非化学专业物理化学实验教学浅议

孙新枝　康武魁　蒋海燕　高立彬　颜世海　陈蔚燕　李建忠　龚良玉

摘 要：结合我校实际情况和特点，提出了物理化学实验教学改革措施，包括科学设疑，激发学生探究思考的好奇心、正确对待错误结果，提高学生分析问题和解决问题的能力、简单改造仪器，减少错误，缩短时间、统筹合理设计实验，减少虚假数据、善待学生，让学生体会做实验的乐趣。通过这些改革措施有效提高了物理化学实验教学质量和学生的综合能力。

关键词：物理化学实验；非化学专业；浅议

中图分类号：G64 文献标识码：A 文章编号：1673-9132（2017）13-0018-03

DOI：10.16657/j.cnki.issn1673-9132.2017.13.008

物理化学实验是化学专业的专业实验课，也是非化学专业的公共基础实验课。化学专业的学生在修完无机化学实验、分析化学实验及有机化学实验的基础上开设物理化学实验，学生已具有较好的实验基础和较强的动手能力，并具备一定的分析问题、解决问题能力；而非化学专业的学生开设的前期实验课程仅有基础化学实验I和II，该课程侧重的是训练学生化学实验的基本技能，动手能力却比较薄弱。实验教学作为高等学校教学体系的重要组成部分，对培养学生动手实践、创新意识、综合应用、分析问题和解决问题的能力有着不可替代的作用[1]。如何在科学技术日新月异的知识经济时代使实验教学内容跟上发展的步伐，使学生系统地、广泛地在实验理论、基本技能和分析、解决问题的独立工作能力等方面得到切实地培养和训练仍是当前实验教学改革的一个十分重要的研究课题[2-4]。近年来，国内高校对物理化学实验教学都进行了较大力度的改革，一些院校开展多层次的物理化学实验教学，如基础实验、提高实验、独立设计性实验等[5-6]。

我校物理化学实验的教学相比其他课程实验教学问题较多，主要表现在以下几个方面：（1） 实验多为验证性实验，缺少综合性实验；（2）学生多、实验仪器少；（3） 实验教学方法陈旧。理论实验课不同步，造成实验课理论化，老师讲，学生听，“依葫芦画瓢”地做一遍，整个过程只是被动地验证、机械地重复[7]，缺乏创新性。（4）实验步骤多，学生预习较差，反复出现错误，导致浪费更多的时间和精力完成实验；（5）每位教师带多个实验，在指导学生实验的过程中会出现多个问题同时解决，学生等待解决问题，这样也会使得学生做实验的积极性降低。

针对以上问题，通过多年的物理化学实验教学摸索，我们进行了一些实际有效的改革。

一、科学设疑，激发学生探究思考的好奇心

亚里士多德说过：“思维自惊奇和疑问开始。”疑能使心理上感到困惑，产生认知冲突，疑最容易引起定向的探究反射，有了这种反射，思维也就应运而生，从而进行主动探究，然后通过分析、综合去理解问题、解决问题。那些富有新奇色彩的問题最容易促使学生产生探究思考的好奇心，从而激发学生对该问题的不断思考[8]。

1.通过预习前给出问题到实验前提问问题使预习达到了预期效果。由于物理化学实验的难度较大，理论性强，实验预习中学生往往容易出现不知从何下手预习哪一部分，把握不住实验要点[9-10]。在学生做预习实验前我们可以根据实验内容将物理化学实验所开设的每一个实验针对性地提出一些问题，既达到有目的性预习实验的效果，又避免出现学生只是简单抄袭实验步骤的虚假预习现象。

2.通过实验过程出现的问题引导学生分析、处理问题。在实验过程中容易出现问题，通过问题引导学会分析，找到解决问题的办法。学生刚开始做“纯液体饱和蒸气压的测量”实验时，易出现空气倒灌，使储气罐进水，若不及时排出，下次实验时AB弯管空间内的空气就较难排净，可以这样引导：“在什么情况下会发生空气倒灌？ 如何防止空气倒灌？”通过分析、思考和讨论，若储气罐里的压力小会发生倒灌，考虑当排净AB内空气后，立即关掉抽气阀，打开进气阀调节BC液面平齐。在实验教学中对出现的问题及时解决，有利于学生实验技能的提高和做实验的积极性。

