物理化學實驗開放式研究性教學模式構建研究

苗常青 石玉芳 王迎進

（忻州師范學院化學系，山西 忻州 034000）

0 引言

物理化學是建立在物理與化學兩大基礎上的一門學科，通過物理學理論與實驗，探究并歸總化學的規律和理論，建立化學科學的理論基礎，因此物理化學的研究水平在很大程度上可體現出當前化學的發展深度。作為化工化學專業的一門重要學科，物理化學還在納米技術、表面催化、反應控制等前沿性科學領域中發揮著顯要作用。而隨著學科的發展和相互滲透，當前物理化學還衍生出新的分支學科，如生物物理化學、物理有機化學等。高校的物理化學教學中則主要學習化學熱力學、電化學、化學動力學等知識，而該學科由于知識內容豐富、概念性多、邏輯理論性強，使得很多學生在學習中產生了畏難情緒，普遍認為學科知識生澀難懂，繼而喪失學習自信。但正是由于該學科的交叉性特征又使得它的系統化、 實用性極強，被廣泛應用到我們的生產生活當中，容不得有丁點輕視和懈怠。于大學生而言，他們學習該門學科能夠提升自我抽象思維、邏輯思維能力，尤其是物理化學實驗教學可鍛煉其實際問題的挖掘、 分析以及解決能力，提高科研意識，對于高校培養理工科方面的創新技術人才有著積極的促進作用。

1 傳統物理化學實驗教學存在的問題

在傳統教學模式下，物理化學實驗主要以物理化學理論知識為依托，以理論驗證性實驗內容為主。學生只能在固定學期課程計劃安排好的時間到指定實驗室做規定的實驗項目，學生按照教師教授的實驗步驟，完全機械式地完成實驗項目要求的各項任務。在這樣的教學模式下學生的動手能力、思維能力、創新思維的空間受到極大的限制，也不利于學生綜合素質的培養。隨著科學的進步、教育實力的提升，當前高校在物理實驗教學中的硬件設備越來越好。然而，一些高校綜合考慮實驗設備的投入頻次、管理難度以及損耗程度等問題，在物理化學實驗室的開放性上存在一定不足。尤為矛盾的是教師既想讓學生獨立上手實操，又擔心精密儀器設備被損壞。同時，還要考慮實驗儀器數量的限制，無法滿足學生單人單組實驗操作的需求。在此情況下，物理化學實驗必然難以發揮其教學作用，有效考察查學生對實驗原理、實驗方法、實驗技能的掌握水平，難以培養出優秀的綜合應用型人才，滿足社會對高素質創新型人才的應用需求。對此，為有效突破教學的矛盾僵化局面，實驗教師必須要對物理化學實驗教學模式予以大膽的改革嘗試，構建一種開放式研究性的教學模式，提高實驗教學的育人效果。

2 積極構建開放式實驗教學模式

所謂教學模式即在某種教育理念的支配引導下，為達到預期教學目標所創設的一種特定教學模型。開放式實驗教學是指在實驗教學過程中所有實驗資源向學生開放，讓學生成為實驗的主體。在這種教育模式下學生可主動走入環境寬松、氛圍良好的實驗學習中，自主設計實驗課題、實驗方案及查閱實驗項目相關文獻和參考資料，在實驗教師的指導下提出實驗項目設計思路和實驗步驟，最終還能自主完成實驗項目并形成實驗總結報告，借助實驗探究的一系列過程來加深和鞏固所學理論基礎知識，繼而有效實現知識能力的轉化應用。

2.1 構建開放式實驗室

2.1.1 開放實驗時間

建議高校轉變傳統實驗教學模式，構建開放式實驗室。首先要盡可能地延長教學實驗室的開放時間，同時鼓勵和支持學生利用雙休日和寒暑假時間隨時進入開放實驗室，采取登記預約的方式讓學生獲得實驗室的使用自主權。這樣不受時間制約的影響，學生只要得空或是有新的實驗思路了可隨時到實驗室開展實踐操作，這會讓學生提高參與實驗學習的熱情，使他們有更多時間對實驗教學進行理解、消化和完成。

2.1.2 開放實驗設施設備

高校實驗室要做到完全對學生開放，就必須開放相應的實驗設施設備。建議高校除一些大型精密性儀器以外，其他某些常規化的設施設備都要毫無保留地供給學生使用，這樣可以顯著提高實驗室設施設備的利用率。建立開放實驗室，高校還可將原來閑置下來或是廢舊過時的設施設備派上用場，以供學生對設備結構進行了解，學習實驗設備的維修，對廢舊過時設備的改裝等，這對于提高學生的實踐動手以及創新能力會有顯著幫助。

2.1.3 開放實驗項目

學生可結合物理化學實驗教學大綱的需求，在眾多實驗項目中根據自身專業及特長選擇感興趣的實驗內容。在開展實驗的過程中，學生還可按照實際情況進行適當性調整，比如優化、改進原來的實驗方案等，以此進一步挖掘自我潛力，展示自我創新創造技能。

2.1.4 開放實驗教學形式

改變以往驗證性實驗教學模式，多給學生一些可獨立思考的空間，鼓勵學生開展師生交流、生生交流，自主掌握實驗原理，獨立完成實驗項目，教師不再是實驗教學的主導者，而是作為輔助指導者引導學生設計實驗思路、解答實驗疑惑。

