基于有效提升学生实践创新能力的物理化学设计性综合实验的开设

康洁 于春侠 朱雪丹

摘要：物理化学设计性综合实验是培养大学本科生实践创新能力的一个有效途径。本文针对目前物理化学实验教学中存在的问题，以本校物理化学实验教学为例，提出了构建综合设计性实验平台的方法，具有一定的实际意义和推广价值。

关键词：物理化学实验；设计性综合实验；创新能力

中图分类号：G642.423 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2018）19-0156-02

一、引言

物理化学实验是一门独立开设的综合基础实验课程。与其他实验课程不同的是，物理化学实验所采用的实验方法更加多样，主要侧重于定量地解释化学过程的规律，涉及到光、声、磁、热、电等内容较多。该实验的主要内容是测量物质的物化常数，综合运用物理、化学的基本原理、实验技术以及教学方法研究物质的物理化学性质及化学反应规律。科学深入地开展物理化学实验教学有利于加强本科学生理论联系实际的能力，加深本科学生对物理化学理论的理解，提高他们的动手能力和创新能力以及逻辑思维能力、分析处理实验数据的能力。

长期以来，物理化学实验教学存在的突出问题有：

1.由于课时的限制，学生在有限的时间内只能完成教学规定的几个实验，整个实验过程都是实验教材中设计过的或有比较明确阐述的，学生只要按照教材中的步骤去操作就可以完成，学生处于被动状态，这无疑降低了学生做实验的兴趣和积极性，同时学生的创造性和个性得不到充分发挥，他们所学的知识和操作要点得不到巩固，容易遗忘。

2.本科学生对物化实验课的重视度不高，积极性比较差，课前很少认真预习，课堂上也懒于思考。这导致学生缺乏探究意识，他们认为物化实验课总归会过关的，与此同时，任课老师也没有把知识的学习、能力的培养、综合素质的提高放在物化实验教学的第一位。

3.目前现行的物化实验教材的内容主要集中在学科的训练上，实验功能比较单一，大部分内容为验证性实验，非常缺少综合性、设计性实验，从而导致本科学生的学习兴趣降低。

目前的现状削弱了本科学生的物化实验能力培养，本科学生的主观能动性和创新能力受到了抑制，因此目前实施的物理化学实验教学模式适应不了社会对高级人才素质的要求。为了提高物化实验的教学质量，培养本科学生的探索精神和创新能力，提高本科学生学习的主观能动性，我们打算设计并开设物理化学设计性综合实验，对物理化学实验课教学进行全方位的改革。

二、国内同领域研究现状

针对上面所提到的现状，许多教育工作者们提出了各种各样行之有效的改革方案。甘礼华等提出了多层次物理化学实验教学的模式，他们主张将教学内容、教学形式和教学对象分为若干个层次，例如可以按实验方法或拟解决问题的不同，将开设的同一类型实验设计成多个层次，如基础实验、提高实验、独立设计型实验等。这一模式取得了很好的教学效果；赵朝晖等则是提出运用研究型实验来提高学生的创新能力，他们以“新型季铵盐阳离子表面活性剂对织物的抗菌性能研究”为实例，剖析研究型实验教学在提高化工专业本科生科研素质和创新能力中的重要作用，探索出了开展研究型实验教学的有效方法及要求；邓型深等提出了“仿真模拟实验十必修实验十自主开放性实验”的课程教学模式，并分析了其含义；胡学寅则是采用新的实验讲义格式，减少傳统的验证性实验，增加自主设计实验的内容。这一教学方法提高了工科院校物理化学实验课的教学效果，还可使基础课实验能为后续的毕业设计提供实用的实验知识，培养学生严谨的科学态度和理论联系实际的能力，促进了本科生综合素质的全面提高。贺德华等利用科研性教学实验“金属氧化物的制备、性质表征及在碳酸二甲酯合成中的催化性能评价”作为教改试点，该实验综合了物理化学学科内有关领域的知识与技术以及物理化学与无机化学、有机化学、分析化学中相关的知识与技术。科研型实验大大激发了学生做实验的兴趣，也使学生得到了综合训练。葛华才等通过调整实验的具体内容使验证性实验具有设计性和综合性，同时实行实验结果共享以增加学生的实验信息量；另一方面，实验数据采用计算机处理，减少计算重复工作量，使学生着重结果的分析和讨论。实践表明，上述做法显著地提高了学生创新能力的培养，因此受到学生们的普遍欢迎。周燕等就如何提高理工实验教学质量，激发大学生在实验教学中的学习兴趣，开拓大学生的实验思路以及创新意识进行了一些探讨。她们在培养学生的创新能力上下工夫，让学生对实验课程充满热情和探索精神，从而培养出适应现代社会需要的高层次人才。还有相关专业大量的教改研究课题，在此由于篇幅限制不一一列举。从这些老师的教改工作中可以看出，物理化学实验改革势在必行，我校物理化学实验教学必须开创出具有自身特色的物理化学设计性综合实验。

