新形势下高校物理化学实验的改革与探索*

丁 祥，靳俊玲，黄小兵，肖安国，陈远道，左成钢

(湖南文理学院化学与材料工程学院，湖南 常德 415000)

随着我国教育事业不断推进与发展，本科教育已得到了普及。然而，随着科学技术的高速发展，现代社会对人才的需求已经转向综合型、创新型，和应用型等，高校教育的一个重要目标即培养社会经济发展所需要的应用型和创新型人才。物理化学课程是高校化学类专业课中一门理论性较强的基础课程，是使用物理学的理论和方法分析化学行为的规律，研究物质的构造原理及其相互关系的学科，对于研究和分析实验现象有重要作用[1-7]。学好物理化学，可帮助学生构建完善的知识体系，更好地理论联系实际，从而提高创新能力。对于物理化学课程的学习，除了基础理论，物理化学实验也是课程的重要部分。通过实验操作，物理化学的理论基础知识可得到复习和巩固，可使学生掌握物理化学的实验方法。通过物理化学实验的整个过程，包括撰写预习报告、操作实验、观察和思考实验现象、处理实验数据、分析和讨论实验结果、撰写完整实验报告，能快速提高学生利用物理化学理论知识分析和解释问题的能力，以及培养学生具有精益求精的学习作风和严谨求实的科学态度[8-11]。然而，目前高校物理化学实验的教学现状不能很好地顺应现代科技对创新型和应用型人才需求的新形势[12-14]，需要推进深度的教学改革，以提高实验教学质量，提高学生的动手能力、解决问题的能力。

1 物理化学实验教学现状

物理化学实验课题锻炼学生的实践能力和分析问题能力，物理化学实验的教学已经有几十年的历程，然而随着科学技术的不断推进，现代社会对人才的需求趋向于高素质和多元化，物理化学实验的教学中仍然存在一些问题：(1)实验教学方法陈旧。目前，物理化学实验仍停留于传统的教师为主导的讲授式教学，然而物理化学实验原理晦涩，学生缺乏主动性，撰写实验报告时照搬课本的实验原理等内容，没有进行独立地深入思考和分析。预习程度达不到，在教师讲解过程中学生很难跟上讲解思路，不能深刻理解实验原理，导致操作时生搬硬做，达不到做实验的教学目的。(2)实验条件不能满足课程需求。物理化学实验是理论性和实践性很强的基础课程，注重对化学过程中的规律进行深入理解，要求学生能够运用基础理论理解实验原理，获得合理和真实的数据，也要求学生能够掌握实验仪器的操作技术。然而，在教学环节中会出现仪器短缺，每组学生4～6人操作，不能保证学生能够独立操作，很大程度上抑制了学生对科学实验的积极性。另外，一些老旧仪器精度达不到测量要求，影响了实验结果和教学效果。(3)学生认识不足。在物理化学实验的教学过程中，完成一份高质量的实验报告需要在实验前认真预习原理和操作步骤，实验过程细心谨慎、勤于观察和思考，实验结束后查阅资料，深入分析数据，完成实验报告。然而很多学生对物化实验的侧重点在实验操作，反而不注重后期的数据处理和误差分析，导致学生的自主解决问题能力和文献查阅能力水平不能得到普遍提高[15]。

2 课程改革的建议

这里，我们针对目前物理化学实验教学存在的一些问题，结合物理化学课程特点，以及多年来在教学过程中的经验，对物理化学实验教学提出了一些教学改革，以期改善实验的学习效果和提高教学质量，加强学生的创新能力和提高综合素质。

(1)根据课程要求适当调整实验内容

物理化学实验课程通常会设置在第四和第五学期，这阶段学生已经通过无机化学、有机化学等课程的学习、积累和理解，已经对化学学科的研究内容、科学定位和发展方向有了一定理解。物理化学和实验是对前期知识的拓展和提升，它的教学效果对培养学生的创新思维模式、科学严谨的治学态度和实事求是的学术作风有直接影响[16-17]。因此，物理化学实验教学内容的选择和设计对于达到目标显得非常重要。首先，物理化学实验内容除了选取传统的验证实验，也要选取创新性、综合性、和开放式实验。将物理化学理论知识和实验实践相结合，拓展学生的物理化学知识面，夯实基础知识、提高实践能力。第二，根据不同的专业特点，适当调整物理化学实验内容。根据专业方向的特点和所学理论知识内容进行合理调整实验，使学生更好地实践理论知识，有利于学生知识体系的完善和综合能力的提高。例如，针对材料科学与工程专业的学生，侧重选择粘度法测定水溶性高聚物相对分子质量、二组分固-液相图的测绘等实验内容，加强材料专业学生的实践能力；针对化学专业的学生，侧重选择学习燃烧热的测定、电导法测定乙酸乙酯皂化反应的速率常数等实验内容，加强对基础知识的理解和应用。实验的选择重在加强基础知识的理解和应用，突出各专业的特点，提高学生知识迁移的能力和科研创新的能力。另外，物理化学实验应与时俱进，教师应多查阅前沿文献资料，将先进的科学技术知识不断渗透在物理化学实验课程之中，结合学科前沿进行设计物理化学实验；同时不断鼓励学生进行独立思考实验设计，以提高学生的动手能力和创新能力。

