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淺論地方工科院校物理化學(xué)實驗教學(xué)改革與探索論文
物理化學(xué)是工科院�；�、材料、環(huán)境、生物及地質(zhì)等工程類專業(yè)學(xué)生的一門重要的必修課。但是，由于物理化學(xué)的理論性強、知識面覆蓋廣及抽象難懂的特點，使其成為一門較難掌握的理論課。而物理化學(xué)實驗可以加深學(xué)生對物理化學(xué)概念的理解和掌握，是學(xué)生學(xué)習(xí)和掌握物理化學(xué)知識的重要手段和途徑。因此，開設(shè)物理化學(xué)實驗課，是完成好物理化學(xué)教學(xué)的重要環(huán)節(jié)。同時，通過物理化學(xué)實驗還可以使學(xué)生掌握物理化學(xué)的基本實驗技術(shù)和技能，開闊學(xué)生的視野，了解學(xué)科前沿，有助于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神及科研實踐能力，從而有助于培養(yǎng)學(xué)生的科研創(chuàng)新能力。然而，與中央部委直屬高校相比，地方工科院校在優(yōu)質(zhì)生源選拔、科研經(jīng)費、學(xué)科建設(shè)經(jīng)費等方面存在明顯的劣勢。這些劣勢導(dǎo)致地方工科院校的物理化學(xué)實驗教學(xué)在實驗內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方式與方法的設(shè)計與選擇存在許多不足與缺陷，因此，必須針對地方工科院校物理化學(xué)實驗的教學(xué)現(xiàn)狀，進行教學(xué)改革，充分發(fā)揮相關(guān)方面的潛能，探索新的教學(xué)模式與方法。
1改革物理化學(xué)實驗教學(xué)的教學(xué)方法探索
由于地方工科院校的物理化學(xué)實驗教學(xué)存在上述問題，必須有針對性進行改革并探索新的教學(xué)模式。結(jié)合地方院校物理化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀的共性及我校物理化學(xué)實驗的教學(xué)現(xiàn)狀，我們對物理化學(xué)實驗教學(xué)采取一些改革措施，并探索新的教學(xué)方法。
1.1增加、更新物理化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容
地方工科院校的物理化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)置受資金投入不足、實驗儀器配置數(shù)量不足、設(shè)備落后、實驗教學(xué)學(xué)時少等因素制約，因此，根據(jù)實際情況設(shè)置物理化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容非常重要。而大多數(shù)工科院校一般根據(jù)物理化學(xué)理論課的教學(xué)內(nèi)容開設(shè)相應(yīng)的物理化學(xué)實驗，導(dǎo)致有部分實驗與先行的無機化學(xué)實驗相同或者相似，因此，我們在新的物理化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上，必須統(tǒng)籌考慮無機化學(xué)實驗和物理化學(xué)實驗的教學(xué)內(nèi)容，避免在物理化學(xué)實驗教學(xué)中重復(fù)無機化學(xué)實驗，浪費不必要的實驗學(xué)時。更新物理化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容，剔除一些內(nèi)容過于陳舊的物理化學(xué)實驗，補充一些先進的、有代表性的實驗，如，原有的一級反應(yīng)實驗-過氧化氫分解實驗，是利用氣體體積隨時間的變化關(guān)系來確定速率常數(shù)，但體積變化是通過手工移動水準瓶來測定的，難以準確測定，影響實驗結(jié)果，因此，將該實驗改為蔗糖溶液水解反應(yīng)，通過旋光度測定反應(yīng)體系溶液濃度隨時間的變化關(guān)系，較精確地測定一級反應(yīng)速率常數(shù)。在實驗用時少的經(jīng)典實驗中增加一些與物理化學(xué)研究熱點相關(guān)的物理化學(xué)實驗，如，電極制備及電池電動勢的測定，該實驗用時較少，我們在實驗教學(xué)中增加有關(guān)鋰離子電池電壓及充放電測試的實驗內(nèi)容。原有的物理化學(xué)實驗內(nèi)容為:燃燒熱的測定、靜態(tài)法測定液體飽和蒸氣壓、合金相圖、電極制備及電池電動勢的測定、電導(dǎo)法測定弱電解質(zhì)的電離常數(shù)、一級反應(yīng)―過氧化氫分解、氫氧化鐵溶膠的電泳、溶液吸附法測定固體物質(zhì)的比表面，改革后的物理化學(xué)實驗教學(xué)內(nèi)容調(diào)整為:燃燒熱的測定、靜態(tài)法測定液體飽和蒸氣壓、合金相圖、電極制備及電池電動勢的測定、Li/LiMn2O4鋰離子電池的組裝及電化學(xué)性能測試、二級反應(yīng)-乙酸乙酯皂化、一級反應(yīng)―蔗糖溶液水解反應(yīng)、氫氧化鐵溶膠制備及電泳、溶液吸附法測定活性炭的比表面、活性炭作為超級電容器電極的比電容測定、納米TiO2對甲基橙的光降解。
