转型背景下物理化学实验的层次化设计*

陈海玲，姬鄂豫，李　津，朱元良

(南阳理工学院生物与化学工程学院，河南　南阳　473004)



转型背景下物理化学实验的层次化设计*

陈海玲，姬鄂豫，李津，朱元良

(南阳理工学院生物与化学工程学院，河南南阳473004)

地方高校转型为应用技术型大学，须以“应用技术、职业技术”为中心，培养应用型技术人才，以利于学生的就业和创业。传统的物理化学实验教学验证性、演示性实验居多，不能满足我校转型的培养要求。以现场工程技术为引导，开发设计验证性实验、综合设计性实验和科研型实验的内容，使物化实验与现场应用技术良好结合，不仅将物化实验课程建成培养学生专业基础实验能力的平台，也助于培养创新创业型人才，服务地方经济，满足转型需求。

应用技术型大学；转型发展；层次化设计，物理化学实验

目前，我国高教领域又一重大改革正酝酿出炉：占我国绝对多数的地方性本科院校，在“建设中国特色应用技术大学”的指导思想下，加快构建以就业为导向的现代职业教育体系，深化高校创新创业教育改革，产教融合，逐渐转型发展成为应用技术型高校。转型发展的核心是培养创新创业型人才，服务地方经济[1-2]。物理化学实验课程是化学、化工类等专业必修的一门独立基础实验课程，对培养学生的创新意识、提高学生运用理论知识和实验技能解决实际问题的综合能力有很大的帮助，在实现学生由基本实验技能向专业综合实验技能转变和提高过程中起到承前启后的重要作用[3-4]。但传统的物理化学实验教学存在验证性、演示性实验居多的问题，我院现开设的8个物理化学实验均属验证性实验；且实验项目内容与工程现场应用技术结合不紧密，不能满足我校转型为本科层次应用技术型人才的培养要求。因此，探索和研究物理化学实验课程新的教学内容是迫在眉睫的任务。

1　现行的物化实验教学内容改革的必要性

目前应用化学和化学工程专业开设了8个物理化学实验：恒温槽的装配和性能测试(包含液体密度和粘度的测量)；液体饱和蒸气压的测定；双液系气液平衡相图的绘制；溶液表面张力的测定；电动势的测定及应用；蔗糖转化反应速率常数的测定；乙酸乙酯皂化反应动力学；硫酸铜的差热分析。很明显，这8个物理化学实验，均属验证/演示性实验，并且采用传统的实验教学模式：教师的精心备课，准备实验，给学生讲解实验原理、实验步骤以及实验注意事项，并演示仪器操作方法，力求讲得深、透、全、细，以便学生在规定的课时内完成实验。然后按照规定的实验报告格式，进行数据处理，总结实验成败原因，对影响实验的因素进行讨论，并以此完成理论教学知识的验证。这种“保姆式”的传统教学方法是基于陈旧的传统实验教学观念：在传统教学观念中，只是把实验教学看作理论教学的辅助部分，实验内容就是对所学理论知识的验证。这种观念及由此产生的实验教学方法束缚了学生的创新性思维，不利于培养学生的创新能力和动手能力[5]。

此外，实验为了验证理论知识，选用的实验内容和实验用品都是最基础和最简单的，比如粘度和密度的测定，选用乙醇和蒸馏水；饱和蒸汽压的测定，选用乙醇这种物质；表面张力的测定，选用的是不同浓度的乙醇水溶液；二组分系统气液平衡相图的绘制，选用的是最简单的乙醇-正丙醇系统；诸如此类的实验内容既无待探索的理论知识，也不会产生新的实验现象，更重要的是实验内容脱离生产实际，与工程技术脱钩，学生认为去做实验的意义不大，做与不做没多大区别。这样的实验课程内容设计，不能将学生所学的理论知识与工厂现场技术结合起来,不管在教学方式方法上如何改进，都不能从根本上解决问题。

2　物理化学实验课程教学内容的设计思路

本世纪初，国内高校倡导“以能力为核心”的实验教学理念，教育部颁布的《普通高等学校本科教学工作合格评估指标体系》明确提出设置“综合性、设计性、创新性”实验项目的具体要求。在转型背景下，为了具体实现本科层次应用技术型人才的培养，不仅仅要培养验证性实验要求的实验技能、解决问题和分析问题的能力，还需要将理论知识技术化、工程化，即是将实验内容与工程实践中典型的生产技术相联系。显然，目前的实验内容及实验教学理念不能满足新形势的要求。

针对物理化学实验课程，多个高校开始探索构建层次化实验教学体系[6]。和重点大学的学生相比，地方院校的学生在自学的积极性和自学能力上较差，则着重在教学方法上加以改革，惠州学院充分利用互联网资源做预习报告[7]，湖南文理学院则鼓励学生用计算机软件处理实验数据[8]，茂名学院则根据“以工为主，石化特色”办学理念安排综合设计实验内容，而这些实验内容与该校仪器设备是相配套的[9]。

