物理化学实验教学过程中科研能力的培养

曲玉宁 王丽丽 余建国 严 峰 / 天津工业大学环境与化学工程学院

物理化学实验教学过程中科研能力的培养

曲玉宁 王丽丽 余建国 严 峰 / 天津工业大学环境与化学工程学院

教育部新世纪人才的培养宗旨，即注重学生综合素质的提高，培养学生的创新意识和实验能力。在物理化学实验教学过程中，注重了学生科研能力的培养，对学生科研基本功、科研毅力、查阅文献、实验数据处理等方面的培养进行了探索。结合自身的教学经验针对在物理化学实验课程中如何培养学生的科研能力提出了相应的措施。

科研能力；物理化学实验

随着我国研究生招生规模的逐年增加，越来越多的化学专业本科毕业生选择了各类综合大学和研究所攻读硕士学位，而大部分的化学类专业学生在攻读硕士学位期间要从事一定的科研工作。近些年在与许多硕士新生的接触过程中我们发现，此类学生往往存在实验基本功差、缺乏数据分析处理能力等缺点。那么如何利用大学本科阶段加强学生科研能力的锻炼，作者在近几年的本科教学实验工作中，也积累了一定的经验。我校的物理化学实验是面向环境、材料等学院化学工程、应用化学、环境工程、制药工程、材料工程等多专业开设的物理化学理论课程内容相配套的实验课程。物理化学实验是化学类专业大学生在本科阶段必修实验课，主要培养学生在一些先行实验课(例如无机化学实验、有机化学实验和分析化学实验课)基础上的对实验技能的综合运用，也是培养学生科研素养的一个非常重要的环节。物理化学实验主要利用物理的方法和手段对化学现象进行观察与测量，从而揭示化学反应的规律，有利于提高学生动手能力、独立分析和解决问题的能力，培养创新精神。物理化学具有突出的综合性、交叉渗透性，给学生发挥想象、展示能力的余地很大。课程性质决定物理化学实验采用物理学手段研究化学问题，实验设备成套性强、仪器多、操作复杂，实验时间较长，且实验数据多，结果直观性不强。因此，学生还不能深刻体会该实验课程的重要性，经常会出现“超前”完成的实验预习报告，“例行公事”的讲义机械操作，同学间“借鉴式”的结果处理，导致在物理化学实验教学与操作过程中，学生缺乏主动思考和解决问题的意识，主体作用难以发挥，教学效果不理想。因此，如何切实达到教学效果是值得探讨的问题。针对目前我校物理化学实验教学条件和学生学习现状，我们根据物理化学实验课程的特点，结合自身的教学经验，探讨了如何在物理化学实验课程中培养学生的科研能力，以期为物理化学工作者提供参考。

（一）注重学生科研基本功的培养

任何一个优秀的科研工作者都需要有扎实的实验基础，实验基础主要包括实验操作和仪器使用技能。目前随着实验室科研水平的不断发展，教学仪器也越来越现代化和智能化。例如温度、压力和电导率等参数的测定均是由仪器自动完成的，先进的教学仪器虽然可以简化实验操作，缩短实验时间，这就要求教师在培养学生基本功的时候尽可能保留一部分原始设备，一方面可以让学生了解教学仪器的发展历史，另一方面锻炼学生的动手能力。例如恒温是以后科研实验中样品的合成、制备和性能测试都是不可获缺条件，因此我们在物理化学实验课中安排学生动手组装超级恒温槽和性能测试，让学生了解恒温槽是由哪几部分组成的，怎样衡量一个恒温槽的恒温效果的优劣，起到了较好的效果。还可以给学生讲授在以后的科研实验里通常用到的恒温装置，例如水浴锅、油浴锅、反应釜等恒温装置。

