劉冬(南京工業(yè)大學(xué)，江蘇 南京 211816)

0 引言

物理化學(xué)實驗是研究化學(xué)基本理論和解決化學(xué)問題的重要手段和方法。因化學(xué)與物理學(xué)之間的聯(lián)系極其緊密，化學(xué)過程包含或伴有物理過程，而物理過程又能影響或者引發(fā)化學(xué)過程，故物理化學(xué)實驗是利用物理的原理、技術(shù)、儀器和方法，借助數(shù)學(xué)處理工具，研究化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)中物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)變化規(guī)律的基礎(chǔ)學(xué)科[1]。

隨著當(dāng)代科技的高速發(fā)展，社會對人才的知識結(jié)構(gòu)、綜合素質(zhì)要求越來越高，物理化學(xué)實驗教學(xué)作為高校實踐教學(xué)工作的重要組成部分，是理論與實際聯(lián)系的重要環(huán)節(jié)，是理論教學(xué)的必要補充和發(fā)展，是實現(xiàn)素質(zhì)教育以及創(chuàng)新人才培養(yǎng)目標(biāo)不可缺少的重要環(huán)節(jié)。其教學(xué)的主要目的不僅在于鞏固和加深對物理化學(xué)理論課程中所學(xué)的基本理論和基本概念的理解，掌握物理化學(xué)實驗的基本實驗方法和技術(shù)，學(xué)會仔細觀察和正確記錄實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)，更在于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際、查閱文獻資料的能力，使學(xué)生初步受到科學(xué)研究工作的啟蒙訓(xùn)練，逐步養(yǎng)成實事求是的科學(xué)態(tài)度和一絲不茍的科學(xué)作風(fēng)等良好習(xí)慣，實現(xiàn)由學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識、基本技能到開展科學(xué)研究的初步轉(zhuǎn)變，全面提高學(xué)生從事科研工作的思維能力、想象能力和創(chuàng)新能力[2]。然而，長期的教學(xué)實踐表明目前的物理化學(xué)實驗課程教學(xué)現(xiàn)狀不能滿足新時代對人才的需求，教學(xué)改革勢在必行。

1 物理化學(xué)實驗教學(xué)的現(xiàn)狀

1.1 填鴨式被動教學(xué)

在物理化學(xué)實驗教學(xué)中，教師為了保證在一定的課時內(nèi)實驗?zāi)茼樌M行并完成，會傾向于花很多時間講解實驗步驟和設(shè)備的使用方法，甚至為了防止學(xué)生實驗失敗，直接將長年累積下來的實驗小技巧傾囊相授，完全抑制了學(xué)生們思考與反復(fù)推敲的積極性。并且為了能保證實驗的順利進行，降低實驗過程中會出現(xiàn)問題的幾率，很多實驗試劑和步驟都由實驗師們在實驗前提前給學(xué)生們準(zhǔn)備和完成了。比如：可逆原電池電動勢的測定用到的電解液都是提前配制好的；燃燒熱測定的實驗中，苯甲酸與蔗糖的壓片是由實驗師提前準(zhǔn)備好的，甚至給氧彈充氧氣的這一步有時也是由老師代勞[3]。顯然為了在一定時間內(nèi)實驗教學(xué)的順利進行，這些操作與安排犧牲了學(xué)生在實驗中自我鍛煉與自我成長的機會，這對全面提高學(xué)生的專業(yè)技能是非常不利的，遠沒有實現(xiàn)開設(shè)實驗課程的目的。

