馮秀玲

(懷化學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，湖南 懷化 418008)

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是懷化學(xué)院化學(xué)專業(yè)、制藥專業(yè)、材料專業(yè)、生物工程和食品工程專業(yè)必開(kāi)的一門基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程不僅影響學(xué)生對(duì)物理化學(xué)理論知識(shí)的理解和掌握，還與后續(xù)專業(yè)課程、綜合實(shí)驗(yàn)、畢業(yè)論文設(shè)計(jì)密切相關(guān)[1-2]。懷化學(xué)院作為以應(yīng)用型人才為培養(yǎng)目標(biāo)的地方高校，教學(xué)中十分注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)。傳統(tǒng)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式存在一些弊端，作為教學(xué)的補(bǔ)充和強(qiáng)化，物理化學(xué)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索是必要的。

1 物理化學(xué)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)的必要性

1.1 傳統(tǒng)物理化學(xué)教學(xué)模式的弊端

與其他化學(xué)實(shí)驗(yàn)相比，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有理論性強(qiáng)、操作復(fù)雜、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)測(cè)定和處理難度大等特點(diǎn)，這給學(xué)生的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和實(shí)驗(yàn)操作帶來(lái)了一定的難度。而傳統(tǒng)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)手段單一，無(wú)法有效地激發(fā)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)熱情，達(dá)不到良好的教學(xué)效果[3]。傳統(tǒng)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容大部分為物理化學(xué)理論的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，綜合性和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)偏少，教學(xué)模式主要是學(xué)生按照實(shí)驗(yàn)教材預(yù)習(xí)，教師講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中指導(dǎo)操作，學(xué)生課后處理數(shù)據(jù)做實(shí)驗(yàn)報(bào)告[4]。這樣的教學(xué)模式固定、程序化。由于物理化學(xué)理論抽象，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解較難，預(yù)習(xí)難度大，導(dǎo)致學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏積極性，預(yù)習(xí)效果差[5-6]。很多學(xué)生不能根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理理解實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)過(guò)程不能靈活的處理簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)故障，不會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析判斷實(shí)驗(yàn)操作的錯(cuò)誤，有些學(xué)生不能獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，主要依賴教師的指導(dǎo)，學(xué)生缺乏自主學(xué)習(xí)知識(shí)的積極性，不能在實(shí)驗(yàn)中有效提高動(dòng)手能力、思考能力和綜合能力。而開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)由教師向?qū)W生提出任務(wù)要求，學(xué)生根據(jù)要求查閱相關(guān)資料自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路和實(shí)驗(yàn)步驟并實(shí)施，教師進(jìn)行相關(guān)的指導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)性質(zhì)由驗(yàn)證型向綜合型、設(shè)計(jì)型、研究型過(guò)渡，讓學(xué)生成為實(shí)驗(yàn)的主體，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，有利于培養(yǎng)學(xué)生的思考、實(shí)踐和創(chuàng)新能力[7]。

1.2 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等教學(xué)資源短缺

隨著學(xué)校的招生人數(shù)增加，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)了化學(xué)、材料、生工、制藥等專業(yè)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作，同其他地方院校情況類似[8-9]，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備和實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地已經(jīng)到達(dá)了飽和狀態(tài)。由于學(xué)生人數(shù)多，儀器數(shù)量有限，實(shí)驗(yàn)以分組的形式進(jìn)行，每個(gè)小組3～5人。分組實(shí)驗(yàn)導(dǎo)致學(xué)生不能完整地操作實(shí)驗(yàn)，有些學(xué)生由于缺乏自信，實(shí)驗(yàn)過(guò)程不參與，只旁觀，同組實(shí)驗(yàn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告互相抄襲。開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)實(shí)施開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)室管理，所有實(shí)驗(yàn)資源(包括實(shí)驗(yàn)時(shí)間、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地等)向?qū)W生開(kāi)放，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放期間可以獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)，有利于激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的積極性，而且教學(xué)資源能夠被充分利用。

2 物理化學(xué)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

根據(jù)懷化學(xué)院的教學(xué)水平、實(shí)驗(yàn)室資源及管理水平，物理化學(xué)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)應(yīng)該多選用適合實(shí)驗(yàn)室儀器設(shè)備的難度適中、趣味性強(qiáng)并且能夠結(jié)合教師科研的綜合性、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，但也要保留適量的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要體現(xiàn)趣味性和應(yīng)用性，這樣有利于學(xué)生積極參與開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。為了適應(yīng)學(xué)生不同的知識(shí)層次及學(xué)習(xí)要求，開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)選擇了8個(gè)。1)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)：泡壓法測(cè)定乙醇溶液的表面張力，蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定，鹽橋的制備。2)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)：純水的制備及水質(zhì)檢測(cè),中孔活性炭制備及吸附性能測(cè)定，2-氨基甲酸分解反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測(cè)定。3)與教師科研相結(jié)合的綜合性實(shí)驗(yàn):配合物的制備及熱穩(wěn)定性測(cè)定，多酸石墨電極的制備及電化學(xué)性能研究。

