物理化学实验教学实践与探索

焉炳飞,李文佐,张培青,孙 逊

(烟台大学 化学化工学院，山东 烟台 264005)

实验课程可以加深对理论知识的理解，高等院校开设实验课程有利于理论联系实际新型人才的培养[1]。物理化学实验是我校化学化工学院对大学二年级学生开设的一门基础性实验课程，综合了化学领域中各个分支学科所需要的基础研究工具和研究方法，是化学实验科学研究的重要组成部分[2]。要求开设本门课程的专业有应用化学、化学工程与工艺、高分子材料与工程、生物科学、生物技术、食品科学与工程、食品质量与安全、环境科学、环境工程、金属材料工程、材料科学与工程、药学以及制药工程等等。物理化学实验课程是上述专业学生必须掌握的综合性基础实验，它不仅在相关专业课程、实验技能以及创新能力的培养和形成具有独特的地位和作用，而且实验中会涉及到许多基本理论和仪器的基本工作原理，也是学生进行毕业设计与后续学习科研工作的必要铺垫和基础训练[3]。因此，科学合理地设置物理化学实验课程内容，度构建完整的化学基础课程体系、提高培养生的培养质量至关重要。然而，我们在教学过程中发现一些问题，这些问题若不能够很好的解决，会在一定程度上制约着物理化学实验的发展。针对这些问题，结合本校实际情况，谈谈自己的一些体会与想法，进一步推动物理化学实验教学的发展。

1 增强学生自身重视程度

物理化学本来就是一门比较难理解的学科，如果以照搬教材满堂灌的方式给学生授课，不但起不到好的教学效果，而且也达不到素质教育的目的，因此，通过实验教学来启发学生，引导学生掌握科学的思维方式会是一种较好的方法。然而，由于连年的扩招，需要开设物理化学实验的大学生人数逐年递增，目前我校有两千多学生需要开设该课程。此外，许多学生在大一新入学时并不重视实验课程，从而导致学生缺乏系统而扎实的化学基本实验技能训练，学生的化学实验基础较差。传统的实验教学模式也没有充分体现对学生自主实验能力的培养，导致学生在实验过程中积极性不高、依赖心强，教学效果不理想。学习态度是能够学好最重要的一个因素，因此，必须增强学生的自身重视程度。学习态度是一个意识问题，需要潜移默化的慢慢改变，但必须要改变[4]。

以实验的预习为例，部分物理化学实验操作步骤较为繁琐，实验中测得的原始数据需要进行比较复杂的处理，才能得到最终结论；如果学生在实验前没有认真做好实验的预习，其结果必然是依据实验讲义，看一步做一步，实验操作过程中不断出现本可避免的错误，甚至造成仪器的损坏；此外，学生也不知道应该记录哪些数据。因此督促、指导学生进行实验预习非常重要的。为了能够达到有效预习这一目的，我们要求学生在书写预习报告的同时，给学生布置相应的思考题，关于思考题的答案，只要学生认真阅读实验教材上的相应实验内容就可找到答案，这种预习方法可以有效地克服学生的懒惰习惯，促进学生预习的积极性，从而提高了实验课教学质量。

2 注重教材建设

由于国内各个高校实验条件及经费投入不尽相同，实验室配置的实验仪器的种类及型号并不相同，这就使得国内各高校纷纷着手在原有实验教材的基础上编写适合自己学校的实验教材。因此，不能照搬其他高校的物理化学实验教材，况且许多高校在开设实验时会根据自身的专业需要调整实验内容及侧重点，这会给学生预习实验带来困扰和不便。

2014年以来，我们配合无机化学、分析化学、有机化学和物理化学等省级精品课程以及基础化学化工实验中心的建设，边探究边实践，摸索出一条突破二级学科实验体系架构，按化学一级学科开设实验课程的道路，在原有的四门二级学科实验教材的基础上，重新组织、更新内容编写了实用性较强的《基础化学实验》[5]。该教材按照“强化基础，提高创新”的原则，将实验内容分为两大类：一类是基础性和验证性实验，旨在加强对学生基本理论、基本知识和基本技能的培养，此类实验项目约占总实验数目的80%；另一类实验项目为综合性、设计性及计算机仿真实验，以提高学生的实验兴趣，培养学生解决复杂问题的综合能力和创新意识。

3 加强实验室仪器管理

目前，我国高等教育进入跨越式发展阶段，高等学校的实验室工作正面临着新的形势与挑战。实验室仪器管理是实验教学的重要组成部分，实验室仪器管理水平的高低将直接影响实验教学的质量。目前学院开设的物理化学实验课程涉及化学热力学、化学动力学、电化学等方面的内容，实验所需常用仪器包括：电子分析天平、数显恒温水浴锅、半自动氧弹式量热计、数显贝克曼温度计、数字式压差计、全自动凝固点降低测分子量装置，电导率仪、数显旋光仪、阿贝折射仪、粘度计、比表面测定仪等等，此外，为了更好地开设综合性和设计性实验，一些高档研究仪器也被投入到物理化学实验中，如电化学工作站、紫外-可见光谱仪等。这些实验设备能否正常使用，直接关系到实验的顺利开展以及实验数据的可靠性，同时也影响学生对物理化学课程的掌握程度。对实验仪器实行规范化管理，可最大限度的保证仪器的正常使用。目前实验室已采取的管理措施包括：对仪器的标准操作制定一个操作规程并按规程进行培训后才能操作仪器；仪器的使用必须在实验室仪器登记本上进行登记，对于不正确的操作所造成的仪器损坏，追究责任到个人；定期对实验仪器进行检查维修工作，减少因老化、化学品腐蚀等因素造成的仪器突发性故障。