1.2 實驗內(nèi)容更新緩慢，缺乏時代感

目前，大多數(shù)高校物理化學(xué)實驗內(nèi)容更新緩慢，多年來實驗內(nèi)容較為單一和固定，缺少符合時代感的實驗內(nèi)容。比如：在最開始做液體飽和蒸汽壓實驗時，是采用苯作為測定所用的試劑，但眾所周知苯的毒性很大，可致癌；液體表面張力的測定實驗最開始所用的試劑為正丁醇溶液，而正丁醇溶液有類似雜醇油的氣味，其揮發(fā)性氣體有刺激性，可引起咳嗽。這些試劑的使用，不僅會打擊學(xué)生對物理化學(xué)實驗的積極性與興趣，更會影響學(xué)生的身體健康，并且也污染了環(huán)境，造成了不良影響。顯然，這些都與當(dāng)代“綠色化學(xué)”的主旨背道而馳。同時，物理化學(xué)實驗內(nèi)容大多數(shù)為經(jīng)典性、驗證性的實驗，與物理化學(xué)的經(jīng)典理論關(guān)聯(lián)較為密切，缺少專業(yè)特色性和針對性，更鮮有與科研前沿性相結(jié)合的實驗項目[4-6]。

1.3 考核評價機制單一

由于現(xiàn)存實驗教學(xué)存在被動與機械填鴨式的缺點，導(dǎo)致實驗教學(xué)的傳統(tǒng)考核方式較為單一，通常是由平時成績和期末成績組成，而平時成績主要是通過實驗報告的完成情況進行考核。老師則根據(jù)實驗報告是否撰寫工整、實驗數(shù)據(jù)處理誤差大小、是否處理規(guī)范正確來評定成績高低，使得學(xué)生對物理化學(xué)實驗這門課程的關(guān)注點局限在實驗報告的書寫和完美的數(shù)據(jù)中。久而久之，學(xué)生將精力集中在實驗報告中，認為數(shù)據(jù)誤差小，報告字數(shù)多就能獲取高分，甚至通過偽造數(shù)據(jù)的方式來完成報告，從而會造成一部分學(xué)生在實驗過程中混水摸魚，課后書寫報告重量不重質(zhì)。這種流于形式的實驗報告難以實現(xiàn)以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)與創(chuàng)新能力的課程目標(biāo)，自然在評定分數(shù)時，有失公允，無法有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和培養(yǎng)專業(yè)的科學(xué)素養(yǎng)。

2 物理化學(xué)實驗教學(xué)的改革與探索

2.1 優(yōu)化教學(xué)過程，鼓勵學(xué)生為主體的教學(xué)改革

傳統(tǒng)的實驗教學(xué)中，學(xué)生主要是機械重復(fù)實驗步驟，雖然表現(xiàn)出了較高的實驗完成效率，但是對學(xué)生專業(yè)技能和科研素養(yǎng)的培養(yǎng)效果不佳。通過優(yōu)化教學(xué)全過程，要充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性與主動性，引導(dǎo)學(xué)生獨立地發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題，逐步實現(xiàn)學(xué)生自我學(xué)習(xí)的角色轉(zhuǎn)換[7]。

2.1.1 課前充分預(yù)習(xí)

當(dāng)代互聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展，大學(xué)生們也大多熱衷于網(wǎng)絡(luò)，可以將現(xiàn)代化信息技術(shù)多媒體手段引入到課前預(yù)習(xí)中，利用網(wǎng)絡(luò)中的精品課、名校課、公開課等，對課本知識進行可視化的預(yù)習(xí)與了解。建立學(xué)習(xí)興趣小組和微信群，加強實驗課上課前老師和學(xué)生的溝通與交流，提前了解他們實驗的痛點與疑惑，在面對面實驗教學(xué)中，有針對性地開講實驗課程，不僅可以有效提高教學(xué)效率，還可以增加學(xué)生們的積極性與主動性，更可以節(jié)約出大量的時間，增加學(xué)生們在實驗中自我嘗試和探索的機會[8-10]。

