物理化学实验与科研训练结合的教学模式探索

王丽莎，曹晓燕，姬泓巍，包木太，李先国

物理化学实验与科研训练结合的教学模式探索

王丽莎，曹晓燕，姬泓巍，包木太，李先国

(中国海洋大学 化学化工学院，山东 青岛 266100)

该文针对物理化学实验教学和本科生科研训练相结合进行了教学改革尝试。一是通过将科研活动中基础的测试实验与理论教学内容相结合，设计合适的实验内容补充到综合实验中；二是对物理化学基础实验中的方法进一步拓展应用，融入校级的本科生训练计划中。通过这两种方式的训练培养了本科生的科研能力和综合素质，为本科生的今后工作和学习打下了良好的基础。

物理化学实验；科研性实验；科研训练；教学模式

物理化学实验是一门综合性的基础化学实验[1-2]，在本科生的教学工作中备受关注，是其将分析化学的手段和数学分析方法综合运用的一门化学学科。传统的实验课程模式通常是老师讲解、学生照做，并且每个实验只做一次，对大部分学生来讲难以留下深刻印象[3-6]。这种模式不利于学生创新模式的培养[7-9]，物理化学实验教学体系的改革也因此成为被关注的重要教研问题之一，其主要目标在于使学生更好地了解物理化学的研究方法和技能，加深对物理化学基本概念和理论的理解，进一步培养和提高学生的科学能力和创新能力[10-11]。中国海洋大学进行了大胆的尝试——将科研活动与教学内容相结合，结合教学计划中的本科学位论文工作以及推行的本科生科研训练计划，开展多种形式、多层次的开放实验教学。即由实践证实适合本科生教学的科研实验内容，先通过本科论文的形式对内容进行优化，然后补充到现有的物理化学教学体系中；物化实验中的基本实验拓宽到应用领域，赋予明确的、鲜明的专业特色的教学目标，并借助于学校的科研训练项目，设计研究性实验供学生进行科研训练[12]。

1 从本科生毕业论文到物理化学实验中的综合实验

在日常的教学和科研工作中，有意识地将科研工作中涉及的所属专业的共性和基础的内容与本科教学中相关知识相结合。首先合理选择实验内容，并将这些内容融合到本科毕业论文中。然后对实验结果进行总结和升华，转化为物理化学实验中的综合实验。目前，中国海洋大学化学化工学院选择的物理化学实验中的综合实验—— “化学电源基本性能的测定”便是我们总结了科研工作中的一些基础内容并与物理化学课程中的电化学部分内容相联系进行设计的。

“化学电源基本性能的测定”实验的目的在于使学生了解化学电源基本性能的评价指标以及设计相应的测试方法，同时加深理解极化作用对化学电源性能产生的影响。其所用设备均为物化实验室中的常用设备，如电流表、电压表、稳压电源等；具体测试的性能指标主要有电动势、开路电压、工作电压、容量、能量、功率等；所测试的电池也是日常生活中常用的锌锰电池、镍氢电池、铅酸电池等。实验对象为化学和化工专业大学三年级学生，实验是以开放实验的形式展开的。实验通常由4～5人组成的小组完成，实验由学生自己设计，独立操作，教师在其中起引导作用。开展这样的综合实验，学生通过观察实验现象，记录和分析实验数据，获得丰富的关于电池性能的感性认识，达到对理论概念深刻理解和熟练掌握的目的。另外通过该实验，学生们了解了不同类型的电池在性能上的差别，拓宽了物理化学的知识面，增加了对电化学知识的学习兴趣。在整个实验实施过程中，组织学生学习了有关设计性实验的要求，查阅电池相关的文献，并安排学生根据本实验所提供的仪器，完成以下两方面的工作:1)测定给定电池的基本性能；2)考察电池极化行为对电池性能的影响。

物理化学实验课程作为化学专业教学计划中一门重要的课程，它对于学生理解化学学科的基本理论，掌握和运用化学中基本的物理方法和技能，以及培养学生科学思维和综合分析解决问题的能力等方面都起着重要的作用。将科研中一些基础的、经典的测试方法引入物理化学实验课程，对该课程的内容进行了一个良好的补充。

2 物理化学实验中的基本实验与本科生的科技训练结合

为进一步培养本科生创新意识和创新精神、提高本科生的创新实践能力，中国海洋大学自2005年开始设立本科生研究训练计划，为本科生开展科学研究和技术开发活动提供专门化的训练和指 导， 即 SRDP (student research developing program)课题。实施原则是 “自主申请、公平立项、择优资助、规范管理”，由项目申报学生在教师指导下主持完成。项目主要是针对已经具备一定的化学和化工专业基础知识的大二三年级的学生开展。项目按期进行，结束时进行答辩，答辩专家根据学生汇报情况进行考核，根据考核的结果给予2～3个学分。

