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物理化學實驗范文1
【關鍵詞】物理化學 實驗 教學改革
物理化學實驗作為普通高等師范院校化學專業學生的必修基礎課之一,是與無機化學實驗、分析化學實驗、有機化學實驗一樣獨立的基礎實驗課程,具有理論性強、實踐性強、應用性廣的特點。通過物理化學實驗課程的學習,可以加強學生對基本理論知識的理解,熟練掌握基本實驗技能,提高學生的動手能力和創新能力。隨著現代科技和化學學科的飛速發展,傳統的物理化學實驗教學模式已不能滿足日新月異的科技發展對人才培養的要求,因此,物理化學實驗教學改革、提高實驗教學質量勢在必行。
一、物理化學實驗現況及存在的問題
目前選用的物理化學實驗課本內容基本上都是固定的,實驗內容多為驗證性實驗,缺乏綜合性和設計性的實驗。采用的教學方法往往是老師先系統地講解實驗原理、實驗步驟及實驗注意事項,以及儀器的操作方法,然后學生根據老師講解的內容和實驗課本的要求“按部就班”的進行實驗。這種教學方式使學生對于實驗內容沒有可選擇的余地,對于部分學生來說較浪費時間,并且限制了他們的創新意識和創新能力。此外,由于同學們所做的實驗內容枯燥,導致學生對實驗課的重視性認識不夠,學習積極性差,課前預習不認真,實驗操作不認真,實驗數據記錄不認真,抄襲數據和實驗報告,對實驗課應付了事。
物理化學實驗采用的儀器種類繁多,且多數儀器設備較陳舊,儀器性能不穩定,導致實驗前的調試工作繁瑣耗時。如:原電池電動勢的測定,我們采用的儀器是UJ25型電位差計,此儀器非常陳舊,數據波動較大,測定前僅調試儀器零點就需半個小時,極大地分散了學生做實驗的注意力,大大降低了學生學習的興趣和積極性。此外,由于陳舊的儀器性能穩定性較差,測定數據波動較大,測量結果不準確,數據誤差大,從而使學生喪失了學習的興趣,降低了學習的積極性。
二、物理化學實驗教學改革初試
根據物理化學實驗課程的要求,適時保留一些經典的驗證性實驗,取消一些相對陳舊的驗證性實驗,并增設一些相關內容的綜合性和設計性的實驗,可讓學生在老師的指導下選擇合適的題目,查閱相關的文獻,設計實驗,進行實驗,并進行數據的處理,調動學生的主動性和創造性,提高學生的學習興趣和積極性。傳統的實驗教學方法會使學生養成“照法抓藥”的懶惰習慣,無法取得較好的實驗效果。為此,我們加強了學生實驗課程的監督和管理,并改革了傳統的實驗教學方法,取得了初步的成效。首先,我們對學生預習報告進行了嚴格的要求,要求學生預先對實驗原理和實驗步驟有較詳細的了解,對實驗儀器操作有較深的熟悉,并通過提問和討論的方式進行檢查,使學生實驗時做到心中有數,激發學生參與實驗的興趣。其次,在實驗過程中,我們嚴格監督和指導學生實驗,及時糾正學生錯誤的實驗操作,督促學生正確處理實驗數據,按要求書寫實驗報告,并進行結果討論。經過這些改革,學生在實驗時得心應手,實驗積極性大大提高,分析問題和解決問題的能力均有了明顯提高。
物理化學實驗對儀器的要求較高,落后的儀器會使學生對所學專業喪失信心。因此,儀器的更新顯得尤為重要。我們利用世界銀行貸款,購進了一批較新的儀器設備,并利用計算機等現代化教學手段來輔助實驗。這樣既可大大縮短實驗時間,提高實驗結果的準確性,極大提高學生的求知欲,激發學生的興趣和積極性。學生們也可從中對實驗過程有了更直觀的認識,學會掌握“Origin”和“Excel”等數據處理軟件,增長了見識,激發了實驗興趣并深刻體會到了物理化學知識的重要性。嚴格物理化學實驗課程考核是端正學習態度、提高教學質量的重要途徑。因此,我們將實驗課成績分為兩部分:平時成績和期終考試成績,各占60%和40%。平時成績是根據每次實驗的預習報告、實驗操作、數據處理和實驗報告這四個部分進行綜合評定。期終考試成績則主要考察學生對實驗原理的理解和實驗基本操作兩方面。這樣的考核方式和內容較科學合理,有利于激發學生興趣和提高學生實驗認真程度。
