中美物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容的比較研究

許新華　王曉崗　王國(guó)平

摘要：中關(guān)兩國(guó)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材具有不同的風(fēng)格。美國(guó)教材除了關(guān)注傳授實(shí)驗(yàn)技術(shù)和驗(yàn)證理論原理之外，更為關(guān)鍵的是要培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力，因此其實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更為綜合和先進(jìn)，所討論實(shí)驗(yàn)課題的深度甚至超過(guò)一般的物理化學(xué)理論教科書(shū)。美國(guó)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材的期望目標(biāo)是幫助學(xué)生成為專(zhuān)業(yè)科學(xué)家和工程師，這個(gè)思路為國(guó)內(nèi)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材改革提供了一種全新的方向。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)；教材；比較研究

國(guó)內(nèi)高校對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的改革一直在持續(xù)進(jìn)行，尤其是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)理念、課程體系和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的改革獲得了重點(diǎn)關(guān)注，呈現(xiàn)出多樣化的發(fā)展趨勢(shì)。比如更新實(shí)驗(yàn)教學(xué)的儀器設(shè)備，增加綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，將科研內(nèi)容引入基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，采用多種實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式（如開(kāi)放實(shí)驗(yàn)教學(xué)），使用計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)（CAI），乃至變革實(shí)驗(yàn)教學(xué)的組織體系，開(kāi)展多層次實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)等。這些教學(xué)研究的探索和實(shí)踐對(duì)培養(yǎng)大學(xué)生的創(chuàng)新能力起到了積極的促進(jìn)作用。與此同時(shí)，國(guó)內(nèi)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教材編著工作也蓬勃發(fā)展，經(jīng)典教材不斷再版，新編教材也如雨后春筍般大量涌現(xiàn)。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的關(guān)鍵在于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的創(chuàng)新發(fā)展，使之符合國(guó)際化學(xué)教育的總體趨勢(shì)。目前，這方面的研究還比較粗淺，本文試圖通過(guò)比較中、美兩國(guó)公開(kāi)出版的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材，分析研究在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念上的差異，及其對(duì)具體實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的影響，意在他山之石，可以攻玉。

一、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的功能與作用問(wèn)題

國(guó)內(nèi)高校對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的定位體現(xiàn)在教材前言或緒論中，典型表述可概括如下：使學(xué)生初步了解物理化學(xué)的實(shí)驗(yàn)研究思路，掌握物理化學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)和技能，學(xué)會(huì)一些重要物理化學(xué)性能的測(cè)定方法，體驗(yàn)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的完整過(guò)程一現(xiàn)象的觀(guān)察和記錄、條件的判斷和選擇、數(shù)據(jù)的測(cè)量和處理、結(jié)果的分析和歸納等，加深對(duì)物理化學(xué)基本理論的理解，增強(qiáng)應(yīng)用物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

由此可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的定位是從屬于物理化學(xué)課程的，設(shè)置實(shí)驗(yàn)課程的目的是幫助學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的方式理解深?yuàn)W難懂的物理化學(xué)原理，在此過(guò)程中，自然也要學(xué)習(xí)一些實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，以及數(shù)據(jù)分析和處理方法等。這種理念本身并沒(méi)有任何錯(cuò)誤，且自20世紀(jì)70年代末一直貫徹至今，這些表述與美國(guó)威斯康星大學(xué)的Daniels教授在1970年編寫(xiě)的Experimental Physical Chemistry（第七版）前言中的表達(dá)幾乎完全一樣：To illustrate the principles of physical chemistry，to train in careful experimentation.to develop familiarity with apparatus，to encourage ability in research-these are the purposes of this book.as stated in the first edition 40 years ago.

