物理化学实验教学探讨

余建国+于浩+严峰+安会琴

【摘 要】物理化学实验作为化学四大基础实验之一，其内容与物理化学理论课程相辅相成，除了培养学生动手能力外，另一重要的目是通过实验结果的分析讨论，不断提出并解决问题，使学生更加熟悉物理化学知识体系的来龙去脉，让学生养成爱思考、勤思考的好习惯。因此在教学中我们注重教学内容及方法的调整，实验数据的处理及结果分析。

【关键词】物理化学实验；教学内容；探讨

物理化学实验课是通过物理方法及手段来研究物理变化和化学反应的规律，学习掌握一些常见的物理化学实验方法，学会实验数据的处理及实验结果的分析、讨论方法，从而增强对物理化学理论知识的理解，具体从以下三个方面来阐述。

一、适时调整教学内容及方法

由于实验装置的改进，教学中实验操作的时间会明显的减少，这对老师的教学提出了心得要求。我认为实验操作时间的减少是必然的趋势，对物理化学实验来讲不是相应的减少物理化学实验的学时，而应该把物理化学实验教学趋向于去完成物理化学实验的教学任务，在课堂上去分析讨论实验结果，让学生对相关基础理论有更加直观的认识。

“物理化学实验”区别与其它化学基础实验，物理化学实验操作过程和实验对应的物理化学理论可能毫无关系，而且对同一实验其操作也可能有较大差异。比如“饱和蒸气压测定”实验，验证的是物理化学中克劳修斯-克拉佩龙方程，在静态法操作中要测定温度和压强两个物理参数，早期的一些装置中是通过纯液体沸腾时测定温度和压强，两个参数都是变量，唯一控制的就是纯液体沸腾，操作过程中常出现的问题是液体爆沸和漏气，学生操作中是问题不断，老师简直就是“救火队员”；现今发展处一种带“U”型管的装置，“U”型管中的液体与待测液体是同一种物质，通过“U”型管中液体把待测液体密封起来，一方面密封待测蒸汽，另一方面也提高了装置的气密性，而且该装置所用液体的体积显著减小，实验过程中恒定温度来测压强，实验操作明显简化。实验所节省下来的时间一方面可以用来与学生讨论这个实验装置的操作原理，以及可能利用类似的装置来测定其它的物理化学参数，给与足够的时间来让学生讨论，最终学生就会明白，只要测定的物理化学理论中有压强和温度两个参数，涉及到的相中有气相，那么这个装置就是通用的，比如这个操作原理还可以用在“氨基甲酸铵分解平衡常数测定”实验中。

“蔗糖水解平衡常数测定”实验中，由于先进的自动旋光仪被引入实验，测量精度大幅提高，可以节省出一定的操作时间，这些时间可以安排学生讨论或者增加不同催化剂浓度、不同反应温度及不同反应物浓度等反应条件，使学生能系统的理解影响反应速率因素。

因而在教学中要根据实验的实际情况，不断做出一些调整，使得学生通过物理化学实验的训练，能更加深刻的理解物理化学的基本理论。

物理化学实验通常采用分组循环实验，这种实验方式会使学生在实验时对应的物理化学理论还没有学习，学生对实验原理的理解比较困难，实验课老师在授课时要相应的调整，比如学生刚开始学习“物理化学”理论课程，如果要做“蔗糖水解速率常数测定”实验，在授课时我们就应该对一级反应速率方程详细讲，让学生对反应级数、反应速率方程、反应速率常数等概念有比较清晰的认识，学生在结果分析讨论时才能作出正确的处理；反之，如果是已经学过的内容，有关原理介绍时就要做到言简意赅。

二、学习常见的数据处理方法

物理化学实验中常见的数据处理是线性回归，比如：“饱和蒸气压测定”、”氨基甲酸铵分解平衡常数测定”、“蔗糖水解反应速率常数测定”、“乙酸乙酯皂化反应速率常数测定”等实验均需做线性回归处理。线性回归也即是把所处理的数据画成直线，通过直线的斜率和截距来求解相关的物理化学参数，“饱和蒸气压测定”实验可以通过线性回归的斜率来计算液体的摩尔蒸发焓；乙酸乙酯皂化反應速率常数测定”实验可利用线性回归斜率和截距来计算乙酸乙酯皂化反应的反应速率常数。在“二元液体相图测定”实验中需要画曲线，而且该曲线通常是两个X一个Y，如何正确的把实验图画出来，也需要使用一些合适的软件。

随着科学技术的发展，计算机进入到了我们生活工作的每个角落，物理化学实验中用坐标纸渐渐变成了历史，这是因为坐标纸画图时人的主观因素会对所画图形产生重要的影响，从而产生了实验误差，而计算机处理物理化学实验数据是，可有效的避免人为主观所产生的误差。当前，学生比较容易接受的数据处理软件是Excel，但是Excel所画直线给出的误差分析数据不直观，而且所画图形“难看”，图形本身不易修饰，更适合做统计类的数据处理；而在物理化学实验数据处理中使用更多的数据处理软件是Origin，该软件编辑也较简单，而且线性拟合后，可以方便的利用相关性系数来判断实验数据的线性关系如何，图形也容易修饰，还有一个重要特点是可以利用实验所得的有限数据点来拟合出更多的数据点，这个特点对需要做切线的实验（丙酮碘化反应速率常数测定）特别有用。通过科学的数据处理方法，为实验数据的进一步处理及数据分析提供正确的处理结果，因而学生在物理化学实验过程中，这是必须学会的实验数据处理技能。

三、重视实验结果的分析讨论

学生在实验室主要完成实验操作获得基础的实验数据，数据处理及结果分析一般是在课后进行，这就要求学生在实验期间，应向学生明确数据处理及结果分析的要求；还要针对物理化学实验数据通常是2～4人合作完成，尽量杜绝课后学生处理的实验数据及结果分析完全雷同，要引导学生课后尽量独立去完成数据处理和结果分析，但是下面这种情况应该大力提倡，学生之间通过课后讨论形成一致意见，出现非常相似的数据处理和结果分析，但是这种情况一般比较难以界定，应要求学生提供讨论的相关记录或者视频。

数据分析和结果讨论都要求学生写在实验报告中，老师可以根据实验报告来评判学生数据处理和结果分析讨论的情况，在下次上课过程中，利用学生闲暇时单独向学生点评其实验报告，指出一些不足的地方，并给学生示范这些不足处应该如何正确的处理。经过3个以上的物理化学实验的训练，学生能自主的采用正确的方法去分析讨论实验结果，让学生真正学会如何去思考。

在近几年的物理化学实验教学中，我们不断向学生强调物理化学实验的学习目标，结果显示，五分之四以上的学生通过该实验的训练，熟练的掌握了各种类型的数据处理，超过半数学生能认真的去做结果分析讨论，表明学生学会了如何去讨论科学问题，如何去思考。以上是我在物理化学实验教学中一些经验体会，在这里提供给大家一起探讨，为物理化学实验教学的进步贡献力量。endprint