王麗莎，曹曉燕，姬泓巍，包木太，李先國

物理化學(xué)實驗與科研訓(xùn)練結(jié)合的教學(xué)模式探索

王麗莎，曹曉燕，姬泓巍，包木太，李先國

(中國海洋大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，山東 青島 266100)

該文針對物理化學(xué)實驗教學(xué)和本科生科研訓(xùn)練相結(jié)合進(jìn)行了教學(xué)改革嘗試。一是通過將科研活動中基礎(chǔ)的測試實驗與理論教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，設(shè)計合適的實驗內(nèi)容補充到綜合實驗中；二是對物理化學(xué)基礎(chǔ)實驗中的方法進(jìn)一步拓展應(yīng)用，融入校級的本科生訓(xùn)練計劃中。通過這兩種方式的訓(xùn)練培養(yǎng)了本科生的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)。

物理化學(xué)實驗；科研性實驗；科研訓(xùn)練；教學(xué)模式

物理化學(xué)實驗是一門綜合性的基礎(chǔ)化學(xué)實驗[1-2]，在本科生的教學(xué)工作中備受關(guān)注，是其將分析化學(xué)的手段和數(shù)學(xué)分析方法綜合運用的一門化學(xué)學(xué)科。傳統(tǒng)的實驗課程模式通常是老師講解、學(xué)生照做，并且每個實驗只做一次，對大部分學(xué)生來講難以留下深刻印象[3-6]。這種模式不利于學(xué)生創(chuàng)新模式的培養(yǎng)[7-9]，物理化學(xué)實驗教學(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[10-11]。中國海洋大學(xué)進(jìn)行了大膽的嘗試——將科研活動與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合，結(jié)合教學(xué)計劃中的本科學(xué)位論文工作以及推行的本科生科研訓(xùn)練計劃，開展多種形式、多層次的開放實驗教學(xué)。即由實踐證實適合本科生教學(xué)的科研實驗內(nèi)容，先通過本科論文的形式對內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化，然后補充到現(xiàn)有的物理化學(xué)教學(xué)體系中；物化實驗中的基本實驗拓寬到應(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)練項目，設(shè)計研究性實驗供學(xué)生進(jìn)行科研訓(xùn)練[12]。

1 從本科生畢業(yè)論文到物理化學(xué)實驗中的綜合實驗

在日常的教學(xué)和科研工作中，有意識地將科研工作中涉及的所屬專業(yè)的共性和基礎(chǔ)的內(nèi)容與本科教學(xué)中相關(guān)知識相結(jié)合。首先合理選擇實驗內(nèi)容，并將這些內(nèi)容融合到本科畢業(yè)論文中。然后對實驗結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和升華，轉(zhuǎn)化為物理化學(xué)實驗中的綜合實驗。目前，中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院選擇的物理化學(xué)實驗中的綜合實驗—— “化學(xué)電源基本性能的測定”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)計的。

“化學(xué)電源基本性能的測定”實驗的目的在于使學(xué)生了解化學(xué)電源基本性能的評價指標(biāo)以及設(shè)計相應(yīng)的測試方法，同時加深理解極化作用對化學(xué)電源性能產(chǎn)生的影響。其所用設(shè)備均為物化實驗室中的常用設(shè)備，如電流表、電壓表、穩(wěn)壓電源等；具體測試的性能指標(biāo)主要有電動勢、開路電壓、工作電壓、容量、能量、功率等；所測試的電池也是日常生活中常用的鋅錳電池、鎳氫電池、鉛酸電池等。實驗對象為化學(xué)和化工專業(yè)大學(xué)三年級學(xué)生，實驗是以開放實驗的形式展開的。實驗通常由4～5人組成的小組完成，實驗由學(xué)生自己設(shè)計，獨立操作，教師在其中起引導(dǎo)作用。開展這樣的綜合實驗，學(xué)生通過觀察實驗現(xiàn)象，記錄和分析實驗數(shù)據(jù)，獲得豐富的關(guān)于電池性能的感性認(rèn)識，達(dá)到對理論概念深刻理解和熟練掌握的目的。另外通過該實驗，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)的知識面，增加了對電化學(xué)知識的學(xué)習(xí)興趣。在整個實驗實施過程中，組織學(xué)生學(xué)習(xí)了有關(guān)設(shè)計性實驗的要求，查閱電池相關(guān)的文獻(xiàn)，并安排學(xué)生根據(jù)本實驗所提供的儀器，完成以下兩方面的工作:1)測定給定電池的基本性能；2)考察電池極化行為對電池性能的影響。

