物化实验教学的课程建设与实践

李胜兰

(武汉轻工大学化学与环境工程学院，湖北 武汉 430023)

化学是理论与实验的集合，物理化学作为与无机化学、分析化学和有机化学地位相同的基础化学课程，其实验课同样是是化学基本原理、实验操作技术和数据处理的集成。区别于无机及分析基础实验的通过颜色变化 、气味变化等判断反应是否进行，有机化学的分离、提纯、合成，在物化实验中，通常借助物理学的原理、技术和仪器，结合数学运算工具，从而研究物质的物理性质或物理性质与化学反应间的关系[1]。但不变的是，化学实验都立足于培养训练学生基础实验技能技巧，通过实验进一步理解基本理论。

1 物化实验开展作用及内容选取的依据

物理化学实验在各大高校通常都是开在无机化学之后，进行毕业论文之前，此时，学生已经通过无机化学的学习，对分子中电子运动、院子转和分子间的相互作用力等微观概念有了基本的认识，可以理解伴随化学反应的物理变化，如体积变化、光效应以及反应会吸热放热，温度、压力乃至反应物的含量将会影响反应程度，也是在这样的知识基础上，方可理解为何能从物理现象着手，探求化学变化基本规律。

实验课程项目根据“一体化、多层次、开放式”实验教学体系进行选择，依托东北师范大学等校撰写的《物化化学实验》经典教材和校内自行编写的《大学化学实验》开展。化学实验通常主要划分为三个版块：基础操作型、综合实验型、研究创新型，在学生系统完成实验基础操作技能后，进一步培养探索能力和创新能力。物化实验也根据办学特点、专业需求和实际情况，在调研后参考各高校实验教学的开设项目，选择了两个板块——基本操作实验及综合设计实验[2]。选择开放了实用性较强、操作较为简便又具有一定代表性的十个实验项目，如表1所示，在学生理论知识范围内，由浅及深、从点到面的开展物理化学实验教学。

表1 基础实验项目的选择及依据

物化实验的10个项目中，其中8个基础实验，最后2个综合实验，实验学时共计48学时，在理论课进行的过程中穿插进行，两种实验类型也将偏向不同技能引导。

1.1 基本操作实验

基础操作实验，又称为基础技能操作实验。通常选择有理论教学内容支撑的实验，从而达到理论课实验课相辅相成的目的，同时应具有重复率高，稳定性强的特点。主要培养学生的意识、仪器及数据处理软件基本操作步骤，一方面，让学生延续之前其他实验课程养成的良好习惯——课前预习，明确实验目的和要求，清楚实验需要的设备及药品，要测得的物理量，以及最终的数据处理方式。另一方面，物化实验所用到的仪器多且相对复杂，实践结合书本了解仪器原理、构造和用途，相比纯理论学习效率更高且深刻，在大量的实际操作后，学生也将树立信心并对基础设备有了一定掌握，初步具备选择匹配的仪器进行实验的能力，这也是物化实验目的之一。

1.2 综合设计实验

综合设计实验，通常也是创新型实验。在圈定实验课题的前提下，“戴着镣铐跳舞”，自由的规划和组合实现实验目的的实验方案，自行细化填充实验内容。相对基础实验具有耗时长、难度大的特点，也是作为物化实验学习成果的阶段检查。既是基础实验的综合和重复，又可初步建立实验设计的能力和信心。在这过程，学生将会获得迈出单独完成实验的第一步，建立明确的实验逻辑。综合实验考验的东西是很明确的：

(1)考验学生对实验方案的设计

在阅读文献和筛选整合信息后，根据实验目的进行拼图式设计(实验目的、实验原理、实验仪器和试剂、实验步骤、数据记录和处理)，将获得个人初步的试验方案。

(2)方案确定和优化

限囿于个人知识面和实际设备状况，简化和修改实验步骤，这样的删改过程，也就是实验方案优化过程。

(3)实验前的准备

根据方案清点试剂、调试设备，配制需要的溶液，学习或复习将会使用的仪器。

(4)进行实验并记录

设计型实验方案本身并未的得到验证，因此实验过程发生的现象，出现的问题都具有极大的变化性，准确记录实验过程和步骤对反思实验问题和最终完成实验具有极大的帮助意义。

(5)数据处理

作为临门一脚的数据处理毫无疑问是重中之重，合理选择数据处理软件，精确进行数据计算，这都仰赖于平时之功。

在物理化学实验中，各校对教学教材编写通常在21～30个基础实验，10～12个综合性试验。实际教学限于课程课时，多选用4～12个实验。本院选择了基本操作实验及综合设计实验中的10个实验，由易到难的开展物理化学实验教学，从而让学生能力平滑的提升。

2 开展遇到的问题及经验

通过多年的教学经验累积，我们也摸索出了一些经验，以应对实际课程中的种种困难，形成了有特色的开课方式和流程[3]。

2.1 完善的实验开展方式

由于化学是理工科很多专业的基石，物化实验课作为全校基础课开展，根据人才培养方案的设定，某学期有时候会存在一周8～24个班级上课的情况。物化实验仪器琐碎且繁杂，倘若一次性大批量购买实验设备，既需要大量空间存放，更有极大的资金成本，同时需要投入较多的设备管理人员，上课外闲置的设备也会造成极大浪费。考虑各方面限制后，最后定下一个教室同时开展四个实验项目，将上课学生划分为四大组，每组做不同实验项目，由两个不同老师各带两组分别进行。四周轮流上完一个教室开展的四个实验项目，然后换教室进行另外四个实验，这样两个教室即可满足基础实验部分的教学，大大降低各方面的损耗。在具体开展中，也可实现两人一小组合作实验，避免一小组人太多，参与感低的问题。每个老师在每节课分管两个实验，8组16人，也方便了详细指导学生基本操作，了解每位学生的状况。

2.2 针对性强的指导方式

在进行过程中，学生因为初接触仪器，仍然无法将具体操作和文字完全联系起来，而任课老师上课重在讲解关键性的环节，未必会逐一都进行示范，学生会出现基本的操作问题[4]，实验问题多样，而老师不会全部注意到，最终会发现一些预料外的实验现象。例如：在相图实验中，阿贝折射仪的视野内全部是彩色，黑白界线极为模糊，此时就是学生滴入溶液过多或用力过猛压合棱镜，导致溶液进入仪器内部元件，诸如此类意外。针对这种不规范操作，任课老师会录制视频，添加制成flash，或以ppt形式让学生翻阅查询。相对应的实验精品课程建设也会逐渐提上日程[5]。

2.3 充分利用实验中心资源

在基础实验操作完成后，学生们具备了基本的操作知识和仪器操作学习方法，也树立了操作仪器的信心，与企业生产实际相接轨[6]，再接下来的综合性试验中，我们有意识的安排了大型仪器表征环节，在仪器公共平台的支持下，让学生有机会在本科期间学习和接触大型仪器，将仪器分析方法和物化实验进一步联系起来，比如XRD、红外、粒度仪等。在学生进行了理论学习和基本的操作培训后，让他们对自己的样品(例如综合实验中合成分子筛后对分子筛的分析)进行表征测试。

3 结 语

物化实验的总体要求是以能力开发和培养为核心，在重视知识、技能的学习同时，更重视研究能力的培养，从而与日后的从事科学研究，进行科研实验接轨。在教学手段不断更新的现在，物理化学实验课开展方式正以前所未有的速度丰富起来，在仿真实验或信息化课程建设狠下功夫，多方面提高实验多样性和趣味性，增强学生学习动力，从而培养学生养成良好的自主学习习惯。