物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

陳大勇

(池州學(xué)院 材料與化學(xué)工程系 化學(xué)材料與工程示范中心,安徽 池州2470 00)

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革探索

陳大勇

(池州學(xué)院 材料與化學(xué)工程系 化學(xué)材料與工程示范中心,安徽 池州2470 00)

針對(duì)目前物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的不足，提出以下幾點(diǎn)改進(jìn)措施：（1）編寫(xiě)與實(shí)驗(yàn)條件相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材；（2）建立物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)；（3）應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件輔助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理；（4）開(kāi)設(shè)第二課堂，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新意識(shí)；（5）改革物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程考核方式。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)；改革；教學(xué)

1 當(dāng)前物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)存在的不足

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系與教學(xué)經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展變革，取得了一些顯而易見(jiàn)的成績(jī)。但受一些主觀(guān)和客觀(guān)因素的制約，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)仍存在一些明顯的不足，亟待改進(jìn)。（1）實(shí)驗(yàn)教材建設(shè)落后。外購(gòu)實(shí)驗(yàn)教材的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有資源不匹配，使用的儀器跟不上現(xiàn)代儀器發(fā)展步調(diào)。（2）實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要為驗(yàn)證經(jīng)典的物理化學(xué)理論而設(shè)，缺少與現(xiàn)實(shí)生活、現(xiàn)代前沿科技的融合，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣不高，創(chuàng)新能力不足。（3）物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理多由學(xué)生手工計(jì)算，用坐標(biāo)紙作圖，數(shù)據(jù)處理效率低、數(shù)據(jù)計(jì)算不準(zhǔn)確，作圖不可靠、不美觀(guān)。（4）仍采用傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)形式，未充分發(fā)揮現(xiàn)代信息技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，建立計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。在新的教育形勢(shì)下，傳統(tǒng)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式已與時(shí)代發(fā)展不相適應(yīng)，進(jìn)行改進(jìn)尤為必要。

2 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革措施

2.1 編寫(xiě)與實(shí)驗(yàn)條件相適應(yīng)的實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材

實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材是學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)操作的重要依據(jù)，是實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的整體體現(xiàn)。市售的教材往往在實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)儀器等方面與實(shí)際擁有的實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源不匹配。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)要依據(jù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)大綱，結(jié)合現(xiàn)有和潛在擁有的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)條件，組織相關(guān)骨干教師和實(shí)驗(yàn)技術(shù)人員編寫(xiě)具有針對(duì)性實(shí)驗(yàn)教材。實(shí)驗(yàn)教材不僅要體現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)試劑與儀器等基本內(nèi)容，更重要的是在實(shí)驗(yàn)儀器上要體現(xiàn)自身儀器的特點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)教材編寫(xiě)時(shí)要突出一下幾點(diǎn)[2]：（1）在實(shí)驗(yàn)步驟上要嚴(yán)格依據(jù)自身儀器的特點(diǎn)進(jìn)行編寫(xiě)。對(duì)于一些比較復(fù)雜的儀器的使用方法可以以附錄的形式進(jìn)行說(shuō)明，以便于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)進(jìn)行參考。例如，池州學(xué)院購(gòu)買(mǎi)的電子電位差計(jì)是南大萬(wàn)和生產(chǎn)的EM-3C型數(shù)字式電位差計(jì)。在編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“電池電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定及其應(yīng)用”時(shí)，要緊密結(jié)合EM-3C型數(shù)字式電位差計(jì)的特點(diǎn)進(jìn)行編寫(xiě)。尤其在編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)要體現(xiàn)出EM-3C型數(shù)字式電位差計(jì)的特點(diǎn)，對(duì)EM-3C型數(shù)字式電位差計(jì)的具體使用方法也可以附錄的形式進(jìn)行詳細(xì)的介紹供學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)參考。（2）在編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理時(shí)要融入體現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理軟件的優(yōu)勢(shì)。例如，在“最大氣泡法測(cè)定溶液的表面張力”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中，可說(shuō)明利用EXCEL繪制γ-C曲線(xiàn)的方法。（3）實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材中給出可能用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)供學(xué)生參考。例如，在“揮發(fā)性雙液系氣液平衡相圖的繪制”實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中可給出環(huán)己烷與異丙醇混合液濃度與折射率的關(guān)系供學(xué)生繪制質(zhì)量百分?jǐn)?shù)與折光率關(guān)系曲線(xiàn)使用。

2.2 建立物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)

建設(shè)計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)具有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)。傳統(tǒng)上，實(shí)驗(yàn)之前要求學(xué)生書(shū)寫(xiě)預(yù)習(xí)報(bào)告，但往往學(xué)生在預(yù)習(xí)時(shí)照搬照抄教材中的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟和注意事項(xiàng)等，這很難真正起到預(yù)習(xí)的效果。建設(shè)了計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)后可考慮讓學(xué)生在計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)上進(jìn)行預(yù)習(xí)，這樣既能引發(fā)學(xué)生預(yù)習(xí)的興趣，而且又能仿真實(shí)驗(yàn)過(guò)程，提高預(yù)習(xí)效果從而為進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室做好準(zhǔn)備。（2）有利于避免危險(xiǎn)的發(fā)生和節(jié)約資源、減少污染實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的綠色化。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)常常要使用一些化學(xué)試劑，其中某些化學(xué)試劑對(duì)有毒，對(duì)人體有害。如，“燃燒熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)”要使用萘，而萘對(duì)人體有一定的危害，并且燃燒熱測(cè)定實(shí)驗(yàn)具有一定的危險(xiǎn)性，對(duì)于此類(lèi)實(shí)驗(yàn)可以考慮用計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)代替真實(shí)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程從而避免實(shí)驗(yàn)給對(duì)人體的危害和危險(xiǎn)。

