高校物理化學實驗教學改革研究

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[摘要]高校實驗教學承擔著創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要任務，但在教學實踐中，普遍存在著實驗內(nèi)容單調(diào)、教學手段單一、實驗廢棄物排放過多等突出問題，亟待進行改進。隨著高校物理化學教學改革地深入推進，高校物理化學實驗應向綠色化、綜合化、特色化、科技化這四個方向改進，優(yōu)化教學內(nèi)容，突出專業(yè)特色，改進教學方式，不斷提升高校物理化學實驗教學質(zhì)量和創(chuàng)新人才培養(yǎng)水平。

[關鍵詞]物理化學實驗；改革；綠色化；綜合化；特色化；科技化

高校物理化學實驗是一門重要的化學基礎學科，在鞏固加深物理化學理論課程中概念和理論的理解方面有著重要作用。中國海洋大學是一所具有海洋特色的綜合性學校，涉海學科一直是我校特色優(yōu)勢化學科，如何結(jié)合當代藍色經(jīng)濟發(fā)展的需求，將海洋特色和各專業(yè)特色融入到目前實驗教學內(nèi)容當中，豐富實驗內(nèi)容，激發(fā)學生學習興趣，一直是我們實驗教學隊伍的研究內(nèi)容。我校物理化學實驗課程是一門理工學科的基礎科目，主要面向化學、化工、藥學、材料、生物、食品、環(huán)境等相關專業(yè)，學科覆蓋面廣、交叉滲透日益突出。但在實踐中發(fā)現(xiàn)，實驗教學內(nèi)容目前也普遍存在驗證性實驗偏多、設計性實驗少，以及實驗內(nèi)容缺乏靈活與創(chuàng)新、實驗試劑毒性大等問題。因此按照高校對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目標要求，并考慮到學時少實際情況，有必要對物理化學實驗教學內(nèi)容和方法上進行調(diào)整，將綠色化、綜合化、特色化和科技化理念注入目前物理化學實驗教學中，深化實驗教學內(nèi)容改革，此舉將有助于提升物理化學實驗教學質(zhì)量和創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

1物理化學實驗的綠色化改進探索

開展“綠色化”物理化學實驗建設既是教學改革的重要內(nèi)容，也是新時代化學教學面臨的一個嶄新課題。長期以來在完成實驗教學任務的同時，我們普遍對實驗廢棄物的排放關注不夠，必須集中收集處理，或者經(jīng)過無害化處理才能排放。因此，對實驗內(nèi)容、實驗方法進行改進、實現(xiàn)綠色化物理化學實驗教學是養(yǎng)成學生良好實驗習慣，培養(yǎng)學生環(huán)保意識的重要途徑[1]。充分考慮化學試劑和實驗產(chǎn)物毒性的前提下，在實驗內(nèi)容方面，我們可以精選物理內(nèi)容，將含苯含汞的試劑替換掉。例如雙液系相圖實驗中用環(huán)己烷-乙醇體系來代替毒性大的苯-乙醇體系；燃燒熱測定實驗中，用肉桂酸、葡萄糖、自制固體酒精、蔗糖等物質(zhì)來代替萘[2-5]；在實驗方式上，開展半微量化實驗，減少藥品用量、降低廢棄物的排放，縮短實驗時間；在測量技術上，增加儀器現(xiàn)代化水平，用壓力傳感器代替U型管水銀壓力計、數(shù)字式精密溫度控制儀代替含汞的貝克曼溫度計[6]都是降低實驗室污染，實現(xiàn)綠色教學的有效方法。

