浅谈物理化学实验对大学生科学研究能力培养

张 凯 ，黄晓敏

(1. 黄冈师范学院 化工学院，湖北 黄州 438000；2. 黄冈师范学院 科技处，湖北 黄州 438000)



浅谈物理化学实验对大学生科学研究能力培养

张 凯1，黄晓敏2

(1. 黄冈师范学院 化工学院，湖北 黄州 438000；2. 黄冈师范学院 科技处，湖北 黄州 438000)

实验教学是创新人才培养卓有成效的载体。针对黄冈师范学院大学生科研能力现状，结合物理化学实验特点，提出加强物理化学实验教学改革，构建注重学生创新意识、实践能力及科学素养培养的实践教学体系，提高大学生的科研能力。

物理化学实验；科研能力；培养

教育部在“新世纪教改工程”中强调“注重学生综合素质的提高，培养学生的创新意识和实验能力”是新世纪人才的培养宗旨[1]。化学是一门以实验为基础的自然科学。学生通过化学实验需达到三个层次的能力：第一层次是实验的基本操作技能，这是本科生一、二年级无机、有机和分析实验中反复训练的内容；第二层次是通过实验加深对基本原理、概念等的理解；第三层次是科学研究的能力[2]。综合国内外相关专家学者对物理化学实验目的总结，不难发现，物理化学实验的主要目的就是培养学生科学研究的能力。本文从物理化学实验教学出发，结合本校大学生科学研究能力的现状，对如何在大学物理化学实验教学中培养和提高学生科学研究能力进行了探索和思考。

1 物理化学实验体系及特点

物理化学实验内容涉及温度的控制与测量、压力的控制与测量、浓度的测量、量热技术、电化学技术及计算机技术在化学中的应用。物理化学实验有两大特点[3]：第一，若干仪器设备组成一个实验体系对基本物理量或某一物理化学性质进行测定，进而研究化学问题；第二，通过间接测量表征物质的物理化学性质和化学反应，一般直接测量结果需结合物理化学原理和数据处理技术综合运算，才能得到所需的结果。因此，物理化学实验具有能够培养学生综合实验能力、数据处理、绘图能力及科学研究能力的特点。

2 大学生科研能力的内涵及素质要求

科学研究是一种实践活动，科研能力就是运用辩证唯物主义的理论与方法对所探究的事物本质进行“格物致知”的实践活动中表现出的本领[4]。大学生的科研能力是指直接影响大学生科学研究活动效率，并能确保大学生科研活动能够顺利完成的一种内在素质[5]。从组成要素来看，包括进行科学研究的科研兴趣、科研意识、科研习惯、科研方法、科研精神等因素。其中，科研兴趣是进行科学研究的前提；科研意识是科研素质的基础条件；科研习惯和科研方法是科研能否成功的保障；科研精神是科研素质的内涵。进行科学研究活动涉及方方面面，不仅能培养学生的主动学习、自觉观察和自主查阅文献的科研习惯和意识，提升其科研能力，同时还能极大地锻炼大学生的逻辑思维与语言组织表达等人文素养。

3 物理化学实验中学生科研能力的培养

目前，大学生的科研能力普遍不高。主要表现为：第一，学生参与科研创新活动率低；第二，虽然实验技术和操作技能尚可，但动手实践能力不强；第三，发现问题、分析问题和解决问题能力不强；第四，文献查阅能力不强，科研论文撰写率非常低，对相关论文写作方法和科研创新流程了解甚微。主要原因在于：第一，大学生的科研兴趣不浓。第二，实验室对学生的开放、设备的使用均存在限制。第三，大学生科研项目来源少，只有少数学生有机会参与大学生科研项目。第四，学生的科研素质较低，教师缺乏指导本科生进行课外科研的热情。在这种情况下，紧靠微量不多的大学生创新项目来提高学生的科学研究能力显然是不够的。物理化学实验是继无机化学实验、有机化学实验和分析化学实验之后的一门实验课，也是学生首次接触较多的仪器设备、需要较强数据处理能力的一门实验课程。它综合了化学领域中各分支所需要的基本实验工具和实验方法，我们认为，在物理化学实验教学活动中，有计划、有针对性进行学生创新意识、实践能力及科学素养的培养，能达到提高学生科研能力目的。

3.1 物理化学实验教学中大学生创新意识的培养

大学生创新意识是指大学生根据社会或个体发展所需，激发某种创造动机表现出创造的意向和愿望，是人们进行创造性活动的内在动力。高校物理化学实验项目主要有三种类型：基础型(即验证型)、综合型和设计型。验证型实验，侧重点是考查学生实验操作的动手能力，教学方式多是灌输式的，不利于学生创新意识的形成，因此不宜多开。综合型实验是指实验内容涉及多个知识点，多种仪器的使用或与本课程相关课程知识的实验。设计型实验是指给定实验目的、要求和实验条件，由学生自行设计实验方案并加以实现的实验。当学生掌握和积累了基本的实验方法和技术后，鼓励积极开设后两类型实验。如从环境保护、节能降耗、食品安全、空气雾霾治理等社会热点问题着手，结合物理化学方法和实验技术，进行创新性实验项目的设计和实践。另外，在教学中经常将教师科研成果引进学生实验教学中：先将学生分成若干小组，课后查资料，分析问题，后提出实验方案经指导教师审阅、指导，再进行实验实践，最后由小组代表汇报结果。通过学生查阅资料、寻找实验方法、设计实验方案，具体实验并完成，能使学生深刻体会到实践的价值，从而够激发学生的创造热情，在传授知识的过程中最大限度地调动学生的创造欲望，提升大学生解决未知问题的能力信心，激发其创新意识，实现从知识继承者到知识创造者的转变。