2.3 應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件輔助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理

物理化學(xué)有很多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過(guò)程相當(dāng)復(fù)雜，需要作直線(xiàn)、求截距、斜率或作曲線(xiàn)等。而用坐標(biāo)紙手工作圖既麻煩不準(zhǔn)確而又不美觀(guān)。Microsoft公司開(kāi)發(fā)的Excel、Origin Lab公司開(kāi)發(fā)的 Origin以及Mathwork公司推出的Matlab軟件都具有很強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析、處理與圖形繪制的能力，合理使用這些軟件既能提高數(shù)據(jù)處理效率，又能提高數(shù)據(jù)處理的準(zhǔn)確性和提高作圖的美觀(guān)[4]。利用Origin可以很方便地繪制雙液系的溫度－組成圖。某次實(shí)驗(yàn)得到的環(huán)己烷-異丙醇雙液系氣液平衡組成數(shù)據(jù)如表1所示，利用Origin繪制的溫度－組成圖如圖1所示，其步驟如下：（1）打開(kāi)origin7.0,在data1中插入列C(Y)；（2）在A(X)中輸入沸點(diǎn)，B(Y)中輸入液相組成，C(Y)中輸入汽相組成；（3）點(diǎn)擊line+symbol；（4）在data1中選中相應(yīng)的X、Y，作相應(yīng)設(shè)置；（5）在graph菜單欄里交換X軸和Y軸；（6）對(duì)所得的圖形做相應(yīng)修改。

表1 環(huán)己烷-異丙醇雙液系氣液平衡組成

圖1 環(huán)己烷-異丙醇雙液系溫度–組成圖

2.4 開(kāi)設(shè)第二課堂，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與創(chuàng)新意識(shí)

物理化學(xué)與現(xiàn)實(shí)生活、現(xiàn)代科技密切相關(guān)，開(kāi)設(shè)第二課堂對(duì)提高學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力和培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)和創(chuàng)新能力大有裨益[5]。（1）引入科研項(xiàng)目，開(kāi)設(shè)探索性實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生科研興趣。可以就地取材，從教師的科研項(xiàng)目中合選擇適當(dāng)內(nèi)容設(shè)置探索性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。例如，有的老師從事磁性納米材料的研究，那么如何測(cè)定磁性納米材料的磁化率呢？有的老師從事高分子聚合物的相關(guān)研究，那么是否可以測(cè)定高分子聚合物的摩爾質(zhì)量呢？向?qū)W生提出類(lèi)似的問(wèn)題，讓他們考慮是否可從物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中尋找到答案。例如，利用磁天平測(cè)定磁性納米材料的磁化率是否可行呢？利用粘度法是否可以測(cè)定高分子聚合物的摩爾質(zhì)量呢？此類(lèi)問(wèn)題的提出既可以激發(fā)學(xué)生的興趣，又可以培養(yǎng)學(xué)生的科研意識(shí)。（2）學(xué)以致用，與現(xiàn)實(shí)生活結(jié)合。物理化學(xué)知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活聯(lián)系緊密，利用物理化學(xué)知識(shí)可以解決我們身邊的很多問(wèn)題。利用燃燒熱測(cè)定裝置可測(cè)定萘的燃燒熱，那么是否可以利用燃燒熱測(cè)定裝置測(cè)定我們周?chē)扇脊腆w廢棄物的燃燒熱呢？固體可燃廢棄物燃燒熱的測(cè)定過(guò)程可仿照萘燃燒熱測(cè)定過(guò)程進(jìn)行。首先取苯甲酸為壓片，置于氧彈中，接好線(xiàn)路，充氧，測(cè)定量熱體系的總熱容量。 對(duì)可燃固體廢棄物洗凈，烘干，粉碎、壓片，稱(chēng)重，重復(fù)上述操作，可測(cè)得可燃固體廢棄物的燃燒熱。再如，還可以利用電導(dǎo)率儀測(cè)定飲用水和生活用水的電導(dǎo)率。

3 結(jié)語(yǔ)

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)在基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中占有非常重要的地位。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)要與時(shí)俱進(jìn)，不斷探索新教法、新學(xué)法。針對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)存在的一些不足提出了編寫(xiě)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教材、建立計(jì)算機(jī)仿真平臺(tái)、應(yīng)用計(jì)算機(jī)軟件輔助實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理、開(kāi)設(shè)第二課堂建議，希望對(duì)提高物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果有所裨益。但物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)改革牽涉到教學(xué)的方方面面，其改革是循序漸進(jìn)，不斷探索的過(guò)程。

[1]汪新，吳新民.基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)用書(shū)[M].南京：江蘇教育出版社，2012.

[2]楊濤.MATLAB在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué),2012,29(11):1387-1390.

[3]張洪林，杜敏，孟顯麗.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)理論、實(shí)踐、科研三結(jié)合教學(xué)模式的探索[J].紹興文理學(xué)院學(xué)報(bào),2010,30(8):54-56.

[責(zé)任編輯：束仁龍]

G642

A

1674-1104(2014)03-0131-02

10.13420/j.cnki.jczu.2014.03.039

2013-12-14

池州學(xué)院教學(xué)質(zhì)量工程項(xiàng)目（2010JY040）；池州學(xué)院材料學(xué)重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（2011XK04）；池州學(xué)院應(yīng)用化學(xué)省級(jí)特色專(zhuān)業(yè)項(xiàng)目。

陳大勇（1979-），男，安徽金寨人，池州學(xué)院材料與化學(xué)工程系講師，碩士，主要從事物理化學(xué)的教學(xué)與研究工作。