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摘要：本文簡要概括了物理化學(xué)實驗在化學(xué)化工類專業(yè)本科教學(xué)體系中的地位和作用?？偨Y(jié)了大學(xué)物理化學(xué)實驗教學(xué)實踐中存在的問題及原因，提出了物理化學(xué)實驗教學(xué)改革的必要性和重要性。并從激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，鍛煉學(xué)生的思維能力及培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識的角度出發(fā)，提出了拓展式、開放式及探索式等三種新的教學(xué)設(shè)計思路，以改變目前偏保守、呆板的教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)思路和教學(xué)方式的設(shè)計。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué)實驗；教學(xué)改革；能力培養(yǎng)

化學(xué)反應(yīng)從本質(zhì)上講，就是分子、原子間相互作用、相互結(jié)合方式及運(yùn)動方式的變化，在這些變化過程中總是引起能量形式的變化，從宏觀上表現(xiàn)為化學(xué)變化過程總是伴隨著光、熱、電等物理現(xiàn)象。物理化學(xué)作為化學(xué)學(xué)科的重要分支之一，它正是利用了物理學(xué)的原理和實驗技術(shù)，從化學(xué)現(xiàn)象和物理現(xiàn)象的聯(lián)系去尋找化學(xué)變化規(guī)律的學(xué)科。物理化學(xué)研究的是化學(xué)的一般性理論問題，因此它是化學(xué)學(xué)科的理論基礎(chǔ)，一度被稱為“理論化學(xué)”[1]。物理化學(xué)將就理論與實驗并重，具體體現(xiàn)在物理化學(xué)的基本原理都是通過大量實驗事實概括、歸納出來的，同時物理化學(xué)的理論必須能被實驗事實所檢驗。因此，學(xué)好物理化學(xué)的一個重要途徑是做實驗，通過實驗以及對實驗現(xiàn)象的觀察、記錄和分析等，發(fā)現(xiàn)和驗證物理化學(xué)原理，獲得和鞏固物理化學(xué)知識，并訓(xùn)練科學(xué)探索的思維能力和實驗技能。

一當(dāng)前大學(xué)物理實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

物理化學(xué)實驗在目前的本科教學(xué)體系中一般都是單獨(dú)設(shè)課，物理化學(xué)實驗通常作為最后一門基礎(chǔ)化學(xué)實驗課程出現(xiàn)，其在基礎(chǔ)化學(xué)實驗和后續(xù)的化工原理實驗及其他專業(yè)實驗課程之間起承上啟下作用[2]。物理化學(xué)實驗課程的學(xué)習(xí)效果不僅能檢驗學(xué)生對已學(xué)知識的掌握和熟練程度，同時能為后續(xù)的專業(yè)綜合訓(xùn)練奠定重要的基礎(chǔ)。物理化學(xué)實驗內(nèi)容具有很強(qiáng)的綜合性，不僅涉及較難的數(shù)學(xué)、物理和化學(xué)等課程的理論知識基礎(chǔ)，同時也是一門實踐性和技術(shù)性很強(qiáng)的課程[3]。不僅要求學(xué)生能綜合運(yùn)用已掌握的大學(xué)課程基礎(chǔ)知識，如高等數(shù)學(xué)、四大基礎(chǔ)化學(xué)、物理學(xué)、大學(xué)計算機(jī)基礎(chǔ)等；還要求學(xué)生能較熟練地操作溶液配制、物料加熱、滴定分析等化學(xué)實驗基本操作技能；另外，作為課程的另一重要特征，物理化學(xué)實驗涉及到熱、力、電、光、磁等物理量的測定，因此通常需要操作大型分析儀器和一些復(fù)雜的專用玻璃儀器[4]。物理化學(xué)實驗在化學(xué)化工專業(yè)教學(xué)過程中的地位和作用決定了其應(yīng)該予以應(yīng)有的重視。