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浅谈物理化学实验课程改革及实践的论文

［摘要］物理化学实验作为理论课教学的辅助手段，综合了化学领域中各分支所需要的基础研究工具和方法，是化学实验科学的重要组成部分。通过分析东北大学应用化学专业物理化学实验课程中存在的问题，对物理化学实验课程设置进行了改革，采取增加新的实验项目、改革实验方案、重组实验内容以及开设大型、综合性实验等措施。教学实践证明，重新设置后的物理化学实验课程有助于培养学生的科研素质，能提升学生的实践技能，对培养科研拔尖创新人才有重要意义。［关键词］应用化学专业；物理化学实验；教学改革［中图分类号］O64；G642.0［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2016）02-0145-03物理化学是东北大学应用化学专业的学生在完成了无机化学、分析化学的学习之后，继续修学的又一门化学基础课程。[1]物理化学实验作为理论课教学的辅助手段，综合了化学领域中各分支所需要的基础研究工具和方法，是化学实验科学的重要组成部分。[2]学生能通过实验验证所学的理论，巩固和加深对物理化学原理的理解[3]，提高对物理化学知识的灵活运用能力，这有利于培养学生严谨的科学态度和创新精神[4]，为后续课程的学习打下坚实的基础。因此，科学合理地设置物理化学实验课程内容，对构建完整的化学基础课程体系、提高学生的培养质量至关重要。[5]一、应用化学专业物理化学实验课程存在的问题应用化学专业的特点决定了其对物理化学实验内容深度、广度和综合度的要求不同于材料、冶金、成型、环境、生物工程等其他专业。东北大学化学实验中心为辽宁省级实验教学示范中心，为使学生能系统学习并掌握各种物理化学基础实验研究方法，便于教师在教学过程中实时掌控实验进度和学习效果，实验中心为应用化学专业单独开设了两个学期的物理化学实验课程，而且取得了丰硕的教学成果。然而，随着科学技术的发展以及社会对应用化学专门化人才素质要求的提高，过去曾经被师生们乐道的一些优秀的实验项目已经无法适应当前的需求。表1中分别列出了过去和现在为东北大学应用化学专业开设的物理化学实验项目。通过调查研究，我们发现过去制定的培养计划主要存在以下两个方面的问题。其一，由表1可以看出，大部分的物理化学实验为验证性实验，研究性、综合性实验较少。这显然不利于培养学生的创新能力和解决实际问题的能力。其二，过去物理化学课程体系中理论课与实验课的课时比例为2∶1，即理论课课时是实验课的2倍。教学研究表明，虽然通过理论课的学习，学生可以掌握较多的理论知识，但由于实验课时较少，学生的动手能力较差，对实验室的各种基础仪器设备的使用方法不能完全掌握，因此学生很难将所学到的各种实验知识融会贯通，这对其以后的学习和工作是十分不利的。而且由于实验项目较少、内容不新颖等问题，学生对物化实验课的重要性认识不足，普遍存在重视理论课学习而轻视实验操作训练的现象，缺乏主动学习实验技能、掌握实验技术的积极性。因此，亟须对物理化学实验课程的设置进行改革。二、应用化学专业物理化学实验课程设置改革（一）增加新的实验项目为培养学生的动手能力和提升学生的综合素质，在东北大学教务处的大力支持下，根据培养科研拔尖创新人才的需要，我们重新修订了应用化学专业的培养计划和物理化学实验教学大纲。大幅提高了实验课时在物理化学课程体系中的比例，将理论课和实验课的课时比由原来的2:1调整为1:1；实验项目也由原来的12个增加到了现在的22个，并允许学生选做其中的20个实验。原教学大纲中设置的实验项目中属于热力学模块的实验较多，而属于电化学和化学反应动力学知识模块的实验较少。在教学过程中我们发现，由于学生对后两个模块中的实验项目接触较少，缺少理论联系实际的机会，所以对相关知识掌握得不好。因此，在修订物理化学实验教学大纲时，除保留原有实验外，还增加了10个实验。其中包括热力学模块实验项目1个，电化学模块实验项目3个，化学反应动力学模块实验项目5个，界面与胶体化学模块实验项目1个。增加了新的实验项目后，物理化学实验教学内容在各个知识模块间的分布变得更加合理。通过物理化学实验课程的学习，学生不仅能加深对理论知识的理解，还能开拓视野，提升综合运用理论与实验知识的能力。（二）改革实验方案除了增加新的实验项目以外，我们还对原来的一些实验项目进行了重新设计，以使实验方案更加合理。例如“表面张力和接触角的测定”实验，原来的实验方案是通过测定毛细管的半径和水压计的压差值，再利用气泡最大压力法中表面张力的基本公式计算出水的表面张力。这种实验内容比较单一，学生做实验的兴趣不高。通过反复的测试和调整，我们将实验方案修改为测定一系列浓度不超过0.1mol·L-1的正丁醇水溶液的界面张力，再根据吉布斯吸附公式计算溶液表面的吸附量以及正丁醇的横截面积。实验内容调整后，学生普遍反映对界面张力的性质、表面自由