訾學(xué)紅， 陳永寶， 張紅光， 劉淑珍， 王小逸

(北京工業(yè)大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中心，北京100124)

0 引言

在大學(xué)教育改革日益深化的形勢(shì)下，化學(xué)課程改革也取得了很大的發(fā)展［1］。其中，物理化學(xué)是化工類各專業(yè)課中理論性很強(qiáng)的一門基礎(chǔ)課程，其通過物理學(xué)的方法、手段的運(yùn)用，研究化學(xué)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成、性能及相互轉(zhuǎn)化。對(duì)于這樣一門理論性和技術(shù)性很強(qiáng)的課程的學(xué)習(xí)，應(yīng)學(xué)會(huì)科學(xué)的分析處理數(shù)據(jù)，更重要的是要培養(yǎng)和提高分析問題和解決問題的能力［2-4］。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是課堂教學(xué)的延伸，是課堂教學(xué)的有力補(bǔ)充，是學(xué)生實(shí)踐能力、科研能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)［5-7］，也在由傳統(tǒng)的單一模式朝學(xué)科內(nèi)外的交叉和融合中轉(zhuǎn)變。

在當(dāng)前科技水平迅猛發(fā)展的21世紀(jì)，要求大學(xué)培養(yǎng)知識(shí)型、復(fù)合型、創(chuàng)新型人才，物理化學(xué)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)是物理化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的綜合與提高，依據(jù)國家教委拓寬專業(yè)面、增強(qiáng)適應(yīng)性、提高學(xué)生綜合能力的精神，加大綜合性、設(shè)計(jì)性、研究性實(shí)驗(yàn)的比例［8-10］，在創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)計(jì)和實(shí)施過程中，堅(jiān)持以學(xué)生興趣為出發(fā)點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力［11］，在設(shè)計(jì)開發(fā)和實(shí)踐創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，嘗試建立一種以學(xué)生為主導(dǎo)、師生互動(dòng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式和相應(yīng)的科學(xué)考核方法，推進(jìn)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量和水平。因此我們?cè)诳偨Y(jié)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合本校實(shí)驗(yàn)條件，對(duì)自主式物理化學(xué)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行探索和實(shí)踐。

1 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問題

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高等學(xué)校教學(xué)工作的重要組成部分，在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)等方面有著非常重要的作用。很多高校為了培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力，在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)理念、教學(xué)方法和手段等方面做了很多改革措施，在課程設(shè)置方面更加注重對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，在教學(xué)理念方面，致力于改變注入式的教學(xué)方式，調(diào)動(dòng)學(xué)生的主動(dòng)性和培養(yǎng)善于鉆研的精神。鼓勵(lì)開設(shè)技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐課程，培養(yǎng)學(xué)生的思考問題、綜合分析問題能力和創(chuàng)新能力。注重加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)，如開放實(shí)驗(yàn)室、創(chuàng)辦實(shí)踐教學(xué)基地以及開展實(shí)習(xí)與聯(lián)合辦學(xué)基地建設(shè)等來促進(jìn)學(xué)生的實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)，提高學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)際工作能力。近年來，我校為進(jìn)一步拓寬學(xué)生知識(shí)面、完善學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)學(xué)生素質(zhì)教育和個(gè)性化培養(yǎng)開設(shè)了大量實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐課程，如物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)已嘗試開設(shè)了1個(gè)綜合實(shí)驗(yàn)和1個(gè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，受到了學(xué)生的好評(píng)。但是總體來說，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容基本上還是對(duì)課堂理論知識(shí)的補(bǔ)充和驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)講義將實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理和操作步驟等都做了詳盡的說明，實(shí)驗(yàn)課上教師還會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)中的難點(diǎn)和注意事項(xiàng)做反復(fù)的強(qiáng)調(diào)，學(xué)生只要按照講義和教師的要求照做就可以順利完成實(shí)驗(yàn)［12］，而實(shí)驗(yàn)教學(xué)考核主要是以對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的描述為主的書面材料，如實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行評(píng)價(jià)考核，學(xué)生完成后就可以獲得相應(yīng)的學(xué)分，這種程式化的、被動(dòng)式的教學(xué)方式難以積極的調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性，缺乏對(duì)學(xué)生獨(dú)立操作和獨(dú)立思考的培養(yǎng)，更談不上對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了改變這種現(xiàn)狀，根據(jù)選課學(xué)生的實(shí)際情況制定一個(gè)科學(xué)的、系統(tǒng)的本科教學(xué)且同時(shí)兼顧科研要求的實(shí)踐教學(xué)模式，是一個(gè)當(dāng)務(wù)之急的問題［13-14］。