为将物理化学实验课程建设成为培养学生专业基础实验能力的平台，并满足提高学生专业实验能力的要求，拟对物理化学实验按照层次进行分类设置。整体思路有两点：一是通过整合现有并增设实验项目，将现开设的8个验证性/演示性实验分为验证性实验、综合设计性实验和科研型性实验三个部分。二是依据工程现场典型环节的应用技术，整体设计三部分实验项目。

3　物理化学实验课程的层次化设计

3.1验证性实验技术化、现场化

筛选典型的验证性实验，力求与南阳本地企业生产中的原理或技术相结合，加强理论知识、实验内容与生产实践的结合。比如，河南天冠燃料乙醇有限公司拥有国际上最大级别装置的30万吨燃料乙醇生产线。每年我院学生都会到该厂认识实习。如果双液系气液平衡相图的绘制实验选用乙醇-水系统，虽然实验过程会复杂一些，但学生可以事先对乙醇-水的气液平衡相图进行了解，确定此相图绘制的难点在于具有最高恒沸点，根据最高恒沸点的组成设计实验中溶液组成，最终绘制出水-乙醇气液平衡相图。水-乙醇气液平衡相图作为乙醇精馏的原理。这样设计实验内容，可使同学们加深对乙醇精馏工艺的理解，帮助学生将理论知识应用于生产实践；也可激发学生学习的热情。同时为加强学生对理论应用于生产实践技术的感性体验，教师也可在学校的网络课程教学平台上制作多媒体，形象展示水和乙醇的沸点-组成相图在乙醇精馏生产设计中的应用，提高学生的兴趣。通过此类型的验证性实验，用于着重培养学生理论知识技术化、现场化的转化以及基本仪器操作和实验技能，为更高层次的实验做准备。

3.2开发综合性、设计性实验项目

综合性、设计性实验项目基于基础实验及工程现场应用技术，进行多个二级学科的交叉，或者是原有实验项目的延伸。在这类实验进行过程中，首先让学生自行组合成几个小组，每个小组需要查找资料，设计实验方案，然后以各种形式进行相互学习讨论。教师只纠正学生的错误设想，完全由学生独立完成实验。

课程设计的目标是开发2个综合设计性实验，例如可以选取如下2个实验项目：①差示扫描量热法测定烟煤、无烟煤和贫煤的比热容；②日用洗涤剂临界胶束浓度的测定及去污能力评定。

第一个实验项目的选取基于南阳地区的两个火力发电厂，蒲山一期、二期电厂和鸭河口火电公司，电厂的节能措施都是围绕着降低煤耗进行的，煤耗指标是指每生产1度电消耗煤的质量，用克数表示。煤耗指标除了与随后的生产技术有关，当然也取决于煤本身的热值。通过这一实验，既可掌握差示扫描量热器的原理、操作，提高大型仪器使用能力；也使学生充分重视每一个环节的技术指标，会培养学生谨慎、认真的工作态度，为学生就业后顺利开展工作打下基础。

第二个实验项目是“日用洗涤剂临界胶束浓度的测定及去污能力评定”，属于精细化学品的应用评价，与生活和生产都密切相关。这个实验的实用性很强。同学们可以自行决定所选取实验样品的数目和种类，但是要建立性能评价的标准。此实验可以培养学生对复杂问题的处理能力，包括分类管理和比较分析能力。

3.3开发科研型实验项目

科研性实验不仅应具有科学的前沿性、学科的综合性，在实际应用上还应具有工业背景和问题研究的紧迫性。与验证性、设计性实验相比，科研型实验需要对未知结果进行探究，属于“提出问题——分析问题——解决问题”模式，需要选取合适的研究方法、研究手段，对出现的问题进行分析研究，对结果进行验证分析，提出最终结论。实验所用到的知识和技能远比验证性、设计性实验复杂，要求学生能够主动的思考和探究，对学生的知识结构优化、认知能力、创新能力的提升起到关键性作用[10]。

相对于综合设计性实验，科研型实验进行的方式更为开放，在内容的选择上和时间安排上更加灵活自主。比如在教师的指导下，或者通过申请各级创新训练的方式，或者参加到教师的科研课题，充分利用课余时间进行科学研究。实验的实施过程与综合设计性实验类似，首先学生3～4人自由组合成一组，借助图书馆、互联网等查阅文献，拟定详细的实验方案，包括实验药品、实验仪器、实验步骤、实验条件等等。实验方案经老师审定通过后方可开展具体的实验。教师根据学生完成实验的成效，评定实验成绩。这样既充分肯定了学生在开放实验中的表现，又可以调动学生的积极性[11]。

