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物理化學檢驗科學探索與實踐論文
第1篇：物理化學課程教學探索與實踐
“物理化學”不僅是化學學科的核心課程，也是生命科學、醫學、地球科學、環境科學等相關學科的重要基礎課程，在培養理工科創新人才方面有著重要作用。同時，由于“物理化學”是一門邏輯性很強的課程，概念抽象、推理和公式繁多且應用條件嚴格復雜、學科交叉內容多，學生普遍覺得抽象深奧，難以理解和掌握，因而興趣不高。南京大學物理化學基礎課程教學團隊承擔了學校多個院系的物理化學檢驗科學相關課程的教學任務，在多年的教學探索和實踐中，主要致力于解決以下兩個方面的教學問題：
1．如何針對不同學科、不同層次學生的要求，優化整合物理化學與其他課程的內容，構建多元化的物理化學課程體系，以適應高等教育教學改革、各學科發展趨勢以及創新人才培養的需求。
2．如何針對課程的特點，采取有效的教學方法和手段，從根本上解決學生學習物理化學困難的問題，激發學生的學習熱情，培養學生的能力和綜合素質，提高教學質量。
在老一輩物理化學教育家傅獻彩教授和陳懿院士等的指導和關心下，團隊以隊伍建設為龍頭、教材建設為切入點、課程建設為主體、教學內容和方法為核心、教學研究為促進，進行了一系列的實踐與探索，取得了較為明顯的成效。
一、加強師資隊伍建設是保證教學質量的關鍵
南京大學物理化學基礎課程教學團隊是一支具有光榮歷史和優良傳統的教學隊伍，在多年的教學實踐中，我們始終強調師資隊伍建設的關鍵作用。為了進一步提高師資隊伍的建設水平，近年來我們采取了以下一系列措施。
1．健全青年教師上崗制度，實施教學環節的全面訓練。除參加學校統一組織的崗前培訓外，組織青年教師聽取優秀教師示范觀摩課；作為助教，青年教師需要逐步完成隨堂聽課、批改作業和試卷、答疑、上習題討論課、試講部分章節、正式上課的所有教學環節。
2．注重發揮老教師的“傳、幫、帶”作用。團隊的優勢之一是擁有多位經驗豐富、熱心教學的物理化學教學專家。團隊不定期組織教學經驗交流和研討會，請老教師談體會、提建議，幫助青年教師講好課。另外，老教師們愛崗敬業、嚴謹治學的優良師德師風對青年教師有很好的`熏陶作用。
3．選留和引進相結合。先后選派了多位青年教師到國外進修，同時積極從國外引進優秀青年人才，進一步充實了團隊青年教師力量，保證了團隊建設的延續性。
4．鼓勵青年教師積極參加國內各種教學研修班和研討會。團隊青年教師多次參加了“全國高等學校物理化學課程骨干教師高級研修班”和“全國化學多媒體教學資源青年骨干教師培訓班”的學習和培訓，以及多屆全國“大學化學化工課程報告論壇”等，拓展了視野，提高了教學業務水平。
5．教學與科研協調發展。教學沒有科研做底蘊，就是一種沒有觀點的教學，沒有靈魂的教學。以物理化學國家重點學科和介觀化學教育部重點實驗室為依托，積極為青年教師創造條件，鼓勵他們不斷提高自身的科學研究水平，把教學與科研緊密結合，教研相長，從而全方位提高青年教師的整體素質。
6．教學研究促進教師教學業務水平的提高。根據各學科發展趨勢以及創新人才培養的需求，不斷深化教學改革，積極開展教學研究。通過凝練先進的教學理念和方法，并不斷總結教學經驗，將感性的實踐提高到理性的認識。將教改教研項目與團隊捆綁建設，通過項目驅動，提高團隊的教學能力和水平，較為全面地總結了在教材和課程建設、教學內容和方法以及數字化建設等方面的經驗。
通過傳承和建設，形成了一支目前由十多位教師組成的、老中青相結合的高素質教學團隊。2009年，物理化學基礎課程教學團隊被評為國家級教學團隊。
二、教材和課程建設是提高教學質量的重要基礎
