新形勢(shì)下高校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改革與探索*

丁 祥，靳俊玲，黃小兵，肖安國(guó)，陳遠(yuǎn)道，左成鋼

(湖南文理學(xué)院化學(xué)與材料工程學(xué)院，湖南 常德 415000)

隨著我國(guó)教育事業(yè)不斷推進(jìn)與發(fā)展，本科教育已得到了普及。然而，隨著科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)人才的需求已經(jīng)轉(zhuǎn)向綜合型、創(chuàng)新型，和應(yīng)用型等，高校教育的一個(gè)重要目標(biāo)即培養(yǎng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所需要的應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才。物理化學(xué)課程是高校化學(xué)類專業(yè)課中一門理論性較強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，是使用物理學(xué)的理論和方法分析化學(xué)行為的規(guī)律，研究物質(zhì)的構(gòu)造原理及其相互關(guān)系的學(xué)科，對(duì)于研究和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有重要作用[1-7]。學(xué)好物理化學(xué)，可幫助學(xué)生構(gòu)建完善的知識(shí)體系，更好地理論聯(lián)系實(shí)際，從而提高創(chuàng)新能力。對(duì)于物理化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，除了基礎(chǔ)理論，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)也是課程的重要部分。通過實(shí)驗(yàn)操作，物理化學(xué)的理論基礎(chǔ)知識(shí)可得到復(fù)習(xí)和鞏固，可使學(xué)生掌握物理化學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法。通過物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程，包括撰寫預(yù)習(xí)報(bào)告、操作實(shí)驗(yàn)、觀察和思考實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析和討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果、撰寫完整實(shí)驗(yàn)報(bào)告，能快速提高學(xué)生利用物理化學(xué)理論知識(shí)分析和解釋問題的能力，以及培養(yǎng)學(xué)生具有精益求精的學(xué)習(xí)作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度[8-11]。然而，目前高校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)現(xiàn)狀不能很好地順應(yīng)現(xiàn)代科技對(duì)創(chuàng)新型和應(yīng)用型人才需求的新形勢(shì)[12-14]，需要推進(jìn)深度的教學(xué)改革，以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，提高學(xué)生的動(dòng)手能力、解決問題的能力。

1 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課題鍛煉學(xué)生的實(shí)踐能力和分析問題能力，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)已經(jīng)有幾十年的歷程，然而隨著科學(xué)技術(shù)的不斷推進(jìn)，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)人才的需求趨向于高素質(zhì)和多元化，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中仍然存在一些問題：(1)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法陳舊。目前，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)仍停留于傳統(tǒng)的教師為主導(dǎo)的講授式教學(xué)，然而物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)原理晦澀，學(xué)生缺乏主動(dòng)性，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)照搬課本的實(shí)驗(yàn)原理等內(nèi)容，沒有進(jìn)行獨(dú)立地深入思考和分析。預(yù)習(xí)程度達(dá)不到，在教師講解過程中學(xué)生很難跟上講解思路，不能深刻理解實(shí)驗(yàn)原理，導(dǎo)致操作時(shí)生搬硬做，達(dá)不到做實(shí)驗(yàn)的教學(xué)目的。(2)實(shí)驗(yàn)條件不能滿足課程需求。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是理論性和實(shí)踐性很強(qiáng)的基礎(chǔ)課程，注重對(duì)化學(xué)過程中的規(guī)律進(jìn)行深入理解，要求學(xué)生能夠運(yùn)用基礎(chǔ)理論理解實(shí)驗(yàn)原理，獲得合理和真實(shí)的數(shù)據(jù)，也要求學(xué)生能夠掌握實(shí)驗(yàn)儀器的操作技術(shù)。然而，在教學(xué)環(huán)節(jié)中會(huì)出現(xiàn)儀器短缺，每組學(xué)生4～6人操作，不能保證學(xué)生能夠獨(dú)立操作，很大程度上抑制了學(xué)生對(duì)科學(xué)實(shí)驗(yàn)的積極性。另外，一些老舊儀器精度達(dá)不到測(cè)量要求，影響了實(shí)驗(yàn)結(jié)果和教學(xué)效果。(3)學(xué)生認(rèn)識(shí)不足。在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過程中，完成一份高質(zhì)量的實(shí)驗(yàn)報(bào)告需要在實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真預(yù)習(xí)原理和操作步驟，實(shí)驗(yàn)過程細(xì)心謹(jǐn)慎、勤于觀察和思考，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后查閱資料，深入分析數(shù)據(jù)，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。然而很多學(xué)生對(duì)物化實(shí)驗(yàn)的側(cè)重點(diǎn)在實(shí)驗(yàn)操作，反而不注重后期的數(shù)據(jù)處理和誤差分析，導(dǎo)致學(xué)生的自主解決問題能力和文獻(xiàn)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(duì)目前物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的一些問題，結(jié)合物理化學(xué)課程特點(diǎn)，以及多年來(lái)在教學(xué)過程中的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了一些教學(xué)改革，以期改善實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)效果和提高教學(xué)質(zhì)量，加強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和提高綜合素質(zhì)。