三、物理化學實驗課程改革
通過我們對物理化學實驗教學的改革與實踐,初步取得了良好的成效。學生的實驗重視程度有了較大地提高,實驗態度也端正了很多,參與實驗的積極性和主動性也有了很大地提高,學生的創新能力有了明顯的提高。今后我們還將繼續在各方面加大物理化學實驗教學改革的力度,提高實驗教學質量。
參考文獻:
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物理化學實驗范文2
[關鍵詞] 物理化學實驗 虛擬實驗室 學生
物理化學實驗是一門理論和實踐性很強的基礎實驗課程,與其它化學實驗課程(無機化學實驗、分析化學實驗、有機化學實驗)相比,其實驗內容更側重于定量地解釋化學過程的規律,實驗手段基本是采用各種各樣的實驗儀器,涉及到熱、電、光、聲、磁等物理方面的內容較多,這要求學生掌握一些儀器的操作,同時更注重培養學生解決問題時的研究方法和思路。該課程的特點決定了其在培養學生實驗基本技能、獨立操作能力、綜合實驗能力以及創新能力方面的特殊意義。相對于其它化學實驗來說,物理化學實驗顯得更為抽象和復雜。
近年來,各種先進的物理化學研究手段和儀器設備發展迅速,尤其是計算機技術的發展使物理化學實驗技術的更新逐年增大,但目前物理化學實驗內容大多仍在沿用經典教材。這直接導致目前物理化學實驗教學中普遍存在如下的問題:
1.學生操作儀器時間較少
物化實驗的特點是使用電子儀器多,而前幾門化學實驗課大多用玻璃儀器,所以學生對所使用儀器陌生;在預習實驗中,學生僅在教材中看到儀器的草圖,對儀器的整體構造,沒有大致了解;而且相當大部分的儀器只在一個實驗中使用,在反復壓縮課時的情況下,實驗時間又少,實驗拖堂是無法避免的問題。盡管教師延長教學時間,但使學生在有限的實驗時間內,熟練掌握所用的各種儀器仍是難題。因此物化實驗普遍存在學生不能熟練掌握所用儀器。
2.實驗儀器不足
物理化學實驗大都需要使用比較精密的儀器,價格比較昂貴,因此儀器的數量就受到了一定的限制,一些大型儀器只能多人組開設,使部分學生動手機會少;有些實驗因為儀器價格太高,在教學中只能選擇放棄,這都影響了實驗教學效果。
3.實驗教學形式單一
物理化學實驗教學模式通常是學生預習,教師現場講解,學生再進行實驗。學生在整個實驗過程沒有發揮主體作用,缺乏學習的主動性和積極性,對實驗課不重視,教學效果差, 達不到實驗教學的目的。
4.物理化學理論教學內容與實驗內容不同步
物理化學實驗教學中, 普遍存在教學內容落后于實驗內容的情況。學生還沒有學到相關方面的基礎理論知識, 就要開始這方面的實驗, 學生要在不知道實驗理論基礎、沒見過實驗儀器的情況下完成實驗。這樣做既不利于學生實驗思維能力的提高, 也不能激發學生的積極性和創造性, 更不能將所學理論知識通過實驗進一步消化理解。
正是由于這些問題的存在制約了物理化學實驗的教學?;诖?構建現代物理化學實驗教學新體系勢在必行,我們提出了虛擬物理化學實驗室的的課程教學計劃。該課程計劃的目的是通過網絡多媒體工具與建立網絡虛擬實驗室,使學生能在實際操作之外更多地學習和鞏固物理化學實驗的相關理論和操作;克服傳統物理化學實驗教學時間少, 緩解實驗設備不足的現狀;提高學生的創造能力,使學生獲得了更多的實驗信息,從而有利于實驗教學質量的提高,真正實現物理化學實驗教學的全部目標。該課程教學計劃包括:(1)修訂完善編制的物化教材與網上教學資料;(2)根據本校實驗儀器錄制實驗教學片;(3)制作部分仿真實驗;(4)開設開放性實驗。
1.全新的物理化學實驗教材
