[摘 要]在物理化學實驗室的運行中有不少值得改進和探討的地方。文章從實驗誤差、儀器精度、強度性質(zhì)實驗、線上線下教學和實驗室效率等五個方面指出物理化學實驗室運行中存在的問題，并給出了可行的解決方案，希望對物理化學實驗的教學有所助益。

[關鍵詞]物理化學實驗;實驗改進;教學方法

[基金項目]2016年江蘇省高校自然科學研究面上項目“中空微納氧化銦基的高性能QCM氣體傳感器研究”（No.16KJD150003）

[作者簡介]范國康（1974—），男，江蘇揚州人，博士，講師，研究方向為材料物理化學。

[中圖分類號] G642.8[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-9324（2020）46-0-02[收稿日期] 2020-10-04

物理化學與無機化學、分析化學、有機化學并稱四大基礎化學，其理論性強，學習起來比較困難。為了達到理論聯(lián)系實際的目的，許多學校開設了物理化學實驗課程[1-4]，以加深學生對物理化學知識的理解和應用?；诙嗄陙砦锢砘瘜W和物理化學實驗的教學工作，發(fā)現(xiàn)在物理化學實驗室的運行中有不少值得改進和探討的地方。本文將在實驗誤差、儀器精度、強度性質(zhì)實驗、線上線下教學、實驗室效率等五個方面對此進行討論。

一、實驗誤差問題

不少物理化學實驗書中[1-4]會講述實驗誤差相關知識，比如絕對誤差和相對誤差、精密度和精確度、誤差傳遞等。對于實驗誤差通常要求越小越好，包括實驗的改進，也同時追求誤差小和精度高。但是，本科物理化學實驗中，每個步驟是否誤差越小越好呢？通常老師和學生對于這一問題是忽視的。例如，用電子天平進行的稱量實驗，有時要求精確到0.1mg，有時則精確到0.1g即可。如何根據(jù)實驗來選擇合適誤差，通常只要知道實驗的總誤差和最大誤差的來源，學生即可選擇每一步所允許的誤差。實驗中的最大誤差類似于動力學中的決速步或速控步，只要降低了這一誤差，實驗整體的誤差將大大降低。正如4×100接力賽跑，只要提高最慢人的速度，成績就會明顯提高一樣。所以，作為實驗老師首要明確每個實驗的最大誤差來源，并告知學生重視這一誤差，才有可能讓學生實驗的誤差有效變小，而不是簡單要求學生每一步都做到誤差最小，這不僅浪費了學生大量時間，也沒有抓住教學的重點。

二、儀器精度問題

實驗室常用儀器精度對實驗結果具有很大影響。選擇合適的儀器精度是物理化學實驗能否成功的重要環(huán)節(jié)?？紤]到物理化學實驗的開設已經(jīng)很久了，所以目前常用儀器的精度基本已經(jīng)確定。那么，如何在儀器確定的情況下，進一步提高精度呢？一般可以從兩個方面來進行，即軟件法和附件法。軟件法的案例，比如在燃燒熱的測定實驗數(shù)據(jù)處理過程中引入雷諾校正，這樣不管氧彈量熱器有無漏熱現(xiàn)象，實驗精度均會有所提高。附件法是本文全新提出的一種方法。眾所周知，在物理化學實驗中會用到許多必須垂直讀數(shù)的儀器，比如滴定管、量筒、烏氏粘度計等。沒有附件時，由于每個人對垂直的要求不同，因此讀數(shù)的結果會相差很大。如果綁定一個氣泡儀與儀器相垂直，那么每個人就有了相同的標準，讀數(shù)精度也將大大提高。