3.2 物理化学实验教学中大学生实践能力的培养

在物理化学实验教学中要注重大学生探究实验过程，培养良好实验习惯。一要重视实验课前的预习：要求学生认真阅读实验内容，掌握实验目的和原理，熟悉仪器操作，并提出书面预习报告，包括实验原理、实验步骤、成败关键点、数据处理等。二是要重视实验过程中的监督引导：对一些小型仪器的操作，如恒温槽、光学仪器、电学仪器等，学生自己调试，老师只在一旁监督引导，并且展开讨论；对于大型仪器，老师除了介绍该仪器在本实验中的应用，还要拓宽到科研领域中的应用，同时要求教师规范操作演示。这样通过教学实验，学生能了解部分大型仪器设备，既拓宽了知识面，又激发学生参与课外科研活动的兴趣。三是要重视实验后结果处理：物理化学实验报告的撰写不同于无机、有机和分析化学实验报告，不仅要求报告的真实性和规范化，同时还要求较强的数据处理和绘图能力，并且对得到的数据要与文献值进行比较和原因分析，这正是科研一个必备素质。我们在物理化学实验中，少数实验如燃烧热的测定等要求学生采用坐标纸作图，利用手动校正；大多数实验要求学生用计算机软件作图，并进行线性回归分析。

3.3 物理化学实验教学中大学生科学素养的培养

大学生通过前期实验课程的实践训练后，掌握了一定的实验技术，具备基本的实验能力，因此在物理化学实验中对大学生除了基本实验技术的常规训练外， 还要向开放式的科研能力训练转变——即注重培养大学生的科研素养，培养大学生独立思维和解决问题的能力。教师在进行实验教学中可依据教学目标，科学为学生预设“问题埋伏”，积极鼓励大学生独立思考，针对完成难度不大的部分实验或环节，可以在不改变原有内容的前提下，有意识地设置人为障碍，如提供不完整的参考方案，考察学生能否发现问题、分析和解决问题。物理化学实验课除了能对学生知识和能力进行提升外，还能使学生逐步树立一丝不苟，严肃认真的实验态度和精益求精的科研精神。

实验教学的真谛在于它能够培养学生未来从事研究探索活动的一种思维品质和习惯， 引导学生在实验的基础上，提出新思想、新理论， 设计新实验， 探索新观点， 并最终形成新的理论，获得新的技术，甚至建立新的学派[6]。华东师范大学邓蕾对大学生科研创新的基本特征和规律的考查研究发现，专业学科背景对大学生成为科研创新主体有较大影响[7]。实验教学中也发现，在物理化学实验中表现优秀的学生，一般能够独立完成设计型实验，包括实验前的查阅资料、实验构思、撰写实验设计方案、试剂配制、实验中的操作、结果记录及实验后分析、讨论、归纳和总结等工作，这正是我们进行一个课题研究的全过程。因此，加强物理化学实验的改革，在实验教学中注重创新意识培养、实践能力培养及科学素养培养能提高大学生的科研能力。

[1] 钟秉林. 认真实施“新世纪教改工程”推动更大范围更深层次教改实践[J]. 中国高等教育，2000,(8)：6-8.

[2] 邓立志，侯安新，席美云. 关于物理化学实验教学改革的几点思考[J]. 大学化学，2006,21(4)：25-27.

[3] 曾明荣黄婷婷翁建新物理化学实验教学改革创新与实践探索[J].高等理科教育，2008，(4)：95-97.

[4] 张意中.培养大学生科研能力的构想[J].南昌高等师范专科学校学报，1999，(2)：41.

[5] 来秀明，成旭.简论大学生科研能力的培养[J].科技创业，2007，(10)：135-136．

[6] 易红.高校实验教学与创新人才培养[J].实验室研究与探索，2008,27(2):1-4.

[7] 邓蕾.大学生科研创新活动的基本结构特征[J].上海青年管理干部学院学报，2008，(4)：61-64.

(王菊平)

G642.423

A

1003-8078(2014)03-0082-02

2014-02-22 doi 10.3969/j.issn.1003-8078.2014.03.20

张凯，女，湖北黄梅人，副教授，博士，研究方向为精细化学品的研发及物理化学(实验)教学。

黄冈师范学院实验教学示范中心实验教学研究项目(zj201229)。