轉型背景下物理化學實驗的層次化設計*

陳海玲，姬鄂豫，李　津，朱元良

(南陽理工學院生物與化學工程學院，河南　南陽　473004)

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轉型背景下物理化學實驗的層次化設計*

陳海玲，姬鄂豫，李津，朱元良

(南陽理工學院生物與化學工程學院，河南南陽473004)

地方高校轉型為應用技術型大學，須以“應用技術、職業技術”為中心，培養應用型技術人才，以利于學生的就業和創業。傳統的物理化學實驗教學驗證性、演示性實驗居多，不能滿足我校轉型的培養要求。以現場工程技術為引導，開發設計驗證性實驗、綜合設計性實驗和科研型實驗的內容，使物化實驗與現場應用技術良好結合，不僅將物化實驗課程建成培養學生專業基礎實驗能力的平臺，也助于培養創新創業型人才，服務地方經濟，滿足轉型需求。

應用技術型大學；轉型發展；層次化設計，物理化學實驗

目前，我國高教領域又一重大改革正醞釀出爐：占我國絕對多數的地方性本科院校，在“建設中國特色應用技術大學”的指導思想下，加快構建以就業為導向的現代職業教育體系，深化高校創新創業教育改革，產教融合，逐漸轉型發展成為應用技術型高校。轉型發展的核心是培養創新創業型人才，服務地方經濟[1-2]。物理化學實驗課程是化學、化工類等專業必修的一門獨立基礎實驗課程，對培養學生的創新意識、提高學生運用理論知識和實驗技能解決實際問題的綜合能力有很大的幫助，在實現學生由基本實驗技能向專業綜合實驗技能轉變和提高過程中起到承前啟后的重要作用[3-4]。但傳統的物理化學實驗教學存在驗證性、演示性實驗居多的問題，我院現開設的8個物理化學實驗均屬驗證性實驗；且實驗項目內容與工程現場應用技術結合不緊密，不能滿足我校轉型為本科層次應用技術型人才的培養要求。因此，探索和研究物理化學實驗課程新的教學內容是迫在眉睫的任務。

1　現行的物化實驗教學內容改革的必要性

目前應用化學和化學工程專業開設了8個物理化學實驗：恒溫槽的裝配和性能測試(包含液體密度和粘度的測量)；液體飽和蒸氣壓的測定；雙液系氣液平衡相圖的繪制；溶液表面張力的測定；電動勢的測定及應用；蔗糖轉化反應速率常數的測定；乙酸乙酯皂化反應動力學；硫酸銅的差熱分析。很明顯，這8個物理化學實驗，均屬驗證/演示性實驗，并且采用傳統的實驗教學模式：教師的精心備課，準備實驗，給學生講解實驗原理、實驗步驟以及實驗注意事項，并演示儀器操作方法，力求講得深、透、全、細，以便學生在規定的課時內完成實驗。然后按照規定的實驗報告格式，進行數據處理，總結實驗成敗原因，對影響實驗的因素進行討論，并以此完成理論教學知識的驗證。這種“保姆式”的傳統教學方法是基于陳舊的傳統實驗教學觀念：在傳統教學觀念中，只是把實驗教學看作理論教學的輔助部分，實驗內容就是對所學理論知識的驗證。這種觀念及由此產生的實驗教學方法束縛了學生的創新性思維，不利于培養學生的創新能力和動手能力[5]。

此外，實驗為了驗證理論知識，選用的實驗內容和實驗用品都是最基礎和最簡單的，比如粘度和密度的測定，選用乙醇和蒸餾水；飽和蒸汽壓的測定，選用乙醇這種物質；表面張力的測定，選用的是不同濃度的乙醇水溶液；二組分系統氣液平衡相圖的繪制，選用的是最簡單的乙醇-正丙醇系統；諸如此類的實驗內容既無待探索的理論知識，也不會產生新的實驗現象，更重要的是實驗內容脫離生產實際，與工程技術脫鉤，學生認為去做實驗的意義不大，做與不做沒多大區別。這樣的實驗課程內容設計，不能將學生所學的理論知識與工廠現場技術結合起來,不管在教學方式方法上如何改進，都不能從根本上解決問題。

2　物理化學實驗課程教學內容的設計思路

本世紀初，國內高校倡導“以能力為核心”的實驗教學理念，教育部頒布的《普通高等學校本科教學工作合格評估指標體系》明確提出設置“綜合性、設計性、創新性”實驗項目的具體要求。在轉型背景下，為了具體實現本科層次應用技術型人才的培養，不僅僅要培養驗證性實驗要求的實驗技能、解決問題和分析問題的能力，還需要將理論知識技術化、工程化，即是將實驗內容與工程實踐中典型的生產技術相聯系。顯然，目前的實驗內容及實驗教學理念不能滿足新形勢的要求。

針對物理化學實驗課程，多個高校開始探索構建層次化實驗教學體系[6]。和重點大學的學生相比，地方院校的學生在自學的積極性和自學能力上較差，則著重在教學方法上加以改革，惠州學院充分利用互聯網資源做預習報告[7]，湖南文理學院則鼓勵學生用計算機軟件處理實驗數據[8]，茂名學院則根據“以工為主，石化特色”辦學理念安排綜合設計實驗內容，而這些實驗內容與該校儀器設備是相配套的[9]。

