基于學以致用的物理化學實驗改革探索*

伊爾夏提·地里夏提，賽亞爾·斯迪克，白 翔，納森巴特

(伊犁師范大學化學與環境科學學院，新疆 伊寧 835000)

習近平總書記在全國教育大會上發表重要講話中強調，要深化教育體制改革，建全立德樹人落實機制，注重學生綜合素質的提高，培養學生的創新意識和實驗能力。那問題就來了，現在的社會到底需要什么樣的大學生？面對上述的標準, 每一位高校教育工作者都應審時度勢, 積極研究對策, 加快改革步伐，迎接時代的挑戰[1]。近年來, 我學校重視課程建，加快了課程的質量建設、師資隊伍建設，邁開了教學改革的第一步。物理化學實驗教學，在這樣嚴峻、激烈的環境下如何實現教育觀的轉變，怎樣改革教學手段及方法，怎樣培養學生創新意識和實驗能力等，都是我們要實際行動來回答的問題。

1 物理化學實驗的地位和作用

20世紀90年代初國內外知名物理化學家、中科院唐有祺院士曾經說過：“物理學與化學一起是當代自然科學的軸心”[2]。將兩者有機結合在一起的物理化學學科正是運用物理學的方法、手段研究物質結構、性能、組成以及其相互轉化，是通往現代科學的橋梁。此外，物理化學理論課程涉及從宏觀到微觀關系規律、大量高等數學有關的公式推導、化學過程機理及其控制的研究等抽象等內容[3]，所以它在四大化學中最難理解的一門理論課程。物理化學理論課對應的物理化學實驗是理論課程教學的重要組成部分，是繼無機、有機、分析化學實驗之后，在學生做畢業論文之前的基礎實驗課，是培養學生物理化學基本素質、動手能力和科研能力的重要教學環節[4-5]。這一特殊地位使它起著承前啟后的橋梁作用。

2 物理化學實驗教學改革的研究意義

作為新時代理科專業的大學生，除了具有廣博的專業知識和較強的創新意識以外，還要有扎實的實驗基本操作能力、良好的實驗技能以及熟練應用現代化儀器設備與技術進行科學研究和生產實踐活動的能力。其中學生的動手能力和創新能力的培養主要靠實踐教學環節得以實現。因此,大學實驗教學改革的成敗決定著學生掌握知識的深度及學生的綜合素質水平。

最近幾年，隨著我校伊犁師范大學招生規模的擴大，物理化學實驗由原來只向化學和應化專業學生開設轉向材料化學、環境工程等專業學生開設。針對不同專業對物理化學知識需求的不同，實驗教學方面存在了一些薄弱環節,例如, 大多是驗證性實驗，內容也相對固定，很少會涉及到綜合性實驗和設計性實驗，影響學生的創新能力； 其次部分實驗儀器落后、性能不穩定, 測出的實驗數據誤差大, 有時候得不到準確的實驗結果, 直接削弱了學生的積極性； 最重要的是實驗內容更新速度較慢, 滯后于科學研究發展的步伐； 涉及學科之間交叉領域的實驗內容較少。為了扭轉上述局面，必須要強化物理化學實驗教學改革，并要對學生的創新能力和探索精神進行培養，提高其自主學習性，這樣才能夠為該學科教學質量提供保障[6]。

另外，就業率一直是我校就業工作的一項重要內容，就業率的高低直接關系著我校本科生源的好壞，同時也影響著在社會上的口碑。而考上研究生即可認為是就業，所以考研率的高低，也與就業緊密相連。如果能夠物理化學實驗這項內容完整開發，并實施中本科教學中，將很可能會大大提高化學與環境科學學院的考研上線率及錄取率，也可以向很多名牌高校輸送更多的我校畢業生的同時提高聲譽，也可間接的提高我校的就業率。

3 課程改革的有效途徑及建議

物理化學課程的公式多、理論知識難懂并且很多少數民族學生在學習過程中缺乏學習的主動性[7]，因此，我組建的團隊針對我校伊犁師范大學目前物理化學實驗教學存在的一些問題，結合本科物理化學課程特點，以及多年以來的教學經驗，遠離教師既是知識寶庫又是活的教科書的教學模式，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。為了提高物理化學實驗教學的質量，對物理化學實驗教學提出一些必要的教學改革。

