段　煉　趙天福

(西南大學(xué)紡織服裝學(xué)院，重慶市生物質(zhì)纖維材料與現(xiàn)代紡織工程研究中心，重慶　400715)

物理化學(xué)是從物質(zhì)的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象之間的聯(lián)系入手，來探求化學(xué)變化及相關(guān)的物理變化基本規(guī)律的一門學(xué)科，它研究了化學(xué)學(xué)科中的最基本的原理、方法以及化學(xué)體系中最普遍的規(guī)律和理論，是化學(xué)學(xué)科的理論基礎(chǔ)[1]。物理化學(xué)實驗有助于學(xué)生理解物理化學(xué)理論知識，訓(xùn)練學(xué)生使用儀器的操作技能，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題和將理論應(yīng)用于實踐的能力[2-3]，為輕化工程后續(xù)理論及實驗課程的學(xué)習(xí)奠定了理論和實踐基礎(chǔ)。

隨著現(xiàn)代化教育改革的深入，傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方式需要向綜合技能訓(xùn)練方向發(fā)展，以適應(yīng)現(xiàn)代科研和生產(chǎn)的需求[4]。目前，面向輕化工程開設(shè)的物理化學(xué)實驗的驗證性實驗多、研究性綜合實驗少，實驗內(nèi)容陳舊且與專業(yè)知識結(jié)合少，不能反映輕化工程學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀[5]。此外，物理化學(xué)實驗教學(xué)中還存在著實驗儀器設(shè)備落后、缺乏信息技術(shù)應(yīng)用和現(xiàn)代化教學(xué)手段、很難培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識等問題[6]。因此，我們結(jié)合專業(yè)具體情況，充分利用物理化學(xué)實驗教學(xué)的各個環(huán)節(jié)，將輕化工程中常用的染整面料——蠶絲引入物理化學(xué)實驗，并結(jié)合信息技術(shù)和現(xiàn)代化教學(xué)手段，逐步開展實驗改革。希望這些嘗試有助于調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，掌握物理化學(xué)及輕化工程專業(yè)知識和實驗技能。

1　輕化工程專業(yè)物理化學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題

1.1　實驗內(nèi)容陳舊、與專業(yè)知識結(jié)合少

物理化學(xué)實驗課程中的相關(guān)原理和方法是輕化工程專業(yè)理論和實踐的基礎(chǔ)。但現(xiàn)有的物理化學(xué)實驗任在沿用幾十年前制定的舊體系，內(nèi)容陳舊，驗證性實驗多、研究性綜合實驗少，實驗內(nèi)容重復(fù)且簡單，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)興趣不大，學(xué)習(xí)積極性不高。同時，由于傳統(tǒng)的物理化學(xué)實驗沒有從輕化工程專業(yè)的角度去設(shè)計，缺乏與輕化工程專業(yè)知識的關(guān)聯(lián)，不能反映輕化工程的發(fā)展現(xiàn)狀，使學(xué)生難以將物理化學(xué)實驗的原理和方法與輕化工程的專業(yè)知識技能融會貫通。

1.2　實驗儀器設(shè)備落后，缺乏信息技術(shù)的應(yīng)用和現(xiàn)代化教學(xué)手段

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高靈敏度、高選擇性、自動化、智能化和微型化的實驗儀器層出不窮。如果能在物理化學(xué)實驗中引入相關(guān)儀器，不但能加深學(xué)生對現(xiàn)代儀器設(shè)備的認(rèn)識，提高學(xué)生的知識技能水平，也能調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。但由于實驗經(jīng)費(fèi)不足，物理化學(xué)實驗的儀器設(shè)備常年無法更新?lián)Q代，從而影響實驗技術(shù)水平和教學(xué)質(zhì)量的提高。此外，物理化學(xué)實驗后需要處理的數(shù)據(jù)量較大，但數(shù)據(jù)處理仍多采用計算器計算、坐標(biāo)紙繪圖等傳統(tǒng)方法，容易產(chǎn)生人為誤差并影響實驗結(jié)果的準(zhǔn)確性[7]。

2　物理化學(xué)實驗教學(xué)改革探索

2.1　更新實驗內(nèi)容，突出專業(yè)特色

物理化學(xué)實驗課程的目的是讓學(xué)生掌握所學(xué)實驗的原理、儀器和方法。因此，可以從實驗內(nèi)容設(shè)計上著手，引入化學(xué)和材料領(lǐng)域的新儀器、新方法；同時與輕化工程的專業(yè)知識和實驗方法相結(jié)合，突出了輕化工程的專業(yè)特色，有利于學(xué)生對物理化學(xué)實驗以及輕化工程專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。