為將物理化學實驗課程建設成為培養學生專業基礎實驗能力的平臺，并滿足提高學生專業實驗能力的要求，擬對物理化學實驗按照層次進行分類設置。整體思路有兩點：一是通過整合現有并增設實驗項目，將現開設的8個驗證性/演示性實驗分為驗證性實驗、綜合設計性實驗和科研型性實驗三個部分。二是依據工程現場典型環節的應用技術，整體設計三部分實驗項目。

3　物理化學實驗課程的層次化設計

3.1驗證性實驗技術化、現場化

篩選典型的驗證性實驗，力求與南陽本地企業生產中的原理或技術相結合，加強理論知識、實驗內容與生產實踐的結合。比如，河南天冠燃料乙醇有限公司擁有國際上最大級別裝置的30萬噸燃料乙醇生產線。每年我院學生都會到該廠認識實習。如果雙液系氣液平衡相圖的繪制實驗選用乙醇-水系統，雖然實驗過程會復雜一些，但學生可以事先對乙醇-水的氣液平衡相圖進行了解，確定此相圖繪制的難點在于具有最高恒沸點，根據最高恒沸點的組成設計實驗中溶液組成，最終繪制出水-乙醇氣液平衡相圖。水-乙醇氣液平衡相圖作為乙醇精餾的原理。這樣設計實驗內容，可使同學們加深對乙醇精餾工藝的理解，幫助學生將理論知識應用于生產實踐；也可激發學生學習的熱情。同時為加強學生對理論應用于生產實踐技術的感性體驗，教師也可在學校的網絡課程教學平臺上制作多媒體，形象展示水和乙醇的沸點-組成相圖在乙醇精餾生產設計中的應用，提高學生的興趣。通過此類型的驗證性實驗，用于著重培養學生理論知識技術化、現場化的轉化以及基本儀器操作和實驗技能，為更高層次的實驗做準備。

3.2開發綜合性、設計性實驗項目

綜合性、設計性實驗項目基于基礎實驗及工程現場應用技術，進行多個二級學科的交叉，或者是原有實驗項目的延伸。在這類實驗進行過程中，首先讓學生自行組合成幾個小組，每個小組需要查找資料，設計實驗方案，然后以各種形式進行相互學習討論。教師只糾正學生的錯誤設想，完全由學生獨立完成實驗。

課程設計的目標是開發2個綜合設計性實驗，例如可以選取如下2個實驗項目：①差示掃描量熱法測定煙煤、無煙煤和貧煤的比熱容；②日用洗滌劑臨界膠束濃度的測定及去污能力評定。

第一個實驗項目的選取基于南陽地區的兩個火力發電廠，蒲山一期、二期電廠和鴨河口火電公司，電廠的節能措施都是圍繞著降低煤耗進行的，煤耗指標是指每生產1度電消耗煤的質量，用克數表示。煤耗指標除了與隨后的生產技術有關，當然也取決于煤本身的熱值。通過這一實驗，既可掌握差示掃描量熱器的原理、操作，提高大型儀器使用能力；也使學生充分重視每一個環節的技術指標，會培養學生謹慎、認真的工作態度，為學生就業后順利開展工作打下基礎。

第二個實驗項目是“日用洗滌劑臨界膠束濃度的測定及去污能力評定”，屬于精細化學品的應用評價，與生活和生產都密切相關。這個實驗的實用性很強。同學們可以自行決定所選取實驗樣品的數目和種類，但是要建立性能評價的標準。此實驗可以培養學生對復雜問題的處理能力，包括分類管理和比較分析能力。

3.3開發科研型實驗項目

科研性實驗不僅應具有科學的前沿性、學科的綜合性，在實際應用上還應具有工業背景和問題研究的緊迫性。與驗證性、設計性實驗相比，科研型實驗需要對未知結果進行探究，屬于“提出問題——分析問題——解決問題”模式，需要選取合適的研究方法、研究手段，對出現的問題進行分析研究，對結果進行驗證分析，提出最終結論。實驗所用到的知識和技能遠比驗證性、設計性實驗復雜，要求學生能夠主動的思考和探究，對學生的知識結構優化、認知能力、創新能力的提升起到關鍵性作用[10]。

相對于綜合設計性實驗，科研型實驗進行的方式更為開放，在內容的選擇上和時間安排上更加靈活自主。比如在教師的指導下，或者通過申請各級創新訓練的方式，或者參加到教師的科研課題，充分利用課余時間進行科學研究。實驗的實施過程與綜合設計性實驗類似，首先學生3～4人自由組合成一組，借助圖書館、互聯網等查閱文獻，擬定詳細的實驗方案，包括實驗藥品、實驗儀器、實驗步驟、實驗條件等等。實驗方案經老師審定通過后方可開展具體的實驗。教師根據學生完成實驗的成效，評定實驗成績。這樣既充分肯定了學生在開放實驗中的表現，又可以調動學生的積極性[11]。

