新形勢下高校物理化學實驗的改革與探索*

丁 祥，靳俊玲，黃小兵，肖安國，陳遠道，左成鋼

(湖南文理學院化學與材料工程學院，湖南 常德 415000)

隨著我國教育事業不斷推進與發展，本科教育已得到了普及。然而，隨著科學技術的高速發展，現代社會對人才的需求已經轉向綜合型、創新型，和應用型等，高校教育的一個重要目標即培養社會經濟發展所需要的應用型和創新型人才。物理化學課程是高校化學類專業課中一門理論性較強的基礎課程，是使用物理學的理論和方法分析化學行為的規律，研究物質的構造原理及其相互關系的學科，對于研究和分析實驗現象有重要作用[1-7]。學好物理化學，可幫助學生構建完善的知識體系，更好地理論聯系實際，從而提高創新能力。對于物理化學課程的學習，除了基礎理論，物理化學實驗也是課程的重要部分。通過實驗操作，物理化學的理論基礎知識可得到復習和鞏固，可使學生掌握物理化學的實驗方法。通過物理化學實驗的整個過程，包括撰寫預習報告、操作實驗、觀察和思考實驗現象、處理實驗數據、分析和討論實驗結果、撰寫完整實驗報告，能快速提高學生利用物理化學理論知識分析和解釋問題的能力，以及培養學生具有精益求精的學習作風和嚴謹求實的科學態度[8-11]。然而，目前高校物理化學實驗的教學現狀不能很好地順應現代科技對創新型和應用型人才需求的新形勢[12-14]，需要推進深度的教學改革，以提高實驗教學質量，提高學生的動手能力、解決問題的能力。

1 物理化學實驗教學現狀

物理化學實驗課題鍛煉學生的實踐能力和分析問題能力，物理化學實驗的教學已經有幾十年的歷程，然而隨著科學技術的不斷推進，現代社會對人才的需求趨向于高素質和多元化，物理化學實驗的教學中仍然存在一些問題：(1)實驗教學方法陳舊。目前，物理化學實驗仍停留于傳統的教師為主導的講授式教學，然而物理化學實驗原理晦澀，學生缺乏主動性，撰寫實驗報告時照搬課本的實驗原理等內容，沒有進行獨立地深入思考和分析。預習程度達不到，在教師講解過程中學生很難跟上講解思路，不能深刻理解實驗原理，導致操作時生搬硬做，達不到做實驗的教學目的。(2)實驗條件不能滿足課程需求。物理化學實驗是理論性和實踐性很強的基礎課程，注重對化學過程中的規律進行深入理解，要求學生能夠運用基礎理論理解實驗原理，獲得合理和真實的數據，也要求學生能夠掌握實驗儀器的操作技術。然而，在教學環節中會出現儀器短缺，每組學生4～6人操作，不能保證學生能夠獨立操作，很大程度上抑制了學生對科學實驗的積極性。另外，一些老舊儀器精度達不到測量要求，影響了實驗結果和教學效果。(3)學生認識不足。在物理化學實驗的教學過程中，完成一份高質量的實驗報告需要在實驗前認真預習原理和操作步驟，實驗過程細心謹慎、勤于觀察和思考，實驗結束后查閱資料，深入分析數據，完成實驗報告。然而很多學生對物化實驗的側重點在實驗操作，反而不注重后期的數據處理和誤差分析，導致學生的自主解決問題能力和文獻查閱能力水平不能得到普遍提高[15]。

2 課程改革的建議

這里，我們針對目前物理化學實驗教學存在的一些問題，結合物理化學課程特點，以及多年來在教學過程中的經驗，對物理化學實驗教學提出了一些教學改革，以期改善實驗的學習效果和提高教學質量，加強學生的創新能力和提高綜合素質。

(1)根據課程要求適當調整實驗內容

物理化學實驗課程通常會設置在第四和第五學期，這階段學生已經通過無機化學、有機化學等課程的學習、積累和理解，已經對化學學科的研究內容、科學定位和發展方向有了一定理解。物理化學和實驗是對前期知識的拓展和提升，它的教學效果對培養學生的創新思維模式、科學嚴謹的治學態度和實事求是的學術作風有直接影響[16-17]。因此，物理化學實驗教學內容的選擇和設計對于達到目標顯得非常重要。首先，物理化學實驗內容除了選取傳統的驗證實驗，也要選取創新性、綜合性、和開放式實驗。將物理化學理論知識和實驗實踐相結合，拓展學生的物理化學知識面，夯實基礎知識、提高實踐能力。第二，根據不同的專業特點，適當調整物理化學實驗內容。根據專業方向的特點和所學理論知識內容進行合理調整實驗，使學生更好地實踐理論知識，有利于學生知識體系的完善和綜合能力的提高。例如，針對材料科學與工程專業的學生，側重選擇粘度法測定水溶性高聚物相對分子質量、二組分固-液相圖的測繪等實驗內容，加強材料專業學生的實踐能力；針對化學專業的學生，側重選擇學習燃燒熱的測定、電導法測定乙酸乙酯皂化反應的速率常數等實驗內容，加強對基礎知識的理解和應用。實驗的選擇重在加強基礎知識的理解和應用，突出各專業的特點，提高學生知識遷移的能力和科研創新的能力。另外，物理化學實驗應與時俱進，教師應多查閱前沿文獻資料，將先進的科學技術知識不斷滲透在物理化學實驗課程之中，結合學科前沿進行設計物理化學實驗；同時不斷鼓勵學生進行獨立思考實驗設計，以提高學生的動手能力和創新能力。

