以電化學實驗為例談物理化學實驗分層次教學

蘇靜+文衍宣+呂小艷+許雪棠+李斌

摘要：為了提高物理化學實驗課程的教學質量，針對不同專業和類型的學生，開展分層次物理化學實驗教學實踐，既優化了實驗技術手段，又提高了實驗教學設備的利用率，促進了實驗內容的改進和更新，循序漸進地培養了學生的思維和創造能力，為科研實踐打下堅實的基礎。

關鍵詞：物理化學;實驗;分層次教學;電化學

中圖分類號：G642.0 ? ? 文獻標志碼：A ? ? 文章編號：1674-9324（2015）25-0259-02

我國高等教育的規模自上世紀90年代末高校大擴招以來迅猛擴張，在短短不到十年的時間里完成了量的積累，步入了高等教育大眾化階段。但是，隨著高等學校學生數量的不斷增長，教學資源不足的情況也逐漸顯露，成為了拔尖創新人才培養的薄弱環節。針對這一情況，培養學生實踐能力的基礎實驗教學環節在不斷地進行教學改革。合理利用現有的教學資源，有效地引入先進的實驗教學方法，尤其是對不同專業和類型的學生，開展了分層次的實驗教學實踐，這對提高高等學校教學質量具有重大意義。筆者就所指導的理工科專業基礎課——物理化學的分層次實驗教學模式作一些探討。

一、分層次實驗教學模式的建立和內容

我國古代教育家、思想家孔子在幾千年前就有“因材施教”的教育思想，并一直在教學實踐中身體力行。西方教育家也提出了“教育應具有針對性”的理論。上述這些思想都是分層次教育的理論基礎。所謂高等教育階段的分層次教育，有兩方面的含義：①同一門課，不同的專業使用不同的教材;②同一門課，同一專業的不同學生，可選擇不同的授課層次和授課內容[1]。分層次實驗教學改革的關鍵，是要打破所有學生同一培養模式的僵局，利用鮮活的、為不同學生量身打造的不同的教學內容，調動起每個學生參與實驗的積極性。在新的實驗教學環境下，學生自我追求的目標越來越高，所選擇的實驗課層次逐漸提高;學生創新能力、動手能力、實際應用能力也隨之不斷提高[2]。

二、物理化學實驗分層次教學模式的實施

廣西大學化學化工學院物理化學課程組承擔著全校理、工、生、農等專業物理化學課程的理論教學和實驗指導工作，根據專業教學大綱的不同，化學和應用化學這兩門理科專業的物理化學實驗獨立設課，計108學時;而工、生、農專業的物理化學實驗與基礎理論課相結合，實驗部分計33學時。課程組根據教學班級編制實驗班并開展工作：實驗教學分層次培養，分為基礎層次、提高性層次和科研性層次三類，它是在提高實驗課教學效率的同時，把大綱要求的教學與開放性實驗教學結合起來，在規定的實驗時間內，既完成教學大綱要求，又能使能力強、興趣濃的學生在創新精神、動手能力方面得到進一步加強[3]。從表1中可以看出，實驗教學改革不僅注重縱向分層次，使實驗教學循序漸進，在夯實基礎的同時構筑高地;也注重了橫向的分層次，將實驗等級不斷提高，依據學生的專業及他們的意愿和能力，選擇不同層次的實驗，給予學生更大的積極性和創造性的發展空間。

（一）基礎層次

基礎層次主要包括工、生、農等相關專業的學生，占開展物理化學實驗學生的80%以上，該層次強調實驗與理論教學統籌協調，旨在讓學生更深入地理解和掌握物理化學的一些基本原理、基礎技術與實驗方法。目前開設實驗8個，涵蓋了化學熱力學、相平衡、化學動力學、電化學和表面化學的內容。其中電化學部分開設實驗1個：波根多夫對消法測定原電池電動勢。該實驗為驗證性實驗，可使學生對銅、鋅等電極有初步的感性認識，學習電極制備與處理的基本技能以及電化學測量體系的組建、電解池與電解質溶液的選擇等基本操作;通過原電池電動勢的測定實驗，訓練基本物理量電勢的測定以及電位差計的測量原理和正確使用方法。在教學上，由教師嚴格把關，把實驗要求、原理、步驟等較完整地提供給學生，使學生通過實驗，達到感性認識的訓練目的。

