物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式探索

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摘要：本文介紹了物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革——物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和本科生科研訓(xùn)練相結(jié)合方面所做的嘗試。改革通過兩種方式進(jìn)行，一是將科研活動(dòng)中基礎(chǔ)的測(cè)試實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容補(bǔ)充到綜合實(shí)驗(yàn)中；二是對(duì)物理化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中的方法進(jìn)一步拓展應(yīng)用，融入到校級(jí)的本科生訓(xùn)練計(jì)劃中。通過兩種方式的訓(xùn)練培養(yǎng)了本科生學(xué)生科研能力和綜合素質(zhì)，為本科生的今后工作和學(xué)習(xí)打下了良好的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，科研性實(shí)驗(yàn)，本科生

科研訓(xùn)練物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門綜合性的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[1-2]，在本科生的教學(xué)工作中備受關(guān)注，其將分析化學(xué)的手段和數(shù)學(xué)分析方法綜合運(yùn)用的一門化學(xué)學(xué)科。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程模式通常是老師講解、學(xué)生照做，并且每個(gè)實(shí)驗(yàn)只做一次，對(duì)大部分學(xué)生來講難以留下深刻印象[3-5]。這種模式不利于學(xué)生創(chuàng)新模式的培養(yǎng)，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系的改革也因此成為被關(guān)注的重要教研問題之一，其主要目標(biāo)在于使學(xué)生更好地了解物理化學(xué)的研究方法和技能，加深對(duì)物理化學(xué)基本概念和理論的理解，進(jìn)一步培養(yǎng)和提高學(xué)生的科學(xué)能力和創(chuàng)新能力[6-7]。我們進(jìn)行了大膽的嘗試——將科研活動(dòng)與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，結(jié)合教學(xué)計(jì)劃中的本科學(xué)位論文工作以及推行的本科生科研訓(xùn)練計(jì)劃，開展多種形式、多層次的開放實(shí)驗(yàn)教學(xué)：將實(shí)踐證實(shí)適合本科生教學(xué)的科研實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，先通過本科論文的形式對(duì)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，然后補(bǔ)充到現(xiàn)有的物理化學(xué)教學(xué)體系中；物化實(shí)驗(yàn)中的基本實(shí)驗(yàn)拓寬到應(yīng)用領(lǐng)域，賦予明確的、鮮明的專業(yè)特色的教學(xué)目標(biāo)，并借助于學(xué)校的科研訓(xùn)練項(xiàng)目，設(shè)計(jì)研究性實(shí)驗(yàn)供學(xué)生進(jìn)行科研訓(xùn)練。

1.從本科生畢業(yè)論文到的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的綜合實(shí)驗(yàn)

在日常的教學(xué)和科研工作中，有意識(shí)地將科研工作中涉及到的所屬專業(yè)的共性和基礎(chǔ)的內(nèi)容與本科教學(xué)中相關(guān)知識(shí)相結(jié)合。首先合理選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并將這些內(nèi)容融合到本科畢業(yè)論文中。之后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和升華，轉(zhuǎn)化為物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的綜合實(shí)驗(yàn)。目前，我們選擇的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的綜合實(shí)驗(yàn)之一——“化學(xué)電源基本性能的測(cè)定”便是我們總結(jié)了科研工作中的一些基礎(chǔ)內(nèi)容并與物理化學(xué)課程中的電化學(xué)部分內(nèi)容相聯(lián)系進(jìn)行設(shè)計(jì)的。“化學(xué)電源基本性能的測(cè)定”實(shí)驗(yàn)的目的在于使學(xué)生了解化學(xué)電源基本性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)以及設(shè)計(jì)相應(yīng)的測(cè)試方法，同時(shí)加深理解極化作用對(duì)化學(xué)電源性能產(chǎn)生的影響。其所用設(shè)備均為物化實(shí)驗(yàn)室中的常用設(shè)備，如：電流表、電壓表、穩(wěn)壓電源等；具體測(cè)試的性能指標(biāo)主要有：電動(dòng)勢(shì)、開路電壓、工作電壓、容量、能量、功率等；所測(cè)試的電池也是我們?nèi)粘Ｉ钪谐Ｓ玫匿\錳電池、鎳氫電池、鉛酸電池等。實(shí)驗(yàn)對(duì)象為化學(xué)和化工專業(yè)大學(xué)三年級(jí)學(xué)生，實(shí)驗(yàn)是以開放實(shí)驗(yàn)的形式展開的。實(shí)驗(yàn)通常由4-5人組成的小組完成，實(shí)驗(yàn)由學(xué)生自己設(shè)計(jì)，獨(dú)立操作，教師在其中只起到引導(dǎo)作用。通過開展這樣的綜合實(shí)驗(yàn)，學(xué)生興趣濃厚、樂于動(dòng)手，勤于思考，通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，記錄和分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，獲得豐富的關(guān)于電池性能的感性認(rèn)識(shí)，達(dá)到對(duì)理論概念深刻理解和熟練掌握的目的。另外通過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，學(xué)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(xué)的知識(shí)面，增加了對(duì)電化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)興趣。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)實(shí)施過程中，我們組織學(xué)生學(xué)習(xí)了有關(guān)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的要求，查閱電池相關(guān)的文獻(xiàn)，并安排學(xué)生根據(jù)本實(shí)驗(yàn)所提供的儀器，完成一下工作兩方面的工作：1)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定給定電池的基本性能。2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)考察電池極化行為對(duì)電池性能的影響。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程作為化學(xué)專業(yè)教學(xué)計(jì)劃中一門重要的課程，它對(duì)于學(xué)生理解化學(xué)學(xué)科的基本理論,掌握和運(yùn)用化學(xué)中基本的物理方法和技能，以及培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)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(chǔ)的、經(jīng)典的測(cè)試方法引入物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，對(duì)該課程的內(nèi)容進(jìn)行了一個(gè)良好的補(bǔ)充。