1．編寫出版了多套有影響的教材和教輔書。由傅獻彩教授主編的《物理化學》是我國第一本物理化學統編教材，培養了幾代的化學工作者，影響非常廣泛。我們根據學科發展和教學改革的最新狀況和現實需求，對該教材的內容和結構進行了不斷更新，通過優化和壓縮經典熱力學內容，適當加強統計熱力學，融入新的科研成果（如超臨界萃取、電有機合成簡介、化學激光簡介、？-a曲線與表面不溶膜的結構類型及應用、LB膜、生物膜簡介、自發單層分散、固體表面的特點、均分散膠體的制備和應用、納米粒子、自組織技術、模板合成技術等新內容），調整結構與編排，繪制彩圖等，編寫并出版了《物理化學》第5版。該教材以“體系完整、結構嚴謹、層次清晰、深入淺出”的特點成為這門課程的經典教材，被全國百余所院校選為教材或主要參考書。
同時，針對學校不同院系學生對“物理化學”課程的不同要求，采用了不同的課程結構和教學內容，并編寫了相應的教材。例如，對基地班學生，在原先開設的“物理化學”課程基礎上，以物理化學原理為主線，融合了“無機化學”和“分析化學”課程的大部分內容，編寫出版了《化學原理》教材。對地科專業化學基礎課程的結構和內容進行了改革，在原先開設的“物理化學”課程的基礎上，整合了無機化學、有機化學和分析化學課程的大部分基礎內容，編寫出版了《大學基礎化學》。其特點是“加強基礎、突出重點、簡明清晰、便于自學”。針對生命科學院和醫學院的學生，編寫出版了簡明版的《物理化學核心教程》，體現出“精煉、實用、新穎”的特色。
2．大力推進課程建設。在編寫出版物理化學系列教材的基礎上，創新設計和改革了物理化學課程體系。針對不同學科、不同層次學生的要求，選用不同的教材分別開設了“物理化學”、“物理化學核心課程”、“化學原理”、“大學基礎化學”等系列課程，從而構建了多元化的物理化學相關課程體系，并取得了明顯的建設成效。“物理化學”課程也被評為國家精品課程。
三、教學內容和方法的不斷完善是提高教學質量的有效途徑
1．構建以學生為主體、學生自主學習為特征的新型教學模式。課堂教學以“教師講授重點、學生自學其余”為主線，充分發揮教師的主導作用和學生的主體作用。通過巧設問題和組織學生課堂討論，促進師生互動和交流，學生由被動變為主動；積極引導，步步深入，并及時總結，從而將所學知識升華為能力和方法。
2．整合和更新教學內容。通過優化和壓縮經典熱力學內容、簡介非平衡態熱力學、適當介紹學科前沿領域的新知識以及緊密結合學生所學專業，選擇不同教學內容，有所取舍，有所側重，并注重用物理化學原理闡明相關專業的有關現象及規律。在教學內容的更新上，既適當增加了學科的新進展和新發現，還注重經典內容的現代詮釋。例如，針對地球科學系學生，我們增加了化學平衡在地質過程中的主要應用、SiO2的多晶轉變相圖、Clapeyron方程在地質上的應用、固溶體系統在礦物與巖石成因上的意義、膠體化學在地質科學中的應用等內容，具有很好的針對性，取得了良好的教學效果。
3．課堂教學外延。提出問題讓學生課外思考并查閱相關資料，分組學習、定期研討。例如，可啟發和引導學生就某些教材或論文中存在的不嚴格之處展開討論，以培養學生敢于質疑、勇于探究的創新精神。另外，要求學生就自己感興趣的有關課程內容外延（如Maxwell妖、Gibbs佯謬、信息熵等），通過查閱文獻和資料，撰寫課程論文并納入考核；對論文寫得好的學生，讓他們在課堂上講解。通過“學中用”和“用中學”來提高學生熟練應用物理化學原理和方法解決實際問題的能力。
4．重視物理化學方法和發展史的教學，培養學生的綜合素質。在準確講解基本原理的同時，提煉主要方法加以講解。如熱力學中的變量變換法、狀態函數法或循環法、標準狀態法、平衡法；動力學中的穩態近似法、平衡態假設法、線性化方法（含馳豫動力學方法）；統計熱力學中的摘取最大項法、統計平均法、配分函數法；電化學中的電池設計法、離子遷移數法等。同時，將方法論的科學思想融于基本原理中，指導學生舉一反三、融會貫通。歸納與演繹兩種教學方法相結合，對邏輯推理比較強的概念和公式（如Maxwell關系等）采用演繹法講授，而由實驗得到的結論（如離子的電遷移現象及其規律等）則采用歸納法加以說明。強調宏觀和微觀之間的聯系和過渡，如通過統計熱力學對宏觀現象和規律進一步給予微觀的詮釋，有助于學生從分子水平上理解各種現象和規律的內在化學本質。