3.1 改革教學方式，提高學生自由思考

首先要實現理論與實驗的完美結合，因為物理化學實驗課程的內容在本質上是與物理化學理論課程的內容完全一致。我們在教學過程為了讓實驗與理論緊密結合起來，保證理論課與實驗課時比至少達到2:1。除此之外，加強實驗的豐富類型，除常見的基本實驗項目，還可加大設計實驗、開放實驗所占的比例。鼓勵學生大二年級時申請有關物理化學課程及實驗有關的研究與創新實驗題目，將所學的理論知識應用于實踐，在科研和教學結合的教學模式中培養學生的學習興趣，提高學生的情商，激發學生的學習積極性，能夠吸引更多的學生參與到課堂教學環節之中，從而學生在學習物理化學知識的同時能夠找到學習和科研的樂趣。

其次，做好預習階段的問題引導。實驗開始的前一周，一定要妥善做好實驗預習工作。這樣學生能夠提前了解實驗原理、試劑、儀器、實驗步驟等內容。但就目前我校的學生的實際現狀來看，部分學生進人實驗室后只知道實驗的大概內容，反而不知道實驗的細節。這群的學生實驗開始時邊翻看著實驗報告冊或教材，囫圇吞棗地只照實驗步驟進行操作，對實驗的順利完成帶來了一定的安全隱患。之所以產生這種現象的原因，我們可以以下幾個方面來考慮：①學生對預習實驗的重要性沒有充分的認識，于是就按照教材內容一字不落的抄寫，導致了大部分學生的預習報告幾乎一樣的現象，缺乏創新 ，看起來預習報告寫的完好無誤，但對實驗的實際了解程度很低，導致實驗課中得不到創新。②實驗設備的更新速度快于我校實驗設備和教材中提到的設備。實驗過程中學生無法將操作步驟和儀器畫面對應起來，影響了實驗操作部分的預習效果。以上問題直接降低了我校學生的預習的積極性，從而也會影響實驗的順利進行。為了避免這種情況，結合我?，F有的實驗設備，根據豐富的教學經驗，扎實的理論基礎，對現用的教材內容進行適當調整的同時在實驗預習過程中引入適當的網絡技術 ， 將實驗原理、實驗儀器組裝過程、實驗步驟等做成 Flash 動畫，并在實驗前一周通過班級微信群遞給學生 。學生通過觀看 Flash 動畫并結合課本來預習實驗[8]。

3.2 融入科技創新成果，培養學生的創新意識

為了更有效地提高實驗效率，許多高校正在進行各方面的改革嘗試。筆者認為，融入科技創新成果，培養學生的創新意識，對我們未來的實驗改革有很大的幫助。

首先，團隊里的每一位老師抓好我校與創新學習通平臺合作的資源，開設網絡反轉課堂，在學習通平臺里上傳親自錄的實驗操作及原理視頻，讓學生不限場地的條件下自行觀看學習，從而激發學生的學習興趣，提高學生學習的積極性和幫助學生獲取更多的知識。此外，每一個實驗指導老師在自己上課的平臺里建立搶答、主題討論等活動方式來解決學生實驗中遇到的難題，及時掌握學生的學習情況。

其次，為了在教學中實現在實驗室難以開展的高危險、資源消耗大、污染嚴重、成本高、拓展學生操作能力，豐富教學手段和內容，按照我校實際情況購買或資源分享的方式引進虛擬仿真實踐教學平臺。虛擬平臺在實驗教學中的好處是，平臺提供了大量設備結構、工作原理、工作過程、參數信息的影像、圖片、動畫等素材，教師在教學過程中可以利用這些素材將復雜的實驗原理和實驗過程講解得生動透徹，同時學生也可以利用虛擬平臺的這些素材通過自學進行深入的理解，提升實驗教學的效果。另一方面，教師也可以將最新的科研成果，嵌入到平臺的教學資源，生動地展現給學生，使學生及時了解掌握最新的科技進展，從而可以極大地豐富教學手段，增強了實驗教學內容的實時性和先進性?？傊?，通過這個平臺，學生可以增強工程應用、創新研究、工程設計等工程能力的培養，解決以往的紙上談兵、簡單評價、無法深入改進的難題。