2 實(shí)踐教學(xué)模式的開發(fā)和實(shí)踐

2.1 設(shè)計(jì)開發(fā)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目——書本之內(nèi)，課堂之外

物理化學(xué)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)可有效的補(bǔ)充課堂教學(xué)內(nèi)容，是學(xué)生學(xué)習(xí)、理解、消化和驗(yàn)證物理化學(xué)原理的必要認(rèn)知手段，是進(jìn)行綜合性、研究型實(shí)驗(yàn)的前提。在實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)置上，針對(duì)不同專業(yè)特點(diǎn)制定相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。學(xué)生在選擇實(shí)驗(yàn)題目時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自身專業(yè)特點(diǎn)，充分發(fā)揮他們的主動(dòng)性和能動(dòng)性，教師不明確確定某一實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，僅提供幾個(gè)備選方案，同時(shí)著重考慮兩個(gè)方面:一是從生活問題著手，并可在物理化學(xué)教材中找到實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)生可以通過教材、圖書館、網(wǎng)絡(luò)等多種渠道找到相關(guān)材料;例如，開設(shè)了墨水、豆?jié){和氫氧化鐵等膠體特性的研究、食品熱量的測(cè)定、食用醋種類的鑒別、液體沸騰現(xiàn)象的研究以及洗衣粉去污能力的實(shí)驗(yàn)分析等小課題，這些課題使同學(xué)們了解了目前市場(chǎng)上所售幾種食用醋營(yíng)養(yǎng)成分的區(qū)別及其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，例如，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測(cè)知釀造醋比配置醋更有食用價(jià)值，也了解了如何測(cè)定米飯、饅頭和面包等的熱量，還了解了我們使用的不同品牌洗衣粉和不同濃度洗衣粉的去污能力，這樣以后他們?cè)谏钪芯涂梢灾廊绾胃鶕?jù)需要來選擇食用醋、食物和洗衣粉等，縮短了日常生活與物理化學(xué)的距離。二是從科研課題出發(fā)，通過實(shí)驗(yàn)可以解決生活中某一現(xiàn)象或者學(xué)生感興趣的某個(gè)問題，比如可以從關(guān)注當(dāng)前的環(huán)境保護(hù)、節(jié)能減排、污染防治等熱點(diǎn)話題入手，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室條件等確定試驗(yàn)小課題，例如，我們開設(shè)了活性物質(zhì)吸附性能的評(píng)價(jià)、用溶液還原法制備Rh納米粒子、雙金屬Rh-Au/γ-Al2O3催化劑的制備及三效催化活性的研究等課題。這些課題使同學(xué)們了解了目前汽車尾氣的治理方案，并對(duì)三效催化劑有了基本的認(rèn)識(shí)，例如，由不同比例的金(Au)和銠(Rh)作為活性組分制備的三效催化劑，在不降低催化活性的基礎(chǔ)上，加入成本相對(duì)較低的Au降低貴金屬Rh的用量，從而在保證活性的前提下來降低成本。通過這些小課題的設(shè)置，一方面可以使學(xué)生學(xué)到的理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為解決生活問題，另一方面也可以使學(xué)生有機(jī)會(huì)了解本學(xué)科的前沿，這對(duì)于他們體會(huì)創(chuàng)新思維，提高創(chuàng)新能力提供了可能的途徑。

2.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式——學(xué)生主體，師生互動(dòng)