現有物理化學實驗教材的編寫通常是依據編者所在單位的儀器設備條件而定的,而我院實驗室的實際儀器裝備條件不可能與其完全一致。而且隨著科技的進步,新型設備的不斷引入,也會出現部分實驗步驟不一致的情況。目前,我們已經編制適合現代物理化學實驗儀器的實驗教材。該教材的電子版可以在網站上瀏覽,更與利于學生的自學,同時可以根據實驗設備的更新而同步更新。該教材更新的主要部分有:(1)計算機輔助開放性的物理化學實驗,有燃燒熱,熔解熱,金屬二元相圖,凝固點降低法測物質的摩爾質量。在整個實驗過程中,利用計算機進行實驗記錄和數據處理。修訂了原有的實驗操作步驟使之與新設備吻合。(2)增加了分子結構的構建與模擬實驗。利用免費的分子模擬軟件以及我院購買版權的量子化學軟件,增加了小分子分子結構的設計以及分子軌道、振動頻率、偶極距等計算。使學生一方面對分子的結構有直觀的認識,進而對物質結構方面實驗有一些理論上的了解;另一方面,可以讓學生對物理化學科學前沿的發展有一個簡單的了解。(3)針對不同專業方向的設計實驗,例如燃燒熱實驗,化工專業可以選擇化工產品,食品專業可以選擇食物。解決了實驗內容的更新慢而且與專業聯系不足的缺點。
2.利用新設備制作操作實驗錄像
利用實驗室近幾年更新的計算機控制處理的實驗設備,重新錄制比較標準的實驗教學錄像片。該教學片系統地講授物理化學實驗技術以及每個實驗的實驗原理、具體的操作步驟、正確的實驗現象。學生在實驗前通過觀看教學錄像,了解所用實驗儀器的原理和操作方法、實驗中的現象,使學生在進入實驗室后,能在有限的實驗教學時間內,熟悉所用儀器,加深對物理化學研究方法的了解,拓寬學生知識面,增強學生學習興趣,完善學生的知識結構,全面理解實驗的各個步驟,進而熟練的進行實驗操作。同時可以在某種程度上緩解實驗設備不足的現狀。
3.多媒體與虛擬仿真實驗
把一些驗證性的實驗和設備價值較高無法開設的實驗改成仿真摸擬實驗, 幫助理解物化理論知識, 使學生對物化實驗及儀器使用有一個感性認識??梢酝ㄟ^校園網絡, 開設實驗教學網站,制作仿真實驗軟件, 讓學生能根據理論課進度, 進行模擬仿真實驗, 這樣, 提高了學生對理論課知識的理解和對實驗的興趣,還可為學生提供現有的各種儀器的工作原理和使用說明, 使他們通過網絡熟悉儀器, 產生感性認識, 為必修實驗打下基礎。同時,生活生產中與物理化學實驗相關的材料也可以以多媒體的形式掛在網站上,開闊學生的眼界。通過仿真模擬實驗, 實現了物理化學實驗的第一層次要求, 既使學生對物化實驗產生了興趣, 又使學生獲得了更多的實驗信息, 從而有利于實驗教學質量的提高。
4.開設開放性實驗
在學生有了一定的實驗操作動手能力、調動起了學習積極性的基礎上,可以進行開放性實驗探討。開設開放性大多為具有一定深度和前沿性的小課題或直接參與老師的科研項目,學生自己查閱相關資料、設計實驗方案, 確定實驗內容和實驗時間,自己動手做一切與實驗相關的工作。以學生為主體的開放性實驗, 學生自主學習, 獨立思考, 自由發揮, 從而激發學生的創造性思維和探索精神, 培養學生發現問題、分析問題和解決問題的能力,實驗室與實驗設備也得到充分利用,學生通過對實驗結果的檢測, 使用到大型的精密儀器設備, 學以致用, 更進一步激發學生對實驗的興趣。
整個課程教學改革計劃四部分內容是一個有機的整體,學生學習物理化學實驗的步驟按照:實驗教材中的實驗對應的實驗錄像多媒體與虛擬仿真實驗實驗室操作,開放性實驗則是最后的檢驗環節。該計劃可以一方面解決目前物理化學實驗教學中普遍存在的多種問題,全面實現物理化學實驗教學目的;另一方面可以在有限的實驗教學時間內,擴大學生的知識面,使學生了解物理化學實驗與實際生產的聯系,激發學生們的求知欲望和探索精神, 提高了學生的創造能力。
結論:
該課程計劃首次把多媒體技術,電影,虛擬仿真技術聯合應用到物理化學實驗教學上,構建一個完整的虛擬物理化學實驗室。其目的是使學生能掌握物理化學實驗的基本方法和技能,從而能根據所學原理設計實驗,選擇和使用儀器,培養動手能力,鍛煉學生的觀察能力,正確記錄數據、處理數據、分析實驗結果的能力,培養學生的創新精神以及嚴肅認真、事實求是的科學態度和作風。其特色和創新之處在于:
