從物理化學實驗教學談大學生能力培養*

張潤蘭，楊再文，康 潔，朱雪丹

(西安科技大學 化學與化工學院，陜西 西安 710054)

1 引言

隨著我國高等教育大眾化、社會化，高校的大學生人數急劇增多，社會對畢業生的擇取標準越來越高，使得大學生在擇業和就業上競爭愈發激烈，大多數畢業生在就業過程中存在巨大的壓力。高校畢業生要成功就業并找到適合自己發揮才能和實現自身價值的適當的工作崗位，就必須具有足夠的實力和能力。因此，高校應高度重視社會對人才的需求和要求，培養大學生的各項技能。實驗教學是與理論并重的學科，能展現出生動的教學情景，幫助學生理解和掌握理論知識，訓練學生的科學思維和科學方法，培養學生的動手能力，樹立學生正確的價值觀和嚴謹的科學態度。在實驗教學中，要圍繞“抓三基、推三新、促三能”的教學理念和改革思路，充分重視學生能力的培養，其中，物理化學實驗教學在培養學生實踐能力、思維能力和創新能力等方面具有其他教學環節不可替代的功能。

2 當代大學生的特點

大學生在年齡結構、知識結構和社會角色上都有自己的特點，他是當代社會中一個獨特而耀眼的群體。目前的在校大學生多為90 后，他們有自己的主見，因此，學習的自主性在很大程度上決定了他能否學好大學課程，能否提高自身在各方面的能力。

目前，大學生在對專業課程的認識上存在一定的誤區，對專業的學習興趣不濃。據某學校的一項問卷調查，學生在回答“你對學習是否有興趣”這個問題上，只有13.56%的學生表示“很有興趣”，而53.12%的學生表示“只是對某些科目感興趣”。對“你認為目前學校應著重加強那些課程建設”這個問題的調查，51.17% 的學生認為“外語課程”;29.36%的學生認為“計算機課程”;19.47%的學生認為“專業課程”。這直接影響了專業相關課程包括物理化學實驗的教學效果，學生在課堂上表現出學習不專心，缺乏激情，數據處理缺乏分析，實驗報告敷衍了事。

另一方面，由于社會環境的原因，多數學生生活中較少動手做事情，做具體事情缺乏條理，不能全面綜合考慮問題的解決方法。所以在物理化學實驗操作中，不知道如何科學合理安排實驗步驟，常常機械的照搬教材中的步驟進行操作，不能根據實驗步驟的邏輯關系進行科學安排。

3 物理化學實驗教學的現狀及特點

專業實驗一般與理論課程密切相關，相輔相成，它是學生獲取新知識，實現知識和能力，理論與實踐相結合的橋梁，是一種知識與能力、理論與實踐相結合的教學活動，與理論教學具有同等重要的地位。相比于其他專業基礎實驗如分析化學、有機化學等課程，物理化學實驗是一門難度較大的實驗課程，內容涉及無機化學、分析化學的基礎知識和基本操作，并且具有物理化學本身的基本理論和實踐特點。它需借助一些物理學的原理和技術，因此學生會接觸到一些小型儀器的使用，如DDS 型電導儀、電阻爐、電動勢裝置等，非常能夠培養學生的觀察能力和動手操作能力;同時需借助于數學運算處理繁雜的數據，也能夠培養學生對計算機軟件的操作。

從教學內容看，物理化學實驗是以理論驗證性的基礎實驗為主，研究性實驗為輔。基礎性實驗選擇針對性強、涵蓋操作技能較廣的一些經典實驗，如萘的燃燒熱的測定、乙酸乙酯皂化反應速率常數的測定、二元組分合金相圖、電池電動勢的測定、表面張力的測定，涉及物理化學課程中化學熱力學、化學動力學、相圖、電化學、表面化學等重點章節。通過該類實驗，使學生理解理論課程中的重點內容，為后續專業課程的學習打下基礎。