(2)改革教學方式，促進學生獨立思考

物理化學課程的理論知識多晦澀難懂，很多學生在學習過程中缺乏學習主動性，因此教師在實驗指導過程中要多與學生交流，引導學生勤思考，運用實驗教學提高學生對物理化學理論知識的學習興趣和主動性。物理化學實驗教學方式的改革，可從以下兩個方面展開：①預習階段做好問題引導。預習報告主要包括實驗原理、試劑和儀器和實驗步驟。為了提高學生的預習效果，可在實驗之前給學生預留針對性的問題，以幫助學生抓住實驗原理重點和難點，理清實驗思路，理解實驗的本質。例如在“燃燒熱的測定”實驗中，可設置：燃燒熱的定義；氧彈熱量計的基本原理；怎樣消除熱量計與周圍環境的熱交換對溫度測量值的影響；影響點火成功的因素等問題。②實驗講解時發揮學生的主動性。實驗指導教師在講解過程中多設置關于實驗細節的問題，通過提問可以考察學生的預習情況，也可以使學生更熟悉實驗原理、實驗儀器和操作步驟，提高學生對實驗操作的信心，提高學生的主動性和思考的能力。另外，實驗講解過程可引入先進新穎的教學方式如“互動式”、“問題討論式”等調動學生的學習積極性，打造多元化活力課堂。例如可選擇部分實驗如“線性電位掃描法測定鎳在硫酸溶液中的鈍化行為”進行“翻轉課堂”，即教師把需要學習的內容錄制成視頻并發送到互聯網，學生可通過互聯網提前學習。在課堂上師生可進行互動交流，通過對學生分組進行討論實驗的基本原理，關鍵操作步驟等。對于“線性電位掃描法測定鎳在硫酸溶液中的鈍化行為”，教師可設置相應的問題在課堂進行討論，如什么是金屬鈍化，金屬形成鈍化態的原因，影響金屬鈍化過程的因素，金屬陽極極化曲線的特點等。通過討論，學生能更深入地了解實驗原理，在操作階段能夠更細致地觀察和分析實驗現象，從而可孵化更多有創意的想法。③引導學生完成高質量實驗報告，提高學生科研能力。物理化學實驗結束后需要完成報告的后半部分，即數據處理和問題分析，撰寫實驗報告是對一次實驗的總結。很多學生把物理化學實驗的重點放在實驗操作部分，然而實驗報告的撰寫同樣重要。實驗結束后教師可引導學生深入理解實驗原理，分析實驗數據和實驗現象，從而加深對該知識點的理解和應用，提高理論聯系實際的能力。最后，指導教師對知識點進行適當拓展，將前沿知識引入課堂進行總結，有利于提高學生的學科興趣，拓展視野和形成開拓創新的思維。

(3)物理化學實驗課程的成績評定

本科教育要以學生為中心，以培養能力為中心，采用多種教學手段相結合的模式促進學生自主性學習，根據物理化學實驗課程的特點，學生成績考核應貫穿于整個過程，考核標準應細化。我們建議將成績考核分為兩部分，平時考核和期末考核，各占50%。平時考核包括考勤、實驗預習及實驗報告、實驗操作、分組討論情況，回答問題質量等。平時考核應著重考察實驗報告的質量，尤其是數據處理和問題分析，實驗報告強調獨立完成，抄襲和作假均不能得分。期末考核采用閉卷考試或實驗操作。考試內容涉及到對實驗原理的理解、實驗操作及注意事項、知識拓展和應用等。實驗操作考核則是隨機抽取一個做過的實驗進行實際操作，按照操作流程進行成績評定。

3 結 語

物理化學實驗課程的實施可以提高學生對理論知識的理解能力和應用能力，要提升物理化學實驗課程的教學質量，需要指導教師根據專業積極調整課程內容，選擇適合學科專業的實驗，精心設計和講解每個實驗內容，積極引導學生獨立自主完成實驗；并不斷思考和豐富課程內容，將學科前沿知識引入本科課程，引導學生不斷思考，從而拓展學生的視野，提高學生的學科興趣，培養學生的科研能力和創新能力。