近年来化学化工学院已经进行了两届物理化学实验加入到SRDP课题的尝试，分别是关于 “海洋沉积物中表面活性剂的提取和分析”研究和 “铜离子在海洋沉积物上的吸附等温线”研究，先后组织9名本科生进行科研训练。两个课题内容覆盖了大学无机、有机、分析和物化课程的内容，突出了物理化学基础实验内容的应用。

界面现象是物理化学课程中较为重要的内容之一，其内容较为抽象，加大了学生对该部分内容的理解难度。“醋酸在活性炭上的吸附”是物理化学实验课程在该知识面设计的基础实验，通过该实验，学生能够对液固吸附现象以及吸附等温线的测定等有了较好的感性认识，并更好地掌握了有关的概念和理论知识。以此为契机，化学化工学院引导学生进一步加以训练，对本科生而言是一个对所学知识进行融会贯通以期进一步提高的好机会，可使学生充分理解和掌握有关液固界面性质、吸附脱附过程等的基础理论和相关的实验原理及技术、方法。SRDP课题实施中，学生从查阅文献开始，到设计实验，动手开展实验，认识海洋中的界面现象，并了解污染物的去除和分析技术，将课本中学到的抽象技术和理论与具体的海洋环境问题联系在一起，在具体科研工作中加深对有关知识的理解，同时增强对海洋环境问题的认识。SRDP课题工作开展不仅锻炼了学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，而且增强其工作中的观察能力、操作能力和结果分析能力，从而使得学生具备一定的科研素质。学校组织的SRDP课题计划，给在读的本科生提供了一个科研锻炼的平台，让他们较早地近距离地参与到科研项目中，接受科学研究的熏陶。

几年的努力结果表明，化学化工学院的措施对学生进行研究性学习、孕育创新意识、培养创新能力等都起到了积极作用。不少学生因对从事SRDP科研工作的喜爱，继续从事该方向的本科毕业论文设计，甚至有的学生因此选择继续从事该方向的科研工作。

3 结束语

有着合理目标和计划的科研训练对提高学生的综合素质有着积极促进作用。通过补充有利于学生思维能力培养和科学素质提高的实验训练项目，使化学专业的学生更好地掌握思考、探索和研究的方法，并在理论和实践上都得到全面的提高，为以后学习及工作打下扎实的基础。化学化工学院几年来进行多层次物理化学实验教学模式的有益尝试，已经取得了令人较为满意的效果。

[1]訾学红，陈永宝，张红光，等，自主式教学模式在物理化学创新性实验教学中的探索[J].实验室研究与探索，2013，32(2):321-323.

[2]郑传明，吕桂琴，王良玉.在物理化学实验教学中注重培养学生的能力[J].实验室技术与管理，2008(25):132-134.

[3]刘海峰，陈明洁，陈敏.《物理化学实验》教学方法改革的探索与实践[J].实验室科学与技术，2013，11(4):66-68.

[4]张虎成，李苞.物理化学探究性教学模式的探索与实践[J].实验室科学，2013，16(1):50-52.

[5]石海信.物理化学实验开放性研究性教学模式的研究与探索[J].广东化工，2008(35):119-122.

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[10]张国艳，金为群，王岚，物理化学实验教学的改革与创新[J].实验室研究与探索，2013，32(2):329-331.

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[12]赵丽娜，李欣，任玉刚，等.以学生能力培养为目标开展物理化学实验教学[J].实验技术与管理，2015，32(3):176-178.

Exploration in Teaching Model by Combination of Physical Chemistry Experiment and Scientific Research Training for Undergraduates

WANG Lisha， CAO Xiaoyan， JI Hongwei， BAO Mutai， LI Xianguo
(College of Chemistry and Chemical Engineering， Ocean University of China， Qingdao， 266100， China)

This paper attempts to reform the teaching experiment physical chemistry experiment teaching and undergraduate scientific research training.The combination of scientific research activities in the experimental test and theoretical teaching content，the design of appropriate experimental content added to the comprehensive experiment.Further expand the application of the method in the basic experiment of physical chemistry， into the undergraduate training plan at the school level.Through these two kinds of training，which can cultivate the undergraduate scientific research ability and comprehensive quality，and lay a good foundation for their work and study in the future.

physical chemistry experiment； scientific research experiment； scientific research training ； teaching model

O63

A

10.3969/j.issn.1672-4550.2017.05.025

2016-02-22；修改日期:2016-03-18

中国海洋大学本科教育教学研究项目。

王丽莎(1981-)，女，硕士，高级实验师，主要从事物理化学和海洋环境化学研究工作。

曹晓燕(1970-)，女，博士，教授，主要从事物理化学方向研究工作，caoxy＠ouc.eud.cn