但從不同的教學方法中，發現了學生能力上的一些不足。如果以簡單講授-學生自主的方式，在實驗開始簡單講授實驗目的、原理及步驟，然后讓學生自主地去進行操作，自己發現問題，解決問題，這確實能夠達到培養學生動手能力、分析解決問題能力的目的，但絕大多數學生在實驗前預習不充分，對儀器不了解，對實驗理解不透，往往不知所措，無從下手。所以，學生更愿意接受教師講解-示范-學生實踐的教學模式，希望老師盡可能把重點、難點及實驗中可能出現的問題告訴學生，這樣容易在較短的時間內記憶知識點，但這往往造成學生的懶惰和依賴心理，養成“實驗前不預習，實驗中按部就班，實驗后無印象”，對實驗中產生的問題，不去思考其原因，缺乏獨立思考的能力。

4 策 略

學習過程的階段性每個學習階段在大學學習生活中都占有一定的地位，各有其任務和特點，又互相銜接，具有很強的系統性，是一個密切聯系、有機統一的整體。因此，大學生必須正確對待大學學習的每一個階段。物理化學實驗一般開設在大學第二學年，這個時期的大多數學生經歷了大學的適應期，逐步進入了學習的穩定期，這個時期，學習目標逐漸清晰，學習情緒穩定，學習時間逐漸自主，但是學習方法和學習效率還有待提高。如果教師在實驗教學環節中把重點放在培養和訓練學生的能力上，將能力的培養融入到實驗教學環節中，而不僅僅著眼于物理化學理論的驗證上，將達到培養和提高學生分析和解決問題的能力。為了更好地指導大學生的學習，促進大學生健康成長，增強大學生的實踐能力和創新精神，培養高素質的合格人才，可以從一下幾個方面入手:

4.1 結合專業基礎課，提升思維能力

物理化學課程屬于專業基礎課，是基礎學科知識的擴展和深入，而物理化學實驗課程是實踐性環節，加強學生對物理化學理論知識的理解。同時，結合理論知識，使學生了解解決問題的途徑有多種。比如，測定反應的速率常數，選做了兩個動力學實驗:蔗糖的轉化和乙酸乙酯的皂化，這兩個實驗代表了兩種用間接測量的方式來解決動力學問題。讓學生了解到，在動態反應體系中，可通過間接的方法來測量物質濃度的變化，并且選擇測定方法要根據具體反應中反應物和生成物的物理和化學特性來設計。比如蔗糖轉化實驗中反應的活化能測定之所以采用旋光法，是因為反應物(蔗糖)、生成物(果糖、葡萄糖)都具有旋光性，可以通過旋光度和濃度的正比例關系，間接的研究反應的變化;而乙酸乙酯的皂化過程中，根據反應物(乙酸乙酯、氫氧化鈉)和產物(乙酸鈉、乙醇)在溶液中導電性不同，可采用電導法來研究反應的變化過程。兩者采用了不同的研究手段都達到了測定反應速率常數的目的。

4.2 充分發揮主觀能動性，提升實踐能力

在教學中要注重學生對學習的自主安排、學習內容和學習方法的自主選擇，擯棄傳統的操作步驟機械、實驗結果唯一的教學方法。

有些學生課前預習不充分，沒有將實驗步驟、現象和結果整體思考，往往浪費了許多時間。如在測定蔗糖轉化實驗過程中，如果教師教學中不特別強調，許多學生就會測定完αt后，再將用來測定α∞的溶液恒溫30 min，然后再測定。這種學生往往不去思考每一步實驗操作的正確與否，是否有改進措施，操作照本宣科，不主動與老師和同學溝通，遇到異常現象也置之不理。因此，教學中要注重強調如何安排每一個實驗步驟，使學生熟悉科學做事的一般方法，激發學生的主觀能動性，從而達到提高學生科學管理的水平與實際動手能力的目的。