（二）提高層次

提高層次實驗開放的對象為本學院化學和應用化學這兩門理科專業的學生，每年向約80名學生開放。旨在使學生在教師的啟發和指導下，通過認真思考和研究完成實驗，達到更高層次上對電化學的全面掌握，除了基礎層次的實驗內容，引入一些實驗技能要求較高，知識點覆蓋更廣泛的實驗，同時開設設計性實驗。該層次開放必修實驗13個，此外還有3～5個設計性實驗。目前的電化學設計性實驗《金屬-空氣電極的制備及性能檢測》是物理化學教學改革過程中將原有實驗《鉛蓄電池及其充放電曲線的測定》改進后開設的，克服了原有使用成品密封鉛蓄電池，學生無法觀察電池的正負極、電解液和隔膜等結構，只能簡單操作測試儀器，實驗內容單一的缺點。并且金屬-空氣電池是目前化學電源的研究熱點之一，改進后的實驗內容不僅涵蓋了原實驗內容的設計要點，更是結合了實驗設備等硬件設施建設情況，貼近社會需求和科學技術發展水平。在教學上，結合理科專業的培養目標，要求提高層次的學生能在預習過程中就能夠結合所學的物理化學知識基本掌握實驗內容。實驗過程中是由學生進行實驗目的、原理和實驗步驟的講解，實驗指導教師做補充并指出實驗要點和注意事項，同時引入討論課或小論文等環節。提高層次學生的教學目標是：掌握實驗原理，實驗操作規范，實驗報告正確，實驗討論合理。上述措施旨在端正理科專業學生的科研態度和提高學以致用的能力，為將來的科研實踐工作打基礎。

（三）科研層次

科研層次的教學是結合我?！按髮W生實驗技能和科技創新能力訓練基金項目”進行的，該項目于2012年7月開始啟動，旨在鼓勵和支持本科生早進課題、早進實驗室、早進團隊，在導師指導下強化實驗技能，參與科學研究或工程設計，增強本科生創新、實踐、創業、就業等四種能力，提高人才培養質量。因此，參與項目的本科生需要開展的是某一科研課題的研究，以有關物理化學實驗技能為基礎，充分利用物理化學基礎實驗室的現有條件，在教師的指導下開展科研活動。項目開展兩年多來，第一批項目已經結題，學生均反映基礎層次和提高層次學到的一些實驗技能，如電池測試、粘度測定，比表面測定等測試技術都能用在科研實踐中，相關理論知識也得到了進一步鞏固。

三、分層次實驗教學模式對實驗室建設的作用

實現分層次實驗教學后，實驗室的建設也可以分層次進行。2014年，課程組出版了新的《物理化學實驗》教材，使大學物理化學實驗適應新的發展形勢：針對更新后的設備，對基礎層次的實驗內容進行了調整，如《乙酸乙酯皂化反應速率常數的測定》。同時，結合本次課程組教師的科研成果增加了一些提高層次的綜合性、設計性實驗，如《藥物有效期的測定》、《TiO2納米材料的制備與表征》等。對科研層次主要是引進先進的精密儀器，提高測定準確率，目前物理化學基礎實驗室已更換了比表面測試儀，不僅能在實驗教學中起作用，更能為學生開展科研項目提供分析測試平臺，利用測試數據發表的科研成果也能夠激勵教師和學生及時地改進實驗方法，不斷更新實驗題目，充分鍛煉教師和學生的實踐能力和創新精神，促進實驗室的建設。

四、結束語

實行物理化學實驗的分層次教學，既優化了實驗技術手段，又提高了實驗教學設備的利用率，促進了實驗內容的改進和更新，并循序漸進地培養了學生的思維和創造能力，縮短了教與學、教學與科研、教科書和現代科學技術的距離，學生獨立開展研究的能力得到很大鍛煉和提高[4]。同時考慮到開設物理化學實驗課程的學生來自于不同的專業的特點，分層次教學不僅使學生具有獲取知識的能力，而且具有綜合應用知識的能力，為本科高年級的科研實踐打下堅實的基礎，這也是我們所作的分層次所希望達到的目的。

參考文獻：

[1]李士，徐治立，李成智，等.創新理論導論[M].北京：中國科學技術大學出版社，2009.

[2]王守信，郭萍.高等學校實驗教學分層次培養模式探討[J].實驗技術與管理，2012，（1）：23-25.

[3]姚利民.當代中國大學生學習狀況的調查[J].清華大學教育研究，2002，（2）：104-108.

[4]姜曉云，楊成全，劉炎松，等.從實際出發，探索分層次實驗教學模式[J].大學物理實驗，2011，（4）：99-101.endprint