基于学以致用的物理化学实验改革探索*

伊尔夏提·地里夏提，赛亚尔·斯迪克，白 翔，纳森巴特

(伊犁师范大学化学与环境科学学院，新疆 伊宁 835000)

习近平总书记在全国教育大会上发表重要讲话中强调，要深化教育体制改革，建全立德树人落实机制，注重学生综合素质的提高，培养学生的创新意识和实验能力。那问题就来了，现在的社会到底需要什么样的大学生？面对上述的标准, 每一位高校教育工作者都应审时度势, 积极研究对策, 加快改革步伐，迎接时代的挑战[1]。近年来, 我学校重视课程建，加快了课程的质量建设、师资队伍建设，迈开了教学改革的第一步。物理化学实验教学，在这样严峻、激烈的环境下如何实现教育观的转变，怎样改革教学手段及方法，怎样培养学生创新意识和实验能力等，都是我们要实际行动来回答的问题。

1 物理化学实验的地位和作用

20世纪90年代初国内外知名物理化学家、中科院唐有祺院士曾经说过：“物理学与化学一起是当代自然科学的轴心”[2]。将两者有机结合在一起的物理化学学科正是运用物理学的方法、手段研究物质结构、性能、组成以及其相互转化，是通往现代科学的桥梁。此外，物理化学理论课程涉及从宏观到微观关系规律、大量高等数学有关的公式推导、化学过程机理及其控制的研究等抽象等内容[3]，所以它在四大化学中最难理解的一门理论课程。物理化学理论课对应的物理化学实验是理论课程教学的重要组成部分，是继无机、有机、分析化学实验之后，在学生做毕业论文之前的基础实验课，是培养学生物理化学基本素质、动手能力和科研能力的重要教学环节[4-5]。这一特殊地位使它起着承前启后的桥梁作用。

2 物理化学实验教学改革的研究意义

作为新时代理科专业的大学生，除了具有广博的专业知识和较强的创新意识以外，还要有扎实的实验基本操作能力、良好的实验技能以及熟练应用现代化仪器设备与技术进行科学研究和生产实践活动的能力。其中学生的动手能力和创新能力的培养主要靠实践教学环节得以实现。因此,大学实验教学改革的成败决定着学生掌握知识的深度及学生的综合素质水平。

最近几年，随着我校伊犁师范大学招生规模的扩大，物理化学实验由原来只向化学和应化专业学生开设转向材料化学、环境工程等专业学生开设。针对不同专业对物理化学知识需求的不同，实验教学方面存在了一些薄弱环节,例如, 大多是验证性实验，内容也相对固定，很少会涉及到综合性实验和设计性实验，影响学生的创新能力； 其次部分实验仪器落后、性能不稳定, 测出的实验数据误差大, 有时候得不到准确的实验结果, 直接削弱了学生的积极性； 最重要的是实验内容更新速度较慢, 滞后于科学研究发展的步伐； 涉及学科之间交叉领域的实验内容较少。为了扭转上述局面，必须要强化物理化学实验教学改革，并要对学生的创新能力和探索精神进行培养，提高其自主学习性，这样才能够为该学科教学质量提供保障[6]。

另外，就业率一直是我校就业工作的一项重要内容，就业率的高低直接关系着我校本科生源的好坏，同时也影响着在社会上的口碑。而考上研究生即可认为是就业，所以考研率的高低，也与就业紧密相连。如果能够物理化学实验这项内容完整开发，并实施中本科教学中，将很可能会大大提高化学与环境科学学院的考研上线率及录取率，也可以向很多名牌高校输送更多的我校毕业生的同时提高声誉，也可间接的提高我校的就业率。

3 课程改革的有效途径及建议

物理化学课程的公式多、理论知识难懂并且很多少数民族学生在学习过程中缺乏学习的主动性[7]，因此，我组建的团队针对我校伊犁师范大学目前物理化学实验教学存在的一些问题，结合本科物理化学课程特点，以及多年以来的教学经验，远离教师既是知识宝库又是活的教科书的教学模式，引导学生勤思考，运用实验教学提高学生对物理化学理论知识的学习兴趣和主动性。为了提高物理化学实验教学的质量，对物理化学实验教学提出一些必要的教学改革。