1.多媒體技術+電影+仿真技術有機結合的虛擬實驗室??梢愿碌碾娮影鎸嶒灂约跋嚓P的多媒體資料,使學生了解原理的同時開闊眼界,標準的實驗錄像使學生對實驗有一個直觀的了解,易于掌握實驗的標準化操作。仿真實驗使學生利用電腦模擬真實環境,并根據真實環境中的理論和實際操作情況在虛擬的環境中進行操作、驗證、設計、運行。在此基礎上,學生進入實驗室進行操作。優點:投資小,收效高;維護簡單,更新方便;資源豐富,適用面廣;提高設備利用效率,使用靈活;利于學生自主學習,提高學習效率。
2.真正的開放性實驗。虛擬實驗室的建立不僅節省了學生的學習時間,節約了設備的投入,關鍵是培養了學生自己學習設計實驗,選擇和使用儀器和進行開放性實驗的能力。
參考文獻:
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物理化學實驗范文3
結合專業特點,凝練實驗內容高職高專生的學制是三年,化學類的專科生和本科生一樣一般都要修四大基礎化學和實驗,在縮短了一年學習時間的情況下,實驗課時數也會比本科生少一些,如果物理化學實驗的課時數為34個課時,要完成教材上的52個實驗顯然是不可能的,因此應該根據專業特點,精選實驗內容,從中選出囊括熱力學、電化學、動力學、表面膠體化學等方面內容即可,大概可以完成8個實驗。根據選用的教材和參考本校本科的物理化學實驗教學大綱,可以選擇如燃燒熱的測定、甲基紅的酸離解平衡常數的測定、純液體飽和蒸汽壓的測量、希托夫法測定離子遷移數、電導法測定乙酸乙酯皂化反應的速率常數、旋光法測定蔗糖轉化反應的速率常數、最大氣泡法測表面張力、黏度法測定水溶性高聚物相對分子質量等驗證性實驗和測定苯分子的共振能等研究設計性實驗。加強組員間的分工合作,提高課堂效率物理化學實驗由于儀器設備成本較高,很難實現像無機、有機、分析實驗一樣一人一組的教學模式,本校所有的物理化學實驗設備都是南京多助和南京桑力電子設備廠生產的成套設備,每套設備都有相應的儀器裝置圖、使用說明書、操作步驟,這些知識和課本描述的有一些差別,任課教師在上課時需加以強調和提醒學生注意,將課本和儀器說明書很好地銜接起來。假如一個班級有30名學生,每種實驗設備有4套,可以將學生分為4組,每組7~8名學生,這樣就不能實現每人都可以操作,因此教師需要引導學生在實驗的過程中應加強合作,避免出現從頭到尾都是一個學生在做,其他學生都是圍觀。例如,燃燒熱的測定這個實驗,可以將實驗步驟分為4個部分,即①試樣制作和裝試樣②充氣、調水溫、水溫檢查和環境溫度溫差測定③燃燒熱過程測量(包括計算機程序的設置、點火、實驗數據保存等)④放氣并檢查,可以讓學生依次輪流操作,完成水當量的測定后,再做萘的燃燒熱測定,這次每人操作的部分可以和剛才的不同,這樣整個實驗下來,就實現了每個人都有兩次動手的機會,同時也可以從觀察組員的操作中加深對實驗的理解,極大地提高了學生上課的注意力和參與性,也提高了課堂教學效果,同時也培養了學生團隊精神[5]。
經過調整實驗內容的教學順序,學生基本能理解實驗原理,較好地撰寫實驗報告。多媒體輔助實驗教學,讓實驗形象化傳統的物理化學實驗教學采用黑板和粉筆的板書的形式講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟來開展實驗教學。它具有人性化特點,教師的人格魅力和富有情趣的講解,可以調動教師、學生的課堂情緒,有利于一些重要公式的推導和物理化學基本理論的理解。然而,隨著實驗教學內容的更新、教學容量增大和新儀器新設備的應用,迫使傳統的物理化學實驗教學方式和方法的改變。運用多媒體技術與傳統的教學方法其相結合,充分發揮多媒體技術在實驗教學中的作用,能改變傳統實驗教學的弊端[6]。