二、正确对待错误结果，提高学生分析问题、解决问题的能力

物理化学实验与其他基础化学实验显著不同的一点就是所涉及的仪器设备较多，且仪器使用操作规程繁多，设置参数复杂，给学生的操作带来一定的难度。为减少仪器使用出现的错误和防止学生因错误带来的重复性操作延长实验时间，而详细讲解仪器的使用以及仪器在使用过程可能出现的问题、注意事项等，不利于提高学生的实验操作技能，更不利于学生对实验操作的理解。因此，在不违背仪器工作原理、不损害仪器的前提下，鼓励学生大胆动手，即使学生出现一些操作失误，只要教师善于引导，通过对操作失误导致的错误结果进行分析，同样可以达到正确理解相关原理的实验教学目的。例如在“中和热的测定”实验中，要求打开磁力搅拌器，若只是打开磁力搅拌器开关，磁子却不转，就会导致在通电流加热时温度变化不明显而导致无法测水当量，不能计算中和热的数值。通电流后发现温度没有变化，需要思考：为什么通电流后，没有温度变化？讨论可得通电流肯定会加热，那么仪器加热和温度变化是如何联系在一起？通过分析会让学生领悟到温度不变化是因为没有将溶液被加热获得的热量分散，进一步知道磁力搅拌器的作用以及只是打开了开关，而不考虑磁子的转动这个问题。当然有的学生也把磁力搅拌器的转速调到比较大的位置，为什么还是没有转动？有的学生听到磁子转动的声音，仍然出现温度不变化的现象，这些问题都可以促使学生对该实验加深印象，更容易理解实验原理。

实验教学的目的不是按部就班的操作和获得准确的结果，而是教师正确的引导，使学生重视实验现象的观察，实验过程的剖析，明确科学研究的方法，培养学生通过实验现象主动发现问题、探究分析，并最终解决问题的能力[11]。

三、简单改造仪器，减少错误，缩短时间

物理化学实验中仪器的使用有大量的参数需要记住，需要时间来熟练操作规程，这就要求在仪器使用过程中减少实验步骤中可能出现的错误，否则，本来实验所需时间较长，因计算错误或者药品称重错误，拿错药品而导致的重做，降低积极性。鉴于此，对可能出现药品混乱问题的实验进行了简单改造。例如“二组分金属相图的绘制”实验，需要在金属套管中加入不同含量不同组分的金属。经常会出现以下问题：计算不同含量组分的金属的质量出现错误或金属套管外表的标签、混合物的比例，记错或是填错，导致步冷曲线出现严重的偏差。进行如下改造：将装有待熔化金属套管直接用外部的金属管而不用里面的玻璃管，里面的金属是已经熔融过的，混合的比较均匀，在金属管外表面比较明显的地方将待熔化金属的组成和序号“刻上”，如100% Sn 1号管，80% Sn 2号管，60% Sn 3号管等。如此改装后，因原有标签纸容易脱落而导致样品混乱的状况有了根本性改善，既节省了金属熔融所需消耗的时间，节约试剂的使用，又减少了药品错误的可能性。

四、统筹合理设计实验，减少虚假数据

物理化学实验大多是验证性实验，会经常出现重复的操作。例如动力学实验蔗糖的转化，乙酸乙酯的皂化等，为得到活化能需要在多个温度下进行相同的操作过程，致使简单的重复操作耗时长，出现相互抄袭数据等问题。由此，对实验内容进行简单合理的设计。例如乙酸乙酯的皂化这个实验，第一个步骤是配溶液，再进行测定初始电导率，最后测定反应时的电导率。可以这样安排：先做初始电导率测定的准备工作，将溶液加入电导池内，等待预热时间时可配溶液进行后面的步骤。在该实验中至少需要得到2个温度下的数据，如果按照教材上的步骤按部就班操作，学生会在记录数据的过程中无所事事，觉得很乏味，做完整个实验需要的时间很长。第二个温度的操作可以在第一个温度测定过程中做好准备工作，比如在其他恒温槽里预热第二个温度下需要测定的溶液，这样既可以节省步骤四和步骤五预热时间这个简单的操作，也可以让学生在记录数据过程中思考问题：为什么可以先进行预热测定初始电导率和反应时的电导率所需要的溶液？目的是什么？如何正确的操作？不同的学生做不同的温度，最好2个温度有一个是相同的，一名学生做20℃和30℃的，另一名学生可以做30℃和40℃等，依次类推，这样既合理安排了时间，让学生没有空余的时间，可以减少相互抄袭实验数据和实验报告现象，也可以让学生学会如何统筹安排时间。