2.1.2 課堂中采用啟發(fā)式和問題導(dǎo)向式教學(xué)方法

在課堂教學(xué)過程中，教師采用科學(xué)探究式教學(xué)，要以學(xué)生為主體，選擇重點講解，不要做到事事具細，面面俱到。教師根據(jù)實際情況，有針對性地提出一些啟發(fā)性的問題，留給學(xué)生們獨立思考和分析的空間，提高他們的思維活躍度。并且，可以在教學(xué)過程中采取學(xué)生教學(xué)的方式，即有選擇性的摘出一些實驗內(nèi)容，由學(xué)生提前準(zhǔn)備然后在課堂上進行講解與演示，學(xué)生與教師角色的轉(zhuǎn)變，可以幫助學(xué)生更加深刻的理解物理化學(xué)知識，引導(dǎo)學(xué)生對實驗進行更加細致的觀察、研究和分析[11-12]。實驗過程中，教師要多走動，仔細觀察學(xué)生們的實驗情況，既能確保學(xué)生們認真做實驗，還能及時指出學(xué)生們操作過程中的問題，加深學(xué)生對實驗細節(jié)的印象，提高學(xué)生們對儀器和操作步驟的熟悉程度。

2.1.3 課后鼓勵學(xué)生拓展

實驗結(jié)束后，鼓勵學(xué)生將實驗所涉及的科學(xué)知識或者是實驗技能拓展到科研前沿成果和技術(shù)中，以報告或者是PPT的模式呈現(xiàn)給教師，以此開闊學(xué)生的學(xué)術(shù)視野，培養(yǎng)他們學(xué)以致用，舉一反三的能力，為后續(xù)科研之路奠定良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。

2.2 優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容，注重科教融合

我院的化學(xué)實驗教學(xué)中心的物理化學(xué)實驗室承擔(dān)了本?；瘜W(xué)與分子工程學(xué)院、材料科學(xué)與工程學(xué)院、化工學(xué)院、能源學(xué)院、環(huán)境學(xué)院、制藥與生命科學(xué)學(xué)院、安全科學(xué)與工程學(xué)院等學(xué)院將近26個專業(yè)課程教學(xué)。教研組本著“因材施教”的教育理念，根據(jù)專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)，最大化利用實驗教學(xué)中心的資源，設(shè)置了19個實驗，然后根據(jù)各個專業(yè)不同的教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)學(xué)時、開課時間、專業(yè)差異，在實驗教學(xué)上選擇不同的教學(xué)內(nèi)容和形式，盡最大努力做到實驗內(nèi)容與專業(yè)相結(jié)合；教研組也通過結(jié)合各個專業(yè)的特點，對傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容做出適當(dāng)調(diào)整，匹配專業(yè)學(xué)科。這樣能讓學(xué)生感受到理論與實踐緊密結(jié)合，通過實驗更加深入地理解理論，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[13]。

在實驗內(nèi)容設(shè)計上，我院物理化學(xué)教研組的教師們通過反復(fù)論證與嘗試，將液體飽和蒸汽壓實驗與液體表面張力的測定實驗所用的試劑改為乙醇，這樣既解決了試劑的毒性問題，同時對于實驗經(jīng)費的節(jié)約和環(huán)境保護都很有利，并通過這種方式逐步樹立學(xué)生牢固的綠色環(huán)保理念和培養(yǎng)學(xué)生不斷嘗試與創(chuàng)新的能力。因受制于廠地與經(jīng)費，我院物理化學(xué)教研組將成熟的科研成果通過線上虛擬仿真的形式，將其融入到物理化學(xué)實驗本科教學(xué)中。比如我院制作的高溫高壓合成分子篩催化材料虛擬仿真實驗，將我校較具代表性的科研結(jié)果的一部分——MCM-22分子篩的合成與表征引入到基礎(chǔ)物理化學(xué)實驗教學(xué)中，將其中高危、高毒、高消耗部分以虛擬仿真的形式實現(xiàn)，學(xué)生可以靈活地設(shè)置各種參數(shù)、模擬條件，可以自如地模擬真實世界中的各種情況[14-15]。通過仿真，可以了解真實世界中無法實現(xiàn)的危險性操作，或者臨界條件，極大地調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，開拓學(xué)生們的想象空間，讓更多的學(xué)生更容易，更便捷地了解科研、熟悉科研，激發(fā)學(xué)生對研究的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。