絲綢是輕化工程專業(yè)生產(chǎn)中常見的高檔染整面料，絲綢原料—蠶繭(絲素蛋白、絲膠蛋白)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、性能、加工和染整方法都是輕化工程專業(yè)本科生需要掌握的知識和技能[8]。為了加深學(xué)生對蠶絲的認(rèn)識，我們在現(xiàn)有的物理化學(xué)實驗教材基礎(chǔ)上重新進(jìn)行了設(shè)計和調(diào)整，將蠶繭的脫膠、絲膠蛋白和絲素蛋白的結(jié)構(gòu)和性能、蠶絲的染色等專業(yè)知識和實驗貫穿于整個物理化學(xué)實驗中，并共同構(gòu)成一個研究性的綜合實驗。在該實驗中，學(xué)生首先需使用中性鹽脫膠、高溫蒸煮、酶脫膠等不同方法處理蠶繭，獲得絲膠蛋白和絲素蛋白，并考察其結(jié)構(gòu)和性能差異，使學(xué)生對蠶繭的構(gòu)成產(chǎn)生初步認(rèn)識，如在“液體粘度和密度的測定”[9]實驗中使用烏氏粘度計測量不同脫膠方法制備的絲膠蛋白以及絲素蛋白特性粘度的差異；在“溶膠和乳狀液的制備及其性質(zhì)的實驗”[9]中通過電泳的方法比較不同脫膠方法制備的絲膠蛋白、絲素蛋白分子量的差異；在“差熱分析和熱重分析”[9]實驗中，通過差示掃描量熱儀和熱重分析儀比較不同脫膠方法制備的絲膠蛋白和絲素蛋白熱穩(wěn)定性的差異，并從其結(jié)構(gòu)特點上給予解釋。再通過后續(xù)實驗比較不同種類染料對蠶絲的上染效果，加深學(xué)生對蠶絲染整過程和染整方法的認(rèn)識，如在“動力學(xué)實驗”[9]中比較陰離子型、陽離子型等不同類型染料對蠶絲的上染速率，并從蠶絲表面化學(xué)結(jié)構(gòu)特點入手，對實驗結(jié)果進(jìn)行解釋；在“表面張力的測定”[9]實驗中比較染色前后蠶絲親水性的差異，并從染料的性能和蠶絲的結(jié)構(gòu)上對實驗結(jié)果進(jìn)行解釋。

2.2　更新實驗儀器設(shè)備，引入信息技術(shù)和現(xiàn)代化教學(xué)手段

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，物理化學(xué)實驗儀器也在不斷更新。近年來，筆者所在學(xué)院也投入了大量經(jīng)費(fèi)更新實驗儀器。如購置了萬分天平、數(shù)字電導(dǎo)率儀、數(shù)顯恒溫槽等常規(guī)儀器，以及紫外分光光度計、紅外光譜儀、熒光光譜儀、差示掃描量熱儀、熱重分析儀、表面張力儀等大型分析測試儀器，滿足了物理化學(xué)實驗的儀器需求。

同時，隨著信息技術(shù)的發(fā)展，筆者還在物理化學(xué)實驗中推廣Origin、Excel等數(shù)據(jù)分析軟件。通過這些數(shù)據(jù)處理軟件，學(xué)生可以方便地進(jìn)行數(shù)據(jù)批量處理、作圖和擬合，減少實驗數(shù)據(jù)處理中的工作量，還能避免傳統(tǒng)數(shù)據(jù)處理方法帶來的人為誤差。此外，在物理化學(xué)實驗教學(xué)中也引入了多媒體，充分發(fā)揮了多媒體教學(xué)形象直觀和信息量大的優(yōu)勢，調(diào)動了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性。

3　結(jié)論

通過對輕化工程專業(yè)物理化學(xué)實驗教學(xué)中所存在問題的初步分析，對其進(jìn)行了改革：更新了儀器設(shè)備，結(jié)合專業(yè)背景調(diào)整了實驗內(nèi)容，突出了專業(yè)特色，引入了信息技術(shù)和現(xiàn)代化教學(xué)手段。這些改革措施不但可以調(diào)動學(xué)生在物理化學(xué)實驗課程學(xué)習(xí)中的積極性和主動性，也使學(xué)生在物理化學(xué)實驗學(xué)習(xí)中掌握了輕化工程的相關(guān)專業(yè)知識，有利于學(xué)生將物理化學(xué)原理和方法與輕化工程專業(yè)知識技能融會貫通。