五、善待学生，让学生体会做实验的乐趣

培养学生的创新能力是目前大学化学教学改革中的热点问题， 创新人才的培养是一项系统工程， 兴趣教育是其中一个重要方面。在大批优秀青年远离化学界的情况下， 提出培育对化学的兴趣是非常及时与必要的[12，13] 。

非专业学生实验操作技能基础差些，但部分学生领悟能力非常强，实验技能提高很快，容易掌握实验技巧。也有一部分学生对知识的吸收较慢，做实验时更是“如履薄冰”，产生害怕损坏仪器，需要经济赔偿等顾虑。不能因为这样“反应慢”的学生做实验延长时间，重复做的次数居高不下，对这样的学生进行斥责，埋怨。在这样的情况下，学生不敢动手，动手怕错，教师不在場时抄袭其他学生的数据，以防教师继续批评、斥责。这样就形成了恶性循环，学生本来就反应比较慢，又“挨训”，心理上出现“我就是笨，那干脆就不做实验”的情绪，进而出现抄袭等一系列恶果。对于这样的学生，教师不能“训”，而是要有耐心，要细心指导，要多关心，付出更多的时间和精力减少可能出现错误的机会，多鼓励，这样会使得学生紧张情绪慢慢转好，有利于实验的顺利进行，学生会更清晰的分析问题，去理解实验，更容易学会实验技能技巧。

针对物理化学实验本身所具有的理论性强，仪器使用多等特点；非专业学生实验基本技能差、专业知识不精等问题，提出了一系列多样性的教学方式。包括科学设疑，激发学生探究思考的好奇心、正确对待错误结果，提高学生分析问题和解决问题的能力、简单改造仪器，减少错误，缩短时间、合理设计实验，统筹安排时间，减少虚假数据、善待学生，让学生体会做实验的乐趣；善待学生，让学生体会做实验的乐趣。

参考文献：

[1] 张业民，李光提，等.提高学生综合、设计性实验能力的探索[J].实验科学与技术，2010（2）：97-98.

[2] 黄晓敏，曾松荣，等.实验室开放式教学改革与创新人才培养[J].实验技术与管理，2006（3）：16-18.

[3] 葛华才，刘仕文，等.物理化学实验教学中创新能力的培养[J].实验室研究与探索，2006（11）：1421-1422.

[4] 胡新根，何道法，等.研究型物理化学实验教学模式的探索与实践[J].实验室研究与探索，2009（10）：133-135.

[5] 贺德华，麻英.物理化学实验教学的发展趋势与改革探讨[J].实验技术与管理，2006（3）：13-15.

[6] 甘礼华，陈龙武，等.多层次物理化学实验教学的再思考[J].实验室研究与探索，2002（6）：8-9.

[7] 何晓玲.问题教学法在化学实验教学中的应用[J].淮北煤炭师范学院学报：自然科学版，2009（4）：91-92.

[8] 徐悦华.物理化学实验教学中的“诱思探究”[J].广东化工，2006（5）：102-103.

[9] 陈广大，王学军，等.思考题教学法在物理化学实验教学中应用的探索及实践[J].上饶师范学院学报，2008（6）：47-48.

[10] 刘文萍，杨朝霞.问题教学法在物理化学实验教学中的应用[J].广州化工，2011（16）：182-183，210.

[11] 邓立志，侯安新，等.关于物理化学实验教学改革的几点思考[J].大学化学，2006（4）：25-27，44.

[12] 高盘良.兴趣教育与创新人才培养[J].中国大学教学，2003（2）：6-7.

[13] 高盘良.宣传化学，提高兴趣，培养人才[J].化学教育，2003（10）：6-8.

[ 责任编辑 杜建立 ]