應的速率常數

蔗糖在水溶液中轉化成葡萄糖和果糖是一個二級反應，在純水中反應速度很慢，需要氫離子催化，實驗方法使用的是3 mol/l HCl做催化劑。在實際教學過程中，4學時的實驗在冬季會經常拖堂到6-8個學時，造成這一結果的主要原因是冬季溫度過低。經過多次實驗我們制定了HCl濃度隨環境溫度而變的改進實驗方法（見表1）。這樣一個小小的改進就解決了原來經常拖堂的問題。

表1不同環境溫度下的鹽酸濃度

Tab.1 Conc. of HCl under different temperatures

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三、結束語

第一，近年來，高校教學改革一直是教育改革的重點，并且也在持續不斷地進行，目前的總體趨勢是培養學生的創新意識和實踐能力，目的是為了能使學生更好地跟上社會時代發展的步伐，可以更快地融入實際工作中。實驗教學改革作為高校教學改革的重要一環，也是圍繞這一趨勢開展的。

第二，針對教學過程中出現的問題開展了“以提高學生實踐能力為本、傳統裝置與現代儀器兼顧、技術引進與技術改進結合”的物理化學實驗教學改革，成效顯著，有效增強了大學生的基本操作技能和獨立實驗能力,重點培養了相關專業大學生的創新意識和實踐能力，進一步加深了基礎理論原理和基本概念的理解，學生和老師都從中受益匪淺。

第三，對錫鉍合金相圖、飽和蒸汽壓測定、溶液表面張力測定、雙液系的氣液平衡相圖、蔗糖轉化反應的速率常數測定等多個實驗項目的裝置和方法升級過程中出現的問題進行了分析總結和改進優化，實驗項目成功率、準確率和準時率明顯提高。

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［責任編輯：左蕓］