康潔 于春俠 朱雪丹

摘要：物理化學(xué)設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)是培養(yǎng)大學(xué)本科生實(shí)踐創(chuàng)新能力的一個(gè)有效途徑。本文針對(duì)目前物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的問(wèn)題，以本校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，提出了構(gòu)建綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的方法，具有一定的實(shí)際意義和推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)；設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)；創(chuàng)新能力

中圖分類(lèi)號(hào)：G642.423 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1674-9324（2018）19-0156-02

一、引言

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門(mén)獨(dú)立開(kāi)設(shè)的綜合基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。與其他實(shí)驗(yàn)課程不同的是，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)所采用的實(shí)驗(yàn)方法更加多樣，主要側(cè)重于定量地解釋化學(xué)過(guò)程的規(guī)律，涉及到光、聲、磁、熱、電等內(nèi)容較多。該實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容是測(cè)量物質(zhì)的物化常數(shù)，綜合運(yùn)用物理、化學(xué)的基本原理、實(shí)驗(yàn)技術(shù)以及教學(xué)方法研究物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)及化學(xué)反應(yīng)規(guī)律。科學(xué)深入地開(kāi)展物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)有利于加強(qiáng)本科學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，加深本科學(xué)生對(duì)物理化學(xué)理論的理解，提高他們的動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力以及邏輯思維能力、分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。

長(zhǎng)期以來(lái)，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的突出問(wèn)題有：

1.由于課時(shí)的限制，學(xué)生在有限的時(shí)間內(nèi)只能完成教學(xué)規(guī)定的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程都是實(shí)驗(yàn)教材中設(shè)計(jì)過(guò)的或有比較明確闡述的，學(xué)生只要按照教材中的步驟去操作就可以完成，學(xué)生處于被動(dòng)狀態(tài)，這無(wú)疑降低了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣和積極性，同時(shí)學(xué)生的創(chuàng)造性和個(gè)性得不到充分發(fā)揮，他們所學(xué)的知識(shí)和操作要點(diǎn)得不到鞏固，容易遺忘。

2.本科學(xué)生對(duì)物化實(shí)驗(yàn)課的重視度不高，積極性比較差，課前很少認(rèn)真預(yù)習(xí)，課堂上也懶于思考。這導(dǎo)致學(xué)生缺乏探究意識(shí)，他們認(rèn)為物化實(shí)驗(yàn)課總歸會(huì)過(guò)關(guān)的，與此同時(shí)，任課老師也沒(méi)有把知識(shí)的學(xué)習(xí)、能力的培養(yǎng)、綜合素質(zhì)的提高放在物化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的第一位。

3.目前現(xiàn)行的物化實(shí)驗(yàn)教材的內(nèi)容主要集中在學(xué)科的訓(xùn)練上，實(shí)驗(yàn)功能比較單一，大部分內(nèi)容為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，非常缺少綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，從而導(dǎo)致本科學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣降低。

目前的現(xiàn)狀削弱了本科學(xué)生的物化實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)，本科學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新能力受到了抑制，因此目前實(shí)施的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式適應(yīng)不了社會(huì)對(duì)高級(jí)人才素質(zhì)的要求。為了提高物化實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)本科學(xué)生的探索精神和創(chuàng)新能力，提高本科學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，我們打算設(shè)計(jì)并開(kāi)設(shè)物理化學(xué)設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)，對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)進(jìn)行全方位的改革。

二、國(guó)內(nèi)同領(lǐng)域研究現(xiàn)狀

針對(duì)上面所提到的現(xiàn)狀，許多教育工作者們提出了各種各樣行之有效的改革方案。甘禮華等提出了多層次物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的模式，他們主張將教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)形式和教學(xué)對(duì)象分為若干個(gè)層次，例如可以按實(shí)驗(yàn)方法或擬解決問(wèn)題的不同，將開(kāi)設(shè)的同一類(lèi)型實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成多個(gè)層次，如基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、提高實(shí)驗(yàn)、獨(dú)立設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)等。這一模式取得了很好的教學(xué)效果；趙朝暉等則是提出運(yùn)用研究型實(shí)驗(yàn)來(lái)提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，他們以“新型季銨鹽陽(yáng)離子表面活性劑對(duì)織物的抗菌性能研究”為實(shí)例，剖析研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)在提高化工專(zhuān)業(yè)本科生科研素質(zhì)和創(chuàng)新能力中的重要作用，探索出了開(kāi)展研究型實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效方法及要求；鄧型深等提出了“仿真模擬實(shí)驗(yàn)十必修實(shí)驗(yàn)十自主開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)”的課程教學(xué)模式，并分析了其含義；胡學(xué)寅則是采用新的實(shí)驗(yàn)講義格式，減少傳統(tǒng)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，增加自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容。這一教學(xué)方法提高了工科院校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)效果，還可使基礎(chǔ)課實(shí)驗(yàn)?zāi)転楹罄m(xù)的畢業(yè)設(shè)計(jì)提供實(shí)用的實(shí)驗(yàn)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和理論聯(lián)系實(shí)際的能力，促進(jìn)了本科生綜合素質(zhì)的全面提高。賀德華等利用科研性教學(xué)實(shí)驗(yàn)“金屬氧化物的制備、性質(zhì)表征及在碳酸二甲酯合成中的催化性能評(píng)價(jià)”作為教改試點(diǎn)，該實(shí)驗(yàn)綜合了物理化學(xué)學(xué)科內(nèi)有關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)與技術(shù)以及物理化學(xué)與無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)中相關(guān)的知識(shí)與技術(shù)?？蒲行蛯?shí)驗(yàn)大大激發(fā)了學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的興趣，也使學(xué)生得到了綜合訓(xùn)練。葛華才等通過(guò)調(diào)整實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容使驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)具有設(shè)計(jì)性和綜合性，同時(shí)實(shí)行實(shí)驗(yàn)結(jié)果共享以增加學(xué)生的實(shí)驗(yàn)信息量；另一方面，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用計(jì)算機(jī)處理，減少計(jì)算重復(fù)工作量，使學(xué)生著重結(jié)果的分析和討論。實(shí)踐表明，上述做法顯著地提高了學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，因此受到學(xué)生們的普遍歡迎。周燕等就如何提高理工實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，激發(fā)大學(xué)生在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的學(xué)習(xí)興趣，開(kāi)拓大學(xué)生的實(shí)驗(yàn)思路以及創(chuàng)新意識(shí)進(jìn)行了一些探討。她們?cè)谂囵B(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力上下工夫，讓學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課程充滿熱情和探索精神，從而培養(yǎng)出適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)需要的高層次人才。還有相關(guān)專(zhuān)業(yè)大量的教改研究課題，在此由于篇幅限制不一一列舉。從這些老師的教改工作中可以看出，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)改革勢(shì)在必行，我校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須開(kāi)創(chuàng)出具有自身特色的物理化學(xué)設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)。