在實(shí)驗(yàn)方案選擇和制定階段，學(xué)生根據(jù)自己的興趣點(diǎn)入手，開展研究項(xiàng)目的選擇。在選取實(shí)驗(yàn)方向基礎(chǔ)上，組內(nèi)學(xué)生需要分工協(xié)作，在一定時(shí)間內(nèi)，通過自主查詢資料、參閱相關(guān)資料，并對(duì)文獻(xiàn)資料進(jìn)行分析歸納，開展小組討論提出一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)思路，在這個(gè)過程中培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和綜合分析能力。然后開展師生間的討論，就實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題等與教師溝通，提出實(shí)驗(yàn)所需的各項(xiàng)條件，并對(duì)實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析和判定解決方案。在實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程階段，要求學(xué)生自己完成實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)用儀器的校準(zhǔn)和測(cè)試，也可讓學(xué)生自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)裝置，培養(yǎng)鍛煉學(xué)生的獨(dú)立思考能力和勤于、勇于動(dòng)手的能力，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生思維和想象力，將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象同理論知識(shí)及疑惑或興趣點(diǎn)結(jié)合起來，促進(jìn)其積極思考。由學(xué)生自己完成實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作，打破了傳統(tǒng)教學(xué)模式中學(xué)生來上課即開始做實(shí)驗(yàn)，做完實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)身就走的局面，另外這個(gè)過程也充分的加強(qiáng)了師生間的溝通，同時(shí)也鍛煉了學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)于突發(fā)問題的處理能力，而這些都是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ剿荒芙o予的。在實(shí)驗(yàn)完成后的總結(jié)階段，讓學(xué)生獨(dú)立對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行總結(jié)與思考，找到其中的關(guān)鍵點(diǎn)，總結(jié)是否解決了之前的疑惑，興趣是否在此過程中得以滿足。在整個(gè)實(shí)施過程中，學(xué)生從最初的準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，到實(shí)施實(shí)驗(yàn)，到總結(jié)實(shí)驗(yàn)，這種三步式逐步遞進(jìn)的過程更好的鍛煉了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.3 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展和實(shí)踐——自主學(xué)習(xí)、綜合鍛煉

整個(gè)實(shí)驗(yàn)課題在課余時(shí)間進(jìn)行，包含實(shí)驗(yàn)方案的選取與確定、實(shí)驗(yàn)開展，到實(shí)驗(yàn)結(jié)束后的數(shù)據(jù)總結(jié)處理等，學(xué)生根據(jù)自身情況，協(xié)調(diào)相互間的工作。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式上，注意培養(yǎng)學(xué)生查閱資料、綜合解決日常生活和科研實(shí)際問題的能力，例如通過食品熱量的測(cè)定這個(gè)課題，學(xué)生可以了解我們?nèi)粘Ｉ钪谐３缘拿罪埡宛z頭、面包等所含的熱量如何測(cè)定，另外，當(dāng)代大學(xué)生可以很方便的使用電腦等工具，他們?cè)趯?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理過程中可以通過學(xué)習(xí)很快掌握公式計(jì)算、以及各種數(shù)據(jù)作圖軟件，如Excel和Origin等，例如在食品熱量的測(cè)定實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生可以通過雷諾圖的校正這部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理掌握Excel軟件的應(yīng)用，另外在活性物質(zhì)吸附性能的評(píng)價(jià)、雙金屬Rh-Au/γ-Al2O3催化劑的制備及三效催化活性的研究等這些實(shí)驗(yàn)中，通過對(duì)催化劑活性的測(cè)定使學(xué)生掌握Excel和Origin作圖軟件并在實(shí)驗(yàn)總結(jié)中予以應(yīng)用。通過這樣的鍛煉，可以有效的激發(fā)學(xué)生興趣，提高學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)他們的進(jìn)取心、創(chuàng)造力以及綜合素質(zhì)，如文獻(xiàn)調(diào)研能力、軟件使用能力、分析問題和解決問題的能力。例如，完成雙金屬Rh-Au/γ-Al2O3催化劑的制備及三效催化活性的研究這個(gè)課題的同學(xué)在文獻(xiàn)調(diào)研基礎(chǔ)上了解到Ce-Zr固溶體具有良好的儲(chǔ)放氧能力，因此提出是否可部分替代Al2O3載體，從而獲得更好的三效催化活性?經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，此方法可行。

2.4 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的效果——教學(xué)相長(zhǎng)，樂在其中