(1)根據(jù)課程要求適當(dāng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程通常會(huì)設(shè)置在第四和第五學(xué)期，這階段學(xué)生已經(jīng)通過無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)等課程的學(xué)習(xí)、積累和理解，已經(jīng)對(duì)化學(xué)學(xué)科的研究?jī)?nèi)容、科學(xué)定位和發(fā)展方向有了一定理解。物理化學(xué)和實(shí)驗(yàn)是對(duì)前期知識(shí)的拓展和提升，它的教學(xué)效果對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維模式、科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度和實(shí)事求是的學(xué)術(shù)作風(fēng)有直接影響[16-17]。因此，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的選擇和設(shè)計(jì)對(duì)于達(dá)到目標(biāo)顯得非常重要。首先，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容除了選取傳統(tǒng)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)，也要選取創(chuàng)新性、綜合性、和開放式實(shí)驗(yàn)。將物理化學(xué)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)實(shí)踐相結(jié)合，拓展學(xué)生的物理化學(xué)知識(shí)面，夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)、提高實(shí)踐能力。第二，根據(jù)不同的專業(yè)特點(diǎn)，適當(dāng)調(diào)整物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。根據(jù)專業(yè)方向的特點(diǎn)和所學(xué)理論知識(shí)內(nèi)容進(jìn)行合理調(diào)整實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生更好地實(shí)踐理論知識(shí)，有利于學(xué)生知識(shí)體系的完善和綜合能力的提高。例如，針對(duì)材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生，側(cè)重選擇粘度法測(cè)定水溶性高聚物相對(duì)分子質(zhì)量、二組分固-液相圖的測(cè)繪等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加強(qiáng)材料專業(yè)學(xué)生的實(shí)踐能力；針對(duì)化學(xué)專業(yè)的學(xué)生，側(cè)重選擇學(xué)習(xí)燃燒熱的測(cè)定、電導(dǎo)法測(cè)定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)等實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，加強(qiáng)對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)的選擇重在加強(qiáng)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和應(yīng)用，突出各專業(yè)的特點(diǎn)，提高學(xué)生知識(shí)遷移的能力和科研創(chuàng)新的能力。另外，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，教師應(yīng)多查閱前沿文獻(xiàn)資料，將先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)知識(shí)不斷滲透在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程之中，結(jié)合學(xué)科前沿進(jìn)行設(shè)計(jì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)；同時(shí)不斷鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行獨(dú)立思考實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，以提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。

