物理化学实验开放式研究性教学模式构建研究

苗常青 石玉芳 王迎进

（忻州师范学院化学系，山西 忻州 034000）

0 引言

物理化学是建立在物理与化学两大基础上的一门学科，通过物理学理论与实验，探究并归总化学的规律和理论，建立化学科学的理论基础，因此物理化学的研究水平在很大程度上可体现出当前化学的发展深度。作为化工化学专业的一门重要学科，物理化学还在纳米技术、表面催化、反应控制等前沿性科学领域中发挥着显要作用。而随着学科的发展和相互渗透，当前物理化学还衍生出新的分支学科，如生物物理化学、物理有机化学等。高校的物理化学教学中则主要学习化学热力学、电化学、化学动力学等知识，而该学科由于知识内容丰富、概念性多、逻辑理论性强，使得很多学生在学习中产生了畏难情绪，普遍认为学科知识生涩难懂，继而丧失学习自信。但正是由于该学科的交叉性特征又使得它的系统化、 实用性极强，被广泛应用到我们的生产生活当中，容不得有丁点轻视和懈怠。于大学生而言，他们学习该门学科能够提升自我抽象思维、逻辑思维能力，尤其是物理化学实验教学可锻炼其实际问题的挖掘、 分析以及解决能力，提高科研意识，对于高校培养理工科方面的创新技术人才有着积极的促进作用。

1 传统物理化学实验教学存在的问题

在传统教学模式下，物理化学实验主要以物理化学理论知识为依托，以理论验证性实验内容为主。学生只能在固定学期课程计划安排好的时间到指定实验室做规定的实验项目，学生按照教师教授的实验步骤，完全机械式地完成实验项目要求的各项任务。在这样的教学模式下学生的动手能力、思维能力、创新思维的空间受到极大的限制，也不利于学生综合素质的培养。随着科学的进步、教育实力的提升，当前高校在物理实验教学中的硬件设备越来越好。然而，一些高校综合考虑实验设备的投入频次、管理难度以及损耗程度等问题，在物理化学实验室的开放性上存在一定不足。尤为矛盾的是教师既想让学生独立上手实操，又担心精密仪器设备被损坏。同时，还要考虑实验仪器数量的限制，无法满足学生单人单组实验操作的需求。在此情况下，物理化学实验必然难以发挥其教学作用，有效考察查学生对实验原理、实验方法、实验技能的掌握水平，难以培养出优秀的综合应用型人才，满足社会对高素质创新型人才的应用需求。对此，为有效突破教学的矛盾僵化局面，实验教师必须要对物理化学实验教学模式予以大胆的改革尝试，构建一种开放式研究性的教学模式，提高实验教学的育人效果。

2 积极构建开放式实验教学模式

所谓教学模式即在某种教育理念的支配引导下，为达到预期教学目标所创设的一种特定教学模型。开放式实验教学是指在实验教学过程中所有实验资源向学生开放，让学生成为实验的主体。在这种教育模式下学生可主动走入环境宽松、氛围良好的实验学习中，自主设计实验课题、实验方案及查阅实验项目相关文献和参考资料，在实验教师的指导下提出实验项目设计思路和实验步骤，最终还能自主完成实验项目并形成实验总结报告，借助实验探究的一系列过程来加深和巩固所学理论基础知识，继而有效实现知识能力的转化应用。

2.1 构建开放式实验室

2.1.1 开放实验时间

建议高校转变传统实验教学模式，构建开放式实验室。首先要尽可能地延长教学实验室的开放时间，同时鼓励和支持学生利用双休日和寒暑假时间随时进入开放实验室，采取登记预约的方式让学生获得实验室的使用自主权。这样不受时间制约的影响，学生只要得空或是有新的实验思路了可随时到实验室开展实践操作，这会让学生提高参与实验学习的热情，使他们有更多时间对实验教学进行理解、消化和完成。

2.1.2 开放实验设施设备

高校实验室要做到完全对学生开放，就必须开放相应的实验设施设备。建议高校除一些大型精密性仪器以外，其他某些常规化的设施设备都要毫无保留地供给学生使用，这样可以显著提高实验室设施设备的利用率。建立开放实验室，高校还可将原来闲置下来或是废旧过时的设施设备派上用场，以供学生对设备结构进行了解，学习实验设备的维修，对废旧过时设备的改装等，这对于提高学生的实践动手以及创新能力会有显著帮助。

2.1.3 开放实验项目

学生可结合物理化学实验教学大纲的需求，在众多实验项目中根据自身专业及特长选择感兴趣的实验内容。在开展实验的过程中，学生还可按照实际情况进行适当性调整，比如优化、改进原来的实验方案等，以此进一步挖掘自我潜力，展示自我创新创造技能。

2.1.4 开放实验教学形式

改变以往验证性实验教学模式，多给学生一些可独立思考的空间，鼓励学生开展师生交流、生生交流，自主掌握实验原理，独立完成实验项目，教师不再是实验教学的主导者，而是作为辅助指导者引导学生设计实验思路、解答实验疑惑。

