物理化學實驗教學模式探索

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摘要：本文介紹了物理化學實驗教學改革——物理化學實驗教學和本科生科研訓練相結合方面所做的嘗試。改革通過兩種方式進行，一是將科研活動中基礎的測試實驗與理論教學內容相結合，設計合適的實驗內容補充到綜合實驗中；二是對物理化學基礎實驗中的方法進一步拓展應用，融入到校級的本科生訓練計劃中。通過兩種方式的訓練培養了本科生學生科研能力和綜合素質，為本科生的今后工作和學習打下了良好的基礎。

關鍵詞：物理化學實驗，科研性實驗，本科生

科研訓練物理化學實驗是一門綜合性的基礎化學實驗[1-2]，在本科生的教學工作中備受關注，其將分析化學的手段和數學分析方法綜合運用的一門化學學科。傳統的實驗課程模式通常是老師講解、學生照做，并且每個實驗只做一次，對大部分學生來講難以留下深刻印象[3-5]。這種模式不利于學生創新模式的培養，物理化學實驗教學體系的改革也因此成為被關注的重要教研問題之一，其主要目標在于使學生更好地了解物理化學的研究方法和技能，加深對物理化學基本概念和理論的理解，進一步培養和提高學生的科學能力和創新能力[6-7]。我們進行了大膽的嘗試——將科研活動與教學內容相結合，結合教學計劃中的本科學位論文工作以及推行的本科生科研訓練計劃，開展多種形式、多層次的開放實驗教學：將實踐證實適合本科生教學的科研實驗內容，先通過本科論文的形式對內容進行優化，然后補充到現有的物理化學教學體系中；物化實驗中的基本實驗拓寬到應用領域，賦予明確的、鮮明的專業特色的教學目標，并借助于學校的科研訓練項目，設計研究性實驗供學生進行科研訓練。

1.從本科生畢業論文到的物理化學實驗中的綜合實驗

在日常的教學和科研工作中，有意識地將科研工作中涉及到的所屬專業的共性和基礎的內容與本科教學中相關知識相結合。首先合理選擇實驗內容，并將這些內容融合到本科畢業論文中。之后對實驗結果進行總結和升華，轉化為物理化學實驗中的綜合實驗。目前，我們選擇的物理化學實驗中的綜合實驗之一——“化學電源基本性能的測定”便是我們總結了科研工作中的一些基礎內容并與物理化學課程中的電化學部分內容相聯系進行設計的?！盎瘜W電源基本性能的測定”實驗的目的在于使學生了解化學電源基本性能的評價指標以及設計相應的測試方法，同時加深理解極化作用對化學電源性能產生的影響。其所用設備均為物化實驗室中的常用設備，如：電流表、電壓表、穩壓電源等；具體測試的性能指標主要有：電動勢、開路電壓、工作電壓、容量、能量、功率等；所測試的電池也是我們日常生活中常用的鋅錳電池、鎳氫電池、鉛酸電池等。實驗對象為化學和化工專業大學三年級學生，實驗是以開放實驗的形式展開的。實驗通常由4-5人組成的小組完成，實驗由學生自己設計，獨立操作，教師在其中只起到引導作用。通過開展這樣的綜合實驗，學生興趣濃厚、樂于動手，勤于思考，通過觀察實驗現象，記錄和分析實驗數據，獲得豐富的關于電池性能的感性認識，達到對理論概念深刻理解和熟練掌握的目的。另外通過這個實驗，學生們了解了不同類型的電池在性能上的差別，拓寬了物理化學的知識面，增加了對電化學知識的學習興趣。在整個實驗實施過程中，我們組織學生學習了有關設計性實驗的要求，查閱電池相關的文獻，并安排學生根據本實驗所提供的儀器，完成一下工作兩方面的工作：1)設計實驗測定給定電池的基本性能。2）設計實驗考察電池極化行為對電池性能的影響。物理化學實驗課程作為化學專業教學計劃中一門重要的課程，它對于學生理解化學學科的基本理論,掌握和運用化學中基本的物理方法和技能，以及培養學生科學思維和綜合分析解決問題的能力等方面都起著重要的作用。將科研中一些基礎的、經典的測試方法引入物理化學實驗課程，對該課程的內容進行了一個良好的補充。

