物理化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

【摘要】根據(jù)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的培養(yǎng)目標(biāo)和教學(xué)特點(diǎn)，以膠體的制備與性質(zhì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)為例，闡述物理化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動(dòng)手能力，把膠體的基本知識(shí)貫穿在實(shí)驗(yàn)中，使學(xué)生進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)有關(guān)膠體的制備和膠體的性質(zhì)。實(shí)踐表明，該綜合實(shí)驗(yàn)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和探索精神，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力，可為物理化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)改革提供參考。

【關(guān)鍵詞】綜合實(shí)驗(yàn)；膠體；物理化學(xué)

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課之一，是學(xué)生學(xué)習(xí)和理解物理化學(xué)理論，綜合運(yùn)用無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和有機(jī)化學(xué)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能不可或缺的組成部分，也是培養(yǎng)學(xué)生提出問題和解決問題能力的重要途徑[1，2]。

物理化學(xué)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)上存在一些問題，比如實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單一，理論與實(shí)踐聯(lián)系不充分。為培養(yǎng)綜合性創(chuàng)新型人才，追蹤全國(guó)高等院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的前沿，我們經(jīng)過探索和研究，對(duì)普通物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)體系，教學(xué)內(nèi)容和方法進(jìn)行了深層次的改革和發(fā)展。在二年級(jí)物理化學(xué)理論課開設(shè)時(shí)，開設(shè)物理化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，在三年級(jí)開設(shè)了綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課。形成了從易到難，從基礎(chǔ)到綜合，從學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)到學(xué)生創(chuàng)新能力、創(chuàng)新思維的培養(yǎng)的新教學(xué)體系，也為后續(xù)的專業(yè)實(shí)驗(yàn)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)[3，4]。下文主要以物理化學(xué)重要組成部分膠體為例來闡述物理化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)的開設(shè)。

1.膠體綜合實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)的意義

物理化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)是以培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐和創(chuàng)新能力為主的實(shí)驗(yàn)課程，是一種理論與實(shí)踐相結(jié)合的教學(xué)探索。針對(duì)物理化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)通常針對(duì)單一內(nèi)容，使學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)理論與實(shí)踐的關(guān)系認(rèn)識(shí)不清，綜合實(shí)驗(yàn)就可以把許多物理化學(xué)理論通過一條主線串聯(lián)起來，提高學(xué)生的理論水平同時(shí)，也培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力。膠體是物理化學(xué)課程的重要內(nèi)容之一，與材料、生物、環(huán)境等學(xué)科有密切的聯(lián)系，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)療衛(wèi)生、自然地理、日常生活等方面有重要的應(yīng)用。通過膠體綜合實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)立，有利于學(xué)生對(duì)膠體的基礎(chǔ)理論、實(shí)驗(yàn)方法及實(shí)際應(yīng)用知識(shí)的完善，也有利于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系的建設(shè)和完善。

2.膠體綜合實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容遵循綜合性實(shí)驗(yàn)的復(fù)合性特征，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用能力，鞏固并加深對(duì)膠體理論和概念的理解；結(jié)合無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)和有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，以及膠體實(shí)驗(yàn)的基本方法、實(shí)驗(yàn)技術(shù)和常用儀器的構(gòu)造原理及使用方法，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力及數(shù)據(jù)分析處理的能力。

本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涵蓋膠體的制備和膠體的性質(zhì)。膠體的制備通常有分散法和凝聚法，分散法包括研磨法、膠溶法、超聲波分散法和電弧法；凝聚法包括化學(xué)凝聚法和物理凝聚法。根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件，我們選擇上述除電弧法的其它方法來制備溶膠，制出的溶膠再用滲析法和超過濾法來凈化。如膠溶法：以新制的氫氧化鐵或氯化銀沉淀分別加入穩(wěn)定劑重新分散，過濾即可制得氫氧化鐵和氯化銀溶膠；再如物理凝聚法：將硫的丙酮溶液滴入90℃左右的熱水中，丙酮蒸發(fā)后，可得硫的水溶膠。通過上述溶膠的制備實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生對(duì)溶膠制備有了全面的理解和掌握。

