對建立自動化實驗條件下物理實驗的思考

杜朝禮 王斌禹 湯臣春

【摘要】隨著物理化學實驗儀器設備的自動化水平越來越高，物理化學實驗過程得到了簡化，實驗效率也隨之提高但是，對于高校學生來說，這同時也簡化了一些學習環節，甚至影響物理化學實驗的教學效果。如何合理的做實驗，通過實驗來強化教學質量就成為關鍵的問題。

【關鍵詞】物理化學實驗；自動化；教學質量

1加強實驗前的預習準備

傳統的實驗預習是實驗之前教師將實驗原理、方法步驟、注意事項等布置為學生的課前預習，再通過一系列方法檢查學生預習情況，并記入平時成績[2]。在實驗儀器自動化的新形式下如何做好實驗前的預習對提升教學質量起著至關重要的作用。我們通過長期的教學體會到：在實驗之前不僅要求學生要熟悉實驗原理、實驗步驟及實驗注意事項等，還要把相關儀器設備的原理、構造、操作方法及實驗數據處理方法作為一項重要預習的內容。這樣可以有效的避免學生盲目的按照實驗步驟做完實驗從實驗軟件上得出數據后直接寫實驗報告而不繼續深入思考的問題。另外，利用學校網絡資源，把物理化學實驗教學的相關材料制作成網頁展示在學校網頁上。這樣在實驗開始前，學生除了利用實驗教材或講義進行實驗預習外，還可以上網預習相關的實驗內容。不但可以了解到相關的實驗原理、實驗步驟和數據處理方法等，還可以更為直觀地了解到相關儀器設備的原理、構造、操作方法及注意事項等。

2優化實驗教學模式

傳統的實驗教學模式是教師在實驗之前往往要花大量的時間來介紹實驗的原理、實驗步驟及實驗注意事項等，并且做演示實驗。這樣在有效的教學課時時間內就縮短了學生自己動手實驗的時間。我們認為，在做好第1點中所提及的實驗預習后，上實驗課之時，可以適當的縮短實驗前的講解，重點介紹一下實驗過程中的注意事項后，盡快學生進入實驗。由于采用的是自動化的實驗儀器，新條件下的實驗要比傳統儀器條件下的實驗更簡單方便。學生在實驗過程中就會有大量空余的時間。這時，就可以讓學生結合自己的預習和教師的講解對整個實驗原理過程進行思考。進一步加深學生對整個實驗的理解，而不會出現因為實驗過程的自動化學生坐等實驗結果等不良現象的發生。

3加強實驗數據處理訓練

由于現代化的實驗儀器及計算機技術的發展，把物理化學實驗推入了自動化時代。雖然說物理化學實驗的自動化是科學進步的象征，但是有利也有弊。利在于其自動化進程加速了現代科學研究的步伐，給科研工作者帶來了其大的便利。弊在于對于學習科學知識的學生來說，其自動化進程反而忽略了對學生某些方面的訓練，尤其是計算機對實驗數據的自動處理功能對訓練學生這方面的能力有極大的阻礙作用。不過只要我們處理得當還是可以消除這方面的影響。一方面，我們要求學生利用自動化的物理化學儀器設備進行完整的實驗并得出實驗結果。另一方面，我們還要要求學生回去以后采取相應的實驗數據處理方法進行人工處理。最后，讓學生把儀器得出的結果與自己手動處理的結果進行對比，看看是否存在差異，如果差異過大分析其原因，找出原因并修正后重復處理直到得出正確結果。這樣做有利于學生及時發現自己在實驗處理方面不足，而不是等到老師改完實驗報告后學生才知道自己結果處理錯了，這時很多學生往往會不求甚解。而采用學生自行處理的結果與儀器處理結果對比的方法，學生能通