由于改革開(kāi)放后最早一批國(guó)內(nèi)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材的編寫(xiě)基本就是參照Daniels及其同時(shí)代作者的經(jīng)典教材內(nèi)容進(jìn)行的，照搬理念無(wú)可厚非，至少當(dāng)時(shí)是與國(guó)際化學(xué)教育界的理念基本同步的。問(wèn)題是按照Daniels的說(shuō)法，這些理念可是從20世紀(jì)20-30年代沿用下來(lái)的，到今天已經(jīng)差不多一個(gè)世紀(jì)了。難道近百年來(lái)國(guó)際物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念就沒(méi)有發(fā)生改變嗎？

情況顯然不是這樣的。事實(shí)上，美國(guó)化學(xué)會(huì)在1993年出版的物理化學(xué)教學(xué)研究論文集中就提出了物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的新理念，并在2008年出版的論文集中再次革新了物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的理念。這些理念在美國(guó)近年出版的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中有清晰的表述，比如：

The physical chemistry laboratory course has a crucial function：to place the abs～act concepts encountered in lecture into an experimental.experiential，context.The laboratory should not only introduce students to rigorous experimental methods，record keeping，and report writing；it should also emphasize the experimental origins of scientific knowledge and development of new approaches and ideas.

Such experimental work should not just demonstrate established principles but should also develop research aptitudes by providing experience with the kind of measurements that can yield important new results.……In short.the aim is to help you become a productive research scientist.

作為當(dāng)今國(guó)際化學(xué)教育界的主流，美國(guó)的教學(xué)理念認(rèn)為物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程不僅僅是讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證已有的理論、學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)，更為重要的是向?qū)W生展示科學(xué)知識(shí)的實(shí)驗(yàn)起源，發(fā)展新的研究途徑，激發(fā)學(xué)生的研究天賦，最終培養(yǎng)學(xué)生成為有成就的研究型科學(xué)家。

從國(guó)內(nèi)和美國(guó)對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的定位看，前者的主要意圖是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ笳邉t試圖使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲得科學(xué)思想和思維方式。換句話(huà)說(shuō)，國(guó)內(nèi)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)主要是“授術(shù)”，而美國(guó)則更注重“傳道”。可見(jiàn)，美國(guó)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)理念的層次高于目前國(guó)內(nèi)教材的認(rèn)識(shí)水平。

課程定位的差異導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念的差異，這尤其表現(xiàn)在二者對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的闡述方式上。Shoemaker在教材前言中指出，他們編寫(xiě)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)并不僅僅著重于物理化學(xué)的“實(shí)驗(yàn)技術(shù)”或“分析應(yīng)用”、刻畫(huà)或檢驗(yàn)理論原理，更要發(fā)展學(xué)生的研究取向，因此在實(shí)驗(yàn)原理的闡述上非常詳盡，以使學(xué)生清晰理解所用的實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)計(jì)算過(guò)程和最終結(jié)果有效性，實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容的廣度和深度都會(huì)超過(guò)基礎(chǔ)物理化學(xué)理論課程教材。這種理念背后的蘊(yùn)意就是物理化學(xué)的學(xué)習(xí)既可以通過(guò)理論課程的講授，也可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)踐，兩種途徑是并重的，甚至實(shí)驗(yàn)教學(xué)比理論教學(xué)層次更高，因?yàn)槔碚摻虒W(xué)只是學(xué)習(xí)已有的知識(shí)，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)則是要掌握產(chǎn)生新知識(shí)的途徑和方法。這與國(guó)內(nèi)的教學(xué)理念有較大差別，我們往往認(rèn)為理論課程是學(xué)習(xí)的主要途徑，實(shí)驗(yàn)是對(duì)理論課程的補(bǔ)充，既然完成實(shí)驗(yàn)所需的物理化學(xué)原理已經(jīng)在理論課本中敘述過(guò)了，則實(shí)驗(yàn)教材對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的描述就相對(duì)簡(jiǎn)潔了。

二、實(shí)例對(duì)比分析

下面我們將對(duì)中美物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中的一些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行對(duì)比分析，說(shuō)明教學(xué)理念的差異引起的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容的差別。由于中美國(guó)情不同，這里所選的實(shí)例不涉及使用高水平精密儀器的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