三、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的開(kāi)設(shè)思路

我們現(xiàn)在提倡的綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)既不是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)的重復(fù)，又要區(qū)別于畢業(yè)設(shè)計(jì)和科學(xué)研究。該實(shí)驗(yàn)應(yīng)該是在學(xué)生已具有一定的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)知識(shí)和基本技能的基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)的，并且要求學(xué)生在規(guī)定的學(xué)時(shí)內(nèi)完成指定的實(shí)驗(yàn)。因此，實(shí)驗(yàn)所選的題目不應(yīng)該偏離基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)太遠(yuǎn)，難度不宜太大，花費(fèi)的時(shí)間不能太多。綜合設(shè)計(jì)性物化實(shí)驗(yàn)可以比較全面地提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和綜合素質(zhì)，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的能力具有重要意義。我實(shí)驗(yàn)中心在保留原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，也需要不斷開(kāi)設(shè)新的實(shí)驗(yàn)課程，來(lái)滿足本科教學(xué)的需求。我們參考了其他兄弟院校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)結(jié)合自身的教學(xué)科研條件，依托開(kāi)發(fā)研制的具有我校自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的光催化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置，準(zhǔn)備開(kāi)設(shè)《納米TiO2的制備》、《基于活性炭負(fù)載納米TiO2光催化劑的制備》和《光催化氧化法處理有機(jī)廢水》這三門(mén)新的設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)課程。

四、具體實(shí)施方法及步驟

1.合適的設(shè)計(jì)性題目的選擇。合適的題目是設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵之一。所以選題涉及的問(wèn)題比較多，比如設(shè)備的可使用性、內(nèi)容的難易性、課程的連續(xù)性，這些都是選題必須考慮的因素。我們根據(jù)自身的前期成果結(jié)合我校實(shí)際為學(xué)生提供了三門(mén)新的設(shè)計(jì)性綜合實(shí)驗(yàn)供他們選擇。

2.實(shí)驗(yàn)資料的查閱，實(shí)驗(yàn)方案的制定。題目確定后，要求學(xué)生在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，交回實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生根據(jù)題目，可查閱資料，擬定方案，該方案包括：實(shí)驗(yàn)設(shè)備的組裝、實(shí)驗(yàn)藥品的配制，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)操作步驟。

3.依據(jù)已制定好的實(shí)驗(yàn)方案，合理安排有效實(shí)驗(yàn)。根據(jù)學(xué)生的人數(shù)和擬定的實(shí)驗(yàn)方案，輔導(dǎo)老師需要提前選擇適當(dāng)?shù)膶?shí)驗(yàn)儀器，摸索出可行的實(shí)驗(yàn)條件，從而確定出合適的實(shí)驗(yàn)方案。

4.學(xué)生獨(dú)立操作完成設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，最后提交出論文形式的實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生開(kāi)始設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)后，測(cè)定出可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的分析、運(yùn)算，最終要求學(xué)生打印實(shí)驗(yàn)結(jié)論，以論文形式寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

5.實(shí)驗(yàn)輔導(dǎo)老師收集學(xué)生的意見(jiàn)，同步改進(jìn)、完善設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。輔導(dǎo)老師在實(shí)驗(yàn)報(bào)告批改過(guò)程中，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中提取有用信息，進(jìn)行分析總結(jié)，而后在學(xué)期末的實(shí)驗(yàn)課考試題目中增設(shè)一道征求學(xué)生對(duì)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的意見(jiàn)和看法的題目。同時(shí)通過(guò)從不同渠道廣泛搜集到的信息中，整理總結(jié)出下一步改進(jìn)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)和不足。

五、總結(jié)

科學(xué)地開(kāi)展物理化學(xué)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)有利于加深本科學(xué)生對(duì)物理化學(xué)理論課所學(xué)知識(shí)的理解，增強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，提高學(xué)生的動(dòng)手能力，鞏固學(xué)生前期所學(xué)的基本實(shí)驗(yàn)技能。從而全面提升學(xué)生的創(chuàng)新能力、邏輯思維能力、分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。這對(duì)于提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能和綜合素質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的能力具有十分重要的意義。

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