導(dǎo)語(yǔ)：物理化學(xué)教學(xué)計(jì)算機(jī)技術(shù)運(yùn)用思索一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢(xún)客服老師，歡迎參考。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，很多實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備多，操作過(guò)程繁瑣，對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能要求較高;在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過(guò)程中經(jīng)常涉及到大量的計(jì)算與繪圖工作，使得學(xué)生把大量的精力花費(fèi)在重復(fù)計(jì)算與繪圖中，從而影響學(xué)生的實(shí)驗(yàn)積極性，并最終影響物化實(shí)驗(yàn)的教學(xué)效果。為此，我們錄制了一些實(shí)驗(yàn)演示視頻錄像，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)時(shí)觀看每個(gè)實(shí)驗(yàn)的具體操作流程，利用Flash軟件制作了一些實(shí)驗(yàn)的動(dòng)畫(huà)仿真軟件［1］，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)時(shí)進(jìn)行模擬操作，從而幫助學(xué)生熟悉實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)流程，提高課前預(yù)習(xí)效果;利用Origin軟件強(qiáng)大的繪圖和分析功能，教會(huì)學(xué)生利用Origin軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù);并利用VB軟件設(shè)計(jì)了一些數(shù)據(jù)處理計(jì)算軟件，便于保存原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)這些教學(xué)手段的改進(jìn)，提高了學(xué)生利用計(jì)算機(jī)技術(shù)處理和分析專(zhuān)業(yè)問(wèn)題的能力，激發(fā)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，收到了良好的教學(xué)效果。

1動(dòng)畫(huà)仿真軟件和實(shí)驗(yàn)演示視頻在物化實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

自2007年以來(lái)，按照我校物理化學(xué)精品課程建設(shè)的規(guī)劃我們利用Flash軟件，以趙艷娜教授主編的《化學(xué)實(shí)驗(yàn)技術(shù)》［2］為藍(lán)本，先后設(shè)計(jì)了“液體飽和蒸汽壓的測(cè)定”、“蔗糖水解速率常數(shù)的測(cè)定”、“電導(dǎo)法測(cè)定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)”、“液體表面張力的測(cè)定”等六個(gè)操作比較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)。在軟件制作前，我們利用多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)真分析每個(gè)實(shí)驗(yàn)中容易出現(xiàn)的操作誤區(qū)以及難以觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，設(shè)計(jì)軟件框架，分析各部分內(nèi)容的表現(xiàn)形式，通過(guò)畫(huà)面特寫(xiě)如放大并靜止兩秒鐘等形式以使學(xué)生可看到在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中難以觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和儀器內(nèi)部構(gòu)造，通過(guò)文字提示與按鈕交互形式讓學(xué)生體驗(yàn)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程的操作，通過(guò)紅色箭頭指示提醒學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中需要注意的問(wèn)題。在軟件的使用過(guò)程中，鼓勵(lì)學(xué)生提出使用反饋意見(jiàn)，對(duì)一些較好的意見(jiàn)予以采納以不斷完善仿真軟件。在物化實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作中，學(xué)生可通過(guò)動(dòng)畫(huà)仿真軟件進(jìn)行課前預(yù)習(xí)演練，可以較好地熟悉實(shí)驗(yàn)中一些主要儀器的內(nèi)部構(gòu)造及使用方法，熟悉實(shí)驗(yàn)操作流程以及實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意的問(wèn)題等，加深對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，從而減少了實(shí)驗(yàn)過(guò)程中儀器的損壞率，增大了實(shí)驗(yàn)成功的幾率;學(xué)生也可在實(shí)驗(yàn)后再次演練，對(duì)已作實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行強(qiáng)化訓(xùn)練。圖1即為教研組指導(dǎo)制作的“蔗糖水解速率常數(shù)的測(cè)定”的仿真軟件的畫(huà)面截圖。為了更好地輔導(dǎo)學(xué)生物化實(shí)驗(yàn)的課前預(yù)習(xí)，我們錄制了每個(gè)實(shí)驗(yàn)的演示教學(xué)視頻。視頻中詳細(xì)講解了每個(gè)實(shí)驗(yàn)的基本原理，儀器的正確使用方法，操作步驟及可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。這樣，學(xué)生在課前預(yù)習(xí)時(shí)可先通過(guò)閱讀實(shí)驗(yàn)教材、觀看實(shí)驗(yàn)錄像，然后進(jìn)行仿真模擬訓(xùn)練，從而達(dá)到了較好的預(yù)習(xí)效果。鑒于教學(xué)計(jì)劃和我校實(shí)驗(yàn)設(shè)備現(xiàn)狀，對(duì)一些在我校無(wú)法開(kāi)展的實(shí)驗(yàn)，我們也從網(wǎng)絡(luò)上搜集了一些精品課程的實(shí)驗(yàn)視頻錄像素材如陜西師范大學(xué)等校的素材，提供給學(xué)生自主選擇學(xué)習(xí)，這樣滿足了一些學(xué)有余力的學(xué)生的求知欲望，擴(kuò)大了他們的知識(shí)面，增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