（二）注重培养学生的科研毅力的培养

物理化学是利用物理的原理和方法来研究化学中最基本的规律和理论。通常在做物理化学实验中，所采取的实验方法都是物理方法，这些实验看似比较枯燥。例如恒温水浴调节及黏度的测定，整个实验就是测定乙醇的流出时间，利用泊松公式计算乙醇的黏度，在这个实验过程中，要想得到乙醇在不同温度下的黏度，实验过程不光要测定不同温度下的乙醇的流经时间，还要测定不同温度下的水的流经时间，然后利用泊松公式，水在不同温度下的黏度是已知的，利用这个已知的黏度就可以计算出来不同温度下乙醇的黏度，对比不同温度下乙醇的黏度，考察温度对于黏度的影响。在这个实验过程中每个样品平行测定三次，而每一个样品准备的时间就需要约三十分钟，在这种情况下，一部分学生就容易出现负面情绪，这时就需要指导教师鼓励学生再接再厉，引导学生科研工作往往是非常枯燥的，需要有足够的毅力才能得到一个较好的实验结果。

（三）注重培养查阅文献和撰写论文的能力

物理化学实验与以往的学生接触到的实验课不同，实验完成以后，学生们获得的实验结果仅仅是一系列的测量数据，而并非一些真实的样品。在这些实验操作基础上得出来的结果大部分学生往往撰写的实验报告中，只是简单的列出实验数据，例如本次实验测量的月桂酸钠的临界胶束浓度为多少，在这个时候授课教师就应该指导学生做完实验得到实验结果，去查阅相关文献中报道的实验结果，文献中用哪种方法测量的，你得出来的实验结果与文献报到相比较有无偏差，引导学生分析出现偏差的原因，这样学生撰写出来实验报告才具有实用意义，也培养了学生通过查阅文献获取信息的能力。

（四）注重培养学生创新能力

创新能力是技术和各种实践活动领域中不断提供具有经济价值、社会价值、生态价值的新思想、新理论、新方法和新发明的能力。创新能力是科研工作者最重要的一个特质，如何在物理化学实验教学过程中培养学生的创新能力呢。例如在物理化学实验-经典实验燃烧热测定实验中，一般测定的样品为粉末状苯甲酸和萘，并且在测试前样品要经过研磨和压片处理。实验过程中可以启发学生:如果我们要测定可燃性的气体和液体的燃烧热，我们所用的弹式量热机还能不能满足实验的要求? 如果可以，样品应该做怎样的预处理? 再例如用最大气泡压力法测定表面活性剂临界胶束浓度的实验，如何测定样品改为十二烷基磺酸钠，该方法还可不可以用， 如果不可以，在我们实验室现有的条件下能不能完成预期的目标。如果改成电导率法测定表面活性剂的临界胶束浓度，两种方法得出来的结果进行对比。

（五）注重培养学生利用科学计算程序处理实验数据的能力

物理化学实验的结果的特点是一系列的实验数据，在以前的教学工作中我们鼓励学生利用坐标纸作图。但这种方法只是适用于数据量较少的实验，而对于数据量较多的实验例如动力学反应，利用坐标纸作图就会给学生带来很大的负担，容易使学生产生烦躁情绪，达不到锻炼学生的目的。因此非常强调采用商业化的科学计算程序完成相关的实验数据处理和图谱绘制工作，比如线性回归拟合、非线性回归拟合、数据剥离等，而这方面也是现代研究工作的常规做法，学生通过这样的实践，能够获得很好的科研素质训练，这样不仅节省了时间，增加了学生学习的趣味性，也达到了锻炼学生的目的。

教育部在“新世纪教改工程”中强调了新世纪人才的培养宗旨，即注重学生综合素质的提高，培养学生的创新意识和实验能力。通过在物理化学实验课程中逐步开展学生基本科研素养的训练，一方面提高了学生学习物理化学实验课的积极性和主动性，另一方面培养了学生开展基本科研业务的基本能力，使实验教学改革更加成熟，为其今后从事专业研究打下坚实的基础，最终学有所用，学有所成。