計算機在基礎化學實驗當中的應用

宮竹云 王巖 尹宇新

【摘要】隨著科學技術的進步，教學手段得到不斷地更新，計算機應用到基礎化學實驗當中，使教學效果得到大幅提高，實驗勞動強度大幅降低。采用計算機采集和處理實驗數據，已成為未來基礎化學實驗的大勢所趨。

【關鍵詞】計算機 教學效果 采集 處理 基礎化學

中圖分類號：G642 424 文獻標識碼：A 文章編號：

隨著科學技術的進步，教學手段得到不斷地更新，網絡技術和計算機技術應用于教學之中，使教學效果得到較大幅度的提高。當前，利用計算機技術進行實驗數據的采集和處理是化學實驗方法和手段改革的一個重要方向[1]-[2]。它將大幅度提高實驗教學效果，降低實驗勞動強度。因此，計算機技術應用于實驗教學是當今科學發展的趨勢。

我校基礎化學實驗數據采集和處理中心2012年立項，依靠中央地方共建項目資助，2013年9月建成使用。任課教師編寫《物理化學實驗指導》，該書后附實驗數據處理程序，在輔助物理化學實驗課的教學中發揮了重要作用。

1 計算機應用在基礎化學實驗當中的依據

基礎化學實驗，如：物理化學實驗由于實驗儀器使用量大，許多實驗裝置現在都具備了計算機數據采集條件，同時，物理化學實驗（個別無機與分析化學實驗）數據處理多數是作圖取直線的斜率、截距，學生一直是手工采集和繪制，既不準確，又費時費力。在一定程度上影響了學生學習實驗課程的積極性，也浪費了學生大量的寶貴學習時間。應用計算機進行繪圖、處理實驗數據，對學生也是另一種能力的培養。在學生的畢業環節、研究成果的學術論文的撰寫中都是有實際意義，可以說這方面的能力也是學生實驗技能中的重要部分之一。

由于我校每個學期學習無機與分析化學實驗、有機化學實驗、物理化學實驗、化工原理實驗的學生有70多個班近2000余人，如果每個班的學生都浪費大量的時間進行實驗數據采集和數據處理，對學生學習將是一個較大的負擔，會花費掉學生大量的寶貴學習時間，也會影響其對學習其它課程的學習。因此，使用計算機進行數據采集和數據處理，使其在教學中發揮最大作用，變得十分重要。

1.1 硬件資源

依靠中央地方共建項目支持電腦六十臺，用于建設基礎化學實驗數據處理和采集中心。這些電腦一部分和實驗設備相連，用于數據采集；一部分作為學生處理實驗數據用。保證學生有足夠的電腦進行實驗操作和數據處理。

1.2 軟件資源

購買了南京大學應用物理研究所研制的合金相圖等軟件，支持數據采集系統。任課教師編寫《物理化學實驗指導》，并在該書后面附如何使用計算機進行數據處理的內容。簡便易懂的實驗操作和實驗處理方法，保證學生在實驗過程中快速而獨立完成。

2 計算機應用在基礎化學實驗當中的優越性

傳統基礎化學實驗，學生用于采集實驗數據和處理實驗數據的時間較長，且往往得出的數據準確性和可靠性也不高。因此，為了提高實驗數據的準確性和可靠性，我校建成基礎化學實驗數據采集和處理中心。這不僅改善了學生的實驗操作條件，還調動了學生動手操作實驗儀器的能力，為以后做專業實驗，以及做畢業設計論文，都有不小的幫助。

2.1 有無計算機操作環境下實驗數據處理對比

學生在計算操作環境下，Excel繪制實驗數據曲線和學生在無計算機操作環境下，采用手繪實驗數據曲線，見圖1-圖2。從圖中可以看出，有數據采集系統以后，學生只要按照指導老師的講解，做出數據，數據采集系統就會自動繪制出理想曲線，這樣，即降低了學生實驗操作難度，還大大提高了實驗準確性；而手繪的曲線有些實驗數據點不合理，學生也無法看出，導致最后整個實驗得出結論有很大偏差。因此，計算機繪圖，對學生的實驗操作顯得越來越重要。

2.2 提高學生實驗操作積極性

傳統基礎化學實驗操作時間長，學生在做完實驗以后還得進行手繪實驗數據圖，而且由于受實驗條件，以及操作不當等因素的影響，實驗數據往往很不準確，繪制出的數據圖形往往誤差很大，日積月累造成學生厭學的傾向。引進數據采集系統以及計算機處理實驗數據以后，大大調動了學生的實驗積極性。老師在對學生進行實驗指導，以及儀器操作以后，學生可以快速而準確地操作實驗儀器，并得出較理想數據。然后再到實驗數據處理中心進行數據處理，從而得出理想曲線。學生不僅節約了大量的實驗操作時間，還熟練了Excel軟件使用，使復雜而枯燥的化學實驗，變得既簡單又快捷。

2.3 提高學生的計算機應用能力

學生在進行實驗數據的處理時，要采用Excel2000和Origin6.0等軟件進行數據處理和繪制曲線。每個學期，學生的物理化學實驗項目均在4到8個，學生往往在掌握了前兩個實驗項目實驗數據處理的方法以后，后面幾個實驗的數據處理學生自己設計公式，主動上機處理實驗數據，從而能夠最短的時間內得到所求結果，在第一時間內學生了解自己實驗結果的優劣。這不僅提高了學生的計算機應用能力[3]，還增強了學生對處理實驗數據的樂趣和興趣，可謂一舉兩得。

3. 計算機應用在基礎化學實驗當中的推廣

2013年下半年開始，物理化學實驗就率先開始采用計算機處理和采集實驗數據。先后有12級、13級共計約70余個班級，近2000余名學生使用計算機處理和采集實驗數據。這些學生所在專業包括輕化工程、無機與非金屬材料、應用化學、食品科學與工程、生物工程等12個專業（見表1）。只要學習物理化學的學生，已經全部使用了計算機采集和處理實驗數據。

4. 展望

計算機應用到基礎化學實驗當中，是未來基礎化學實驗的大勢所趨。目前，我校的基礎化學實驗還未能做到，所有需要數據采集的實驗，均有數據采集設備。另外，計算機應用到基礎化學實驗，也為計算機應用到其他專業實驗提供了參考。更為學生今后做畢業設計論文打下了夯實的基礎。

計算機采集和處理數據，不僅可以應用到基礎化學的實驗當中，也可以應用到其他實驗課當中。學生有了基礎化學計算機操作的基礎，再做其他實驗，只要明白計算機操作原理，就能輕松而熟練的操作，并能準確得到理想數據。可以說，應用前景十分廣泛。

【參考文獻】

[1]徐維清，孫爾康，吳奕，等. 溶解熱測定實驗的自動測控系統[J].大學化學，2000， 15（5）：41-42.

[2]孫虹，陳紅，王章彪，等.基礎化學實驗教學體系教學改革的實踐與探討[J].合肥學院學報，2007，17（4）：87-90.

[3]梁世強，陸益民.模擬化學實驗室的創建與教學效果初探[J].實驗室研究與探索，2005，24（2）：8-9、16.