2Origin軟件在物化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，大部分實(shí)驗(yàn)不僅數(shù)據(jù)繁多，計(jì)算量大，而且一些實(shí)驗(yàn)要求作圖、擬合、求斜率或截距等。采用手工繪圖不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且在曲線擬合和求斜率時(shí)造成較大的主觀誤差［3－5］。

為此我們專(zhuān)門(mén)利用一個(gè)上午，結(jié)合實(shí)例，講解了Origin軟件的使用方法、作圖技巧，并深入講解了Origin軟件的數(shù)據(jù)計(jì)算和分析、曲線擬合和圖形處理功能。如在原始實(shí)驗(yàn)的批量計(jì)算、“液體飽和蒸汽壓的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中飽和蒸汽壓的對(duì)數(shù)與溫度的倒數(shù)的線性擬合［6］，“液體表面張力的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)中乙醇溶液表面張力與乙醇濃度關(guān)于希什科夫斯基模型的非線性擬合［7］;Origin軟件具有計(jì)算快速準(zhǔn)確、繪圖美觀規(guī)范等優(yōu)點(diǎn)，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)并應(yīng)用Origin軟件，減小了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的誤差，縮短了數(shù)據(jù)處理的時(shí)間，使得有更多的精力投入到對(duì)物化實(shí)驗(yàn)本身的思考與探索中。下面通過(guò)一個(gè)實(shí)例即“乙醇－正丙醇雙液系氣液平衡相圖的繪制”來(lái)介紹Origin軟件在物化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用。

2．1乙醇－正丙醇混合液標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

在實(shí)驗(yàn)室溫度21．8℃，超級(jí)恒溫槽溫度25℃，大氣壓為100．13kPa下，測(cè)得乙醇和正丙醇的混合液在不同的乙醇濃度的折射率，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

2．2氣液平衡相圖的繪制

通過(guò)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定不同組分的正丙醇－乙醇混合液的沸點(diǎn)及沸點(diǎn)下氣液平衡時(shí)兩相樣品的折射率，根據(jù)氣相冷凝液的折射率ng和液相冷凝液的折射率n1，在Origin環(huán)境下點(diǎn)擊工具欄上的ScreenReader圖標(biāo)，按下Space鍵使紅色的“+”標(biāo)志變大，由折射率數(shù)值先大概確定“+”標(biāo)志與工作曲線的交點(diǎn)，然后可通過(guò)點(diǎn)擊工具欄中的按鈕，選定圖中交點(diǎn)附近的區(qū)域并放大，由此可以精確地讀出折射率所對(duì)應(yīng)的氣相冷凝液中乙醇的含量wg和液相冷凝液中乙醇的含量w1，表2為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及由折射率數(shù)據(jù)在工作曲線上所讀出的乙醇含量數(shù)據(jù)。點(diǎn)擊，新建一個(gè)工作表，執(zhí)行命令，在彈出的對(duì)話窗口中輸入2，在工作表中添加C列和D列，分別在A列和C列輸入氣相冷凝液中乙醇的含量和液相冷凝液中乙醇的含量，在B列和D列輸入沸點(diǎn)數(shù)據(jù)，設(shè)置C列為X軸，則Origin軟件默認(rèn)A列和C列為X1軸和X2軸，B列和D列為Y1軸和Y2軸。選擇A列和B列，右擊并執(zhí)行命令，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行升序排列;采用同樣的方法對(duì)C列和D列實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作，然后點(diǎn)擊按鈕即可繪出氣液平衡相圖的點(diǎn)線圖;雙擊圖中曲線，在PlotDetails窗口中選擇Line，選擇Connect類(lèi)型為B－Spline以使所繪的曲線光滑美觀，并分別選擇坐標(biāo)軸標(biāo)題和圖例，在ObjectProperties窗口中進(jìn)行相應(yīng)的修改，繪得的圖形如圖3所示。