1.燃燒熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)

中美兩國(guó)教材均采用氧彈量熱計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)定，實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟基本相同。國(guó)內(nèi)教材要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，直接計(jì)算出固體有機(jī)物實(shí)驗(yàn)條件下的燃燒熱△cU和焓變△cH。在Halpem的教材中，學(xué)生被要求計(jì)算出固體有機(jī)物的生成熱，而且是標(biāo)準(zhǔn)生成熱，這就涉及由實(shí)驗(yàn)條件換算到標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下熱力學(xué)函數(shù)的修正過(guò)程。標(biāo)準(zhǔn)態(tài)及標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下的熱力學(xué)函數(shù)是物理化學(xué)中令學(xué)生感到神秘和困惑的內(nèi)容，即使理論教材也很少涉及如何由實(shí)驗(yàn)測(cè)定得到標(biāo)準(zhǔn)態(tài)熱力學(xué)函數(shù)的方法。國(guó)內(nèi)教材僅就事論事地要求學(xué)生完成“實(shí)驗(yàn)測(cè)定一直接結(jié)果”的過(guò)程；而美國(guó)教材則要完成“實(shí)驗(yàn)測(cè)定一直接結(jié)果一條件修正一標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)”這樣一個(gè)過(guò)程，得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)論接近公認(rèn)的化學(xué)熱力學(xué)文獻(xiàn)，這完全就是在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中模擬科研工作，以培養(yǎng)學(xué)生的研究能力為目標(biāo)了。

此外，就實(shí)驗(yàn)技術(shù)而言，這個(gè)實(shí)驗(yàn)中涉及溫度測(cè)量的雷諾校正問(wèn)題，Shoemaker的教材中專(zhuān)門(mén)花了很大的篇幅推導(dǎo)了相關(guān)理論。國(guó)內(nèi)教材對(duì)此問(wèn)題主要做了定性解釋。

2.二組分氣液平衡相圖測(cè)定實(shí)驗(yàn)

中美兩國(guó)教材均采用折光率測(cè)量法進(jìn)行溶液組成的測(cè)定，實(shí)驗(yàn)方法和實(shí)驗(yàn)步驟基本相同。國(guó)內(nèi)教材要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，最終繪出實(shí)驗(yàn)條件下二組分體系的溫度一組成圖（T-x圖），與燃燒熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)一樣，這仍然是一個(gè)“實(shí)驗(yàn)測(cè)定一直接結(jié)果”的過(guò)程。Halpem在教材中首先從化學(xué)勢(shì)的表達(dá)開(kāi)始推導(dǎo)，先獲得理想溶液的公式表達(dá)，再利用vail Laar公式獲得活度系數(shù)表達(dá)式，最后利用計(jì)算得到的參數(shù)，要求學(xué)生模擬計(jì)算實(shí)驗(yàn)體系的理論相圖，最終獲得實(shí)測(cè)T-x圖、理論p-x圖和非常壓T-x圖三種結(jié)果。二者對(duì)比，國(guó)內(nèi)教材對(duì)該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)顯然是就事論事，測(cè)量什么就畫(huà)什么；而美國(guó)教材則由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出相圖后，分析計(jì)算相關(guān)參數(shù)，再用這些參數(shù)反過(guò)來(lái)進(jìn)行理論計(jì)算，學(xué)生在完成實(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)歷了“實(shí)驗(yàn)測(cè)定-直接結(jié)果-參數(shù)計(jì)算-理論模擬-相互對(duì)比”的過(guò)程，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的水平和對(duì)學(xué)生科研能力訓(xùn)練的程度都相當(dāng)高。

3.溶液表面吸附測(cè)定實(shí)驗(yàn)