穿插介紹物理化學發展簡史以及一些科學家（如vanderWaals）的事跡，讓學生知道前人是如何思考問題、提出假說、建立模型并上升為理論，然后用于指導實踐并進一步在實踐中檢驗和發展理論的。從而激發學生主動學習和探究科學的興趣，培養學生的科學精神。
5．教學科研互動，理論聯系實踐。科研成果向課堂轉化，需要將學科發展的新成果作為載體來負載基本概念和原理，不斷用新知識、新成果、新技術來充實教學內容，并達到傳統和現代知識的有機結合。例如，根據在臭氧層空洞方面的最新研究成果來引入有關自由基、鏈反應和光化學反應中的一些概念和知識；通過在新型儲氫材料方面的研究進展來介紹有關電化學中燃料電池和晶體結構的基本知識和原理；根據在分子組裝和超分子結構方面的新成果來討論有關分子間相互作用力的產生原因和具體構成；把在納米科學和技術方面取得的一系列新成果作為載體來負載有關膠體和界面化學中的一些基本概念和原理，如界面張力、表面自由能、表面活性劑、膠束和反膠束、溶致液晶、微乳和反相微乳、乳化和破乳、LB膜、接觸角和潤濕作用、囊泡及其作用等。同時，我們還邀請院中青年學術骨干進課堂，為學生介紹與課程內容相關的前沿領域重要成果；結合各專業特點，引入一些生產和生活中的實例，將枯燥的理論知識與生動的實踐內容相結合。
通過上述措施，使學生發現所學知識在科研和實際中可以發揮很大作用，激發了學習興趣和自豪感，豐富了知識面，拓寬了視野，加深了對基本原理的理解，提高了應用能力，明確了肩負的歷史使命和社會責任。
6．重視習題討論課。演算習題是學習物理化學的一個重要手段和環節，一方面可以幫助深入了解、熟悉課程內容，另一方面可以培養獨立分析和解決問題的能力。不會解題，就等于沒有掌握物理化學。因此我們每章安排了一次習題討論課，幫助學生理清思路，及時糾正錯誤方法，有效地克服了學生學習物理化學的畏難情緒。
7．設立了“傅獻彩物理化學獎”，進一步激勵了學生對物理化學的學習熱情。另外，為了順應學校國際化趨勢，開展了物理化學雙語教學。選用Atkins和Levine的兩本英文原版教材作為參考書，課前復習全英文，課堂講授和試卷雙語化，要求學生撰寫英文課程論文并記入平時成績中。
8．數字化建設豐富了教學手段和內涵。采用了生動活潑、形象逼真的多媒體輔助教學課件，增加了教學的形象性和直觀性，信息量大，較大幅度地減少課時，使抽象概念形象化、生動化，使微觀體系可視化，使課堂講課變得生動有趣，提高了學生的積極性和聽課效果。除了電子教案，還建有多媒體輔助教學軟件、網絡課程、試題庫和資源庫，精品課程網站也已成為重要的教學資源庫。從而形成了立體化的“物理化學”教學模式，有效地促進了教學質量的提高。
第2篇：如何通過物理化學實驗提高學生創新能力
創新能力是一個民族和社會發展的動力，一個沒有創新能力的國家就會落后，這是歷史給我們的沉痛教訓。當今時代是一個科技飛速發展、競爭異常激烈的時代，這對一個社會的創新能力提出了更高的要求，而一個社會的創新能力主要體現在人才的培養上。如何培養具有創新能力的人才和民族的創新精神是高等教育面臨的挑戰。
化學是一門以實驗為基礎的自然科學，化學實驗教學的目的不只是讓學生掌握基本的實驗技能和方法，更重要的是通過實驗教學培養學生分析問題和解決問題的能力以及科技創新的能力。因而，實驗教學具有理論教學不可替代的作用。其中物理化學基礎實驗是一門基礎實驗課，是物理化學課程教學的重要組成部分，它綜合了化學領域中各分支所需要的基本研究工具和方法，具有理論性強、儀器設備多、涉及知識面廣等自身特點。它不僅是物化理論教學的延伸和補充，還是學生理解、學習和檢驗物理化學理論的重要認知手段，也是老師講授物化課程的必要教學方法，更是進行科學研究的先決條件。物理化學實驗在訓練學生綜合分析和解決實際問題、培養創新意識、讓思想付諸實踐等方面可以發揮很大作用[2，3]。因此，怎樣通過物理化學實驗來培養學生的創新能力是一個重要而迫切的問題。下面從幾個不同的方面來具體討論。
1激發學生的興趣