近幾年,較多高校都有了物理化學的省級、國家級精品課程和相應的網站,里面有物理化學實驗教案、實驗視頻,可以讓學生通過百度搜索進入精品課程網,通過觀看實驗教學錄像預先學習實驗過程,了解儀器的使用,對實驗有個整體的認識,到真正上實驗課時就會有似曾相識的熟悉感,很快進入實驗狀態?,F代的物理化學實驗數據處理多數可以借助計算機軟件[7],而不是以往的依靠坐標紙來作圖,因此在上課過程中,需教會學生如何使用常用的計算機數據處理軟件,如Excell和Origin,單靠課本的描述,學生會覺得很抽象,因此現場操作顯得很有必要,教師可以讓學校安裝多媒體設備,通過大屏幕來介紹這兩款常用軟件的使用,每個實驗對數據處理的要求不同,如黏度法測定水溶性高聚物相對分子質量,需要在同一個坐標中畫兩條直線,這項技術和其他的一個坐標畫一個圖有些技術差別,教師在本次實驗講解的過程中,要添加這方面的知識。利用多媒體技術還可以進行儀器使用的示范,實驗過程的演示,對操作細節的放大、慢放和重復播放,展示難以看清楚的實驗現象以及正確的、錯誤的實驗操作等。
在實驗結束后會有一定量的鍍銅廢液產生,可以讓學生將廢液倒入一個專門的回收瓶中,可以將這些廢液用到無機化學實驗或分析化學實驗中做“提取回收液中的銅”或者“銅含量分析”的實驗。再有在“最大氣泡法測表面張力”實驗中,用到不同濃度的正丁醇,由于整個實驗,正丁醇溶液都沒有受到污染,因此做完實驗可以繼續將溶液倒回原來的瓶子,這樣,幾個班下來就可以節約一些正丁醇,減少有害物質的產生。利用本科教學條件,規范教學秩序本校利用本科合格水平評估的契機,加大對實驗設備的投入,有意大利貸款、中央財政貸款等經費,目前擁有的儀器設備可開設本科物理化學實驗教學大綱100%的實驗,??频慕虒W只需從中選出部分實驗足以滿足教學需要[8]。教師在剛開學時就可以把本學期將要上的實驗課內容告知學生,讓學生有足夠的時間來進行網絡預習和在上理論課時更有針對性地學習。??平虒W的考核體系亦可參考經過多層次論證的本科教學考核指標,可適當降低難度,增加實驗操作的分數比重,突顯專科生以操作能力、實踐能力為主的應用性人才培養特色。增加開放性實驗,多層次教學彌補課堂容量不足的有效方法之一便是讓學生參加開放實驗,然而??粕捎谧陨淼奶攸c要獨立進行開放實驗有一定的難度,在遇到一些理論問題時不能夠很好的解決,因此可以利用他處于本科院校的優勢,在進行實驗時,教師可以安排一個本科生帶一個專科生來解決這個問題,這種一對一的幫扶教學形式在實踐中取得了較好的效果。例如精細專071班的周艷莎同學和化工本081班的黃冬梅、譚銘基結成對子,經過兩年的時間,周艷莎最后專生本成功,并且撰寫了《芭蕉芋直鏈和支鏈淀粉純品的提取及其光譜分析》論文,在中文核心期刊《食品科技》上發表[9]。
物理化學實驗范文4
關鍵詞:物理化學 實驗教學 教學模式 能力培養
物理化學實驗是物理化學的重要組成部分,其對鞏固和加深學生對物理化學基本原理的理解,提高學生對物理化學知識的靈活運用能力都起著十分重要的作用。在強調現代科技人才素質教育與創新能力培養的今天,實驗更是適應知識快速更新、科學技術多學科交叉發展趨勢的需要,是培養學生實踐能力和科研能力的重要環節,具有不同于理論教學的重要作用。
一、教學對象特點分析
高校擴招使得職業學校生源素質有逐年下降的趨勢,學校的生態環境直接影響著學生的成長。90后學生在認知能力、個性特征和興趣愛好等方面具有自己的典型特點。在對教學對象的分析中,筆者認為現在高職的教學對象思想活躍、精力充沛、求知欲望較強,但自我約束力相對較弱,易受環境影響,且動手能力不足。由于受物理化學理論課程的影響,學生普遍覺得物理化學枯燥乏味,從而對物理化學實驗也“敬而遠之”。因此,打消學生的顧慮,提起學生的動手興趣,是教學中需要探討的問題。