然而，由于某些主觀和客觀的原因，當(dāng)前的物理化學(xué)實驗教學(xué)中還存在多方面的問題，需要認(rèn)真改進(jìn)。首先是教學(xué)條件方面。由于大型精密儀器設(shè)備的價值較高，一般院校不太可能頻繁更新，因此在物理化學(xué)實驗室見到儀器已被使用十幾甚至二十幾年是很常見的。部分儀器由于超過了使用年限，性能不夠穩(wěn)定，測得的數(shù)據(jù)誤差過大，得不到合理的實驗結(jié)果，這嚴(yán)重削弱了學(xué)生認(rèn)真完成實驗和主動思考問題的積極性。另一方面，由于儀器設(shè)備更新不及時還容易導(dǎo)致人才培養(yǎng)與社會需求脫節(jié)。有些老舊儀器操作繁瑣，在實踐中早已被自動化程度和集成度更高的新式儀器所淘汰，如自制熱電偶、托盤天平，電光分析天平、阿貝折射儀等。這些儀器的學(xué)習(xí)和使用通常會占據(jù)大量課堂時間，不僅使學(xué)生將有限的精力投入到可能今后基本不會用到的地方，還使學(xué)生錯過機(jī)會訓(xùn)練在實際應(yīng)用場合中真正需要經(jīng)常使用的儀器設(shè)備的使用。其次是教學(xué)環(huán)節(jié)方面。這方面的問題主要表現(xiàn)在兩方面：其一是教學(xué)環(huán)節(jié)保守，實驗內(nèi)容陳舊，多數(shù)甚至全部實驗內(nèi)容都源于傳統(tǒng)教材的經(jīng)典實驗項目。這種內(nèi)容的安排有其可取的一面，即教學(xué)過程容易把控，能最大限度地保證學(xué)生在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗內(nèi)容，達(dá)到可預(yù)見的訓(xùn)練目標(biāo)。當(dāng)這種方式的弊端也非常明顯，這類經(jīng)過反復(fù)驗證的成熟實驗內(nèi)容，實驗沒做之前結(jié)論就已知，很容易使學(xué)生放棄思考，機(jī)械式的完成實驗任務(wù)，嚴(yán)重扼殺學(xué)生的思維能力和創(chuàng)新意識。其二是教學(xué)方法和考核方式單一，長年累月地采取課上老師先講解，后學(xué)生動手實驗，課后完成實驗報告，期末進(jìn)行考察的教學(xué)方式。且考核內(nèi)容基本上不脫離陳舊的教學(xué)內(nèi)容，有時甚至全憑授課教師的主觀印象。這樣，學(xué)生在整個教學(xué)環(huán)節(jié)中是被動參與者的角色，很難將本課程的專業(yè)知識內(nèi)化為個人的專業(yè)素養(yǎng)和實踐能力。再次是教師授課方面。在前述篇保守的傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師主動性強(qiáng)。教師授課的質(zhì)量對教學(xué)效果具有非常重要的影響。物理化學(xué)實驗的教師主要由理論課老師兼任，但由于種種原因物理化學(xué)教學(xué)未被賦予與理論教學(xué)同等重要的地位，有時甚至被淪為理論課的附屬課程的地位上，導(dǎo)致大量授課教師對物理化學(xué)實驗教學(xué)不夠重視。導(dǎo)致的結(jié)果是，沒有主動性去更新知識結(jié)構(gòu)，研究學(xué)生的知識學(xué)習(xí)、素質(zhì)提升和能力培養(yǎng)的內(nèi)在聯(lián)系，忽視學(xué)生在學(xué)習(xí)過程的需求。將實驗教學(xué)過程視為規(guī)定動作，為了完成實驗而實驗。由于物理化學(xué)實驗的綜合性和復(fù)雜性，學(xué)生在實驗過程中遇到的問題較多，而且很多時候很難直觀地找到原因。這時，需要老師與學(xué)生一同鉆研才能找到答案。但很多老師采取的敷衍推諉的態(tài)度，其實教師的深度參與不僅有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)，而且對教師教學(xué)水平的提高和科研能力的鍛煉都有積極作用。最后是學(xué)生學(xué)習(xí)方面。由于在上述教學(xué)環(huán)節(jié)模式下，學(xué)生是被動參與者，往往過分依賴教師指導(dǎo)。