基于物理化學實驗教學難點與教學改革研究

鄒國強，熊登藝，侯紅帥，紀效波

(中南大學化學化工學院，湖南 長沙 410083)

物理化學實驗是一門利用物理方法、運用多種儀器研究化學體系的性質(zhì)和變化規(guī)律的課程[1]。理論知識與實驗過程的結(jié)合，不僅可以培養(yǎng)學生的動手能力，鍛煉學生觀察實驗現(xiàn)象、處理數(shù)據(jù)以及分析實驗結(jié)果的能力，也可以增強學生對物理化學原理知識的理解，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度，對學生日后的工作學習有很大的幫助。然而，目前的物理化學實驗教學中仍存在一些難點，如：教學內(nèi)容較單一，理論與實驗脫節(jié)，學生實驗報告書寫不規(guī)范。正是由于教學具有一定難度，實驗課不能完全起到預(yù)期效果，學生的動手能力、理論與實驗融會貫通的能力無法得到有效提升[2]。為提高學生的實驗?zāi)芰?，必須針對這些難點提出相應(yīng)的解決對策。

1 實驗存在的教學難點

1.1 預(yù)習流于形式

物理化學實驗原理的理論性很強，多數(shù)學生在預(yù)習時難以理解，無法掌握學習重點[3]。同時，上課時的實驗儀器之前沒有接觸過，學生寫預(yù)習報告往往是在看不到真實設(shè)備的情況下去想象實驗步驟的操作過程，無法深刻的理解每一步的具體要求。這導(dǎo)致有部分同學的預(yù)習報告只是應(yīng)付檢查，把書上的內(nèi)容完全照抄，沒有詳細看原理與步驟，上課前不知道實驗的要點與注意事項，進入實驗室后仍不會操作，最后只是按照規(guī)定步驟動手做了實驗，不懂實驗的原理和細節(jié)，不知道后續(xù)數(shù)據(jù)的正確記錄與處理。在實驗操作過程中出現(xiàn)了問題，也無法根據(jù)預(yù)習時掌握的知識點自己分析原因，對于學生的自學能力沒有幫助，達不到預(yù)習的目的，實驗也失去了其教學意義。如何督促、指導(dǎo)學生進行實驗預(yù)習、提高預(yù)習效果是教學的一大難點。

1.2 考核方式單一，報告書寫不嚴謹

實驗報告的撰寫不僅是學生對實驗教學過程的觀察記錄、分析討論、歸納總結(jié)和整體把握，而且是強化實驗操作能力、加強學生自主分析并解決復(fù)雜問題的科學素質(zhì)和綜合創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)[4]。然而，由于考核方式單一，教師給出實驗成績的主要依據(jù)通常為實驗報告是否撰寫完整工整、實驗數(shù)據(jù)處理誤差小且處理規(guī)范正確，導(dǎo)致學生追求完美的數(shù)據(jù)而非通過實驗學到儀器操作、強化原理知識、提高動手能力，甚至采取偽造數(shù)據(jù)的方式來得到完美的報告[3]。學生認為最后數(shù)據(jù)誤差小、報告字數(shù)多就能獲得高分，沒有深刻體會實驗的內(nèi)涵，也不在乎是否真的學到了知識。那些真正好好預(yù)習了，報告中只摘抄了簡要知識點的學生卻可能因為報告字數(shù)明顯少于其他人而無法得到高分，久而久之，報告書寫重量不重質(zhì)成為了一股不好的風氣。然而，實驗報告的撰寫不應(yīng)該只是看學生摘抄的數(shù)量或者數(shù)據(jù)的精準度，對實驗結(jié)果的分析和總結(jié)也同樣重要。實驗結(jié)果與討論是科研工作中非常重要的一個環(huán)節(jié)，是加強學生自主分析并解決復(fù)雜問題的有效方法，但許多學生并未真正重視，而是機械的列出所有可能失誤的原因來湊字數(shù)[5]，并沒有結(jié)合自己的實際情況來討論，甚至于課后的思考題都是在網(wǎng)上查找答案或者直接借鑒其他同學的回答，這種流于形式的實驗報告難以實現(xiàn)學生科學素養(yǎng)和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的課程目標，失去了實驗報告撰寫的意義。如何讓學生養(yǎng)成良好的報告書寫習慣，規(guī)范報告的書寫，是實驗教學的一大難點。