2物理化學實驗的綜合化改進探索

現(xiàn)在的物理化學實驗中多為驗證型實驗。驗證型實驗能夠?qū)⒄n本理論具象化，加深學生對現(xiàn)有抽象概念的認知。但目前的實驗內(nèi)容相對獨立，沒有形成一個綜合的、整體的、連貫的知識體系。因此我們需要在驗證實驗的基礎上增加綜合性實驗項目來體現(xiàn)實驗內(nèi)容的復合性和實驗方法的多元性。綜合性實驗教學是針對傳統(tǒng)實驗教學模式而提出的，將傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容進行模塊化整合，涉及多個知識點或研究方法，讓學生在現(xiàn)有的實驗條件下將不同的知識點集合在一起，達到全面、綜合的培養(yǎng)目的。通過貫通整個物化課程學習階段的綜合型實驗，使學生加深對物理化學基本原理和基本知識的理解和掌握。我們可以一種物質(zhì)為主線，在這種物質(zhì)的物理化學綜合實驗中把熱力學、動力學、統(tǒng)計熱力學和催化反應等理論知識關聯(lián)起來，將多種實驗方法整合，系統(tǒng)化、一體化。例如，旋光法測蔗糖轉(zhuǎn)化反應速率常數(shù)是動力學的一個經(jīng)典實驗。在原有基礎上我們可以啟發(fā)學生從簡單的測量表觀速率常數(shù)擴展到研究溶液混合順序、催化劑濃度對催化速率的影響等方面[7]，從內(nèi)容和方法上豐富這個動力學實驗，培養(yǎng)學生獨立開展實驗的能力。此外蔗糖還可應用在恒容量熱法燃燒熱的測定、冰點下降法測摩爾質(zhì)量[8]等實驗當中。如此一來蔗糖在物理化學實驗中的使用既實現(xiàn)了實驗教學的綠色化發(fā)展，又能夠加強實驗的綜合性和探索性，還能讓學生形成一體化、連貫性的知識體系，培養(yǎng)學生綜合性實驗能力。

3物理化學實驗的特色化改進探索

雖然物理化學是一門基礎學科，但食品、藥學專業(yè)對化學知識需求與化學專業(yè)是有差異的，千篇一律的經(jīng)典實驗不能充分調(diào)動起學生的學習興趣，很多學生會產(chǎn)生一種所學內(nèi)容與自己專業(yè)無關的這種假象。因此在改革過程中，應不斷創(chuàng)新、優(yōu)化教學內(nèi)容，結(jié)合專業(yè)特色突出教學重點。一方面，根據(jù)各專業(yè)特點與需求，選開或更新相應實驗內(nèi)容。對食品和藥學專業(yè)開展的實驗中，我們可選用食品或藥學工業(yè)原材料與試劑，解決實際問題。例如針對藥學或制藥工程專業(yè)學生的實驗內(nèi)容，化學動力學部分實驗對象可以由原來的蔗糖水解調(diào)整為測定某種藥物分解速率及影響反應的因素，進而建立動力學模型。這樣既可以使學生感到物理化學實驗不僅僅是為物理化學課程開設，而是為提高本專業(yè)所需要的技能或?qū)嶒灱夹g開設，還能使學生切實感受到物理化學課程的重要性和實用性，激發(fā)學生學習物理化學的積極性[9]。第二方面，了解當前科研及應用領域的實驗熱點將科研難題剝離出來，化簡去繁，融入化學類基礎的實驗學習當中。比如，我校物理化學教學團隊在極化曲線的測定實驗中，將實驗內(nèi)容進一步擴充，結(jié)合電化學專業(yè)知識、海洋金屬材料防腐和海洋能源開發(fā)進行特色教學相結(jié)合，既保證化學基礎知識的傳授，又強調(diào)了本校海洋專業(yè)特色，將實驗教學提升到具體科研實踐和技術開發(fā)過程[10]，全面提高了學生自主創(chuàng)新能力和綜合素質(zhì)。