4.3 有效利用計算機網絡，刪繁就簡處理復雜問題

網絡技術使人們從繁雜的信息收集與處理的手工勞作中解放出來，極大地提高學習者的學習效率。但當代大學生對計算機和網絡表現出過分的依賴，甚至出現“網絡綜合癥”。因此，計算機網絡是一把雙刃劍，大學生應有效利用網絡優勢，充分利用計算機提高自身能力的培養，主要表現在獲取信息和數據處理能力的訓練上。

某些實驗在數據處理過程中工作量巨大，很能鍛煉學生的數學運算、圖解分析、推理能力。如二元金屬相圖的繪制中，需要先做出各個組分的步冷曲線，尋找相變點，再做出相圖。數據量大，且由于降溫速率控制不當，傳統的手工畫圖較難找到相變點。此時可以采用計算機作圖，并且通過求微分的方法獲得相變點。又比如在“鼓泡法測正丁醇的表面張力”實驗中，需要用到一元線性回歸，但是實際的物理化學實驗原理中涉及的變量關系多數都不是線性關系，需要進行變換轉化為線性關系，在該實驗中，由朗紐爾等溫式:

吸附量Γ 和溶液濃度c 是一個非線性關系，我們可以變換一下，將上式化為線性關系:

用軟件數據處理保證了數據處理的準確性，減少了手工處理數據產生的誤差，其繪圖效率和質量也是人工無法比擬的。既解決了問題，又熟練掌握數據處理軟如excel，origin 等的常規操作。

4.4 營造合作氛圍，提升合作能力

麥克·希拉日在所著《過時的團隊》一書中寫到:“藝術、商業以及人們的個人和專業生涯中的真正價值大多來自合作的過程。合作是一個創造的過程，兩個或者更多具有相互補充技術的個人協同創造出原來不具有或者各自單獨行動所未能達到的共同理解。”因此，應該把對學生合作意識、合作能力的培養作為高校教學目標的內容之一。在物理化學實驗教學中，教師可以充分利用該類課程的優勢，多安排一些合作性較強的實驗，讓學生體會到合作的重要性，加強合作意識的培養。比如在“乙醇的飽和蒸汽壓測定”中，需要組裝儀器，且操作較復雜，需要小組成員分工，共同完成。這樣不僅深刻理解了實驗的本質，節省了時間，還培養了學生的合作意識和合作能力，使每個人的積極性得到發揮。

4.5 激發探求興趣，提高創新能力

學習力的獲得有先天和后天兩種，絕大多數是在不斷的實踐和反思中獲得的，學習的有效性不僅來自成功的操作，更來自對操作本身的反省和總結。在實驗中鼓勵學生相信自己，敢于質疑，對實驗的不確定結果反復論證，通過實驗的重現性和可變性進行辨證的分析實驗，達到對化學知識的理解，同時培養了學生的創新精神。如在“乙醇的飽和蒸汽壓測定”實驗中，實驗內容為測定乙醇在不同溫度下的蒸汽壓，目的是通過克-克方程計算獲得乙醇在一定溫度區(即25-45 ℃)內的平均摩爾汽化熱ΔvapHm。在本實驗中，筆者曾引導學生思考在較寬的溫度或者更高的溫度下其平均摩爾汽化熱是否一致，這一設想引發了學生的探求興趣，有學生通過附加實驗來驗證，最終獲得了滿意的結果。

除此之外，課后布置探究性的思考題和作業，作為問題情境，讓學生自己去自行“發現”，也是提升學生創新能力的有效手段。

5 結語

大學教育的目的不僅僅是教會學生專業知識，更重要的是培養大學生的各項技能，使之成為具有知識豐富、思想活躍、積極進取、勇于創新的綜合性人才。物理化學實驗教學在培養學生各項能力上起著不可替代的作用，通過在實驗教學中結合理論知識、讓學生自主安排學習內容、并有效利用計算機網絡等方式提升學生的思維能力和實踐能力，同時可安排合作性強和探究性的實驗內容提高學生的合作能力及創新能力，從而實現由知識向能力的轉變，提高大學生在社會上的競爭力。

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