1.3 理論與實驗脫節(jié)，實驗重數(shù)據(jù)而輕過程

實驗教學是理解原理、讓抽象的理論具像化的有效方法。然而大部分教學無法讓實驗與實際和科研聯(lián)系，實驗過程中大多數(shù)學生只會按照教材上的步驟進行實驗，不思考原因，在操作過程中遇到問題不懂得處理與變通，習慣性找老師或助教解決，這樣不利于鍛煉學生獨立思考和解決問題的能力。由于時間有限，實驗教師通常將關(guān)注點放在如何讓學生順利完成實驗，掌握儀器使用以及如何進行數(shù)據(jù)處理上[5]，過多的原理以及實驗步驟的細節(jié)沒有那么多時間來詳細說明，每一步實驗的目的也不會展開敘述，這樣的實驗教學模式容易讓整個實驗過程只在乎數(shù)據(jù)的好壞，不在意遇到的問題，無法把理論知識和實驗步驟有機結(jié)合起來，培養(yǎng)出的學生很容易養(yǎng)成重數(shù)據(jù)而輕過程的壞習慣，對于學生日后進入工廠生產(chǎn)或者繼續(xù)科研深造都毫無幫助。事實上，科學研究是具有很大的探索性和挑戰(zhàn)性的，并不單純是得到好的數(shù)據(jù)就算成功的完成了實驗。目前，我國很多科研工作者都會遇到這樣一個瓶頸，實驗中條件和影響因素都摸的很清楚，但是要從理論上解釋從原理上闡明就是含糊不清，這很可能與本科階段就養(yǎng)成的重結(jié)果輕過程的毛病有關(guān)[5]。如何培養(yǎng)學生將原理和實驗聯(lián)系起來學習，重視每一個步驟，學會靈活變通操作，正確分析實驗結(jié)論，是目前教學的難點。

2 教學難點的解決措施

2.1 預(yù)習方式改進，使用網(wǎng)上平臺輔助預(yù)習

預(yù)習的方式除了讓學生自己看書外，也可以由教師借助網(wǎng)絡(luò)平臺來輔助進行。例如，正式上課前，教師可以根據(jù)實驗的重點，有針對性地設(shè)置預(yù)習問題，提前一周將問題發(fā)給學生，學生通過解答這些問題，可以明確的掌握實驗重點，增加學習興趣，提高預(yù)習效果[3]。教師也可在網(wǎng)上設(shè)置問答平臺，統(tǒng)一解答學生預(yù)習過程的問題，提高上課的效率。物理化學實驗需要借助很多儀器來完成，能否正確掌握儀器的使用，關(guān)系到實驗?zāi)芊耥樌瓿?。教師可以在虛擬仿真實驗平臺開放實驗，模擬實驗軟件會將實驗儀器、過程和環(huán)境等通過計算機仿真系統(tǒng)仿真出來[6]，在正式上課前自主實驗，可以使學生預(yù)習不再只依靠文字和想象力，而是切實見到儀器，自己根據(jù)步驟來進行虛擬實驗，也可以有效提升學生自主學習的能力。同時，教師能夠根據(jù)學生虛擬實驗的完成情況，了解學生操作過程中的難點，更加有針對性的授課。在軟件上操作實驗后，上課再次加強實驗印象，切實動手操作儀器完成實驗，可以對實驗理解更深刻，提高動手能力，降低實驗失敗率。