這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)中美教材有很大區(qū)別。美國(guó)教材一般是用多種實(shí)驗(yàn)方法（如毛細(xì)管上升法、吊環(huán)法、滴重法等）測(cè)定多種類(lèi)型溶液（如有機(jī)物、鹽類(lèi)、表面活性劑等）的表面張力，然后根據(jù)吉布斯吸附公式進(jìn)行一些計(jì)算。而國(guó)內(nèi)教材普遍通過(guò)測(cè)定有機(jī)醇溶液的表面張力，利用吉布斯吸附公式和朗格繆吸附方程結(jié)合，通過(guò)線(xiàn)性擬合獲得表面滿(mǎn)單層吸附量數(shù)據(jù)，進(jìn)而推算溶質(zhì)分子的橫截面積。看起來(lái)國(guó)內(nèi)教材的實(shí)驗(yàn)水平要高一些，實(shí)際上卻是不盡合理，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)常用的乙醇或正丁醇水溶液體系并不符合朗格繆吸附方程（參見(jiàn)熱力學(xué)大師Guggenheim的經(jīng)典論文），也就是說(shuō)國(guó)內(nèi)教材基本上都是采用了錯(cuò)誤的實(shí)驗(yàn)體系指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，拋棄了熱力學(xué)意義上更加嚴(yán)格的吉布斯吸附公式。反觀(guān)美國(guó)教材則比較嚴(yán)謹(jǐn)，在不確定實(shí)驗(yàn)體系性質(zhì)的情況下，不貿(mào)然采用朗格繆吸附方程，而是扎扎實(shí)實(shí)地用好根據(jù)熱力學(xué)原理推導(dǎo)得出的吉布斯吸附公式。

4.電導(dǎo)法測(cè)定乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)

這是國(guó)內(nèi)教材普遍采用的一個(gè)化學(xué)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，用電導(dǎo)法進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)條件固定為反應(yīng)物乙酸乙酯和氫氧化鈉的初始濃度相等，以簡(jiǎn)化理論方程和計(jì)算過(guò)程。這個(gè)實(shí)驗(yàn)在近年出版的美國(guó)教材中己經(jīng)取消了，但是在早期的Daniels實(shí)驗(yàn)教材中仍然是有的，即便如此，Daniels教材中關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的豐富復(fù)雜程度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)目前國(guó)內(nèi)教材。因?yàn)殡m然這是一個(gè)典型的二級(jí)反應(yīng)，但是二級(jí)反應(yīng)可以分為A+A型和A+B型，取決于反應(yīng)物初始濃度的相對(duì)大小，二者適用完全不同的理論方程，其中A+B型（即兩個(gè)反應(yīng)物初始濃度不相等）的速率方程非常復(fù)雜，Daniels教材中對(duì)這兩種類(lèi)型都進(jìn)行了仔細(xì)討論，并要求學(xué)生設(shè)計(jì)不同的情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理。事實(shí)上，維持兩個(gè)反應(yīng)物初始濃度相等幾乎是不可能完成的任務(wù)，因?yàn)橐宜嵋阴ゾ哂袚]發(fā)性，而氫氧化鈉溶液也會(huì)不斷吸收空氣中的CO2而改變濃度，只要實(shí)驗(yàn)試劑放置一段時(shí)間后就會(huì)偏離這個(gè)要求，因此國(guó)內(nèi)教材的簡(jiǎn)單化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)往往導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏離所用的理論方程，造成學(xué)生的困惑。

5.臨界膠束濃度測(cè)定實(shí)驗(yàn)