科研型實驗項目內容的設計是非常重要的，需要根據學生的現有知識體系，選擇合適的實驗儀器和實驗方法，把握實驗的難易程度，使其能夠激發學生的研究潛力，而不至于嚇跑學生，保證學生能力培養的效果，例如研究金屬腐蝕與防護技術課題組的老師可以選取“碳鋼、不銹鋼在不同性質溶液中極化曲線的測定和腐蝕速率的比較”作為科研型實驗項目。

4　實施效果

地方高校轉型為應用技術類大學，必須以“應用技術、職業技術”為中心，培養應用型技術人才，以利于學生的就業以及創業。南陽理工學院也需要全面深度融入南陽經濟發展，努力構建與南陽產業結構相適應的教育結構，才能迅速、科學地定位。近年來，生化學院更新了70%的物理化學實驗教學儀器設備，生化學院及整個理工學院也逐步實現大型儀器共享，為綜合設計性實驗和科研型實驗的開展提供了物質基礎。

參加分層次設計實驗的學生對于物理化學實驗課程內容的設置普遍比較滿意?，F場的技術原理、技術操作、技術評價指標與理論知識緊密結合，既增加了學習理論知識的興趣，也增強了學習的積極性，明確了學習的目標，并且對工程技術有了更進一步的認識。尤其是設計性實驗和科研型實驗，綜合性、創新性思考發揮了極其重要的作用，增強了自信心，對自我價值的評價也上了一個新臺階。此外,學生從自身角度出發，也對科研性實驗提出了改進的建議和方法。

5　結　語

(1)“以現場工程技術為引導，與地方生產技術緊密結合”的指導思想下進行的分層次設計物理化學實驗課程內容，對實驗項目內容進行創新改造設計，實現物理化學實驗課程內容與現場應用的良好結合，充分體現了地方性本科院校轉型發展的需求。

(2)開發驗證性實驗、綜合設計性實驗和科研型實驗的內容和方法，在綜合實踐能力和創新能力培養上體現三層次的物理化學實驗教學內容設計，對實驗教學內容和結構的有獨特的創新。

[1]董洪亮.地方本科院校怎樣轉型(教育視界?聚焦部分本科院校轉型(下))[N].人民日報, 2014-06-19(4).

[2]王清義.高校應在服務地方經濟社會發展中實現轉型[N].河南日報,2015-04-01(3).

[3]戶敏,邵晨,田志壯,等.改革物理化學實驗教學培養應用型創新人才的探索[J].廣州化工, 2014,42(5):156-158.

[4]劉永梅,張晉芬,戴維林,等.新形勢下物理化學實驗內容的設計與思考[J].中國大學教學, 2014(10):88-91.

[5]利明,劉長久.物理化學實驗教學的幾點體會及改革想法[J].高教論壇,2013(10):61-63.

[6]賀德華,麻英.國內外物化實驗教學發展趨勢及對物化實驗教學改革的探討[A].第八屆全國大學化學教學研討會論文集[C].2005:405-410.

[7]李浩,張喜斌,金真,等.地方院校物理化學實驗教學改革探討[J].實驗室研究與探索,2011,30(10):114-116.

[8]歐利輝,習英,沈廣宇,等.地方高校化學學科物理化學實驗教學改革與實踐[J].廣州化工, 2014,42(7):209-211.

[9]周建敏,牛顯春. “大工程觀”下物理化學實驗課的教學改革與探索[J].中國電力教育,2009(11):124-126.

[10]郭婷,孟濤,方伊,等. “理論、實踐與科研三位一體”物理化學實驗教學改革[J].實驗室研究與探索,2015,34(5):138-141.

[11]賀德華,師磊,麻英.科研性實驗在物化實驗教學中的應用[J].實驗技術與管理, 2006,23(11):15-17.

Hierarchical Design of Physical Chemistry Experiment Targeted at Transformation to Technology-applied University*

CHENHai-ling,JIE-yu,LIJin,ZHUYuan-liang

(College of Biological and Chemical Engineering, Nanyang Institute of Technology, Henan Nanyang 473004, China)

To transform to technology-applied university, local colleges must cultivate applied technological talents to facilitate the students’ employment and entrepreneurship, centering on application technology and professional technology. Excessive amounts of verification and demonstration experiments are the existing problems in the traditional physical chemistry experiment, and this can’t meet cultivation requirements of applied technology talents of undergraduate level. With field engineering technology as the guide, three layers of experiments, including the verification experiment, comprehensive design experiment and scientific research experiment, were developed and designed to realize good combination of physical chemistry experiment course content and the field application technology. Through construction of physical chemistry experiment course, a platform of training students’ professional basic experiment ability was built to cultivate the innovative and entrepreneurial talents for the local economic construction, and to meet the demand of transformation.

technology-applied university; transformation development; hierarchical design; physical chemistry experiment

南陽理工學院實踐教學專項教學改革與研究(2016年)。

陳海玲(1974-)，女，博士，副教授，研究方向：金屬腐蝕與防護技術，油田化學劑。

O642.0

A

1001-9677(2016)015-0202-03