為了完成教學(xué)任務(wù)，教師沒有足夠的精力對預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)把關(guān)，而且也難以合理評價，因此學(xué)生對課前的實驗預(yù)習(xí)只是應(yīng)付式地完成任務(wù)，預(yù)習(xí)效果較差。教師在課上先講解實目的、原理、步驟，并進(jìn)行演示。由于預(yù)習(xí)效果較差，學(xué)生僅憑對實驗理論知識的粗淺理解動手做實驗，實驗過程就成了按現(xiàn)成的步驟機(jī)械操作，最后已詳細(xì)制定的模式處理實驗數(shù)據(jù)完成實驗報告即可。在整個過程中，學(xué)生需要思考的機(jī)會很少，遇到問題也不會分析。因此教學(xué)過程完成后學(xué)生學(xué)到的多是陳述性知識，而能力的培養(yǎng)較少。另外，當(dāng)前的教學(xué)模式下容易讓學(xué)生以為實驗課比理論課容易過關(guān)，從而對物理化學(xué)實驗課重視程度不夠。學(xué)生的實驗興趣較低，缺乏實事求實的態(tài)度和深入探究的精神，對于實驗失敗和異常的現(xiàn)象候束手無策，容易采回避態(tài)度，錯失了分析問題、解決問題的機(jī)會。最終導(dǎo)致的結(jié)果是課程的教學(xué)效果難以達(dá)到理想的狀態(tài)，對學(xué)生的專業(yè)能力發(fā)展極為不利。

二物理化學(xué)實驗教學(xué)面臨問題的解決思路

總體而言，教學(xué)條件方面的問題屬于客觀方面的問題，而且主要集中于辦學(xué)經(jīng)費(fèi)有限的地方高校，其解決主要靠加大投入，其解決思路較簡單。隨著國家和地方對高等教育投入的不斷加大，地方院校資金來源會增多，獲得的資助強(qiáng)度會增大，如省部共建、學(xué)科建設(shè)、平臺建設(shè)等方面都有專項資金用于支持人才培養(yǎng)工作，其中教學(xué)條件的改善是重要方面，物理化學(xué)實驗室應(yīng)積極爭取相關(guān)的資金支持。另外為了降低大型儀器購置和維護(hù)成本，可以采取物理化學(xué)實驗與儀器分析實驗及科研專題實驗共享大型儀器的方式，或者物理化學(xué)實驗與儀器分析課程實驗融合的方式，而這方面國內(nèi)知名高校復(fù)旦大學(xué)已經(jīng)有相關(guān)經(jīng)驗[5]。通過上述方法，相信這一問題能得到較好的解決。而對于教學(xué)過程、教師的“教”以及學(xué)生的“學(xué)”等方面的問題，主要是主觀方面的原因，其解決需要多方共同努力。通過加強(qiáng)教師教學(xué)技能培訓(xùn)和教學(xué)過程的監(jiān)督，能幫助教師提升教學(xué)技能，促進(jìn)教師更認(rèn)真地完成既定的教學(xué)任務(wù)；通過加強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)過程的督促，能使學(xué)生學(xué)習(xí)態(tài)度更端正，促進(jìn)學(xué)生更好的完成學(xué)習(xí)任務(wù)。但是上述手段只能在一定程度上改善物理化學(xué)實驗課程的教學(xué)面貌，難以從根本上提升課程的教學(xué)效果。只有正視本課程的教學(xué)現(xiàn)狀，客觀分析當(dāng)前的不足，針對性地改革課程教學(xué)內(nèi)容和模式，才能更有效地解決所面臨的問題，從而更有力地促進(jìn)本科課程教學(xué)體系的建設(shè)和更新，更好地實現(xiàn)物理化學(xué)實驗課程在本科教學(xué)體系中應(yīng)有的地位和作用。根據(jù)筆者多年的教學(xué)經(jīng)驗，要有效地改革物理化學(xué)課程教學(xué)，最重要的是改革目前保守、呆板的教學(xué)內(nèi)容安排、教學(xué)思路和教學(xué)方式的設(shè)計。本人認(rèn)為合理使用以下三種新的教學(xué)設(shè)計思路，有可能使本課程的教學(xué)效果顯著改進(jìn)。