物理化學(xué)實驗課程作為化學(xué)專業(yè)教學(xué)計劃中一門重要的課程，它對于學(xué)生理解化學(xué)學(xué)科的基本理論，掌握和運用化學(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)典的測試方法引入物理化學(xué)實驗課程，對該課程的內(nèi)容進(jìn)行了一個良好的補充。

2 物理化學(xué)實驗中的基本實驗與本科生的科技訓(xùn)練結(jié)合

為進(jìn)一步培養(yǎng)本科生創(chuàng)新意識和創(chuàng)新精神、提高本科生的創(chuàng)新實踐能力，中國海洋大學(xué)自2005年開始設(shè)立本科生研究訓(xùn)練計劃，為本科生開展科學(xué)研究和技術(shù)開發(fā)活動提供專門化的訓(xùn)練和指 導(dǎo)， 即 SRDP (student research developing program)課題。實施原則是 “自主申請、公平立項、擇優(yōu)資助、規(guī)范管理”，由項目申報學(xué)生在教師指導(dǎo)下主持完成。項目主要是針對已經(jīng)具備一定的化學(xué)和化工專業(yè)基礎(chǔ)知識的大二三年級的學(xué)生開展。項目按期進(jìn)行，結(jié)束時進(jìn)行答辯，答辯專家根據(jù)學(xué)生匯報情況進(jìn)行考核，根據(jù)考核的結(jié)果給予2～3個學(xué)分。

近年來化學(xué)化工學(xué)院已經(jīng)進(jìn)行了兩屆物理化學(xué)實驗加入到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。兩個課題內(nèi)容覆蓋了大學(xué)無機、有機、分析和物化課程的內(nèi)容，突出了物理化學(xué)基礎(chǔ)實驗內(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)實驗課程在該知識面設(shè)計的基礎(chǔ)實驗，通過該實驗，學(xué)生能夠?qū)σ汗涛浆F(xiàn)象以及吸附等溫線的測定等有了較好的感性認(rèn)識，并更好地掌握了有關(guān)的概念和理論知識。以此為契機，化學(xué)化工學(xué)院引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步加以訓(xùn)練，對本科生而言是一個對所學(xué)知識進(jìn)行融會貫通以期進(jìn)一步提高的好機會，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)的實驗原理及技術(shù)、方法。SRDP課題實施中，學(xué)生從查閱文獻(xiàn)開始，到設(shè)計實驗，動手開展實驗，認(rèn)識海洋中的界面現(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有關(guān)知識的理解，同時增強對海洋環(huán)境問題的認(rèn)識。SRDP課題工作開展不僅鍛煉了學(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課題計劃，給在讀的本科生提供了一個科研鍛煉的平臺，讓他們較早地近距離地參與到科研項目中，接受科學(xué)研究的熏陶。

幾年的努力結(jié)果表明，化學(xué)化工學(xué)院的措施對學(xué)生進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)、孕育創(chuàng)新意識、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，甚至有的學(xué)生因此選擇繼續(xù)從事該方向的科研工作。

3 結(jié)束語

有著合理目標(biāo)和計劃的科研訓(xùn)練對提高學(xué)生的綜合素質(zhì)有著積極促進(jìn)作用。通過補充有利于學(xué)生思維能力培養(yǎng)和科學(xué)素質(zhì)提高的實驗訓(xùn)練項目，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，并在理論和實踐上都得到全面的提高，為以后學(xué)習(xí)及工作打下扎實的基礎(chǔ)。化學(xué)化工學(xué)院幾年來進(jìn)行多層次物理化學(xué)實驗教學(xué)模式的有益嘗試，已經(jīng)取得了令人較為滿意的效果。

[1]訾學(xué)紅，陳永寶，張紅光，等，自主式教學(xué)模式在物理化學(xué)創(chuàng)新性實驗教學(xué)中的探索[J].實驗室研究與探索，2013，32(2):321-323.