3.1 改革教学方式，提高学生自由思考

首先要实现理论与实验的完美结合，因为物理化学实验课程的内容在本质上是与物理化学理论课程的内容完全一致。我们在教学过程为了让实验与理论紧密结合起来，保证理论课与实验课时比至少达到2:1。除此之外，加强实验的丰富类型，除常见的基本实验项目，还可加大设计实验、开放实验所占的比例。鼓励学生大二年级时申请有关物理化学课程及实验有关的研究与创新实验题目，将所学的理论知识应用于实践，在科研和教学结合的教学模式中培养学生的学习兴趣，提高学生的情商，激发学生的学习积极性，能够吸引更多的学生参与到课堂教学环节之中，从而学生在学习物理化学知识的同时能够找到学习和科研的乐趣。

其次，做好预习阶段的问题引导。实验开始的前一周，一定要妥善做好实验预习工作。这样学生能够提前了解实验原理、试剂、仪器、实验步骤等内容。但就目前我校的学生的实际现状来看，部分学生进人实验室后只知道实验的大概内容，反而不知道实验的细节。这群的学生实验开始时边翻看着实验报告册或教材，囫囵吞枣地只照实验步骤进行操作，对实验的顺利完成带来了一定的安全隐患。之所以产生这种现象的原因，我们可以以下几个方面来考虑：①学生对预习实验的重要性没有充分的认识，于是就按照教材内容一字不落的抄写，导致了大部分学生的预习报告几乎一样的现象，缺乏创新 ，看起来预习报告写的完好无误，但对实验的实际了解程度很低，导致实验课中得不到创新。②实验设备的更新速度快于我校实验设备和教材中提到的设备。实验过程中学生无法将操作步骤和仪器画面对应起来，影响了实验操作部分的预习效果。以上问题直接降低了我校学生的预习的积极性，从而也会影响实验的顺利进行。为了避免这种情况，结合我校现有的实验设备，根据丰富的教学经验，扎实的理论基础，对现用的教材内容进行适当调整的同时在实验预习过程中引入适当的网络技术 ， 将实验原理、实验仪器组装过程、实验步骤等做成 Flash 动画，并在实验前一周通过班级微信群递给学生 。学生通过观看 Flash 动画并结合课本来预习实验[8]。

3.2 融入科技创新成果，培养学生的创新意识

为了更有效地提高实验效率，许多高校正在进行各方面的改革尝试。笔者认为，融入科技创新成果，培养学生的创新意识，对我们未来的实验改革有很大的帮助。

首先，团队里的每一位老师抓好我校与创新学习通平台合作的资源，开设网络反转课堂，在学习通平台里上传亲自录的实验操作及原理视频，让学生不限场地的条件下自行观看学习，从而激发学生的学习兴趣，提高学生学习的积极性和帮助学生获取更多的知识。此外，每一个实验指导老师在自己上课的平台里建立抢答、主题讨论等活动方式来解决学生实验中遇到的难题，及时掌握学生的学习情况。

其次，为了在教学中实现在实验室难以开展的高危险、资源消耗大、污染严重、成本高、拓展学生操作能力，丰富教学手段和内容，按照我校实际情况购买或资源分享的方式引进虚拟仿真实践教学平台。虚拟平台在实验教学中的好处是，平台提供了大量设备结构、工作原理、工作过程、参数信息的影像、图片、动画等素材，教师在教学过程中可以利用这些素材将复杂的实验原理和实验过程讲解得生动透彻，同时学生也可以利用虚拟平台的这些素材通过自学进行深入的理解，提升实验教学的效果。另一方面，教师也可以将最新的科研成果，嵌入到平台的教学资源，生动地展现给学生，使学生及时了解掌握最新的科技进展，从而可以极大地丰富教学手段，增强了实验教学内容的实时性和先进性。总之，通过这个平台，学生可以增强工程应用、创新研究、工程设计等工程能力的培养，解决以往的纸上谈兵、简单评价、无法深入改进的难题。