將課堂教學(xué)實(shí)驗(yàn)作為開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)并不是重復(fù)課堂教學(xué)，而是對(duì)課堂實(shí)驗(yàn)的引申和拓展。如泡壓法測(cè)定乙醇溶液的表面張力的實(shí)驗(yàn)，由于儀器更新，實(shí)驗(yàn)教學(xué)使用的儀器裝置與以前教學(xué)使用的儀器裝置不同，讓學(xué)生使用不同的儀器重新操作，通過(guò)對(duì)比兩種不同裝置的附加壓力產(chǎn)生的受力分析，深刻地理解附加壓力產(chǎn)生的原因。蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)作為開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)采用了與教材不同的實(shí)驗(yàn)原理，學(xué)生通過(guò)對(duì)比體會(huì)實(shí)驗(yàn)原理的設(shè)計(jì)思想，開(kāi)闊思路。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生通過(guò)查閱資料后推導(dǎo)實(shí)驗(yàn)原理、確定實(shí)驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟、選擇儀器及數(shù)據(jù)處理方法。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)難度不易太大，而且具有一定應(yīng)用性，這樣有利于激發(fā)學(xué)生的興趣，增強(qiáng)學(xué)生的自信。所選擇的兩個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生進(jìn)行無(wú)機(jī)、有機(jī)合成、重結(jié)晶及性能表征測(cè)試等操作，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)圖譜處理后根據(jù)基礎(chǔ)化學(xué)理論進(jìn)行紅外分析、熱重量分析、電化學(xué)分析。綜合性實(shí)驗(yàn)綜合利用各學(xué)科理論及實(shí)驗(yàn)技能以培養(yǎng)學(xué)生的綜合能力，使學(xué)生理解各學(xué)科之間的相互聯(lián)系，理解物理化學(xué)作為理論化學(xué)的作用，為以后的畢業(yè)論文奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

物理化學(xué)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)教學(xué)要經(jīng)過(guò)一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，應(yīng)該指導(dǎo)學(xué)生先易后難的選做實(shí)驗(yàn)，先做驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，再選做設(shè)計(jì)性、綜合性實(shí)驗(yàn)，這樣有利于學(xué)生在宏觀上對(duì)實(shí)驗(yàn)層次和框架有一定的理解。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容可以在先確立的8個(gè)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上更新、替換從而提供給學(xué)生更多的選擇機(jī)會(huì)。

3 開(kāi)放式物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

3.1 以學(xué)生為主體的指導(dǎo)方式

物理化學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)區(qū)別于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的指導(dǎo)方式，主要原則以學(xué)生為實(shí)驗(yàn)主體，教師的指導(dǎo)方式為引導(dǎo)[10-11]，通過(guò)提問(wèn)、討論引導(dǎo)學(xué)生思考，通過(guò)指導(dǎo)思路引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立解決問(wèn)題，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)的思考方法。不同性質(zhì)、不同難度的實(shí)驗(yàn)，指導(dǎo)重點(diǎn)及方式應(yīng)該不同。

對(duì)于驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生在課堂實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步思考、引申、對(duì)比、教師的指導(dǎo)側(cè)重于思考方法的指導(dǎo)。如蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟操作簡(jiǎn)單，但實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)巧妙，要求學(xué)生采用不同于教材的實(shí)驗(yàn)原理，重新測(cè)定蔗糖速率常數(shù)，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)對(duì)比思考不同原理設(shè)計(jì)方法的優(yōu)缺點(diǎn)，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容可以主要針對(duì)原理部分以論文的形式闡述，這樣突出實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生通過(guò)參考類似實(shí)驗(yàn)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)教材、查找資料設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理及步驟，指導(dǎo)老師根據(jù)學(xué)生的設(shè)計(jì)方案針對(duì)不合理的實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)和步驟細(xì)節(jié)內(nèi)容提出問(wèn)題，學(xué)生根據(jù)指導(dǎo)老師的問(wèn)題進(jìn)一步學(xué)習(xí)、思考，改進(jìn)方案。每個(gè)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)都不同，例如中孔活性炭制備及吸附性能測(cè)定，通過(guò)資料查閱設(shè)計(jì)吸附性能測(cè)試方案是重點(diǎn)，而2-氨基甲酸分解反應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)平衡常數(shù)的測(cè)定實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵在于實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)，教師要通過(guò)引導(dǎo)讓學(xué)生獨(dú)立思考，獨(dú)立解決實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。

3.2 網(wǎng)絡(luò)化指導(dǎo)