國(guó)內(nèi)大部分教材中已經(jīng)取消了這個(gè)表面化學(xué)實(shí)驗(yàn)，僅少部分教材保留，因?yàn)榫蛯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)該實(shí)驗(yàn)完全可有可無(wú)：實(shí)驗(yàn)采用電導(dǎo)法測(cè)定電導(dǎo)率與表面活性劑濃度關(guān)系，由濃度一電導(dǎo)率曲線(xiàn)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)判讀臨界膠束濃度（CMC），教材中幾乎沒(méi)有任何關(guān)于膠束性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)理論探討和定量分析過(guò)程。然而這個(gè)實(shí)驗(yàn)在美國(guó)教材中卻普遍采用，實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法類(lèi)似，但是測(cè)算出cMc的目的是進(jìn)一步探討膠束離子團(tuán)的結(jié)構(gòu)，因此通過(guò)熱力學(xué)推導(dǎo)過(guò)程，并結(jié)合斯托克斯一愛(ài)因斯坦方程，得出臨界膠束濃度與膠束聚集度和電離程度的關(guān)系，最終得到表面活性劑膠束的微觀(guān)結(jié)構(gòu)信息，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論水平和數(shù)據(jù)分析技巧非常高，實(shí)驗(yàn)理論的深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)一般物理化學(xué)理論教科書(shū)。

上面案例中，既有中美兩國(guó)都采用、且實(shí)驗(yàn)方法基本相同的（案例1和2），也有中美兩國(guó)都采用、但是實(shí)驗(yàn)方法有異的（案例3），還有中美兩國(guó)分別采用的（案例4和5）。無(wú)論哪種情況，國(guó)內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本模式都是“實(shí)驗(yàn)測(cè)定-直接結(jié)果”，而美國(guó)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)往往在“直接結(jié)果”之后還有進(jìn)一步研究拓展的內(nèi)容，這種差異正是對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程定位差異的體現(xiàn)，我們是要學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技術(shù)、驗(yàn)證理論原理，而美國(guó)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還要培養(yǎng)學(xué)生成為科學(xué)研究的人才，課程培養(yǎng)目標(biāo)顯然是有高低之分的。

三、美國(guó)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材的其他可借鑒之處

除了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念以外，美國(guó)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材還有以下幾個(gè)方面值得借鑒。

1.重視融合生物化學(xué)和立體化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

傳統(tǒng)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)主要涉及無(wú)機(jī)物之間或者無(wú)機(jī)物與簡(jiǎn)單有機(jī)物之間的反應(yīng)；近年來(lái)美國(guó)物理化學(xué)教材中將生化反應(yīng)引入實(shí)驗(yàn)體系中，替代了部分傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使得反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過(guò)程變得更加復(fù)雜。比如涉及連續(xù)-可逆基元反應(yīng)步驟組合的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程，以及不符合經(jīng)典米開(kāi)利-蒙頓酶催化模型的酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過(guò)程等。除此以外，手性分子的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過(guò)程研究也被引入基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。這些項(xiàng)目大大拓展了傳統(tǒng)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的范圍，而且大部分并不涉及復(fù)雜昂貴的儀器，非常有創(chuàng)新性。國(guó)內(nèi)教材在這方面需要加強(qiáng)。

2.重視計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力的培養(yǎng)

美國(guó)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程度較深，計(jì)算過(guò)程繁雜，已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的手工計(jì)算能夠完成，因此非常強(qiáng)調(diào)采用商業(yè)化的科學(xué)計(jì)算程序完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和圖譜繪制工作，比如線(xiàn)性回歸擬合、非線(xiàn)性回歸擬合、數(shù)據(jù)剝離等，而這方面也是現(xiàn)代研究工作的常規(guī)做法，學(xué)生通過(guò)這樣的實(shí)踐，能夠獲得很好的科研素質(zhì)訓(xùn)練。國(guó)內(nèi)教材在這方面很少專(zhuān)門(mén)強(qiáng)調(diào)，仍然以手工數(shù)據(jù)處理為主，這也反映出國(guó)內(nèi)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目總體的設(shè)計(jì)水平仍有待提高。