減少內(nèi)容固定、陳舊的驗證性實驗的實驗數(shù)量，增加具有設(shè)計性、創(chuàng)新性的綜合實驗的實驗數(shù)量。增加綜合性物理化學(xué)實驗數(shù)量，物理化學(xué)實驗教材中不提供綜合性實驗具體的操作步驟，只提供實驗原料和相應(yīng)的儀器，要求學(xué)生預(yù)先查閱相關(guān)文獻，自己設(shè)計實驗方案，允許在實驗過程不斷修正實驗方案，實驗結(jié)束后，學(xué)生在教師的幫助下分析實驗成敗的原因。綜合性物理化學(xué)實驗的引入，可以較好地引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會查閱文獻、比較周全地考慮問題并設(shè)計實驗方案，有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯推理能力和實驗操作能力，為今后的相關(guān)專業(yè)學(xué)習(xí)以及科研創(chuàng)新能力打下基礎(chǔ)。
1.2改革物理化學(xué)實驗教學(xué)模式
目前大部分工科院校仍采用教師板書講解實驗原理和演示實驗操作細節(jié)、學(xué)生按要求進行實驗的傳統(tǒng)物理化學(xué)實驗的教學(xué)模式，導(dǎo)致教師花費較長的時間講解和糾正學(xué)生實驗操作，實驗效果和效率較差。我們改進傳統(tǒng)的物理化學(xué)實驗教學(xué)模式，采用現(xiàn)代教育方法和手段結(jié)合傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，倡導(dǎo)多種教學(xué)模式的綜合運用的新教學(xué)模式。為了節(jié)省教師講解實驗原理和演示實驗操作的時間，將要講解的實驗原理做成詳細的ppt文件，以及將演示實驗操作的詳細過程制作成視頻文件，并將這些文件上傳到桂林理工大學(xué)的教育在線系統(tǒng)，以供學(xué)生網(wǎng)上觀看或下載，讓學(xué)生提前觀看和預(yù)習(xí)實驗教材，使學(xué)生明確實驗?zāi)康摹⒘私鈱嶒炘砗蛯嶒灢僮�，教師在物理化學(xué)實驗授課時不再詳細講解實驗原理和演示實驗操作，為物理化學(xué)實驗教學(xué)節(jié)省了時間。無形之中，壓縮單個物理化學(xué)實驗項目的實驗用時，在整個物理化學(xué)實驗教學(xué)32學(xué)時不變的前提條件下，物理化學(xué)實驗的實驗項目數(shù)由原來的8個增加到11個，解決實驗教學(xué)課時少導(dǎo)致實驗項目少、學(xué)生實驗操作訓(xùn)練不足的難題，同時，可以進一步提高學(xué)生的實驗操作技能和增強學(xué)生對實驗相關(guān)的物理化學(xué)理論基礎(chǔ)知識的理解，從而提高物理化學(xué)實驗的教學(xué)質(zhì)量。
1.3強化和提高學(xué)生實驗數(shù)據(jù)處理和分析能力
提高學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)處理和分析能力也是物理化學(xué)實驗教學(xué)的一個主要目的，加強學(xué)生數(shù)據(jù)處理和分析能力的培養(yǎng)，對學(xué)生實驗設(shè)計能力、獨立思考能力、誤差分析能力等綜合實驗?zāi)芰Φ奶岣呔哂兄匾囊饬x。大部分的物理化學(xué)實驗數(shù)據(jù)處理比較復(fù)雜，通常需要經(jīng)過復(fù)雜的公式計算、作圖、線性擬合、非線性擬合等復(fù)雜過程，只有借助數(shù)據(jù)處理和作圖軟件才有可能獲得精確的實驗結(jié)果。但傳統(tǒng)的物理化學(xué)實驗教學(xué)并不要求學(xué)生利用作圖軟件處理數(shù)據(jù)，因此，大部分學(xué)生只采用手工計算和利用坐標(biāo)紙手工繪圖的粗略方法處理數(shù)據(jù)，在描點畫線和選取坐標(biāo)比例時易引入較大的誤差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)處理結(jié)果誤差較大，甚至不準確。