2、物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的基本實(shí)驗(yàn)與本科生的科技訓(xùn)練結(jié)合

為進(jìn)一步培養(yǎng)本科生創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新精神、提高本科生的創(chuàng)新實(shí)踐能力，學(xué)校自2005年開始設(shè)立本科生研究訓(xùn)練計(jì)劃，為本科生開展科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)活動(dòng)提供專門化的訓(xùn)練和指導(dǎo)，其英文表述為“StudentResearchDevelopingProgram”，縮寫為“SRDP”，實(shí)施原則是“自主申請(qǐng)、公平立項(xiàng)、擇優(yōu)資助、規(guī)范管理”，由項(xiàng)目申報(bào)學(xué)生在教師指導(dǎo)下主持完成，其主要是針對(duì)已經(jīng)具備一定的專業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)的化學(xué)和化工專業(yè)大學(xué)二年級(jí)和三年級(jí)的學(xué)生開展。項(xiàng)目按期進(jìn)行，結(jié)束時(shí)要進(jìn)行答辯，答辯專家根據(jù)學(xué)生匯報(bào)情況進(jìn)行考核，根據(jù)考核的結(jié)果相應(yīng)的給予2-3個(gè)學(xué)分。近年來我們已經(jīng)進(jìn)行了兩屆物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)到SRDP課題的嘗試，分別是關(guān)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(jìn)行科研訓(xùn)練。上述兩個(gè)課題內(nèi)容覆蓋了大學(xué)無機(jī)、有機(jī)、分析和物化課程的內(nèi)容，突出了物理化學(xué)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的應(yīng)用。界面現(xiàn)象是物理化學(xué)課程中較為重要的內(nèi)容之一，其內(nèi)容較為抽象，加大了學(xué)生對(duì)該部分內(nèi)容的理解難度。“醋酸在活性炭上的吸附”是物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在該知識(shí)面設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)。通過該實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠?qū)σ汗涛浆F(xiàn)象以及吸附等溫線的測(cè)定等有了較好的感性認(rèn)識(shí)，并更好的掌握了有關(guān)的概念和理論知識(shí)。以此為契機(jī)，我們引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步加以訓(xùn)練，對(duì)本科生而言是一個(gè)對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行融會(huì)貫通以期進(jìn)一步提高的好機(jī)會(huì)，可使學(xué)生充分理解和掌握有關(guān)液固界面性質(zhì)、吸附脫附過程等的基礎(chǔ)理論和相關(guān)的實(shí)驗(yàn)原理及技術(shù)、方法。SRDP課題實(shí)施中學(xué)生從查閱文獻(xiàn)開始，然后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，自己動(dòng)手開展實(shí)驗(yàn)，認(rèn)識(shí)海洋中的界面現(xiàn)象，并了解污染物的去除和分析技術(shù)，將課本中學(xué)到的抽象技術(shù)和理論與具體的海洋環(huán)境問題聯(lián)系在一起，在具體科研工作中加深對(duì)有關(guān)知識(shí)的理解，同時(shí)增強(qiáng)對(duì)海洋環(huán)境問題的認(rèn)識(shí)。SRDP工作開展不僅鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，而且增強(qiáng)其工作中的觀察能力、操作能力和結(jié)果分析能力，從而使得學(xué)生具備一定的科研素質(zhì)。學(xué)校組織的SRDP計(jì)劃，給在讀的本科生提供一個(gè)科研鍛煉的平臺(tái)，讓他們較早地近距離地參與到科研項(xiàng)目中，接受科學(xué)研究的熏陶。幾年的努力結(jié)果表明，我們的措施對(duì)學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)、孕育創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力等都起到了積極作用。不少學(xué)生因?qū)氖耂RDP科研工作的喜愛，繼續(xù)從事該方向的本科畢業(yè)論文設(shè)計(jì)，甚至有的學(xué)生因此選擇繼續(xù)從事該方向的科研工作。

有著合理目標(biāo)和計(jì)劃的科研訓(xùn)練對(duì)提高學(xué)生的綜合素質(zhì)有著積極促進(jìn)作用。通過補(bǔ)充有利于學(xué)生思維能力培養(yǎng)和科學(xué)素質(zhì)提高為的實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練項(xiàng)目，使化學(xué)專業(yè)的學(xué)生更好地掌握思考、探索和研究的方法,并在理論和實(shí)踐上都得到全面的提高，為以后學(xué)習(xí)及工作打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。幾年來進(jìn)行多層次物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的有益嘗試，我們和學(xué)生們的共同努力已經(jīng)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(guó) 單位:中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院

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