該模式營(yíng)造一種教師與學(xué)生一起創(chuàng)設(shè)“樂于探究，勤于思考”的學(xué)習(xí)情景，教師要引導(dǎo)學(xué)生開展實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生去發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、并采取手段去解決問題［15］，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，開發(fā)他們的創(chuàng)新思維能力，給學(xué)生提供一個(gè)從想象到創(chuàng)造的空間以及施展創(chuàng)新能力的平臺(tái)。通過以上教學(xué)模式的鍛煉，可以有效的激發(fā)學(xué)生的興趣，提高其學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生不再停留在只是重復(fù)別人的實(shí)驗(yàn)過程，而是其實(shí)現(xiàn)自我價(jià)值的過程。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)開展過程中，教師也需要在實(shí)驗(yàn)中與學(xué)生討論，共同分析實(shí)驗(yàn)中遇見的問題，因?yàn)檎n題是開放的，學(xué)生遇到的問題不是常規(guī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)遇到的，所以要求教師需具有廣泛的理論知識(shí)，豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、較強(qiáng)的動(dòng)手能力和交流合作的精神［16］，這就需要教師不斷的提高自身素質(zhì)和修養(yǎng)，從而促進(jìn)教師的發(fā)展，有利于教師教學(xué)質(zhì)量的提高。

3 考核方法的建立

創(chuàng)新性物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目考核評(píng)價(jià)主要分為如下4個(gè)部分:①在項(xiàng)目實(shí)施前，要求學(xué)生上交一份關(guān)于自己所選實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)的報(bào)告，指導(dǎo)教師會(huì)給出相應(yīng)的成績(jī)，此部分考核學(xué)生的整體實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思維;②在項(xiàng)目實(shí)施過程中指導(dǎo)教師會(huì)全程跟蹤學(xué)生的具體實(shí)驗(yàn)情況，并對(duì)實(shí)驗(yàn)過程做出評(píng)價(jià)，并給出相應(yīng)的成績(jī)，此部分考核學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的整體把握，實(shí)驗(yàn)過程的應(yīng)變能力和學(xué)生的分工協(xié)作能力;③實(shí)驗(yàn)完成后，每位學(xué)生要寫一篇關(guān)于整個(gè)項(xiàng)目的總結(jié)報(bào)告，指導(dǎo)教師給出相應(yīng)的成績(jī)，此部分考核學(xué)生的總結(jié)歸納能力，尤其反思和探究能力;④最后要求學(xué)生做PPT，并現(xiàn)場(chǎng)答辯，教師和參與整個(gè)項(xiàng)目的同學(xué)都分別對(duì)答辯情況給出自己的分?jǐn)?shù)，此部分考核學(xué)生的表達(dá)能力、綜合能力以及學(xué)生對(duì)現(xiàn)場(chǎng)提問的思辨能力。綜合上述成績(jī)作為整個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的考核成績(jī)。而上述考核成績(jī)只是硬性考核成績(jī)，而從學(xué)生的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來看，一些軟性考核結(jié)果也會(huì)有所顯現(xiàn)。經(jīng)過近兩年對(duì)兩屆60名學(xué)生的實(shí)踐，一些參與過這種教學(xué)模式的學(xué)生已經(jīng)有兩位同學(xué)評(píng)為我校的科技之星，有4位同學(xué)參加了我校的北工大杰出學(xué)子計(jì)劃，有六位同學(xué)參加了北京市大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽，另外還有兩位同學(xué)被保送為我校的研究生。

4 結(jié)語

在師生雙方的共同努力下，物理化學(xué)創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)取得了良好的效果，對(duì)于師生都學(xué)有所得。在項(xiàng)目實(shí)施過程以及項(xiàng)目考核過程中，實(shí)現(xiàn)了一種自主開放式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)理論與應(yīng)用的認(rèn)識(shí)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力、協(xié)同合作能力、分析問題和解決問題等全方位綜合能力，使學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力得到了很好的提升。真正做到學(xué)生在整個(gè)實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)中獲得各方面綜合能力的提高。作為教師，要隨時(shí)面對(duì)學(xué)生提出的非常規(guī)問題，所以需要不斷提高自己的業(yè)務(wù)水平，提升自己可持續(xù)發(fā)展的能力，當(dāng)然在項(xiàng)目實(shí)施過程中，需要很多的經(jīng)費(fèi)投入，這對(duì)于教師也是一種壓力，所以需要加大實(shí)踐教學(xué)經(jīng)費(fèi)的投入力度，不斷完善實(shí)踐教學(xué)體系，為學(xué)生提供更好的科技創(chuàng)新平臺(tái)。

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