興趣是學生做好實驗提高創新能力的最大動力。如果學生對做實驗沒有任何興趣，只是像完成任務一樣按照老師的要求機械的操作，這樣是沒有什么好的效果的，更談不是創新了。而我們現在物理化學實驗的教學模式一般都是老師先簡單的介紹實驗原理、操作步驟及試驗中應注意的事項，學生嚴格按照講義一步一步的操作，也不愿意思考，實驗中出現任何問題就找老師。甚至教學內容與實驗內容不協調，學生在不知道實驗的理論基礎、不知道數據處理的依據的情況下，只盲目地去完成實驗，照貓畫虎處理完數據，就算完成了任務。學生不能充分發揮自己的主觀能動性，自然不會有興趣。
雖然由于種種原因使得物理化學實驗存在很多問題，但是我覺得激發學生對實驗的興趣最關鍵的因素是老師。我們完壘可以在現有的條件下充分的調動學生的積極性。讓學生在預習的基礎上分組進行討論，結合教學內容、現場的實驗儀器提出自己的實驗方案，小組和小組之間再討論，選出一個最合理的實驗方案。在討論過程中老師要鼓勵學生充分發揮自己創造性，根據自己的`知識和對實驗的理解大膽的提出想法。如果確實可行，一定要付之行動。如果學生自己提出的想法被老師采用，一定會非常高興，并會對實驗產生很大的興趣。
2鍛煉學生的創新思維
學生的創新思維是可以在實驗中鍛煉的。學生在實驗過程中往往會發現很多的問題，這時要善于引導學生去思考，而不是簡單告訴他們怎么做。比如在表面張力實驗時毛細管要和液面相切。學生往往就會很疑惑，如果不相切會怎么樣。可以讓他們自己動手去做一下實驗，將毛細管深入一定的高度，讀出壓力差，和相切時的讀數比較，并引導他們從理論上去解釋這種不同。這樣他們就會對附加壓力和表面張力有更深入的理解。再進一步引導他們，如果不相切，怎樣做能得出正確的結果。還有的學生認為直接將毛細管插入溶液中，根據液面上升的高度來求表面張力。這時應該鼓勵學生自己去嘗試，分別用兩種方法進行實驗，并比較結果，分析那種方法更精確，并說明原因。這樣并不需要共他的實驗設備就能使學生的創造力得到鍛煉。
3培養學生嚴謹的學風
嚴謹的學風是學生創新能力的保證。有了好的創新想法，需要嚴肅認真的去執行，這樣才能得到比較準確的結論。有的學生為了快點完成實驗，不按照實驗要求縮短恒溫時間，溫度不到就開始操作；有的學生反應還沒有完全就結束了-更有甚至，抄襲其他學生的實驗數據。這樣，即使是有了創新性的想法也不可能得到正確的結果。在電化學實驗中，有的學生測定的結果有很大的偏差，分析原因時發現溶液中有沉淀物生成。這時和學生討論為什么會出現沉淀，產生沉淀對什么參數有影響，最終會導致什么后果。通過這樣的引導，學生恍然大悟。又重新做了一遍，終于得出了正確的結果。這既使得學生對這個實驗有了更深入的理解，同時又讓學生懂得做實驗要嚴謹，不是僅僅得出一個結果就可以的。因此這要求老師在實驗過程中時時教導學生，并且老師也要以身作則，給學生一個嚴謹的榜樣，創造一個嚴謹的實驗氛圍，使學生養成嚴謹的習慣。
4培養學生扎實的基礎知識和開闊的視野
扎實的基礎知識和開闊的視野是創新能力的基礎。只有對相關的物理化學基礎知識有深入的理解并且具有開闊的視野，在物理化學實驗中才會提出一些有創造性的想法，實驗過程中才能敏銳的發現問題并能進行深入細致的探究，從而提高自己的創新能力。物理化學實驗具有很強的交叉性和綜合性，涉及物理、化學和儀器設備等相關知識。老師可以帶領學生提前查閱實驗中可能會涉及的相關資料，深入掌握相關基礎知識。至于開闊的視野可能和學生的性格和愛好有關，老師也應該在平時多引導學生涉獵其他方面的知識，盡量豐富學生的知識結構，使學生不要局限于一個思維方式，努力培養學生的發散思維。通過物理化學實驗形象生動的引導學生從不同的角度思考問題，將平時積累的各方面的知識綜合起來，使學生學會如何去進行創造性的研究問題。
總之，如何通過物理化學實驗來提高學生的創新能力是一個復雜而有意義的問題。需要老師付出辛苦的努力，從各個方面，尤其是在激發學生興趣、培養學生創新思維和嚴謹的學風，掌握扎實的基礎知識等方面來培養學生，才能使學生的創新能力得到提高。
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