三、強度性質(zhì)實驗問題

在物理化學實驗中，對于試劑的消耗是非常大的。這些被消耗的試劑最終會流入周邊環(huán)境。為了從源頭上減少污染，我們嘗試對基于強度性質(zhì)檢測的六個物理化學實驗，即原電池電動勢的測定、金屬鈍化曲線的測定、氯化鋅溶液活度系數(shù)的測定、溶液法測定離子遷移數(shù)、乙酸乙酯的皂化反應（電導法測反應速率常數(shù)）以及測定極性分子的偶極矩等實驗，進行了微量化改進?；趶姸刃再|(zhì)與物質(zhì)的量的多少無關的特點，這種改進在理論上不會對實驗精度產(chǎn)生不良影響。實際改進后，不僅大大減少了試劑的用量，實驗結果也比較理想，實驗操作則更為方便。具體而言，對于原電池電動勢測定實驗的改進，在不同的溫度下，改進后的電極和整個電池裝置均工況良好，測量值與計算值間的相對誤差小于1%。 改進后的裝置不但克服了原裝置的不足，且每人次可減少30ml左右的試劑用量，實驗的穩(wěn)定性和準確性都比較理想。對于金屬鈍化曲線的測定實驗的改進，將減少藥品用量的實驗數(shù)據(jù)和正常情況下的實驗數(shù)據(jù)進行對比發(fā)現(xiàn)，減少藥品用量可以正常測定金屬的鈍化曲線，并且Final E（V）=1.7，掃描速度為0.01V/s最為合適，每人次實驗減少30ml左右的試劑用量。對于氯化鋅溶液活度系數(shù)測定實驗的改進，改進后的電極和整個電池裝置使用正常，各ZnCl2溶液構成的原電池電動勢的測量值與計算值間的相對誤差均小于0.5% 。每人次實驗減少達50ml試劑。對于離子遷移數(shù)的測定的改進，改造后的遷移管達到了減少試劑用量的目的，所測數(shù)據(jù)與文獻標準值誤差在0.5%左右，所以方案可行。每人次實驗至多可減少20ml試劑用量。對于乙酸乙酯的皂化反應實驗的改進，通過對實驗裝置的改變所測的實驗結果與標準值的相對誤差小于0.5%，并且本裝置工況良好，改進方法可行。同樣，每人次實驗減少20ml試劑用量。對于溶液法測定極性分子偶極矩實驗的改進，改進后的結果與標準值相對誤差小于0.5%，所以減少試劑的用量同樣可以得到我們需要的實驗結果。每人次實驗至少減少20ml試劑用量。通過這一系列的實驗改進，每輪實驗的試劑用量將得到良好控制，極大地減輕了實驗對環(huán)境的壓力。

四、線上線下教學問題

在通常的實驗教學中，老師在實驗室向學生講解實驗的原理、步驟和注意事項等，然后直接進行物理化學實驗。這一模式的可取之處在于學生對實驗儀器能有個現(xiàn)場的感知，因此相對比較容易理解。特別是在學生認真預習的前提下，效果是比較明顯的。但是，受疫情和不斷減少的實驗課時的影響，如果仍選擇這種模式會造成人員聚集，顯然不利于防疫。那么選擇純線上教學物理化學實驗，顯然又不科學。綜上所述，線上線下相結合才是當前合適的實驗教學方式，即老師線上理論學習，并在線上進行仿真操作，然后再到實驗室進行實際操作，這樣既減少了實驗課時，又避免了過多的人員聚集。不管從哪方面看，均不適為明智的選擇。

五、實驗室效率問題

提高實驗室效率是大家都很關心的問題?？萍家匀藶楸?，提高效率也要以人為本。實驗室中的人，無非是學生、老師和實驗員，因此從三者關系入手，分析如何更好地提高效率。首先，學生是老師和實驗員服務的對象。學生主觀上需要理解實驗的目的、步驟和注意事項，特別是儀器的正確使用;客觀上要服從老師和實驗員的要求。以實驗登記來說，我們要明確學生的主要目的是做實驗，因此有必要簡化登記過程?？梢栽O想引入二維碼方式，只要掃碼即完成登記，沒必要每次都寫一些重復而冗長的文字。老師如何提高效率呢？通常一個老師需要服務多位學生;因此，有主次地去幫助和發(fā)現(xiàn)學生的問題非常必要。正如醫(yī)生治病一樣，危重病人優(yōu)先，慢性重病者其次，輕癥者最后。如何才能做到有主次，這就要求老師對實驗過程要有很好的把控。老師間的交流非常重要，大家討論后得出統(tǒng)一的標準，就可以按部就班地解決問題了。實驗員要同時服務于學生和老師，他們不僅要提供實驗儀器和藥品的保障，在老師不方便時，也要指導學生，這類似于醫(yī)院護士的工作，同樣需要分清主次。通常一位實驗員要負責多個實驗室，為了方便了解每個實驗室的實況，可在每個實驗室安裝實時監(jiān)控，以便及時發(fā)現(xiàn)問題，做到主動服務和防患于未然。

參考文獻

[1]北京大學化學系物理化學教研室.物理化學實驗（修訂本）[M].北京：北京大學出版社，1985.

[2]崔獻英，柯燕雄，單紹純.物理化學實驗[M].合肥：中國科學技術大學出版社，2000.

[3]孫爾康，徐維清，邱金恒.物理化學實驗[M].南京：南京大學出版社，1998.

[4]廣西師范大學等五校合編.物理化學實驗[M].桂林：廣西師范大學出版社，1987.

Abstract： In the operation of physical chemistry laboratory， there are many points worthy of improvement and discussion. In this paper， we point out some problems in the operation of physical chemistry laboratory from five aspects： experimental error， instrument precision， strength property experiment， online and offline teaching and laboratory efficiency， and put forward some feasible solutions， hoping to be helpful to the teaching of physical chemistry experiments.

Key words： physical chemistry experiment; experiment improvement; teaching method