膠體的性質(zhì)包括光學(xué)性質(zhì)，布朗運(yùn)動(dòng)和電學(xué)性質(zhì)。膠體的光學(xué)性質(zhì)主要是丁達(dá)爾現(xiàn)象的觀察，這也是判斷所制備溶液是否為溶膠的最直觀的判斷，一般用激光筆照射在裝有溶膠的玻璃杯就很容易在光線的垂直方向觀察到的很強(qiáng)烈的散射光。膠體的布朗運(yùn)動(dòng)可以用超顯微鏡來觀察，也可以在Zeta電位儀上觀察。膠體的電學(xué)性質(zhì)中，我們主要訓(xùn)練學(xué)生溶膠的電泳、聚沉和溶膠的Zeta電位測(cè)定。

3.課程的實(shí)踐成效

通過物理化學(xué)綜合實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)踐探索，在材料、化工、應(yīng)用化學(xué)和制藥工程四個(gè)專業(yè)的幾屆本科生教學(xué)中教學(xué)效果良好。學(xué)生加深了對(duì)膠體基礎(chǔ)理論、基本原理的理解，提高了學(xué)生綜合運(yùn)用膠體理論對(duì)材料制備、化學(xué)工程、制藥工程等領(lǐng)域的問題分析和解決的能力，形成較為完整的理論與實(shí)踐相聯(lián)系的知識(shí)體系，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力[5]。同時(shí)，也促進(jìn)了學(xué)生參與課余科研活動(dòng)的熱情。

4. 存在問題

在綜合實(shí)驗(yàn)中存在的主要問題包括實(shí)驗(yàn)儀器、教師和學(xué)生的準(zhǔn)備及異常情況的處理等方面的問題。實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器臺(tái)套數(shù)不足是普遍存在的問題，實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)一直是制約本實(shí)驗(yàn)的一個(gè)關(guān)鍵問題。在膠體制備過程由于多數(shù)使用的是常規(guī)儀器，能滿足至少2人一組進(jìn)行試驗(yàn)，但是溶膠的性質(zhì)測(cè)定中，如電泳、Zeta電位測(cè)定等通常需要學(xué)生排隊(duì)等候。實(shí)驗(yàn)安全也是本實(shí)驗(yàn)經(jīng)常容易忽略的地方，學(xué)生對(duì)強(qiáng)酸強(qiáng)堿的安全操作規(guī)程重視不夠，這需要老師反復(fù)強(qiáng)調(diào)并在實(shí)驗(yàn)中不斷巡視。還有學(xué)生自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟問題較多，比如試劑用量過大，實(shí)驗(yàn)步驟不夠具體，實(shí)驗(yàn)中往往會(huì)產(chǎn)生無從下手的感覺，這也需要老師在實(shí)驗(yàn)前逐一的和學(xué)生溝通討論，快速判斷實(shí)驗(yàn)方案的合理性。以上的一些問題，對(duì)教師提出了新的挑戰(zhàn)，不僅是理論水平和操作技能，也要求老師有足夠的耐心[6]。

參考文獻(xiàn)

[1]宋曉芳，應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的探索與實(shí)踐，廣東化工，2010（37）：147-148.

[2]王可答，劉利軍，侯林，金成樹，綜合實(shí)驗(yàn)淺析，科技教育創(chuàng)新，2011：236-237.

[3]劉品華，汪帆，楊芬，張錫軍，有機(jī)化學(xué)設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐，實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2011（9）：115-117.

[4]曾鳴，嚴(yán)蕾，潘勇軍，范力仁，顧宜，“高分子材料研究方法綜合實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)探索，高分子材料科學(xué)與工程，2011（27）：185-187.

[5]吳勝昔，胡勇，陳忠敏，制藥工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的教學(xué)改革與探索，China Academic Journal Electronic Publishing House，2014：127-128.

[6]劉秀軍，化工及應(yīng)用化學(xué)專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索，實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2007：40-41。