物理化学实验课程改革实践及构想

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摘要:物理化学实验是具有承上启下桥梁作用的重要基础实验课程。该课程一般要使用多种常规物理化学实验仪器，测量体系物理量的变化，综合分析得出实验结论。此类实验具有综合性强、知识点多及能力要求高的特点再加上分组化教学方式的影响，使得学生普遍反馈该课程难学，任课教师同样反馈该课程难教。为尽量克服以上不利影响，提高实验教学质量，课程教学小组对物理化学实验课程作出多处改革并付诸实践，同时指出该课程现存的不足之处，提出今后课程改革发展构想。

关键词:教学重点;教改实践;薄弱环节;前瞻构想

“物理化学实验”是面向化学、近化学专业本科生开设的一门必修基础实验课程，同时也是学生第一次接触较多种类常规物理化学实验仪器的综合性实验课程。在“物理化学实验”学习过程中，学生一般需依靠常规物理化学实验仪器测量体系的某些物理量，结合物理化学领域涉及的基本研究方法对物质的物理化学性质或反应规律得出定量的描述，往往还需要通过数学方法拟合处理实验数据，最后得出实验结论［1］。由此可见该课程的教学重点如下:(1)需掌握多种物理化学常规实验仪器的使用方法;(2)需综合分析、研究物理化学领域理论与实践的关系;(3)需掌握科学有效的数据处理方法。近年来，在化学教学实验中心的统一部署下，课程教学小组紧紧围绕上述三个教学重点，结合西安交通大学(以下简称:我校)实验教学实际，对课程进行了全面的改革;同时，为解决课程教学中现存的薄弱环节，提出前瞻性构想。

1物理化学实验课程教改实践

1．1积极改进实验项目编排次序

在物理化学实验室常规实验仪器种类和数量有限的前提下，为充分提高仪器设备的利用率，国内外物理化学实验课程多采用区块化实验模式，即一节实验课一个班同时进行多个实验项目［2－3］。为提高实验教学效果，优化现有实验项目编排顺序，尽量克服同时进行不同实验项目可能带来的不利影响，形成了颇具特色的实验编排体系。其特点是使在同一区块中的实验项目在物理化学原理上有互通点，学生在进行不同实验时能够融会贯通的理解物理化学原理，锻炼学生从不同角度考虑问题，采用不同方法研究问题的能力［4］。如实验“液体饱和蒸汽压测定”和实验“双液系气、液平衡相图的绘制”，两个实验都涉及到液体沸点的测定，虽然实验试剂不同，但沸点、组成及压力之间的相互作用规律是相似的。前者偏重研究体系汽、液平衡时温度与组份的相互关系，体系压力保持恒定;而后者偏重研究体系汽、液平衡时温度与压力的相互关系，组份保持恒定。在实验预期和误差分析方面，两个实验可以相互为证。将这两个实验编排到一起进行有利于学生充分理解影响汽、液平衡的主要因素及相平衡的普遍规律［5］。

1．2推进物理化学实验课程体系建设

随着我校专业数量及规模的不断扩大，传统的物理化学实验项目及课程体系已不能满足各专业的具体要求。依据不同专业特点和要求，结合国内外“物理化学实验课”程最新的发展动向，我们将课程体系细分为两个实验基础平台:物理化学实验I和物理化学实验II。物理化学实验II包含与物质结构实验相关的内容，比物理化学实验I综合性要求更高，主要面向化学专业学生开课。在建立新型物理化学实验基础平台的同时，对每个实验项目从实验目的、原理到总结之间的各个教学环节进行重新评估和扩展，淘汰老旧实验项目，适当增加与新兴科学发展相关联的实验项目。目的是使课程体系更贴合时展，为各专业学生后续进一步学习专业知识和从事专业研究打下一定的基础。改革后课程呈现如下特点:(1)形成验证型、综合型、设计型及研究型等不同层次实验项目;(2)可开出的实验项目数量大于实验计划项目数量，根据专业需求不同选择不同的实验项目。从整个化学实验中心管理角度来看，物理化学实验基础平台也可以在联合其它化学实验课程，改革综合化学实验方面做出试点，为化学专业实验改革及实现实验室全面开放提供实践经验。有针对性地增加实验内容和项目，建设和发展物理化学基础实验平台，是因材施教的需要，是提高学生主观学习能力的需要，是化学实验中心实现全面开放的需要，同时更是实验课程体系顺应时展的需要［6］。

1．3积极推进课程教材建设

“物理化学实验”是一门综合性较强的实验课程，它的研究领域涉及热力学原理、电化学原理、光化学原理及结构化学等相关知识。我校“物理化学实验”课程通过长期发展已形成一套完整而独立的的教学体系。国内的物理化学实验教材有多种不同版本，且其中实验内容彼此差别较大，不同学校的硬件条件也是千差万别，可开出的实验项目各不相同，故很难找到一本适合我校实验教学实际的物理化学实验教材。从1998年开始，面对当时物理化学实验的特点和发展趋势，相关教师就开始编写适合我校教学实际的实验教材。2013年9月教材正式出版。该教材较详细地介绍了国内最新物理化学常规实验仪器，在实验数据处理特别是非线性拟合方面作了详细介绍［7］，受到了国内同行的广泛关注。