2.2 重視報告書寫

為了獲得實驗高分，部分同學會為了得到“完美”的數(shù)據(jù)，在實驗結(jié)束后對結(jié)果進行修改，使得自己做出的圖更加美觀。對于這種現(xiàn)象，教師可以每節(jié)課只發(fā)一張數(shù)據(jù)記錄紙，要求實驗過程中數(shù)據(jù)邊做邊記錄，不允許私自涂改，進行修改需要說明原因，并且最終得到的原始數(shù)據(jù)與實驗報告一起上交。同時，教師應(yīng)明確規(guī)定報告書寫不允許完全照抄書本，而是要簡明扼要，抓住重點，讓學生理清實驗思路和流程，謹防記住了每步的具體步驟而沒有建立邏輯框架。結(jié)果與討論中要給出直接結(jié)論、間接結(jié)論和推論，培養(yǎng)學生的理論聯(lián)系實際并進行擴展的能力。教師對于報告的考核不應(yīng)再憑借主觀印象，偏愛數(shù)據(jù)誤差小且書寫工整的學生，對于那些盡管數(shù)據(jù)不完美，圖形不美觀，但用心體會了實驗，認真分析實驗的收獲與體驗的學生，也應(yīng)給出不錯的分數(shù)，這樣可以讓學生養(yǎng)成正確的報告書寫習慣，減少抄襲的現(xiàn)象，有效培養(yǎng)學生嚴謹求實的科學態(tài)度。

2.3 注重實驗過程考核，科教融合

教師在上課時，可以將研究領(lǐng)域的科研原理和方法穿插在相關(guān)內(nèi)容的課堂教學中，改變以往物理化學課堂教學單一枯燥氣氛和學生被動學習的狀態(tài)，把所學內(nèi)容和實驗操作緊密聯(lián)系[7]，讓學生提前適應(yīng)科研節(jié)奏，對實驗課程重視起來，不再當作理論課程的附屬品。實驗過程中讓助教多走動觀察，確保每個人都有在認真進行實驗，同時指出學生操作過程中出現(xiàn)的問題，讓學生對于實驗的細節(jié)更加印象深刻，提高對于實驗過程的重視程度。實驗結(jié)束后老師對整個實驗過程隨機進行提問，看學生是否對于實驗有自己的理解與思考，讓學生明白做實驗不是為了應(yīng)付課程、完成任務(wù)或是認識不同的儀器，而是要切實的學到知識，提高動手能力，為科學研究培養(yǎng)人才。在實驗結(jié)束后也要注重桌面收拾和儀器整理，讓學生養(yǎng)成良好的實驗習慣。最后一次的課程考核，可以進行綜合實驗，讓學生自行查閱文獻，設(shè)計方案，體驗到真正的科研過程。根據(jù)學生實驗操作的規(guī)范性以及方案設(shè)計的合理性來給出分數(shù)，即使最后實驗失敗，只要學生實驗過程中操作正確，儀器使用規(guī)范，思考清晰深刻，能從自己實驗過程中自行分析可能失敗的原因，對其方案進行改進，都應(yīng)予以鼓勵。整個過程注重科研思維的培養(yǎng)，重視實驗過程的規(guī)范性，最終實現(xiàn)物理化學教學質(zhì)量大幅提高和學生實踐創(chuàng)新意識有效增強的教學目標。

3 結(jié) 語

作為高等院?；瘜W與化工類專業(yè)本科生的必修課程，物理化學實驗對人才培養(yǎng)質(zhì)量的提高具有重要作用。目前實驗教學仍存在一些難點，使得教學效果沒有達到預(yù)期的水平，可以嘗試不同的解決措施來加以改進，例如將預(yù)習內(nèi)容問題化，以此來激發(fā)學生的學習興趣，提高預(yù)習質(zhì)量；借助網(wǎng)上平臺進行教學，提高教學的質(zhì)量和效率，調(diào)動學生做實驗的興趣；注重過程的考核模式，進一步培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。探索解決物理化學實驗教學中存在難點的解決措施是一項長期的工作，涉及到教學過程的各個方面，教師只有不斷探索，才能不斷提高教學質(zhì)量，不能期望一步到位。只有不懈努力，把注重學生的能力培養(yǎng)作為實驗教學的重要任務(wù)，才能可以把實驗教學搞得更好，為國家培養(yǎng)出更多有用人才，為科教興國做出應(yīng)有的貢獻。