2.2 构建开放式的实验教学体系

要突破传统实验教学以验证为主的弊端，物理化学实验教学的内容则不应被局限在课本范围之内，要体现出教学的综合性，合理调整并更新实验教学内容，设计出高度符合开放式实验的教学体系，帮助学生建立学科兴趣及实践能力，让他们在实验中具备更多自主选择权，这不仅让优等生有充分施展自我才华的机会，还可减轻学困生的学习心理负担，确保每个学生都可满足实验教学的基本需求，让不同层次及不同兴趣方向的学生都能各取所需，学有所获。基于此，高校可根据物理化学实验教学目标，分别构建三个不同层次的实验教学体系，将实验内容划分为验证类、综合类、设计类模块，针对不同实验内容进行不同的开放式实验。

2.2.1 验证类实验

在物理化学实验教学每个分支 （化学热力学、化学动力学、电化学、表面与胶体化学和结构化学）中选择一两个实验项目作为基础验证类实验，通过实验训练学生对必要基础知识和技能的掌握情况。比如仪器仪表的应用、实验数据整理、实验报告编写等，使之能够达到教育部理科化学教学委员会所提出的基本要求。物理化学实验是以物理方法及手段来研究化学的基本规律，一些实验方法、实验设备、研究课题对学生而言较为生疏，然而这些又是学生必须掌握和应用的，因此实验教师需要留给学生充足的自主预习时间，让学生不仅能在脑子里形成实验想法，还能通过实验过程付诸行动。通过开放式实验室让学生开展多元化的预习训练，从而让学生收获到良好的预习效果、高效地完成实验活动。

2.2.2 综合类实验

教师可重点罗列出几个实验项目作为综合类实验课题，学生则可按照自己的兴趣选择其中两三个开展实验。通常，综合类实验基本都是验证实验项目的延伸，一般所涉知识点要多一些，要让学生根据实验室条件，把不同知识点与实践技能关联起来，综合思考并分解实验项目的主旨目标，开展分布操作或是将其实验环节逐个整合为一体，帮助学生巩固所学理论知识，达到融会贯通的学习效果。

2.2.3 设计类实验

教师可在每个学期设置一两个选做项目的设计类实验，比如“凝固点降低法测分子相对质量”“蔗糖水解反应速率常数的测定”等这类实验课题，要求学生查阅与实验项目相关的文献和资料，自主设计实验方案，学生们需要考虑选用何种实验设备、辅助材料；采用什么实验方法和流程；如何整理并形成实验数据报告等； 在实验开始前要将方案先提交给教师协助审核，在确定实验方案可行、原理无误且实验条件满足的前提下，方可预约实验室开展实验操作，在完成整个实验之后要及时提交详尽的实验报告。教师则需针对学生的实验设计方案、实验操作技术、数据分析处理能力进行客观的评分。通常，此种设计类实验需要反复多次才可达到理想的结果，这也能更好地磨炼学生的科研精神，秉持实验的严谨性学习作风。

3 提高实验教学的研究性

物理化学实验要想提高其研究性教学作用，教师应从自然、社会以及现实生活中合理选择一些实践性强的研究课题，促使学生能够在实验探究的过程中自主获取专业知识及应用能力。开放式教学模式为学生构建了开放性、多层次化的实验平台，给学生自主探究实验、开展独立学习创造了条件。然而在研究性学习之初，学生各项资历有限，无法快速适应研究性的学习方式，此时教师则应根据不同层次、不同模块的实验内容实施研究性教学，以此满足实验教学的目标。具体做法如下：从验证类实验项目中挖掘研究课题，引导学生从一些基础性、典型化的实验中进行改进，促使学生对实验原理得到进一步认知和提高，有效提升学生的思维品质，体现研究性学习的开放性特征，为开展探究性教学活动奠定基础；从综合类实验项目中拓宽实验范围，丰富实验内容，体现研究性学习的探究性特征，培养学生的创新思维能力；从真实生活中设计实验题材，借助对实验的生活化设计，促使学生在知识上进行触类旁通、以一举三，感受物理化学实验在现实生活中起到的关键作用，体现研究性学习的实用性特征，帮助学生增强科研兴趣，掌握科研方法。简单地说，教师要通过研究性教学，让学生能够在模拟科研的过程中积累更多的实践经验，如拟定实验课题、设计实验方案、选择实验流程、处理数据结果等，继而使其养成良好的科研探究习惯，为今后单独开展学科新研究夯实基础。

4 结语

经实践证明，开放式研究性教学可有效突破传统实验教学的弊端，将被动化教学转为主动化学习，让学生真正成为实验学习的主体。通过科学合理的开放性实验教学活动，学生在实践操作、思维创新上必然会有所提高，能够提出各种不同的实验方案和改进建议等，充分激发和展示他们的学习才能及创新理念。由此来看，高校应积极推进开放式研究性教学模式在物理化学实验教学中的广泛应用，为教学的改革发展开拓一个新的局面。同时还应清晰地认识到，随着现代化教育的推进，实验教学改革还应主动融入信息化手段和方法，继而为学生创设一个更加自主开放、方便智能的实验学习平台。