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淺論地方工科院校物理化學實驗教學改革與探索論文
物理化學是工科院校化工、材料、環境、生物及地質等工程類專業學生的一門重要的必修課。但是，由于物理化學的理論性強、知識面覆蓋廣及抽象難懂的特點，使其成為一門較難掌握的理論課。而物理化學實驗可以加深學生對物理化學概念的理解和掌握，是學生學習和掌握物理化學知識的重要手段和途徑。因此，開設物理化學實驗課，是完成好物理化學教學的重要環節。同時，通過物理化學實驗還可以使學生掌握物理化學的基本實驗技術和技能，開闊學生的視野，了解學科前沿，有助于培養學生的創新精神及科研實踐能力，從而有助于培養學生的科研創新能力。然而，與中央部委直屬高校相比，地方工科院校在優質生源選拔、科研經費、學科建設經費等方面存在明顯的劣勢。這些劣勢導致地方工科院校的物理化學實驗教學在實驗內容設置、教學方式與方法的設計與選擇存在許多不足與缺陷，因此，必須針對地方工科院校物理化學實驗的教學現狀，進行教學改革，充分發揮相關方面的潛能，探索新的教學模式與方法。
1改革物理化學實驗教學的教學方法探索
由于地方工科院校的物理化學實驗教學存在上述問題，必須有針對性進行改革并探索新的教學模式。結合地方院校物理化學實驗教學現狀的共性及我校物理化學實驗的教學現狀，我們對物理化學實驗教學采取一些改革措施，并探索新的教學方法。
1.1增加、更新物理化學實驗教學內容
地方工科院校的物理化學實驗教學內容設置受資金投入不足、實驗儀器配置數量不足、設備落后、實驗教學學時少等因素制約，因此，根據實際情況設置物理化學實驗教學內容非常重要。而大多數工科院校一般根據物理化學理論課的教學內容開設相應的物理化學實驗，導致有部分實驗與先行的無機化學實驗相同或者相似，因此，我們在新的物理化學實驗教學內容設置上，必須統籌考慮無機化學實驗和物理化學實驗的教學內容，避免在物理化學實驗教學中重復無機化學實驗，浪費不必要的實驗學時。更新物理化學實驗教學內容，剔除一些內容過于陳舊的物理化學實驗，補充一些先進的、有代表性的實驗，如，原有的一級反應實驗-過氧化氫分解實驗，是利用氣體體積隨時間的變化關系來確定速率常數，但體積變化是通過手工移動水準瓶來測定的，難以準確測定，影響實驗結果，因此，將該實驗改為蔗糖溶液水解反應，通過旋光度測定反應體系溶液濃度隨時間的變化關系，較精確地測定一級反應速率常數。在實驗用時少的經典實驗中增加一些與物理化學研究熱點相關的物理化學實驗，如，電極制備及電池電動勢的測定，該實驗用時較少，我們在實驗教學中增加有關鋰離子電池電壓及充放電測試的實驗內容。原有的物理化學實驗內容為:燃燒熱的測定、靜態法測定液體飽和蒸氣壓、合金相圖、電極制備及電池電動勢的測定、電導法測定弱電解質的電離常數、一級反應―過氧化氫分解、氫氧化鐵溶膠的電泳、溶液吸附法測定固體物質的比表面，改革后的物理化學實驗教學內容調整為:燃燒熱的測定、靜態法測定液體飽和蒸氣壓、合金相圖、電極制備及電池電動勢的測定、Li/LiMn2O4鋰離子電池的組裝及電化學性能測試、二級反應-乙酸乙酯皂化、一級反應―蔗糖溶液水解反應、氫氧化鐵溶膠制備及電泳、溶液吸附法測定活性炭的比表面、活性炭作為超級電容器電極的比電容測定、納米TiO2對甲基橙的光降解。
減少內容固定、陳舊的驗證性實驗的實驗數量，增加具有設計性、創新性的綜合實驗的實驗數量。增加綜合性物理化學實驗數量，物理化學實驗教材中不提供綜合性實驗具體的操作步驟，只提供實驗原料和相應的儀器，要求學生預先查閱相關文獻，自己設計實驗方案，允許在實驗過程不斷修正實驗方案，實驗結束后，學生在教師的幫助下分析實驗成敗的原因。綜合性物理化學實驗的引入，可以較好地引導學生學會查閱文獻、比較周全地考慮問題并設計實驗方案，有助于培養學生的邏輯推理能力和實驗操作能力，為今后的相關專業學習以及科研創新能力打下基礎。
1.2改革物理化學實驗教學模式