科研型实验项目内容的设计是非常重要的，需要根据学生的现有知识体系，选择合适的实验仪器和实验方法，把握实验的难易程度，使其能够激发学生的研究潜力，而不至于吓跑学生，保证学生能力培养的效果，例如研究金属腐蚀与防护技术课题组的老师可以选取“碳钢、不锈钢在不同性质溶液中极化曲线的测定和腐蚀速率的比较”作为科研型实验项目。

4　实施效果

地方高校转型为应用技术类大学，必须以“应用技术、职业技术”为中心，培养应用型技术人才，以利于学生的就业以及创业。南阳理工学院也需要全面深度融入南阳经济发展，努力构建与南阳产业结构相适应的教育结构，才能迅速、科学地定位。近年来，生化学院更新了70%的物理化学实验教学仪器设备，生化学院及整个理工学院也逐步实现大型仪器共享，为综合设计性实验和科研型实验的开展提供了物质基础。

参加分层次设计实验的学生对于物理化学实验课程内容的设置普遍比较满意。现场的技术原理、技术操作、技术评价指标与理论知识紧密结合，既增加了学习理论知识的兴趣，也增强了学习的积极性，明确了学习的目标，并且对工程技术有了更进一步的认识。尤其是设计性实验和科研型实验，综合性、创新性思考发挥了极其重要的作用，增强了自信心，对自我价值的评价也上了一个新台阶。此外,学生从自身角度出发，也对科研性实验提出了改进的建议和方法。

5　结　语

(1)“以现场工程技术为引导，与地方生产技术紧密结合”的指导思想下进行的分层次设计物理化学实验课程内容，对实验项目内容进行创新改造设计，实现物理化学实验课程内容与现场应用的良好结合，充分体现了地方性本科院校转型发展的需求。

(2)开发验证性实验、综合设计性实验和科研型实验的内容和方法，在综合实践能力和创新能力培养上体现三层次的物理化学实验教学内容设计，对实验教学内容和结构的有独特的创新。

[1]董洪亮.地方本科院校怎样转型(教育视界?聚焦部分本科院校转型(下))[N].人民日报, 2014-06-19(4).

[2]王清义.高校应在服务地方经济社会发展中实现转型[N].河南日报,2015-04-01(3).

[3]户敏,邵晨,田志壮,等.改革物理化学实验教学培养应用型创新人才的探索[J].广州化工, 2014,42(5):156-158.

[4]刘永梅,张晋芬,戴维林,等.新形势下物理化学实验内容的设计与思考[J].中国大学教学, 2014(10):88-91.

[5]利明,刘长久.物理化学实验教学的几点体会及改革想法[J].高教论坛,2013(10):61-63.

[6]贺德华,麻英.国内外物化实验教学发展趋势及对物化实验教学改革的探讨[A].第八届全国大学化学教学研讨会论文集[C].2005:405-410.

[7]李浩,张喜斌,金真,等.地方院校物理化学实验教学改革探讨[J].实验室研究与探索,2011,30(10):114-116.

[8]欧利辉,习英,沈广宇,等.地方高校化学学科物理化学实验教学改革与实践[J].广州化工, 2014,42(7):209-211.

[9]周建敏,牛显春. “大工程观”下物理化学实验课的教学改革与探索[J].中国电力教育,2009(11):124-126.

[10]郭婷,孟涛,方伊,等. “理论、实践与科研三位一体”物理化学实验教学改革[J].实验室研究与探索,2015,34(5):138-141.

[11]贺德华,师磊,麻英.科研性实验在物化实验教学中的应用[J].实验技术与管理, 2006,23(11):15-17.

Hierarchical Design of Physical Chemistry Experiment Targeted at Transformation to Technology-applied University*

CHENHai-ling,JIE-yu,LIJin,ZHUYuan-liang

(College of Biological and Chemical Engineering, Nanyang Institute of Technology, Henan Nanyang 473004, China)

To transform to technology-applied university, local colleges must cultivate applied technological talents to facilitate the students’ employment and entrepreneurship, centering on application technology and professional technology. Excessive amounts of verification and demonstration experiments are the existing problems in the traditional physical chemistry experiment, and this can’t meet cultivation requirements of applied technology talents of undergraduate level. With field engineering technology as the guide, three layers of experiments, including the verification experiment, comprehensive design experiment and scientific research experiment, were developed and designed to realize good combination of physical chemistry experiment course content and the field application technology. Through construction of physical chemistry experiment course, a platform of training students’ professional basic experiment ability was built to cultivate the innovative and entrepreneurial talents for the local economic construction, and to meet the demand of transformation.

technology-applied university; transformation development; hierarchical design; physical chemistry experiment

南阳理工学院实践教学专项教学改革与研究(2016年)。

陈海玲(1974-)，女，博士，副教授，研究方向：金属腐蚀与防护技术，油田化学剂。

O642.0

A

1001-9677(2016)015-0202-03