(2)改革教學(xué)方式，促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考

物理化學(xué)課程的理論知識(shí)多晦澀難懂，很多學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏學(xué)習(xí)主動(dòng)性，因此教師在實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)過程中要多與學(xué)生交流，引導(dǎo)學(xué)生勤思考，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)教學(xué)提高學(xué)生對(duì)物理化學(xué)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的改革，可從以下兩個(gè)方面展開：①預(yù)習(xí)階段做好問題引導(dǎo)。預(yù)習(xí)報(bào)告主要包括實(shí)驗(yàn)原理、試劑和儀器和實(shí)驗(yàn)步驟。為了提高學(xué)生的預(yù)習(xí)效果，可在實(shí)驗(yàn)之前給學(xué)生預(yù)留針對(duì)性的問題，以幫助學(xué)生抓住實(shí)驗(yàn)原理重點(diǎn)和難點(diǎn)，理清實(shí)驗(yàn)思路，理解實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)。例如在“燃燒熱的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中，可設(shè)置：燃燒熱的定義；氧彈熱量計(jì)的基本原理；怎樣消除熱量計(jì)與周圍環(huán)境的熱交換對(duì)溫度測(cè)量值的影響；影響點(diǎn)火成功的因素等問題。②實(shí)驗(yàn)講解時(shí)發(fā)揮學(xué)生的主動(dòng)性。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師在講解過程中多設(shè)置關(guān)于實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)的問題，通過提問可以考察學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，也可以使學(xué)生更熟悉實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)儀器和操作步驟，提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的信心，提高學(xué)生的主動(dòng)性和思考的能力。另外，實(shí)驗(yàn)講解過程可引入先進(jìn)新穎的教學(xué)方式如“互動(dòng)式”、“問題討論式”等調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，打造多元化活力課堂。例如可選擇部分實(shí)驗(yàn)如“線性電位掃描法測(cè)定鎳在硫酸溶液中的鈍化行為”進(jìn)行“翻轉(zhuǎn)課堂”，即教師把需要學(xué)習(xí)的內(nèi)容錄制成視頻并發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)，學(xué)生可通過互聯(lián)網(wǎng)提前學(xué)習(xí)。在課堂上師生可進(jìn)行互動(dòng)交流，通過對(duì)學(xué)生分組進(jìn)行討論實(shí)驗(yàn)的基本原理，關(guān)鍵操作步驟等。對(duì)于“線性電位掃描法測(cè)定鎳在硫酸溶液中的鈍化行為”，教師可設(shè)置相應(yīng)的問題在課堂進(jìn)行討論，如什么是金屬鈍化，金屬形成鈍化態(tài)的原因，影響金屬鈍化過程的因素，金屬陽(yáng)極極化曲線的特點(diǎn)等。通過討論，學(xué)生能更深入地了解實(shí)驗(yàn)原理，在操作階段能夠更細(xì)致地觀察和分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而可孵化更多有創(chuàng)意的想法。③引導(dǎo)學(xué)生完成高質(zhì)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告，提高學(xué)生科研能力。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)束后需要完成報(bào)告的后半部分，即數(shù)據(jù)處理和問題分析，撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告是對(duì)一次實(shí)驗(yàn)的總結(jié)。很多學(xué)生把物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)放在實(shí)驗(yàn)操作部分，然而實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫同樣重要。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后教師可引導(dǎo)學(xué)生深入理解實(shí)驗(yàn)原理，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而加深對(duì)該知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用，提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力。最后，指導(dǎo)教師對(duì)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)拓展，將前沿知識(shí)引入課堂進(jìn)行總結(jié)，有利于提高學(xué)生的學(xué)科興趣，拓展視野和形成開拓創(chuàng)新的思維。

(3)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的成績(jī)?cè)u(píng)定

本科教育要以學(xué)生為中心，以培養(yǎng)能力為中心，采用多種教學(xué)手段相結(jié)合的模式促進(jìn)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)，根據(jù)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的特點(diǎn)，學(xué)生成績(jī)考核應(yīng)貫穿于整個(gè)過程，考核標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)細(xì)化。我們建議將成績(jī)考核分為兩部分，平時(shí)考核和期末考核，各占50%。平時(shí)考核包括考勤、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)操作、分組討論情況，回答問題質(zhì)量等。平時(shí)考核應(yīng)著重考察實(shí)驗(yàn)報(bào)告的質(zhì)量，尤其是數(shù)據(jù)處理和問題分析，實(shí)驗(yàn)報(bào)告強(qiáng)調(diào)獨(dú)立完成，抄襲和作假均不能得分。期末考核采用閉卷考試或?qū)嶒?yàn)操作。考試內(nèi)容涉及到對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解、實(shí)驗(yàn)操作及注意事項(xiàng)、知識(shí)拓展和應(yīng)用等。實(shí)驗(yàn)操作考核則是隨機(jī)抽取一個(gè)做過的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)際操作，按照操作流程進(jìn)行成績(jī)?cè)u(píng)定。

3 結(jié) 語(yǔ)

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)施可以提高學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解能力和應(yīng)用能力，要提升物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)質(zhì)量，需要指導(dǎo)教師根據(jù)專業(yè)積極調(diào)整課程內(nèi)容，選擇適合學(xué)科專業(yè)的實(shí)驗(yàn)，精心設(shè)計(jì)和講解每個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，積極引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立自主完成實(shí)驗(yàn)；并不斷思考和豐富課程內(nèi)容，將學(xué)科前沿知識(shí)引入本科課程，引導(dǎo)學(xué)生不斷思考，從而拓展學(xué)生的視野，提高學(xué)生的學(xué)科興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科研能力和創(chuàng)新能力。