2.3 建立科學(xué)合理的考核體系

實驗課程成績評定是實驗教學(xué)的重要手段，科學(xué)合理的考核體系既能反應(yīng)學(xué)生綜合實驗?zāi)芰?，也能反饋實驗教學(xué)的效果，能夠有效促進教學(xué)質(zhì)量的提高。傳統(tǒng)的考核體系忽視了實驗過程中基本能力的訓(xùn)練和培養(yǎng)，這樣不利于學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的提高，也不利于嚴(yán)謹科學(xué)態(tài)度的形成[16]。物理化學(xué)實驗課程是一門實踐性很強的高等院校基礎(chǔ)課程，為了更加科學(xué)合理地評價學(xué)生的學(xué)習(xí)過程，綜合考核實驗過程與實驗結(jié)果，激發(fā)學(xué)生實驗興趣，提高實驗?zāi)芰?，需要建立科學(xué)合理多元的實驗考核體系。

考核方式由原來主要通過實驗報告和期末考試(結(jié)論性評價)進行評分的考核形式向關(guān)注學(xué)生解決問題與思考過程中的積極性、創(chuàng)新性、條理性(過程性評價)等方向轉(zhuǎn)變。比如：可以加重過程性評價的比例，將其設(shè)置到總成績的60%；為了激發(fā)學(xué)生的實驗操作的積極性，培養(yǎng)他們的專業(yè)素養(yǎng)，可以將過程性評價細分為課前預(yù)習(xí)檢測(10%)，實驗操作(30%)，實驗完成情況(10%)，實驗桌面整理、儀器歸還情況(10%)；其中實驗操作可以再細分為儀器使用熟練程度(10%)、實驗操作規(guī)范程度(10%)、廢液處理情況(10%)；實驗報告和期末考試(結(jié)論性評價)設(shè)置為占總成績的40%，其中實驗報告成績占20%，可細分為數(shù)據(jù)的合理性和真實性(5%)、誤差分析(5%)、實驗的應(yīng)用拓展(5%)以及實驗報告的完成情況(5%)。期末考試占20%，可以讓學(xué)生自行查閱文獻， 設(shè)計方案， 以寫小論文的方式進行實驗改進，根據(jù)學(xué)生實驗操作的規(guī)范性以及方案設(shè)計的合理性來給出分數(shù)， 實行非標(biāo)準(zhǔn)化考試評價形式；只要學(xué)生在實驗過程中操作規(guī)范，設(shè)計思路清晰， 不論實驗最后成功與否，都應(yīng)予以鼓勵[17-18]。整個考核過程應(yīng)該關(guān)注科研思維和創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，這樣才能實現(xiàn)物理化學(xué)實驗教學(xué)提高學(xué)生理論聯(lián)系實際、科學(xué)素養(yǎng)和綜合運用能力的教學(xué)目標(biāo)。

3 結(jié)語

我校根據(jù)物理化學(xué)實驗的課程特點和新時代下人才培養(yǎng)的需求，在教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容和考核方式上進行了有價值的改革和探索。事實證明，改革后的物理化學(xué)實驗教學(xué)，可以有效地避免傳統(tǒng)教學(xué)模式的弊端，不僅為學(xué)生提供了一個自主寬松的學(xué)習(xí)環(huán)境，更可以潛移默化地激發(fā)學(xué)生創(chuàng)造研究的積極性，為學(xué)生就業(yè)工作和從事科學(xué)研究打下堅實的基礎(chǔ)。但教學(xué)改革是一項持續(xù)且復(fù)雜的過程，只有不忘初心，砥礪前行，積極更新教育觀念，不斷地探索和實踐，培養(yǎng)出適應(yīng)社會發(fā)展的高水平專業(yè)素質(zhì)的人才。