3.重視化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的安全性

美國(guó)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都列有單獨(dú)的章節(jié)，用于說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)可能涉及的安全問(wèn)題，包括試劑的毒性與人體防護(hù)、儀器的安全操作和廢棄物品回收等，以保證參加實(shí)驗(yàn)學(xué)生的人身安全。國(guó)內(nèi)教材在這方面也較為欠缺，一般就是在緒論中泛泛談一下實(shí)驗(yàn)室安全注意事項(xiàng)等，并沒(méi)有針對(duì)每個(gè)具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的安全指南。同時(shí)，出于安全需要，近年來(lái)國(guó)內(nèi)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中大量減少了有毒有害化學(xué)試劑的使用，代之以毒性程度較低的試劑，或者干脆取消了一部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這當(dāng)然有利于學(xué)生的健康和環(huán)境保護(hù)，但是化學(xué)自從誕生的那天起，就與毒性、燃燒、爆炸等危險(xiǎn)字眼聯(lián)系在一起，解決這些問(wèn)題以保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和安全防護(hù)上加大投入，而不是采用目前這種辦法。如果教材里都不涉及這些包含化學(xué)特質(zhì)的東西，學(xué)生也沒(méi)有嘗試這方面的規(guī)范操作，是否也不利于化學(xué)專(zhuān)門(mén)人才的培養(yǎng)呢？

4.重視實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫(xiě)

美國(guó)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材非常重視指導(dǎo)學(xué)生如何撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并將其當(dāng)做學(xué)生科研能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容、章節(jié)安排、圖表繪制標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)果討論和文獻(xiàn)引用等環(huán)節(jié)均以美國(guó)化學(xué)會(huì)（ACS）和美國(guó)物理學(xué)會(huì)（AIP）論文寫(xiě)作指南為依據(jù)，并且在教材中專(zhuān)門(mén)列出章節(jié)詳細(xì)說(shuō)明。Shoemaker在其教材中甚至舉例說(shuō)明某句話(huà)應(yīng)該怎樣寫(xiě)、某個(gè)物理量應(yīng)該如何表示才算符合科學(xué)論文的寫(xiě)作規(guī)范，并用一篇實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)例進(jìn)行逐頁(yè)評(píng)論。按照Halpem的說(shuō)法，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程要教會(huì)學(xué)生像科學(xué)家或者工程師那樣進(jìn)行寫(xiě)作，而不是像學(xué)生那樣去寫(xiě)作。這種寫(xiě)作的要求當(dāng)然是與其教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念相符合的。反觀(guān)國(guó)內(nèi)的同類(lèi)教材，由于涉及理論深度不夠，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的廣度和深度都很小，即使學(xué)生想把實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫(xiě)成科學(xué)論文形式，也是“巧婦難為無(wú)米之炊”。

對(duì)比中美兩國(guó)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材可以看出，美國(guó)教材更加注重實(shí)驗(yàn)本身包含的科研模式，將物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程與物理化學(xué)理論課程同等看待，并且將物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程看做是學(xué)習(xí)物理化學(xué)原理的重要途徑之一；而國(guó)內(nèi)教材仍然將物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)做理論課的附屬，做實(shí)驗(yàn)是為了鞏固理論課堂學(xué)習(xí)的知識(shí)。這種教學(xué)理念上的差異導(dǎo)致國(guó)內(nèi)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材的理論部分非常簡(jiǎn)略，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的層次不高，僅能達(dá)成有限的完成學(xué)習(xí)的教學(xué)目的；而美國(guó)教材則力求將每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都當(dāng)做學(xué)生進(jìn)行科研訓(xùn)練的一個(gè)過(guò)程，所希望達(dá)成的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)出專(zhuān)業(yè)科學(xué)家和工程師。由此可見(jiàn)，國(guó)內(nèi)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材的編寫(xiě)水平與國(guó)際化學(xué)界的主流尚有差距，必須加強(qiáng)教學(xué)改革和研究，迎頭趕上。

[本文系同濟(jì)大學(xué)第十一期實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革專(zhuān)項(xiàng)基金項(xiàng)目1380104087、浙江省2015年高等教育改革項(xiàng)目kg2015028的研究成果]

[責(zé)任編輯：余大品]