當(dāng)然，這些教學(xué)方法相信不少同行在實踐中已經(jīng)嘗試使用，本人在此加以總結(jié)之。（一）拓展式實驗教學(xué)法。這種方基于現(xiàn)有的常規(guī)教學(xué)方式，在教學(xué)過程中將實驗內(nèi)容涉及的科學(xué)知識或?qū)嶒灱寄芡卣怪翆嶋H應(yīng)用中或者學(xué)科發(fā)展前沿。通過將實驗內(nèi)容拓展，能較好地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)節(jié)呆板教學(xué)模式下課堂教學(xué)的枯燥氣氛。讓學(xué)生感受到所學(xué)內(nèi)容是有很好的應(yīng)用價值，并引導(dǎo)學(xué)生將知識應(yīng)用，從而激發(fā)其鉆研精神。例如在講解二元?dú)?液平衡相圖或三元液系相圖時，一般學(xué)生都學(xué)了化工原理等工科課程，因此可以將實驗內(nèi)容與精餾塔或萃取塔的設(shè)計聯(lián)系起來。課后可以要求學(xué)生利用實驗中獲得的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，完成簡單的設(shè)計和計算步驟。通過采取這種方式，學(xué)生在實驗過程意識到獲得的實驗數(shù)自己需要用到，會起到較好的鞭策作用，激發(fā)學(xué)生的積極性和主動性。另一方面，學(xué)生意識到實驗內(nèi)容應(yīng)用價值后，雖然實驗任務(wù)加重，壓力增大了，但并不感到枯燥，反而能激發(fā)解決問題的挑戰(zhàn)精神。甚至，還可以把化工原理或分離工程的課程設(shè)計與相關(guān)實驗教學(xué)結(jié)合進(jìn)行，可能效果會更佳。另一種方式是任課教師在閱讀科研文獻(xiàn)時，選擇一篇合適的研究性論文，其中運(yùn)用到所講授的實驗內(nèi)容作為研究手段。在授課前給學(xué)生們認(rèn)真閱讀，待實驗完成后，根據(jù)文獻(xiàn)所述的研究對象和研究目的書寫一個完整的實驗方案。這種方式能較好地激發(fā)學(xué)生的研究興趣，鍛煉學(xué)生的科研能力，也是拓展式實驗教學(xué)法的一種方式。（二）開放式實驗教學(xué)法。該方法最重要的特點(diǎn)在于“開放性”，即沒有確定的標(biāo)準(zhǔn)答案，只要能達(dá)到實驗?zāi)康?，學(xué)生可以自主選擇實驗工具和方法。該方法與當(dāng)下常規(guī)的實驗教學(xué)模式形成鮮明的對比，能有效地克服學(xué)生的思維惰性，促使學(xué)生全身心參與到實驗中。學(xué)生在收到實驗題目后，可以充分運(yùn)用所學(xué)知識設(shè)計實驗方案解決問題。同時鼓勵學(xué)生充分發(fā)揮創(chuàng)造性思維，可以不按常規(guī)的思路設(shè)計實驗方案，只要方案能執(zhí)行且能達(dá)到題目所要求的目的。在這個過程中，教師需要把握題目的設(shè)計，應(yīng)該難度適中，且實驗室能提供足夠的條件讓學(xué)生完成題目設(shè)定的任務(wù)。同時，教師應(yīng)對學(xué)生設(shè)計的實驗方案把關(guān)，一方面不輕易扼殺學(xué)生的創(chuàng)新思維，另一方面對明顯不合理的設(shè)計方案應(yīng)該與學(xué)生充分討論，并指導(dǎo)其把握科學(xué)合理設(shè)計實驗方案的基本原則。實驗方案獲得認(rèn)可后，教師仍應(yīng)觀察和指導(dǎo)學(xué)生的執(zhí)行過程，及時幫助學(xué)生解決實驗過程中可能出現(xiàn)的問題，增強(qiáng)學(xué)生的自信心。例如，筆者曾與同事一起設(shè)計了一道開放性實驗題目：給學(xué)生提供一系列無色透明的液體，學(xué)生可以從中任選兩種。然后教師告知學(xué)生兩種液體的名字，要求學(xué)生利用物理化學(xué)的方法將二者鑒別出來，要求設(shè)計實驗方案并在實驗室操作和完成實驗報告。實踐表明，學(xué)生的思維發(fā)散度較高，即使某些學(xué)生抽到的題目一樣，但提出的實驗方案大多不盡相同，簡單的可能通過比較溶解度、密度等；難度大一點(diǎn)的可能需要測沸點(diǎn)、測光譜等。