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物理化学实验教学中重要环节的创新与改革

作者：谢玉忠 孙光延 金光德 曲晓春 来源：《高教学刊》2016年第04期

摘 要：基于物理化学实验的特点及传统教学模式中存在的问题，本文从实验预习、实验原理讲授、实验操作指导和实验数据处理四个方面，进行了问题分析，并介绍了在实践过程中采取的解决方案。改变学生的被动学习地位，提高学生主动学习兴趣。在传统的验证性实验中，引入探索性问题和先进的辅助教学手段，激发学生的学习积极性，培养学生分析问题和解决问题的能力，全面提高物理化学实验教学质量。 关键词：物理化学实验；创新；改革

中图分类号：G642 文献标志码：A 文章编号：2096-000X（2016）04-0069-02 Abstract： Based on the characteristics of physical chemistry experiment and the problems existing in the traditional teaching mode， the paper sets out an analysis of the problems and recommends from four perspectives： experiment preparation， principle， operation and data processing. To stimulate students' enthusiasm and cultivate students' ability to analyze and solve problems， it is vital to introduce the exploratory questions and advanced assisted teaching methods to improve the teaching quality of physical chemistry experiment.

Keywords： physical chemistry experiment； innovation； reformation

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物理化学实验是化学、应用化学、化学工程及药学等专业教学中的重要环节，它综合运用了物理理论知识、实验技术及数学模型方法，研究物质的物理化学性质以及这些性质与化学反应之间的关系，是连接基础学科和应用学科、科学研究的桥梁[1]。物理化学实验综合了化学领域各分支学科涉及的研究方法，并引入了新的研究工具-物理仪器，具有综合性、研究性较强和定量化程度较高的特点。物理化学实验在提高学生运用基本理论分析和解决问题的能力，学习实验研究的工作方法，培养创新意识和能力，促进学生的知识、技能向研究能力转化等方面，可以发挥很大的作用[2]。但传统的实验教学模式未能充分体现对学生自主实验能力的培养，导致学生实验的积极性不高、依赖心强，教学效果不理想。学生预习流于形式，过分依赖指导书和指导教师的课堂讲解、实验指导；对实验原始数据的意义不理解，无法依据实验原理来获得正确的实验结论，不能主动地用学过的物化知识解决现实问题，导致学习与实践脱节[3]。为此，我们在物理化学实验教学的几个重要环节进行了创新与改革。 一、转变学生预习方式

大多的物理化学实验均需要用电及相应的仪器，操作步骤较为繁琐，并且实验中测得的原始数据需进行比较复杂的数学处理，才能得到实验的最终结论；如果学生没有预习，其结果就是依据教材、按图索骥，在实验操作过程中不断出错，甚至会损坏仪器，造成时间的浪费和财产的损失；同时也会有学生不知道应该记录哪些数据。因此督促、指导学生进行实验预习非常重要的[4]。

以往学生在书写预习报告时，单纯的照抄教材中的内容，不进行思考，对要做的实验没有什么印象，书写的预习报告没有任何意义，达不到预习的目的；所以，为了达到有效预习这一目的，我们要求学生书写预习报告的同时，给学生布置相应实验内容的思考题，要求学生一并完成；思考题的答案，只需要学生认真阅读教材上相应实验内容即可完成。思考题的内容涉及实验的目的、实验的理论依据、原始数据与实验结论数据之间的关系、仪器使用注意事项、试剂配制是否需要精确、实验中某一步骤的目的、某个错误操作可能导致的结果等等；通过思考题，使学生对将要做的实验有一定的印象，理解实验每一个步骤的目的，知道是为什么这样做。

对于仪器的操作，教材上的讲解都是较为抽象的，学生在预习时根本无法领会。为此，我们利用校园网或实验室的局域网，为学生提供实验模拟系统，让学生在电脑上完成虚拟实验，用以了解和掌握仪器的操作及实验的流程，同时程序的交互性能可以提示学生的错误操作及实验的关键所在，大大降低了实际操作过程中的失败率，提高学生学习的兴趣[5，6]。 二、转变传统的实验原理讲授方法

目前，所有物理化学实验教材中，对实验原理的讲解都采用顺序介绍的方法，即从基本的公式或反应方程式逐步推导递进，最终给出本次实验目标数据的求算公式。

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例如教材中“电导法测定难溶盐的溶解度”实验的原理讲述[7]：

由电导的定义，即电导与电阻的关系、及影响电阻的两个因素（长度、横截面积），给出电导率的定义；接着介绍电解质溶液的摩尔电导及其与溶液浓度的关系；电导率的计算公式；利用Wheatstone（惠斯通）电桥测定电阻；最后给出了计算难溶盐浓度的计算公式。这种讲授方法很难引起学生的注意，一时间无法理解公式的用途。当实验结束，面对实验数据无从下手。

为此，我们的講授方法依据“有用性原则”，用什么找什么。讲授流程如下：

讲解电解质溶液的摩尔电导；本次实验的目的是测定难溶盐的溶解度，其计算公式是 ，其中未知量是 和 ；

由于溶液极稀， 可以依据离子独立运动定律，从手册中查找相应数据计算得出；而 ，PbSO4溶液和水的电导率需要通过实验手段间接获得。 电导率与电导及电阻的关系如下：

对于确定的电导池来说，■是常数（电导池常数）可以通过测定已知电导率的电解质溶液的电阻来确定。当电导池常数确定后，我们就可以通过测定电阻的方法来获得溶液和水的电导率；最后讲解如何利用Wheatstone（惠斯通）电桥测量电阻。

通过这种讲授方法，可以使学生很快的掌握整个实验的流程，知道每个步骤的目的、所需数据的来源以及测得数据用途，并且对后期的实验数据处理有极大的帮助。 三、宏观指导学生的实验操作

参加物理化学实验学习的大学生，基本上都经历了无机、分析和有机化学实验的基本实验操作训练，因此，物理化学实验操作的讲授重点在仪器的正确使用。以往都是教师先进行演示，一步一步的教给学生，然后学生按部就班，重复教师的操作步骤；这种讲授方法严重限制了学生的思维和探索过程，在实验中畏手畏脚，无法真正掌握仪器的操作，实验过后对仪器没有丝毫印象。

为此，我们的做法是：首先，为参加实验的学生提供仪器的使用说明，学生仔细阅读后，教师结合学生预习时所进行的模拟实验，简单讲述实验流程，并强调仪器使用的注意事项及禁忌。要求学生注意操作过程中可能出现的失误，提高实验的成功率。这种宽松的指导方式，给学生提供了一个探索新鲜事物机会，极大地提高了学生的实验积极性；并且，学生可以根据自己对仪器的掌握情况，调整相应的实验步骤，提高实验效率。同时也为学生进一步的开展科学研究奠定了基础。