[2]鄭傳明，呂桂琴，王良玉.在物理化學(xué)實驗教學(xué)中注重培養(yǎng)學(xué)生的能力[J].實驗室技術(shù)與管理，2008(25):132-134.

[3]劉海峰，陳明潔，陳敏.《物理化學(xué)實驗》教學(xué)方法改革的探索與實踐[J].實驗室科學(xué)與技術(shù)，2013，11(4):66-68.

[4]張虎成，李苞.物理化學(xué)探究性教學(xué)模式的探索與實踐[J].實驗室科學(xué)，2013，16(1):50-52.

[5]石海信.物理化學(xué)實驗開放性研究性教學(xué)模式的研究與探索[J].廣東化工，2008(35):119-122.

[6]胡新根，何道法，李新華，等.研究型物理化學(xué)實驗教學(xué)模式的探究與實踐[J].實驗室探究與探索，2009，28(10):133-135.

[7]侯向陽，高樓軍，李東升，等.物理化學(xué)實驗教學(xué)改革實踐與再思考[J].實驗室研究與探索，2006，25(11):23-25.

[8]郭婷，孟濤，方伊，等.“理論、實踐與科研三位一體”物理化學(xué)實驗教學(xué)改革[J].實驗室研究與探索，2015，34(5):138-162.

[9]王亞珍，徐俊暉，李海峰，一種新型物理化學(xué)實驗教學(xué)模式的設(shè)計-信息化-自主型-開放式[J].化工高等教育，2016(2):70-101.

[10]張國艷，金為群，王嵐，物理化學(xué)實驗教學(xué)的改革與創(chuàng)新[J].實驗室研究與探索，2013，32(2):329-331.

[11]張潤蘭，楊在文，康潔，等.從物理化學(xué)實驗教學(xué)談大學(xué)生能力的培養(yǎng)[J].技術(shù)與創(chuàng)新管理，2014，35:495-498.

[12]趙麗娜，李欣，任玉剛，等.以學(xué)生能力培養(yǎng)為目標(biāo)開展物理化學(xué)實驗教學(xué)[J].實驗技術(shù)與管理，2015，32(3):176-178.

Exploration in Teaching Model by Combination of Physical Chemistry Experiment and Scientific Research Training for Undergraduates

WANG Lisha， CAO Xiaoyan， JI Hongwei， BAO Mutai， LI Xianguo
(College of Chemistry and Chemical Engineering， Ocean University of China， Qingdao， 266100， China)

This paper attempts to reform the teaching experiment physical chemistry experiment teaching and undergraduate scientific research training.The combination of scientific research activities in the experimental test and theoretical teaching content，the design of appropriate experimental content added to the comprehensive experiment.Further expand the application of the method in the basic experiment of physical chemistry， into the undergraduate training plan at the school level.Through these two kinds of training，which can cultivate the undergraduate scientific research ability and comprehensive quality，and lay a good foundation for their work and study in the future.

physical chemistry experiment； scientific research experiment； scientific research training ； teaching model

O63

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.05.025

2016-02-22；修改日期:2016-03-18

中國海洋大學(xué)本科教育教學(xué)研究項目。

王麗莎(1981-)，女，碩士，高級實驗師，主要從事物理化學(xué)和海洋環(huán)境化學(xué)研究工作。

曹曉燕(1970-)，女，博士，教授，主要從事物理化學(xué)方向研究工作，caoxy＠ouc.eud.cn