(2)改革教学方式，促进学生独立思考

物理化学课程的理论知识多晦涩难懂，很多学生在学习过程中缺乏学习主动性，因此教师在实验指导过程中要多与学生交流，引导学生勤思考，运用实验教学提高学生对物理化学理论知识的学习兴趣和主动性。物理化学实验教学方式的改革，可从以下两个方面展开：①预习阶段做好问题引导。预习报告主要包括实验原理、试剂和仪器和实验步骤。为了提高学生的预习效果，可在实验之前给学生预留针对性的问题，以帮助学生抓住实验原理重点和难点，理清实验思路，理解实验的本质。例如在“燃烧热的测定”实验中，可设置：燃烧热的定义；氧弹热量计的基本原理；怎样消除热量计与周围环境的热交换对温度测量值的影响；影响点火成功的因素等问题。②实验讲解时发挥学生的主动性。实验指导教师在讲解过程中多设置关于实验细节的问题，通过提问可以考察学生的预习情况，也可以使学生更熟悉实验原理、实验仪器和操作步骤，提高学生对实验操作的信心，提高学生的主动性和思考的能力。另外，实验讲解过程可引入先进新颖的教学方式如“互动式”、“问题讨论式”等调动学生的学习积极性，打造多元化活力课堂。例如可选择部分实验如“线性电位扫描法测定镍在硫酸溶液中的钝化行为”进行“翻转课堂”，即教师把需要学习的内容录制成视频并发送到互联网，学生可通过互联网提前学习。在课堂上师生可进行互动交流，通过对学生分组进行讨论实验的基本原理，关键操作步骤等。对于“线性电位扫描法测定镍在硫酸溶液中的钝化行为”，教师可设置相应的问题在课堂进行讨论，如什么是金属钝化，金属形成钝化态的原因，影响金属钝化过程的因素，金属阳极极化曲线的特点等。通过讨论，学生能更深入地了解实验原理，在操作阶段能够更细致地观察和分析实验现象，从而可孵化更多有创意的想法。③引导学生完成高质量实验报告，提高学生科研能力。物理化学实验结束后需要完成报告的后半部分，即数据处理和问题分析，撰写实验报告是对一次实验的总结。很多学生把物理化学实验的重点放在实验操作部分，然而实验报告的撰写同样重要。实验结束后教师可引导学生深入理解实验原理，分析实验数据和实验现象，从而加深对该知识点的理解和应用，提高理论联系实际的能力。最后，指导教师对知识点进行适当拓展，将前沿知识引入课堂进行总结，有利于提高学生的学科兴趣，拓展视野和形成开拓创新的思维。

(3)物理化学实验课程的成绩评定

本科教育要以学生为中心，以培养能力为中心，采用多种教学手段相结合的模式促进学生自主性学习，根据物理化学实验课程的特点，学生成绩考核应贯穿于整个过程，考核标准应细化。我们建议将成绩考核分为两部分，平时考核和期末考核，各占50%。平时考核包括考勤、实验预习及实验报告、实验操作、分组讨论情况，回答问题质量等。平时考核应着重考察实验报告的质量，尤其是数据处理和问题分析，实验报告强调独立完成，抄袭和作假均不能得分。期末考核采用闭卷考试或实验操作。考试内容涉及到对实验原理的理解、实验操作及注意事项、知识拓展和应用等。实验操作考核则是随机抽取一个做过的实验进行实际操作，按照操作流程进行成绩评定。

3 结 语

物理化学实验课程的实施可以提高学生对理论知识的理解能力和应用能力，要提升物理化学实验课程的教学质量，需要指导教师根据专业积极调整课程内容，选择适合学科专业的实验，精心设计和讲解每个实验内容，积极引导学生独立自主完成实验；并不断思考和丰富课程内容，将学科前沿知识引入本科课程，引导学生不断思考，从而拓展学生的视野，提高学生的学科兴趣，培养学生的科研能力和创新能力。