三、设计性实验的开设思路

我们现在提倡的综合设计性实验既不是基础实验的重复，又要区别于毕业设计和科学研究。该实验应该是在学生已具有一定的基础实验知识和基本技能的基础上开设的，并且要求学生在规定的学时内完成指定的实验。因此，实验所选的题目不应该偏离基础实验太远，难度不宜太大，花费的时间不能太多。综合设计性物化实验可以比较全面地提高学生的实验技能和综合素质，对于培养学生科学研究的能力具有重要意义。我实验中心在保留原有实验的基础上，也需要不断开设新的实验课程，来满足本科教学的需求。我们参考了其他兄弟院校物理化学实验课程改革的先进经验，同时结合自身的教学科研条件，依托开发研制的具有我校自主知识产权的光催化反应实验装置，准备开设《纳米TiO2的制备》、《基于活性炭负载纳米TiO2光催化剂的制备》和《光催化氧化法处理有机废水》这三门新的设计性综合实验课程。

四、具体实施方法及步骤

1.合适的设计性题目的选择。合适的题目是设计性综合实验的关键之一。所以选题涉及的问题比较多，比如设备的可使用性、内容的难易性、课程的连续性，这些都是选题必须考虑的因素。我们根据自身的前期成果结合我校实际为学生提供了三门新的设计性综合实验供他们选择。

2.实验资料的查阅，实验方案的制定。题目确定后，要求学生在规定时间内，交回实验方案。学生根据题目，可查阅资料，拟定方案，该方案包括：实验设备的组装、实验药品的配制，详细的实验操作步骤。

3.依据已制定好的实验方案，合理安排有效实验。根据学生的人数和拟定的实验方案，辅导老师需要提前选择适当的实验仪器，摸索出可行的实验条件，从而确定出合适的实验方案。

4.学生独立操作完成设计性实验，最后提交出论文形式的实验报告。学生开始设计性实验后，测定出可靠的实验数据，并且对实验数据进行合理的分析、运算，最终要求学生打印实验结论，以论文形式写出实验报告。

5.实验辅导老师收集学生的意见，同步改进、完善设计性实验。辅导老师在实验报告批改过程中，从实验数据中提取有用信息，进行分析总结，而后在学期末的实验课考试题目中增设一道征求学生对设计性实验的意见和看法的题目。同时通过从不同渠道广泛搜集到的信息中，整理总结出下一步改进设计性实验的经验和不足。

五、总结

科学地开展物理化学综合设计性实验有利于加深本科学生对物理化学理论课所学知识的理解，增强学生理论联系实际的能力，提高学生的动手能力，巩固学生前期所学的基本实验技能。从而全面提升学生的创新能力、逻辑思维能力、分析处理实验数据的能力。这对于提高学生的实验技能和综合素质，培养学生科学研究的能力具有十分重要的意义。

参考文献：

[1]甘礼华，陈龙武，钱君律.多层次物理化学实验教学的再思考[J].实验室研究与探索，2006，21（6）：8-9.

[2]赵朝晖，郑成，毛桃嫣.化工专业研究型实验教学设计与实践[J].实验技术与管理，2015，32（8）：158-159.

[3]邓型深.改革物理化学实验教学提高学生创造能力[J].实验室科学，2006，25（11）：1421-1422.