2、物理化學實驗中的基本實驗與本科生的科技訓練結合

為進一步培養本科生創新意識和創新精神、提高本科生的創新實踐能力，學校自2005年開始設立本科生研究訓練計劃，為本科生開展科學研究和技術開發活動提供專門化的訓練和指導，其英文表述為“StudentResearchDevelopingProgram”，縮寫為“SRDP”，實施原則是“自主申請、公平立項、擇優資助、規范管理”，由項目申報學生在教師指導下主持完成，其主要是針對已經具備一定的專業基礎知識的化學和化工專業大學二年級和三年級的學生開展。項目按期進行，結束時要進行答辯，答辯專家根據學生匯報情況進行考核，根據考核的結果相應的給予2-3個學分。近年來我們已經進行了兩屆物理化學實驗到SRDP課題的嘗試，分別是關于“海洋沉積物中表面活性劑的提取和分析”研究和“銅離子在海洋沉積物上的吸附等溫線”研究，先后組織9名本科生進行科研訓練。上述兩個課題內容覆蓋了大學無機、有機、分析和物化課程的內容，突出了物理化學基礎實驗內容的應用。界面現象是物理化學課程中較為重要的內容之一，其內容較為抽象，加大了學生對該部分內容的理解難度?！按姿嵩诨钚蕴可系奈健笔俏锢砘瘜W實驗課程在該知識面設計的基礎實驗。通過該實驗，學生能夠對液固吸附現象以及吸附等溫線的測定等有了較好的感性認識，并更好的掌握了有關的概念和理論知識。以此為契機，我們引導學生進一步加以訓練，對本科生而言是一個對所學知識進行融會貫通以期進一步提高的好機會，可使學生充分理解和掌握有關液固界面性質、吸附脫附過程等的基礎理論和相關的實驗原理及技術、方法。SRDP課題實施中學生從查閱文獻開始，然后設計實驗，自己動手開展實驗，認識海洋中的界面現象，并了解污染物的去除和分析技術，將課本中學到的抽象技術和理論與具體的海洋環境問題聯系在一起，在具體科研工作中加深對有關知識的理解，同時增強對海洋環境問題的認識。SRDP工作開展不僅鍛煉學生發現問題、分析問題和解決問題的能力，而且增強其工作中的觀察能力、操作能力和結果分析能力，從而使得學生具備一定的科研素質。學校組織的SRDP計劃，給在讀的本科生提供一個科研鍛煉的平臺，讓他們較早地近距離地參與到科研項目中，接受科學研究的熏陶。幾年的努力結果表明，我們的措施對學生進行研究性學習、孕育創新意識、培養創新能力等都起到了積極作用。不少學生因對從事SRDP科研工作的喜愛，繼續從事該方向的本科畢業論文設計，甚至有的學生因此選擇繼續從事該方向的科研工作。

有著合理目標和計劃的科研訓練對提高學生的綜合素質有著積極促進作用。通過補充有利于學生思維能力培養和科學素質提高為的實驗訓練項目，使化學專業的學生更好地掌握思考、探索和研究的方法,并在理論和實踐上都得到全面的提高，為以后學習及工作打下扎實的基礎。幾年來進行多層次物理化學實驗教學模式的有益嘗試，我們和學生們的共同努力已經取得了令人較為滿意的效果。

作者:王麗莎 曹曉燕 姬泓巍 包木太李先國 單位:中國海洋大學化學化工學院

參考文獻：

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[3].劉海峰，陳明潔，陳敏，《物理化學實驗》教學方法改革的探索與實踐[J]，實驗室科學與技術:2013，11：66-68

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[7].張潤蘭，楊在文，康潔等，從物理化學實驗教學談大學生能力的培養[J]，技術與創新管理，2014,35:495-498