目前大部分工科院校仍采用教師板書講解實驗原理和演示實驗操作細節、學生按要求進行實驗的傳統物理化學實驗的教學模式，導致教師花費較長的時間講解和糾正學生實驗操作，實驗效果和效率較差。我們改進傳統的物理化學實驗教學模式，采用現代教育方法和手段結合傳統的實驗教學模式，倡導多種教學模式的綜合運用的新教學模式。為了節省教師講解實驗原理和演示實驗操作的時間，將要講解的實驗原理做成詳細的ppt文件，以及將演示實驗操作的詳細過程制作成視頻文件，并將這些文件上傳到桂林理工大學的教育在線系統，以供學生網上觀看或下載，讓學生提前觀看和預習實驗教材，使學生明確實驗目的、了解實驗原理和實驗操作，教師在物理化學實驗授課時不再詳細講解實驗原理和演示實驗操作，為物理化學實驗教學節省了時間。無形之中，壓縮單個物理化學實驗項目的實驗用時，在整個物理化學實驗教學32學時不變的前提條件下，物理化學實驗的實驗項目數由原來的8個增加到11個，解決實驗教學課時少導致實驗項目少、學生實驗操作訓練不足的難題，同時，可以進一步提高學生的實驗操作技能和增強學生對實驗相關的物理化學理論基礎知識的理解，從而提高物理化學實驗的教學質量。
1.3強化和提高學生實驗數據處理和分析能力
提高學生的實驗數據處理和分析能力也是物理化學實驗教學的一個主要目的，加強學生數據處理和分析能力的培養，對學生實驗設計能力、獨立思考能力、誤差分析能力等綜合實驗能力的提高具有重要的意義。大部分的物理化學實驗數據處理比較復雜，通常需要經過復雜的公式計算、作圖、線性擬合、非線性擬合等復雜過程，只有借助數據處理和作圖軟件才有可能獲得精確的實驗結果。但傳統的物理化學實驗教學并不要求學生利用作圖軟件處理數據，因此，大部分學生只采用手工計算和利用坐標紙手工繪圖的粗略方法處理數據，在描點畫線和選取坐標比例時易引入較大的誤差，導致數據處理結果誤差較大，甚至不準確。針對這種現象，我們在新的物理化學實驗教學過程中，要求學生要利用常用的Origin作圖軟件處理比較復雜的實驗數據，并在物理化學實驗開課前對學生進行Origin軟件授課和培訓，使學生初步掌握Origin軟件的使用方法。學生采用origin軟件進行公式計算、數據作圖、數據擬合、相關性等分析，不僅簡化了數據處理的過程，提高了結果分析的精確度、準確度，而且還能培養對實驗現象和數據分析的科學嚴謹態度，同時，進一步提升學生的計算機應用能力，為學生今后的科研實驗打下良好的數據分析基礎。
1.4改革實驗考核方法
傳統的實驗考核方法主要是根據實驗報告確定學生的物理化學實驗成績，實驗報告只體現出學生的數據記錄及數據處理，難以體現學生的實驗態度、實驗操作技能以及綜合能力，因此，實驗報告難以準確判斷學生是否掌握實驗原理和實驗操作。針對傳統考核方法的不足，我們對傳統考核方法進行了改進，采用實驗成績包括平時成績和考試成績的考核方法。平時成績包括預習、實驗操作和實驗報告，占實驗總成績的40%。在課程結束后進行閉卷考試和實驗操作考試，考察學生實驗原理和技能的掌握情況，考試成績占實驗總成績的60%。采用新的考核方法，促使學生更加重視物理化學實驗原理、相關的理論知識以及實驗操作，有利于鞏固學生的理論基礎知識和熟練掌握相關的實驗操作，有利于提高學生的實驗綜合能力，為今后相關課程的學習及科研工作打下堅實的基礎。
2物理化學實驗教學改革的初步成效
改革后的物理化學實驗教學授課的對象為2008、2009、2010、2011級的化學工程與工藝、材料化學、無機非金屬材料工程、高分子材料科學與工程等專業的學生，這部分學生的物理化學實驗項目數量比同年級其他專業的學生多3個，實驗操作技能及數據處理和分析能力也明顯優于其他專業的學生。根據我們對桂林理工大學2012、2013屆的本科畢業論文優秀率以及廣西高校化學化工類論文及設計競賽獲獎率的統計數據來看，可以看出，通過改革后的物理化學實驗教學培訓的學生的實驗操作技能、數據處理和分析能力等綜合能力明顯高于采用原教學模式授課的學生。
3結語
我們通過物理化學實驗教學的改革和探索，更新和充實了實驗教學內容，采用了多種教學模式相結合的新教學模式，強化和提高了學生的數據處理和分析能力，完善了實驗考核的方法。在物理化學實驗教學學時不變的前提下增加了學生實驗項目數量，進一步強化學生的實驗操作訓練，加深學生對基礎理論課的理解和認識。綜合性實驗的增加，有利于促進學生對查閱文獻、設計方案以及分析問題等能力的認識，有利于培養學生的科研綜合能力。物理化學研究領域熱點相關的實驗引入，提高了學生對物理化學的學習和科研興趣，并初步了解物理化學研究前沿狀況，為學生今后從事生產實踐工作以及科研工作提供了相關的選擇領域。因此，物理化學實驗的成功教學改革，將為相關專業學生構建一個完整的物理化學知識體系，提高學生的專業知識水平和就業競爭力，對創新型人才的培養具有較大的促進作用。
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