利用網(wǎng)絡(luò)資源，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化指導(dǎo)也是開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的有效指導(dǎo)方式。在院部網(wǎng)站構(gòu)建物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)，鏈接高校的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)精品課件,物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)視頻，在教學(xué)平臺(tái)上發(fā)布關(guān)于物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)、開(kāi)放性物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)及軟件處理物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的期刊論文。這種網(wǎng)絡(luò)化指導(dǎo)方法以豐富的背景材料支持教學(xué)內(nèi)容，拓展了學(xué)生的思路[12]，有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)。

4 物理化學(xué)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)管理模式

物理化學(xué)開(kāi)放式實(shí)驗(yàn)應(yīng)該綜合考慮物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的課程教學(xué)、實(shí)驗(yàn)室管理、學(xué)生的課程安排等因素制定相關(guān)的開(kāi)放式管理模式。由于化學(xué)與材料工程學(xué)院的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的教學(xué)工作繁重，因此開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)應(yīng)該安排在學(xué)期結(jié)束前一個(gè)月，這個(gè)時(shí)間段，學(xué)生的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程已經(jīng)結(jié)束，儀器、試劑等教學(xué)資源可以保障開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行，而且通過(guò)課堂教學(xué)學(xué)生已經(jīng)具備相關(guān)的理論基礎(chǔ)及一定的實(shí)驗(yàn)技能，作為學(xué)習(xí)補(bǔ)充和進(jìn)一步強(qiáng)化，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣及對(duì)知識(shí)的掌握程度，自主的選擇實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。具體開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施應(yīng)先組織學(xué)生報(bào)名摸底，報(bào)名表(如表1所示)備注實(shí)驗(yàn)的名稱、性質(zhì)及基本要求以供學(xué)生選擇參考。根據(jù)學(xué)生的報(bào)名情況，實(shí)驗(yàn)室管理員安排實(shí)驗(yàn)儀器、試劑及指導(dǎo)教師。學(xué)生根據(jù)自己的時(shí)間，在線預(yù)約實(shí)驗(yàn)時(shí)間、內(nèi)容及指導(dǎo)教師。

為了有效激發(fā)學(xué)生參與開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的積極性，提高開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)室應(yīng)完善開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的考核方法。要求學(xué)生完成3～5個(gè)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)(所選擇的實(shí)驗(yàn)至少含一個(gè)設(shè)計(jì)性或綜合性實(shí)驗(yàn))，學(xué)分為2分，該學(xué)分可以作為獎(jiǎng)勵(lì)學(xué)分計(jì)入總學(xué)分，并作為評(píng)優(yōu)及參加省級(jí)化學(xué)實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽的參考條件。每個(gè)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的成績(jī)突出體現(xiàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)作風(fēng)、思考能力、排除實(shí)驗(yàn)故障的平時(shí)表現(xiàn)，按照實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)占40%，實(shí)驗(yàn)報(bào)告占30%，實(shí)驗(yàn)效果占30%打分，總成績(jī)?cè)俪艘栽搶?shí)驗(yàn)的難度系數(shù)。

開(kāi)放式管理模式可以充分利用教學(xué)資源，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生獨(dú)立操作實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)間不受限制，學(xué)生可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐自己的想法，需要教師指導(dǎo)時(shí)可以隨時(shí)聯(lián)系，實(shí)驗(yàn)不成功，通過(guò)討論，教師的引導(dǎo)及查閱資料修正方案。通過(guò)這樣的管理模式使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中充分發(fā)揮主動(dòng)性和創(chuàng)造性，達(dá)到良好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。

表1 開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)班級(jí)報(bào)名表

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)近一年的物理化學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的探索和實(shí)踐，積累了經(jīng)驗(yàn)也取得了很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。實(shí)踐證明，開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)可以顯著培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立操作的能力、分析問(wèn)題的能力、創(chuàng)新能力、理論聯(lián)系實(shí)際的能力及科學(xué)的思維方法。但是具體開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的內(nèi)容、指導(dǎo)及管理模式需要進(jìn)一步完善和改革，在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)。雖然開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)對(duì)學(xué)生在教學(xué)資源、時(shí)間、管理方面開(kāi)放，但是選擇開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的學(xué)生一般為學(xué)習(xí)成績(jī)較好的學(xué)生。因此，應(yīng)該改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及相關(guān)制度以吸引更多的學(xué)生主動(dòng)參與開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。在教學(xué)指導(dǎo)方面，教師應(yīng)該掌握不同學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握情況進(jìn)行個(gè)性化指導(dǎo)，使每個(gè)學(xué)生在原有的知識(shí)層次上有所提高，有所進(jìn)步。地方院校的物理化學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)需要在實(shí)驗(yàn)中不斷完善，不斷改革，不斷深化。