轻化工程专业物理化学实验教学改革*

段　炼　赵天福

(西南大学纺织服装学院，重庆市生物质纤维材料与现代纺织工程研究中心，重庆　400715)

物理化学是从物质的物理现象和化学现象之间的联系入手，来探求化学变化及相关的物理变化基本规律的一门学科，它研究了化学学科中的最基本的原理、方法以及化学体系中最普遍的规律和理论，是化学学科的理论基础[1]。物理化学实验有助于学生理解物理化学理论知识，训练学生使用仪器的操作技能，培养学生分析问题、解决问题和将理论应用于实践的能力[2-3]，为轻化工程后续理论及实验课程的学习奠定了理论和实践基础。

随着现代化教育改革的深入，传统的实验教学方式需要向综合技能训练方向发展，以适应现代科研和生产的需求[4]。目前，面向轻化工程开设的物理化学实验的验证性实验多、研究性综合实验少，实验内容陈旧且与专业知识结合少，不能反映轻化工程学科的发展现状[5]。此外，物理化学实验教学中还存在着实验仪器设备落后、缺乏信息技术应用和现代化教学手段、很难培养学生的创新意识等问题[6]。因此，我们结合专业具体情况，充分利用物理化学实验教学的各个环节，将轻化工程中常用的染整面料——蚕丝引入物理化学实验，并结合信息技术和现代化教学手段，逐步开展实验改革。希望这些尝试有助于调动学生的学习积极性，掌握物理化学及轻化工程专业知识和实验技能。

1　轻化工程专业物理化学实验教学中存在的问题

1.1　实验内容陈旧、与专业知识结合少

物理化学实验课程中的相关原理和方法是轻化工程专业理论和实践的基础。但现有的物理化学实验任在沿用几十年前制定的旧体系，内容陈旧，验证性实验多、研究性综合实验少，实验内容重复且简单，导致学生学习兴趣不大，学习积极性不高。同时，由于传统的物理化学实验没有从轻化工程专业的角度去设计，缺乏与轻化工程专业知识的关联，不能反映轻化工程的发展现状，使学生难以将物理化学实验的原理和方法与轻化工程的专业知识技能融会贯通。

1.2　实验仪器设备落后，缺乏信息技术的应用和现代化教学手段

随着现代科学技术的进步，高灵敏度、高选择性、自动化、智能化和微型化的实验仪器层出不穷。如果能在物理化学实验中引入相关仪器，不但能加深学生对现代仪器设备的认识，提高学生的知识技能水平，也能调动学生的学习兴趣。但由于实验经费不足，物理化学实验的仪器设备常年无法更新换代，从而影响实验技术水平和教学质量的提高。此外，物理化学实验后需要处理的数据量较大，但数据处理仍多采用计算器计算、坐标纸绘图等传统方法，容易产生人为误差并影响实验结果的准确性[7]。

2　物理化学实验教学改革探索

2.1　更新实验内容，突出专业特色

物理化学实验课程的目的是让学生掌握所学实验的原理、仪器和方法。因此，可以从实验内容设计上着手，引入化学和材料领域的新仪器、新方法；同时与轻化工程的专业知识和实验方法相结合，突出了轻化工程的专业特色，有利于学生对物理化学实验以及轻化工程专业知识的学习。

丝绸是轻化工程专业生产中常见的高档染整面料，丝绸原料—蚕茧(丝素蛋白、丝胶蛋白)的化学结构、性能、加工和染整方法都是轻化工程专业本科生需要掌握的知识和技能[8]。为了加深学生对蚕丝的认识，我们在现有的物理化学实验教材基础上重新进行了设计和调整，将蚕茧的脱胶、丝胶蛋白和丝素蛋白的结构和性能、蚕丝的染色等专业知识和实验贯穿于整个物理化学实验中，并共同构成一个研究性的综合实验。在该实验中，学生首先需使用中性盐脱胶、高温蒸煮、酶脱胶等不同方法处理蚕茧，获得丝胶蛋白和丝素蛋白，并考察其结构和性能差异，使学生对蚕茧的构成产生初步认识，如在“液体粘度和密度的测定”[9]实验中使用乌氏粘度计测量不同脱胶方法制备的丝胶蛋白以及丝素蛋白特性粘度的差异；在“溶胶和乳状液的制备及其性质的实验”[9]中通过电泳的方法比较不同脱胶方法制备的丝胶蛋白、丝素蛋白分子量的差异；在“差热分析和热重分析”[9]实验中，通过差示扫描量热仪和热重分析仪比较不同脱胶方法制备的丝胶蛋白和丝素蛋白热稳定性的差异，并从其结构特点上给予解释。再通过后续实验比较不同种类染料对蚕丝的上染效果，加深学生对蚕丝染整过程和染整方法的认识，如在“动力学实验”[9]中比较阴离子型、阳离子型等不同类型染料对蚕丝的上染速率，并从蚕丝表面化学结构特点入手，对实验结果进行解释；在“表面张力的测定”[9]实验中比较染色前后蚕丝亲水性的差异，并从染料的性能和蚕丝的结构上对实验结果进行解释。

2.2　更新实验仪器设备，引入信息技术和现代化教学手段

随着科学技术的发展，物理化学实验仪器也在不断更新。近年来，笔者所在学院也投入了大量经费更新实验仪器。如购置了万分天平、数字电导率仪、数显恒温槽等常规仪器，以及紫外分光光度计、红外光谱仪、荧光光谱仪、差示扫描量热仪、热重分析仪、表面张力仪等大型分析测试仪器，满足了物理化学实验的仪器需求。

同时，随着信息技术的发展，笔者还在物理化学实验中推广Origin、Excel等数据分析软件。通过这些数据处理软件，学生可以方便地进行数据批量处理、作图和拟合，减少实验数据处理中的工作量，还能避免传统数据处理方法带来的人为误差。此外，在物理化学实验教学中也引入了多媒体，充分发挥了多媒体教学形象直观和信息量大的优势，调动了学生学习的积极性和主动性。

3　结论

通过对轻化工程专业物理化学实验教学中所存在问题的初步分析，对其进行了改革：更新了仪器设备，结合专业背景调整了实验内容，突出了专业特色，引入了信息技术和现代化教学手段。这些改革措施不但可以调动学生在物理化学实验课程学习中的积极性和主动性，也使学生在物理化学实验学习中掌握了轻化工程的相关专业知识，有利于学生将物理化学原理和方法与轻化工程专业知识技能融会贯通。