基础物理化学实验的课堂延伸教学

朱莉娜，冯 霞，陈 丽，田宜灵

(天津大学 理学院，天津 南开区 300072)

物理化学实验作为高等学校化学、化工、材料、环境、医药、生物等专业的必修实验课程，近年来与之相关的教学改革与探索一直倍受关注。无论在课程内容上，如开设综合性、设计性实验，增加研究型实验等；还是在教学方法与体系上，如采用多媒体教学、实验室与网络结合教学、多层次实验教学等及仪器设备等硬件设施方面，如更新实验教学仪器、采用微机采集数据等，国内高校在物理化学实验的教学探索与改革取得了诸多成果[1-7]，对提升物理化学实验的教学水平和培养学生的实践、创新能力起到了积极的作用。但现有的基础实验教学还存在一些问题[8-11]，其主要表现为：目前教学中大多采用传承的一些经典实验，内容较老，对学生缺乏吸引力，学生兴趣不足，学习主动性差，影响教学效果；教学内容往往局限在单个实验本身，学生通过实验能够掌握相应的原理和方法，但他们对做过的实验往往只停留在孤立的认识上，不能学以致用，活学活用，从学生创新能力培养上考虑，其实际教学效果并不理想；实验学时一定，而教学学期处于学生学业最忙的大二，在必修课业繁重的这个时期，少有学生能利用课外时间主动选修设计型和研究型实验以获得新知识的拓展和创新能力的培养等。

如何在教学中采取科学而有效的措施，提高学生的学习兴趣，在有限的学时内让学生吸纳更多的知识与方法，培养学生的创新意识和拓展探究的能力，向课堂要效益，我们认为这应该是基础实验教学改革的关键措施[12]。据此，我们在基础物理化学实验的教学中，发挥教师的创造力与能动性，在保持学时不变的基础上，对教学方式与内容进行适当的设计、拓展，将实验与生活、实验与科研、实验与工业生产相联系，给课堂教学注入“活水”，不仅提高了学生的学习兴趣，丰富了学生的知识信息，更重要的是培养了学生知识整合、活学活用、探究创新的能力，以及严谨、质疑、创新、协作的科学态度，从而显著地提高了实验教学质量，提升了实验教学效益。

1 与生活相联系的物理化学实验课堂延伸教学

心理学研究表明，学习内容和学生熟悉的生活情境越贴近，学生自觉接纳知识的程度就越高。因此，在课堂教学中尽量把教材里的知识与生活中的现象和问题联系，激发学生的学习兴趣，以提高其学习效果。

在恒温槽的调节及黏度测定实验中，为使学生加深理解温度对物理量的影响，恒温技术在科学研究中的重要性，我们将生活中的实例引入实验教学，达到很好的效果。在讲到恒温槽的应用——用乌氏黏度计测定乙醇黏度时，首先从水、食用油、蜂蜜这些生活中常见的物质入手，让学生形象理解黏度的概念。通过介绍水、食用油、蜂蜜在常温下的黏度大小(水的黏度约为1cP，食用油依种类不同约为50～100cP，品质好的蜂蜜约为4000cP)，让学生建立黏度量度的感性认识。引导学生思考热稀饭的流动性很好，变凉后稀饭流动性明显变差，甚至凝固的现象，则可以让学生真切感知温度对物质黏度的巨大影响。

在本实验的设计上，让不同的学生测定不同温度下乙醇的黏度，通过相互之间共享实验结果，探究温度对乙醇黏度影响的函数关系，可进一步强化学生对理论知识的掌握和提升他们分析问题的能力。在凝固点降低法测定物质摩尔质量实验中，引导学生思考雪天撒盐化雪的现象，同时启发学生挖掘生活中的这类现象，如汽车用的防冻玻璃水、脏河水不易结冰等。在本实验操作中，要求学生尽量减少因失误导致重复实验的次数，引导学生从亚稳态和新相产生的影响因素、使用环己烷代替苯作为溶剂的实验改进的优缺点来思考这一要求的意义，进一步强化学生对亚稳态和平衡态的理解，强化掌握稀溶液依数性的特点，从而使学生从思考生活和实验现象中进一步理解物理化学原理。

在讲解用最大泡压法测定液体的表面张力的实验时，把实验涉及的理论内容与生活中的一些现象联系，如昆虫在水面上行走、硬币可以浮在水面上等，使学生对抽象的科学概念有更形象的认识。在实验过程中，随着正丁醇溶液浓度的增加，学生遇到很难控制气泡一个个鼓出的问题时，引导学生把这一现象与洗衣粉溶液浓度增加、溶液表面张力减小时的特点联系，可进一步加深学生对理论内容的理解和引导学生利用理论知识思考生活中的现象的意识。

通过与生活相联系的课堂延伸教学设计，为学生打开一扇了解物理化学知识应用于生活实践的窗口；更重要的是，引导学生在生活中发现与学习，不断探索揭示生活中的现象和规律，并将这些原理、方法与技术运用于实际生活，以此培养学生终身探索、学以致用的科学生活观。