为了培养学生的创新精神与实践能力，在物理化学实验室的管理上，我们实行开放的管理模式。学生在掌握基本的实验技能和仪器操作、完成实验室安全培训之后，只要实验室不开课，学生可采取登记预约的方式进入实验室做实验，只要是和物理化学实验相关的内容，学生就可以自行选择所需要的仪器及药品进行实验，如：学生自制的洗发露测量表面张力、测定自制食醋的酸度等。有部分学生将自己的实验成果整理成小文章，申报了学校里的大学生创新立项并获得了资助，是学生的学习充满了信心和成就感。通过这种管理模式，学生普遍认为激发了他们的学习兴趣、加深了对理论知识的理解。

4 转变实验原理讲授方法

目前，所有物理化学实验教材在对实验原理进行讲解时均采用顺序介绍的方法，即从最基本的公式或者反应的方程式逐步进行推导，最后给出了本次实验目标数据的求算公式。然而，当实验结束时，学生面对实验数据却无从下手。因此，在授课时应采用“有用性原则”，即需要什么找什么。通过采用这种讲授方式，可以在最大程度上使学生快速的掌握整个实验的流程，明白每个操作步骤的目的是什么、所需数据的来源在哪里以及测得数据有哪些用途，并且对实验数据的后期处理有着极大的帮助。

在物理化学实验的授课过程中，仪器的正确使用是重点环节。以往的授课方式都是指导教师先进行演示，一步一步地教给学生，然后学生再重复指导教师的操作步骤。这样的授课方式限制了学生的思维和探索过程，无法真正掌握仪器的操作，在实验过后对仪器的操作没有任何印象。因此，我们首先让学生仔细阅读实验所用的仪器的操作规程；接下来，简单讲述实验流程，并再次强调仪器的使用过程中的注意事项及禁忌；然后，学生才开始探索性的展开实验。在实验实施过程中，学生可以根据自己对仪器的掌握情况，调整相应的实验步骤，这种授课方式极大地提高了学生的实验积极性，培养和锻炼了学生独立思考和敢于动手的能力。

5 健全考核评价体系

考核评价是实验课不可或缺的重要环节，基础化学实验的重点在能力的培养，不能仅仅看重实验结果和精密度，因此，如何公正、客观的评价学生的实验成绩关系着实验教学过程的良性循环发展。我们经过多年的探索研究，总结出了一套较为合理的物理化学实验考核评价体系，其考核项目、分值比例及考核要求列于表1。

表1 物理化学实验考核项目、分值比例及考核要求a

注：a考勤缺勤1/3的学生给予零分处理。

通过近几年的探索与实践，初步建立了一套“以学生为中心”的物理化学实验教学模式。在整个实践教学的过程中，学生独立去思考、探索，在实验过程中发现、分析、解决问题，成为课程学习的主体，从而得以领略科学世界的奥秘；指导老师起到主导的作用，适时给予引导，从“教”转变为“导”，让学生的“被动学习”转变为“主动学习”。这种自主的学习模式，受到了同学的欢迎和肯定，每学期评教结果显示，90%以上的学生认为这种实验课学习模式使同学们对所做实验目的更加明确、对实验原理的理解更加深刻、实验操作思路更加清晰、实验技能掌握更加全面、实验仪器损坏率明显降低、对课堂所学理论知识理解更加巩固、表达能力也得到了增强，逐渐形成了“想学-愿学-学会-会学”的良性循环机制，从而使学习效率得到提升。近年来取得了较好的成效，如：学生参加山东省大学生实验技能大赛每年均取得良好的成绩；一些同学在实验过程中找到创新点，参加了全国大学生“挑战杯”科技大赛并获奖；每学年均有学生获得“山东省优秀本科毕业论文”荣誉；通过物理化学实验的训练，许多学生加深了对化学专业的认可度，坚定了学习化学专业的信心，每年有许多学生顺利通过研究生入学考试进入211、985大学继续深造等等。此外，鉴于物理化学实验教学取得的丰硕成果，我院其他基础实验及专业实验也纷纷学习经验并采用该模式进行授课，均取得了较好的效果。

综上所述，通过物理化学实验的实践教学，结合开放式教育，培养创新型人才的教育理念，提出了新的实验教学方法，在传统的验证性物理化学实验中，引入探究性概念，让学生在探索问题、解决问题的过程中，掌握物理化学实验的内容、方法，达到物理化学实验的教学目的，真正做到学生在整个实验教学过程中获得各方面综合能力的提高。从而进一步推动物理化学实验教学的发展。