針對這種現(xiàn)象，我們在新的物理化學(xué)實驗教學(xué)過程中，要求學(xué)生要利用常用的Origin作圖軟件處理比較復(fù)雜的實驗數(shù)據(jù)，并在物理化學(xué)實驗開課前對學(xué)生進行Origin軟件授課和培訓(xùn)，使學(xué)生初步掌握Origin軟件的使用方法。學(xué)生采用origin軟件進行公式計算、數(shù)據(jù)作圖、數(shù)據(jù)擬合、相關(guān)性等分析，不僅簡化了數(shù)據(jù)處理的過程，提高了結(jié)果分析的精確度、準確度，而且還能培養(yǎng)對實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)分析的科學(xué)嚴謹態(tài)度，同時，進一步提升學(xué)生的計算機應(yīng)用能力，為學(xué)生今后的科研實驗打下良好的數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)。
1.4改革實驗考核方法
傳統(tǒng)的實驗考核方法主要是根據(jù)實驗報告確定學(xué)生的物理化學(xué)實驗成績，實驗報告只體現(xiàn)出學(xué)生的數(shù)據(jù)記錄及數(shù)據(jù)處理，難以體現(xiàn)學(xué)生的實驗態(tài)度、實驗操作技能以及綜合能力，因此，實驗報告難以準確判斷學(xué)生是否掌握實驗原理和實驗操作。針對傳統(tǒng)考核方法的不足，我們對傳統(tǒng)考核方法進行了改進，采用實驗成績包括平時成績和考試成績的考核方法。平時成績包括預(yù)習(xí)、實驗操作和實驗報告，占實驗總成績的40%。在課程結(jié)束后進行閉卷考試和實驗操作考試，考察學(xué)生實驗原理和技能的掌握情況，考試成績占實驗總成績的60%。采用新的考核方法，促使學(xué)生更加重視物理化學(xué)實驗原理、相關(guān)的理論知識以及實驗操作，有利于鞏固學(xué)生的理論基礎(chǔ)知識和熟練掌握相關(guān)的實驗操作，有利于提高學(xué)生的實驗綜合能力，為今后相關(guān)課程的學(xué)習(xí)及科研工作打下堅實的基礎(chǔ)。
2物理化學(xué)實驗教學(xué)改革的初步成效
改革后的物理化學(xué)實驗教學(xué)授課的對象為2008、2009、2010、2011級的化學(xué)工程與工藝、材料化學(xué)、無機非金屬材料工程、高分子材料科學(xué)與工程等專業(yè)的學(xué)生，這部分學(xué)生的物理化學(xué)實驗項目數(shù)量比同年級其他專業(yè)的學(xué)生多3個，實驗操作技能及數(shù)據(jù)處理和分析能力也明顯優(yōu)于其他專業(yè)的學(xué)生。根據(jù)我們對桂林理工大學(xué)2012、2013屆的本科畢業(yè)論文優(yōu)秀率以及廣西高�；瘜W(xué)化工類論文及設(shè)計競賽獲獎率的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，可以看出，通過改革后的物理化學(xué)實驗教學(xué)培訓(xùn)的學(xué)生的實驗操作技能、數(shù)據(jù)處理和分析能力等綜合能力明顯高于采用原教學(xué)模式授課的學(xué)生。
3結(jié)語
我們通過物理化學(xué)實驗教學(xué)的改革和探索，更新和充實了實驗教學(xué)內(nèi)容，采用了多種教學(xué)模式相結(jié)合的新教學(xué)模式，強化和提高了學(xué)生的數(shù)據(jù)處理和分析能力，完善了實驗考核的方法。在物理化學(xué)實驗教學(xué)學(xué)時不變的前提下增加了學(xué)生實驗項目數(shù)量，進一步強化學(xué)生的實驗操作訓(xùn)練，加深學(xué)生對基礎(chǔ)理論課的理解和認識。綜合性實驗的增加，有利于促進學(xué)生對查閱文獻、設(shè)計方案以及分析問題等能力的認識，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科研綜合能力。物理化學(xué)研究領(lǐng)域熱點相關(guān)的實驗引入，提高了學(xué)生對物理化學(xué)的學(xué)習(xí)和科研興趣，并初步了解物理化學(xué)研究前沿狀況，為學(xué)生今后從事生產(chǎn)實踐工作以及科研工作提供了相關(guān)的選擇領(lǐng)域。因此，物理化學(xué)實驗的成功教學(xué)改革，將為相關(guān)專業(yè)學(xué)生構(gòu)建一個完整的物理化學(xué)知識體系，提高學(xué)生的專業(yè)知識水平和就業(yè)競爭力，對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)具有較大的促進作用。
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