4物理化學實驗的科技化改進探索

強化基礎教育是本科教育的核心，具備了扎實的基礎才能有潛在的自我發(fā)展能力。寬廣的基礎知識需要基礎實驗來驗證和支撐，受設備資源、學習空間及學時限制，高校物理化學實驗開設情況不能完全實現(xiàn)系統(tǒng)性、全面性。如今信息技術與課程教學深度融合，大規(guī)模的在線教育實踐使課堂得以延伸，不再受空間的約束。雨課堂、Bb平臺，Classin平臺的應用為防控疫情期間的正常教學提供了有力的保障[11]。上線線下混合式的教學加速了未來教育網(wǎng)絡常態(tài)化轉(zhuǎn)變。在教學方法上，通過充分利用多媒體教學技術、網(wǎng)絡資源等開展虛擬實驗教學，能夠彌補大型儀器設備學生不能親自動手、復雜實驗不能在短時間內(nèi)完成的局限。虛擬仿真實驗一般具有真實，交互，顯隱，廣用等幾個特點[12]。仿真實驗的軟件界面高度模擬真實實驗室場景，逼真豐富的實驗儀器設備和材料可供學生自己動手配置、連接、調(diào)節(jié)。軟件還包含自學、考核模式，可供學生自學及測試掌握實驗的程度，良好的人機交互性不僅消除對實驗儀器的陌生感還達到了提前預習的效果。虛擬仿真實驗還可供“觀察”宏觀和微觀世界，顯示溫度場、電場、磁場等隱性不可見部分，模擬極限壓力操作等真實系統(tǒng)中不允許或極難推進等危險條件，很好地加深學生對實驗概念的感知和認識程度，提升實驗教學質(zhì)量。

5小結(jié)

物理化學實驗教學改革是一項復雜的長期的任務，在實際教學中要靈活把握經(jīng)典與現(xiàn)代、基礎與前沿的關系[13]，加大綜合性實驗教學內(nèi)容的比例，有的放矢的改進實驗內(nèi)容。與此同時，將綠色化學的教育理念融入實驗教學和管理中，將虛擬實驗教學作為實驗教學的工具與手段服務于本科實驗教學，提高教學效果，培養(yǎng)優(yōu)秀人才。

參考文獻

[1]呂丹，姚思童，張進，等．開展“綠色化”物理化學實驗的探索與實踐[J]．科教文匯，2013(03)：41-42．

[2]邱會華，陳婉彤．以肉桂酸代替萘的綠色環(huán)保實驗-燃燒熱的測定[J]．化工時刊，2018，32(8)：20-22．

[3]張紅，任淑霞，馬志廣，等．融入綠色環(huán)保理念的物理化學實驗綜合設計[J]．實驗技術與管理，2018，35(6)：54-72．

[4]楊小勇，李伯全．用生物質(zhì)燃料替換“燃燒熱測定”實驗中萘的嘗試[J]．實驗室科學，2018，21(01)：40-41．

[5]李詠梅，李人宇，夏海濤，等．燃燒熱測定實驗的綠色化研究[J]．甘肅科技，2008(17)：52-53．

[6]張晉芬，黃泰山，陳良坦．物理化學實驗室的綠色化建設[J]．大學化學，2003(05)：19-20．

[7]許麗梅，徐旭耀，馬琳．蔗糖水解反應速率常數(shù)測定實驗的設計及改進[J]．實驗室科學，2016，019(001)：23-25．

[8]黃道戰(zhàn)，吳光兵，龍曉振．用蔗糖進行物理化學實驗綠色化改革[J]．高校實驗室工作研究，2004(02)：17-18．

[9]蘆曉芳，王清華，杜慧玲，等．食品專業(yè)物理化學實驗教學改革與實踐[J]．大學化學，2011，26(05)：23-25．

[10]王麗莎，蘆永紅，姬泓巍，等．物理化學中極化曲線的測定實驗改革[J]．實驗科學與技術，2015，13(04)：103-104+115．

[11]李麗芳，李艷，韓峰，等．雨課堂輔助物理化學實驗教學方法探討[J]．教育教學論壇，2020(07)：283-284．

[12]李震彪．本科教學虛擬仿真實驗之思考[J]．實驗技術與管理，2019，36(9)：5-7．

[13]康慧玨，孫鳳琴．高職高?；瘜W專業(yè)物理化學實驗的現(xiàn)狀與對策[J]．齊齊哈爾師范高等?？茖W校學報，2007(05)：146-147．

作者：張巖 高先池 周立敏 單位：中國海洋大學