2.2 構建開放式的實驗教學體系

要突破傳統實驗教學以驗證為主的弊端，物理化學實驗教學的內容則不應被局限在課本范圍之內，要體現出教學的綜合性，合理調整并更新實驗教學內容，設計出高度符合開放式實驗的教學體系，幫助學生建立學科興趣及實踐能力，讓他們在實驗中具備更多自主選擇權，這不僅讓優等生有充分施展自我才華的機會，還可減輕學困生的學習心理負擔，確保每個學生都可滿足實驗教學的基本需求，讓不同層次及不同興趣方向的學生都能各取所需，學有所獲。基于此，高校可根據物理化學實驗教學目標，分別構建三個不同層次的實驗教學體系，將實驗內容劃分為驗證類、綜合類、設計類模塊，針對不同實驗內容進行不同的開放式實驗。

2.2.1 驗證類實驗

在物理化學實驗教學每個分支 （化學熱力學、化學動力學、電化學、表面與膠體化學和結構化學）中選擇一兩個實驗項目作為基礎驗證類實驗，通過實驗訓練學生對必要基礎知識和技能的掌握情況。比如儀器儀表的應用、實驗數據整理、實驗報告編寫等，使之能夠達到教育部理科化學教學委員會所提出的基本要求。物理化學實驗是以物理方法及手段來研究化學的基本規律，一些實驗方法、實驗設備、研究課題對學生而言較為生疏，然而這些又是學生必須掌握和應用的，因此實驗教師需要留給學生充足的自主預習時間，讓學生不僅能在腦子里形成實驗想法，還能通過實驗過程付諸行動。通過開放式實驗室讓學生開展多元化的預習訓練，從而讓學生收獲到良好的預習效果、高效地完成實驗活動。

2.2.2 綜合類實驗

教師可重點羅列出幾個實驗項目作為綜合類實驗課題，學生則可按照自己的興趣選擇其中兩三個開展實驗。通常，綜合類實驗基本都是驗證實驗項目的延伸，一般所涉知識點要多一些，要讓學生根據實驗室條件，把不同知識點與實踐技能關聯起來，綜合思考并分解實驗項目的主旨目標，開展分布操作或是將其實驗環節逐個整合為一體，幫助學生鞏固所學理論知識，達到融會貫通的學習效果。

2.2.3 設計類實驗

教師可在每個學期設置一兩個選做項目的設計類實驗，比如“凝固點降低法測分子相對質量”“蔗糖水解反應速率常數的測定”等這類實驗課題，要求學生查閱與實驗項目相關的文獻和資料，自主設計實驗方案，學生們需要考慮選用何種實驗設備、輔助材料；采用什么實驗方法和流程；如何整理并形成實驗數據報告等； 在實驗開始前要將方案先提交給教師協助審核，在確定實驗方案可行、原理無誤且實驗條件滿足的前提下，方可預約實驗室開展實驗操作，在完成整個實驗之后要及時提交詳盡的實驗報告。教師則需針對學生的實驗設計方案、實驗操作技術、數據分析處理能力進行客觀的評分。通常，此種設計類實驗需要反復多次才可達到理想的結果，這也能更好地磨煉學生的科研精神，秉持實驗的嚴謹性學習作風。

3 提高實驗教學的研究性

物理化學實驗要想提高其研究性教學作用，教師應從自然、社會以及現實生活中合理選擇一些實踐性強的研究課題，促使學生能夠在實驗探究的過程中自主獲取專業知識及應用能力。開放式教學模式為學生構建了開放性、多層次化的實驗平臺，給學生自主探究實驗、開展獨立學習創造了條件。然而在研究性學習之初，學生各項資歷有限，無法快速適應研究性的學習方式，此時教師則應根據不同層次、不同模塊的實驗內容實施研究性教學，以此滿足實驗教學的目標。具體做法如下：從驗證類實驗項目中挖掘研究課題，引導學生從一些基礎性、典型化的實驗中進行改進，促使學生對實驗原理得到進一步認知和提高，有效提升學生的思維品質，體現研究性學習的開放性特征，為開展探究性教學活動奠定基礎；從綜合類實驗項目中拓寬實驗范圍，豐富實驗內容，體現研究性學習的探究性特征，培養學生的創新思維能力；從真實生活中設計實驗題材，借助對實驗的生活化設計，促使學生在知識上進行觸類旁通、以一舉三，感受物理化學實驗在現實生活中起到的關鍵作用，體現研究性學習的實用性特征，幫助學生增強科研興趣，掌握科研方法。簡單地說，教師要通過研究性教學，讓學生能夠在模擬科研的過程中積累更多的實踐經驗，如擬定實驗課題、設計實驗方案、選擇實驗流程、處理數據結果等，繼而使其養成良好的科研探究習慣，為今后單獨開展學科新研究夯實基礎。

4 結語

經實踐證明，開放式研究性教學可有效突破傳統實驗教學的弊端，將被動化教學轉為主動化學習，讓學生真正成為實驗學習的主體。通過科學合理的開放性實驗教學活動，學生在實踐操作、思維創新上必然會有所提高，能夠提出各種不同的實驗方案和改進建議等，充分激發和展示他們的學習才能及創新理念。由此來看，高校應積極推進開放式研究性教學模式在物理化學實驗教學中的廣泛應用，為教學的改革發展開拓一個新的局面。同時還應清晰地認識到，隨著現代化教育的推進，實驗教學改革還應主動融入信息化手段和方法，繼而為學生創設一個更加自主開放、方便智能的實驗學習平臺。