我們認(rèn)為此類題目比較能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，對提高學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，強(qiáng)化學(xué)生動手能力和思維能力有較大的幫助。（三）探究式試驗教學(xué)法。探究式試驗教學(xué)法以激發(fā)學(xué)生分析問題和解決問題的積極性，鍛煉學(xué)生的科研能力為目標(biāo)，其難度和深度較拓展式實驗教學(xué)法更大。該方法是將科學(xué)研究的過程融入實驗教學(xué)中，使學(xué)生在完成實驗的過程中親身感受科學(xué)研究的思想和方法。畢竟基礎(chǔ)化學(xué)實驗有時間、場地及條件的限制，且參與者的基礎(chǔ)知識和技能有限，其目的更側(cè)重于訓(xùn)練學(xué)生，因此不能完全照搬科學(xué)研究的模式，應(yīng)該將研究內(nèi)容適當(dāng)簡化，理論深度應(yīng)適度，而且要注重可操作性和直觀性。為了達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的，教師對選題和內(nèi)容設(shè)定要有較強(qiáng)的把控能力。課題可以從教師承擔(dān)的科研課題中分化出來，也可以根據(jù)教師的研究興趣或者所在單位的研究特色設(shè)定。確定課題后，教師事先設(shè)分解研究任務(wù)，將班上學(xué)生分組，每組承擔(dān)不同的研究內(nèi)容，并由學(xué)生制定實驗方案并交任課教師審定。然后每組學(xué)生獨(dú)立完成實驗，并形成實驗報告。最終將全班實驗報告綜合形成一份較完整的研究報告，教師全程參與學(xué)生的實驗和研究過程，并給予實時的指導(dǎo)。例如，設(shè)計一個超級電容器制備及電化學(xué)性能測試的實驗內(nèi)容，根據(jù)所采用的電極材料和制備方法將學(xué)生分組，完成實驗后綜合各組實驗結(jié)果，分析電極材料和制備方法對其電化學(xué)性能的影響，形成研究報告。這種方式雖然時間、精力和物力消耗都比較大，但可以克服教師的思維惰性，激發(fā)教師的教學(xué)積極性和創(chuàng)造性。同時學(xué)生的參與度高，所需運(yùn)用的知識靈活度較大，不會給人枯燥乏味的感覺，學(xué)生在實驗過程中能力的鍛煉比較全面，且有利于培養(yǎng)其創(chuàng)新意識。

三結(jié)語

物理化學(xué)實驗具有訓(xùn)練學(xué)生綜合能力，培養(yǎng)思維能力和創(chuàng)新意識，并在基礎(chǔ)課程與專業(yè)課程間承上啟下等作用，因此物理化學(xué)實驗在化學(xué)化工類專業(yè)本科教學(xué)體系中具有不可替代的地位和作用。由于某些主觀和客觀的原因，當(dāng)前的物理化學(xué)實驗教學(xué)還面臨著諸多問題。本文主要從教學(xué)改革的角度，提出了筆者針對當(dāng)前問題的解決思路。但教學(xué)改革不是一項簡單、孤立的工作，它還涉及到教學(xué)理論和實踐的多個層面。且當(dāng)今科學(xué)技術(shù)進(jìn)步迅速，物理化學(xué)實驗教學(xué)工作也應(yīng)該保持與時俱進(jìn)。教學(xué)有法，但無定法，各位同行對相關(guān)問題也有許多獨(dú)到的思考和富有成效的嘗試。本文希望能拋磚引玉，愿與同行共同探討促進(jìn)物理化學(xué)實驗教學(xué)改進(jìn)的新思路、新方法。與同行一道因勢利導(dǎo)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生實際情況因材施教，培養(yǎng)應(yīng)用型、創(chuàng)新型人才。

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作者:張盼良 孫碧珠 熊碧權(quán) 劉宇 唐課文 單位:湖南理工學(xué)院