2 与科研相联系的物理化学实验课堂延伸教学

实验教学与科研结合，将会使高校基础教学紧随科学发展的步伐，洋溢崭新的生命力与活力。我们认为，用新的设计型或研究型实验替代经典实验固然是一种很好的方法，但以基础实验内容为主体，将相关科研内容或方法适当融入其中，将是教学中更可行、有效的方式。

氢氧化铁溶胶的制备与性质测定是一个经典的物理化学实验。在实验中，利用界面移动法测定电势时，界面在电泳过程中不断模糊，给学生以“粗糙”“低端”的印象。在教学中，首先介绍法拉第1857年用还原法从氯金酸水溶液中制备金溶胶，即胶体金，正是当前最热的科学研究前沿领域，吸引学生对胶体实验的重视，把实验向“高端”提升；从法拉第金溶胶数十年才聚沉，引出胶体的稳定性和电势的重要性。在实验过程中，当学生观察到界面随电泳时间的推移逐渐模糊，引导学生分析原因，同时向学生介绍目前科研中利用动态光散射实验可以测定胶体的粒径分布范围，用zeta电位仪测量相应的胶体电势。利用科研与基础实验结合，既解决了基础实验中学生碰到的问题，又突出科研的前沿和严谨，激发学生对科研的兴趣。

在过氧化氢催化分解实验教学中，引入对各种过氧化氢分解反应的催化剂的介绍，同时还向学生介绍生物体和环境中过氧化氢检测的重要性及利用酶催化过氧化氢的快速反应检测痕量过氧化氢的科学研究与应用技术，将“科研”与“应用”同时引入课堂。而在实验过程中，通过让学生细致观察实验现象，思考反应过程中溶液颜色变棕黄色的原因，引导学生对已有理论的思考和质疑。在乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定实验中，我们将实验温度由25℃、30℃、35℃三个温度扩展到25℃、30℃、35℃、40℃、45℃，让学生分组测定并合作使用数据。在数据处理中，要求学生分别采取作[(G0-Gt)/(Gt-G)]-t图和[1/(G0-Gt)]-t图并进行线性拟合的方法及利用计算机作Gt-t图进行非线性拟合的方法，比较数据处理方法的改进(避免G0、G测定导致的误差)对实验结果准确性的影响。这种方式不仅提高了学生的实验兴趣和团队合作能力，提升了学生分析问题、解决问题的能力；更重要的是，把科研的态度与精神植入基础实验。如何使实验更加严谨？要达到同一实验目的是否有其他途径及各种途径的可靠性及优缺点。如何处理独立实验与合作共享的关系？由此将基础实验拓展延伸为准科研实验，使学生在基础教学中得到与科研实践相近的锻炼。

通过教学设计，把科学前沿领域内容或信息引入基础实验，把科研的思维和方法引入基础实验，让学生在基础实验教学中了解国内外最前沿的研究领域，学习科学严谨的实验方法，得到创新、质疑、严谨、协作等科研素质的锻炼，实现基础教学与科研的无缝链接。

3 与工业生产的物理化学实验课堂延伸教学

产学结合是社会经济，特别是科技发展对教育提出的必然要求。在基础教学中我们有意加强教学和工业生产的联系，以利于创新型、应用型人才的培养。

在二组分液相完全互溶系统的沸点-组成图实验的教学中，我们特别引入具有先进应用水平的波纹填料精馏塔作为课堂教学延伸，该塔的填料高效、节能，获得过国家科技发明一等奖。在教学中的原理环节向学生引入该精馏塔的介绍，并在基础实验完成时，仅多花5～10min，抽取塔中不同位置的样品，测量其精馏分离效果。这样的教学设计，使学生不仅了解到蒸馏曲线在工业分离中的应用，切身体会理论知识对实践应用的指导作用，增加对理论学习的兴趣和动力；同时还使学生了解到产生巨大经济效益和社会效益的高新技术，深刻理解社会和工业需求永远是科技发展和创新的推动力。在Sn-Pb二组分凝聚系统相图的教学中，将合金凝聚态相图是高铁中的关键技术——无缝焊接理论基础的重要组成与教学内容相联系，既有利于提高学生对基础理论学习的重视程度，又增强了学生的民族自豪感，激发学生科技创新的动力及科技兴国的理想与情怀。

通过基础实验教学与工业产业相结合的课堂延伸教学，不仅开阔了学生的视野，使他们看到科学技术对工业生产的影响，真切地体会“学以致用”，极大地激发了学生的学习热情与科技创新动力。

4 结束语

“师者，所以传道、授业、解惑也”，高等学校基础实验教学不仅是让学生验证一些理论、学习一些技术，更要注重培养学生的学习兴趣、实际能力和科学态度与创新精神。几年来，我们本着基础实验教学改革“可行、科学、创新”的原则[12]，通过发挥教师的能动性，在基础物理化学实验教学中采取课堂延伸教学，收到了良好的教学效果，学生普遍反映实验不再是干巴无趣，而变得生动有趣且满载信息，学生的综合素质得到明显提高，课堂教学效益也得到显著提升。