過對比及時發現自己所處理結果不正確，并會下意識的去思考為什么。這樣做可以很好的調動學生學習的主動性，有效的解決了學生在自動化儀器條件下的懶惰心理。化學反應工程設計高等數學、化工原理、物理化學、化工熱力學、傳遞工程等學科知識，數學推導比較繁瑣復雜，因此，在教學過程中，應采用靈活多變的教學方式，精心設計，舉一反三，培養學生工程分析的能力。在講課方式上，除了應用對比法（如完成相同工業產量，間歇反應器、平推流反應器、全混流反應器反應的體積對比，宏觀動力學和微觀動力學的對比等）、歸納法（如停留時間分布的模型及利弊等）、優化法（如全混流反應器串聯的優化方式、多段反應器各段轉化率、反應溫度優化等）等，教師還應積極創設問題情境，采用“問題解決式”教學法，在教學過程中，教師應在熟悉掌握學生的知識基礎、接受能力際情況，調動和發揮學生學習的主動性，使他們通過積極的思考、操作和演練，使學生體驗知識的生成過程。例如在學習固定床反應器時，讓學生

依據合成氨工藝提出使用的反應器類型，并且根據所學反應工程學的基礎理論，說出為什么要使用這種反應器類型。或者是讓學生根據工廠實際需要，對所需要的反應器進行設計等，讓學生分組展開討論、匯總回報，促使學生理論學習與實踐的結合，培養學生的工程實踐意識和解決工業生產中遇到的實際問題的能力。在教學過程中，筆者根據化學反應工程課程的特點，采用多媒體教學設計的理論方法進行多媒體教學[6-7]。多媒體技術把文字、數據、圖形、圖像、動畫、聲音等多種媒體信息有機結合起來，為學生形象直觀的交互的學習模式，有利于師生間的互動交流和激發學生學習興趣。在《化學反應工程》引入人多媒體教學模式后，能夠生動形象地模擬反應器操作的動畫仿真或播放工程實踐操作過程中的各種影像資料。這樣不僅解決了課程教學中的難題，使學生容易接受，而且豐富了教學內容，提高了課堂教學效果，培養了工程觀念。但在教學實踐中，一定要邊講邊播放，控制好播放速度，控制課堂教學節奏，使課堂教學與學生的思維和諧一致；同時要結合板書，例如在講解本征動力學模型公式的推導要中，要結合板書寫出具體的公式推導過程，控制講解的方式和速度，使學生的思維跟上教師的節奏。因此在化學工程教學中采用多媒體教學和板書相結合，可以使二者更好的互補，從而提高學生的學習效率。

4改革課程考核方式，完善課堂教學效果評價體系。考試是教學過程的指揮棒，考什么，怎樣考，如何評價學生的學習成績，對激發學生的學習興趣非常重要。化學反應工程是一門工業實踐和理論緊密結合的課程，在解決工程問題實踐中，需要用到一些圖表和繁瑣難記的公式，在反應器和設計時也需要一些管道的標準規格尺寸等，因此，不易采用閉卷考試對學生對教學內容的結果進行評價。為了讓學生能夠學好化學反應工程，改變以記憶為主的應試式的學習方法，必須對化學反應工程課程在考試形式和成績評定上進行了改革與嘗試。本課程在進行學生成績測評時采用綜合考試方式，將學生的平時表現和期末考試結合起來評判。其中平時表現成績占總成績的30%，主要包括：出勤情況，聽課情況及完成作業情況等，占10%，小論文的寫作及在課堂討論中的參與情況，占20%。期末考試采用開卷方式，占總成績的70%。考試題目側重于考查學生對知識點的理解和應用，考核學生根據所學理論知識分析、判斷和解決問題的能力。對于計算題的判卷中過程而不注重結果，主要看其思路及對公式的靈活掌握應用情況，充分發揮考試對學生學習的激勵導向作用。

參考文獻：

[1]趙玲，許志美，曹發海，等.科研提高教學品質一科研成果在化學反應工程課程建設中的“四進”[J].化工高等教育，2008，91（3）：43一45.

[2]李克東，謝幼如.多媒體組合教學設計[M].北京：科學出版社，1997.