1．4提高学生实验数据处理能力

实验数据处理是物理化学实验教学中非常重要的一个环节。为加强实验数据处理能力的培养，我们不但要求学生在实验数据记录与整理中要仔细、严谨，更要引导学生在完成实验报告过程中应用更为有效的方法来分析和处理实验数据［8］。在进行实验数据处理时建议学生尽量利用计算机进行线性或非线性拟合，由拟合结果求得需要的参数。例如在“液体表面张力测定”实验数据处理时需要学生进行微商－自变量图形拟合。以前的做法是利用等面积图解微分法手工绘图来处理数据，经常出现条状图高低异常的情况，给手工绘图带来很大困难，实验结果误差往往很大。实验教师经过查找资料［9］制定出用origin软件进行非线性拟合来处理实验数据的操作流程。此流程详细的介绍了从实验数据输入，到建立数学模型，再到最后得出实验结果的具体操作。通过几届学生使用，总结得出如此处理实验数据得到的实验结果与标准值吻合度非常高。

2物理化学实验课程教学中存在的薄弱

环节“物理化学实验”课程在不断发展的同时，目前同样存在的一些薄弱环节急需改进。

2．1实验教学体系需进一步完善

在物理化学实验设计及开放实验设置方面，相比国内同类大学存在明显不足。由于实验空间和仪器设备限制，目前仅有少量设计型开放性实验，在设计型开放性实验项目编写和教学环节设计等方面应该重视和加强。

2．2学生实验预习及课后辅导环节需进一步改善

“物理化学实验”涉及到的实验原理与“物理化学”课程息息相关，而且难度较大;实验课与课堂教学通常很难做到密切配合，有时实验课会走到理论教学的前面;再者，物理化学实验的教学模式为区块化，同时开设多个实验，教师讲解和辅导不可能做到面面俱到，“抓重点”往往又忽视了学生的个体差异，教学效果很难保证做到最好。在这种情况下，实验的预习和课后辅导就显的格外重要。目前所用的传统的预习报告、抽查、答疑等教学方法急需进一步改善。

3物理化学实验课程发展的前瞻构想

针对上述“物理化学实验”课程的短板与不足，我们结合多年的教学经验总结出如下的工作思路。

3．1加强设计型开放性实验建设

培养学生创新能力是“物理化学实验”教学的重要任务之一，也是学生参与社会竞争的重要技能之一。如何从实验教学角度出发，来提高学生的创新能力，这是每一位从事“物理化学实验”教学的教师应该认真考虑的一个问题。结合国内外物理化学实验发展经验，加强设计型开放性实验建设主要存在两种形式:在现有实验项目上进行扩展和建立全新的设计型开放性实验模块。大量实践证明此两者结合起来效果最好［10］。在“物理化学实验设计型开放性实验”教学环节中，应让学生自己查阅文献资料、寻找实验方法、设计实验方案，包括实验原理、实验步骤、实验流程装置、仪器药品等，使用必要的仪器设备对物质的物理化学性质进行测试，有意识的引导学生进行实验创新能力训练［11］。

3．2推进物理化学实验网上预习及答疑系统建设

物理化学实验网络教学平台利用计算机技术、网络技术、多媒体技术三合一进行实验教学活动，以校园网为载体，构建双向互动新型教学形式。该平台具备预习和答疑两方面重要功能。加强实验前的预习是能否顺利完成实验的前提，而提供网上答疑系统能增加师生联系途径，增强师生互动，有效增加师生学习交流频率，能切实提高实验教学效果［12］。学校互联网络系统很发达，学生可以在不同场合用不同的方式方便地访问互联网。通过网络把文字、图片、视频等计算机多媒体技术引入到物理化学实验教学中，可以方便学生自主学习，提高学习主观能动性。

4结语

“物理化学实验”课程改革与发展关系整个高等教育化学、近化学专业学生实践教学质量的提升。每学期课程教学小组都对学习物理化学实验课程的学生进行问卷调查。从问卷调查表统计结果及学生课前预习、实验操作、实验报告的撰写等各教学环节对比来看，课程改革后教学质量和效果有了明显提高。当代科技发展不断的提升着人们的认知水平，同时也有力的推动了“物理化学实验课”程的发展。为进一步提高学生的实验操作能力、创新能力和综合应用能力，为后续的专业学习和独立开展科研工作打下一定的基础，紧扣时代脉搏不断探索物理化学实验课程改革势在必行。

作者：王耿 朱敏 向丹 白艳红 张志成 单位：西安交通大学