3VB軟件在物化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

物化實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)處理過(guò)程繁瑣，采用Origin軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)需要較高的Origin應(yīng)用水平，且Origin軟件不具備數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，對(duì)物化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的針對(duì)性不強(qiáng)，為了更好地方便實(shí)驗(yàn)教學(xué)，我們利用業(yè)余時(shí)間以VB語(yǔ)言為開(kāi)發(fā)工具，編寫(xiě)了一些小型的計(jì)算軟件，每個(gè)軟件的大致框架如圖4。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的錄入可通過(guò)直接在軟件界面上的文本框或柵格控件的單元中輸入，也可在程序生成的文本文件中按照文本文件的錄入格式錄入，然后點(diǎn)擊數(shù)據(jù)載入…按鈕輸入;點(diǎn)擊數(shù)據(jù)處理按鈕即可對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和繪圖，所繪圖形在圖片框中，計(jì)算結(jié)果主要在“計(jì)算結(jié)果”框架框中顯示。軟件的開(kāi)發(fā)過(guò)程中主要涉及到了一元線性回歸、B樣條函數(shù)插值、光滑不等距插值等算法［8－10］，在繪圖過(guò)程環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)中充分考慮了坐標(biāo)軸取值范圍、刻度區(qū)間、坐標(biāo)軸標(biāo)題的布置等問(wèn)題，以使所繪圖形美觀協(xié)調(diào)，繪圖函數(shù)主要采用line函數(shù)。圖5為我們開(kāi)發(fā)的“電導(dǎo)法測(cè)定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)”的軟件截圖。由VB制作的小型物化數(shù)據(jù)處理計(jì)算軟件針對(duì)性強(qiáng)，學(xué)生操作簡(jiǎn)便，簡(jiǎn)單易學(xué)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)后只需把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸入進(jìn)去，即可得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理結(jié)果，然后點(diǎn)擊打印按鈕，即可對(duì)數(shù)據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行打印。下一步我們的工作是把各小型計(jì)算軟件整合成一個(gè)命名為“物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的研制”的軟件，并添加數(shù)據(jù)庫(kù)功能，使該軟件不僅具備實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理功能、還具有實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)成績(jī)管理功能。

4結(jié)語(yǔ)

將計(jì)算機(jī)技術(shù)引進(jìn)物化實(shí)驗(yàn)教學(xué)開(kāi)展三年多來(lái)，不僅提高了物化實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效率，也使得學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性得以增強(qiáng)，教學(xué)質(zhì)量得到了明顯的提高。學(xué)生課前觀看實(shí)驗(yàn)演示視頻和操作仿真軟件，在此過(guò)程中，生動(dòng)直觀的實(shí)驗(yàn)演示和逼真有趣的互動(dòng)操作激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，從而顯著提高了課前實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)效果，為物化實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行奠定了良好的基礎(chǔ);通過(guò)對(duì)Origin軟件在物化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理中的學(xué)習(xí)和應(yīng)用，學(xué)生不僅提高了實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果的準(zhǔn)確度，而且增強(qiáng)了利用計(jì)算機(jī)軟件處理專(zhuān)業(yè)問(wèn)題的能力，為以后的畢業(yè)設(shè)計(jì)以及科研活動(dòng)打下了良好的基礎(chǔ);VB制作的物化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理軟件的引入，更進(jìn)一步簡(jiǎn)化了物化實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的難度，也大大提高了教師管理原始實(shí)驗(yàn)記錄和實(shí)驗(yàn)成績(jī)的工作效率。