二、教學現狀及存在的問題
經過50多年的發展,物理化學實驗教學課程體系幾經改革。目前,在教學中還存在如下問題。
1.實驗內容缺乏新意
實驗多以驗證經典理論為主,與現代科學發展結合較少,與現代物理化學的研究內容和方法銜接較少,不利于學生學習新知識和綜合素質的提高。
2.實驗課教學方法單一、落后
傳統的實驗課教學模式嚴重降低了學生對實驗課的興趣,不利于實驗課教學質量的提高。此外,采取大循環方式開課,造成部分實驗內容往往超前于理論教學, 達不到預期的教學效果。
3.學生對實驗課重視不夠
學生對實驗課重視不夠,僅僅是按講義進行實驗操作,多半是被動應付。
4.儀器陳舊
一些學校的物理化學實驗儀器是二三十年前的產品,與現代技術的發展和培養要求脫節。
三、教學改革與探索
傳統的物理化學實驗教學模式很難適應現代社會對人才的要求。為了提高實驗教學質量,增強學生學習的主動性, 筆者結合所在學校學生的特點,從以下幾個方面對物理化學實驗教學進行了探索與改革。
1.編寫校本教材,優化實驗教學內容
對現有的實驗教學內容進行篩選、整合及拓展,刪除影響學生學習積極性及創新能力提高的操作簡單、內容單薄的驗證性實驗, 保留能夠培養學生基本操作能力的基礎性實驗。除此以外,可根據學校實際情況,編寫學生感興趣、又能利用現有設備的實驗。
2.發揮學生主體地位,體現“教、學、做、考”合一的思想
為了激發學生對物理化學實驗學習的興趣, 提高學習積極性,教師應在實驗教學中給予學生更多的自主性和靈活性, 建立以學生為主體、教師為主導的實驗教學模式,使學生由被動變為主動。還可運用多媒體技術進行教學,同時應加強實驗過程中的師生互動。
3.將實驗課考核納入物理化學課程考核體系
考試是教學的重要環節,嚴格、科學的考試可以發現教學中存在的問題,促進教學質量的提高。應將物理化學實驗成績與平時理論教學過程結合起來, 且實驗成績占40%。這種考試方式將改變學生對實驗課的態度,提高學生對實驗課的重視程度。
4.與時俱進,實驗與理論課程相匹配
對于開設物理化學實驗較多的班級來說,難免出現部分實驗超前于理論教學的現象。而實驗課程若脫離理論課程,將使學生難以理解實驗原理,達不到預期的效果,所以應根據實際情況,適當調整實驗時間與內容,使學生能夠更加容易地實現理論與實際的聯系。
5.更新儀器設備,合理利用相關資源
為了降低儀器設備的老化速度, 使其更好地發揮作用, 可以采取技術改造的辦法??梢哉{動實驗教師的積極性, 發揮其智慧,也可以組織學生參與儀器設備的技術改造。這樣不僅可以提高儀器的利用率, 最大限度地發揮其作用,以滿足教學和科研的需要,而且可以培養學生的創新能力。
參考文獻:
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物理化學實驗范文5
關鍵詞:應用技術型大學;物理化學實驗;教學
伴隨著經濟的發展、時代的進步,應用技術型本科院校建設正在如火如荼的前行著。此種類型院校的建設,依然以教學為主,面向應用,突出創新,強化實踐。以營口理工學院化學與材料工程系為例,在各專業修定人才培養方案過程中,結合營口融入“一帶一路”的國家戰略和遼寧沿海經濟帶的經濟發展戰略,注重理論與實踐相結合[1]。由精英式人才教育向應用型、技能型人才教育轉變,在整個轉變的過程中逐漸形成一種新的高等教育模式。在地方本科院校的教育結構中,實驗室相對其他來說是比重極大并且具有獨特優勢的教育資源。而在各類實驗中,物理化學實驗在基礎理論教學中,扮演著尤為重要的角色[2]。它對于化學相關理論的學習有著承上啟下的樞紐作用,學生在進行物理化學實驗學習時,即可以對無機化學實驗、有機化學實驗、分析化學實驗等進行綜合應用,又可為以后的專業實驗學習奠定基礎,學習過程中也初步培養了學生的邏輯思維、動手操作能力以及創新意識和綜合素質。
1優化實驗內容,提高學生實驗興趣
物理化學實驗基本原理,蘊含著豐富的理論知識內容,若依據教材將原理詳細講授,必然會使學生的實驗時間縮短,并且在開篇就有長時間的理論知識講授,也會使學生產生理論知識轉移上課地點的錯覺,甚至對實驗還未開始便已產生了厭煩、抵觸的心理,從而影響實驗效果,不能較好的完成實驗課程的培養目標。在營口理工學院化學與材料工程系課程設置中,物理化學實驗是應用化學、化學工程與工藝、材料科學與工程、無機非金屬材料工程等專業必修課程中一門重要的基礎課,它不僅培養學生對精密實驗儀器的使用、實驗數據的處理以及對實驗結果進行討論與分析的綜合能力,這些獨特的學科特點也決定了物理化學實驗在應用型本科院校人才培養中的重要地位。在實驗內容設計上,我們學院教師以服務地方經濟發展為指導思想,針對應用型院校各專業的培養目標,結合學生的實際情況編寫教材。優化實驗內容,使物理化學理論知識與實驗內容有效的結合起來;合理安排上課時間,保證實驗內容要晚于相關物理化學理論知識的學習。從而在物理化學實驗課上精簡實驗原理的講解,使學生實驗開始于興趣的保鮮期。學生在較好的掌握了理論知識的基礎上,進行實驗操作與探討,避免學生照方抓藥,盲目的實驗。例如,在單一組分體系中,物質的廣度性質可以直接加和[3]。在多組分體系中,物質廣度性質的變化,并不能簡單地加和,而是有著復雜的變化。學生對此總是充滿了困惑,特別是對多組分體系的廣義性質如何定量與定性,充滿了好奇。偏摩爾性質這一概念的引入,可以較好的解決這個問題,并且可以激發學生深入探究的興趣。學生在學完理論知識后,帶著知識與曾有的困惑,設計實驗過程。在實驗準備過程中,提供氯化鈉(分析純),無水乙醇(分析純)做待測物質,每個班級可以自選待測樣品,設計實驗。學生通過網絡與教材相關的理論知識,做好實驗過程的處理,提煉出整個實驗步驟以及注意事項。在教師的宏觀控制下,整個實驗過程中,不僅培養了學生運用具體物質進一步理解抽象概念的思想方法,而且培養了學生的科研探索能力以及團隊合作精神。既可以達起到理論指導實踐的作用,又有利于培養學生的思維能力,激發學生的實驗興趣與學習的能動性,同時也可以使學生將理論知識在實驗中得到消化理解。不僅加深了對理論知識的理解,也提高了學生的實驗熱情,為以后的科研以及工作打下良好的基礎。
2優化教學方式,提高教學效果
有人說,一個人的成功,智商是基礎,情商是關鍵。在現代的教育中,不僅僅要注重學生知識技能的培養,更要注重學生情商的培養。隨著經濟技術的發展,實驗教學設備的更新也緊跟時代的步伐。物理化學實驗主要是應用精密的實驗設備運用物理的方法,來探討和驗證化學性質和化學反應規律的一門科學。我們結合物理化學課程教學內容,安排相應的實驗順序,由易入難。結合物理化學實驗教學內容,采用以問題為基礎的教學方法[4]。在教學實施中,要求學生在課前進行預習,準備好實驗過程中數據記錄表格,了解整個過程中所需儀器、藥品;教學過程中,實驗教師明確教學目的,以教學內容為基礎,以物理化學課程教學知識為先導,根據不同專業的課程安排,對相應實驗題目有針對性的進行提問。在提問過程中,教師要把握好問題的難度與廣度,明確學生需要掌握的知識、操作技能。教師在問題的設置與解說過程中,有意識的將學科發展的前沿與應用向學生展示介紹,讓學生感受科技成果在實際應用中的價值,真正的揭開理論與實踐相結合的神秘面紗,激發起學生學習、研究與應用的興趣,由被動學習向主動學習發展,從而提高學習效果。同時,以教學內容為培養紐帶,通過具有時代特色與應用價值的教學方式、教學內容,能夠直接觸及學生內心深處,使學生在物理化學實驗操作過程中,產生情感的變化,從而達到情商的培養。伴隨著網絡技術的發展,網絡信息與網絡平臺的充實與豐富,也有了教育信息化。因此改革傳統教育方法,應用現代教學技術手段也成了應用技術型大學實驗教學的發展趨勢。以本學院為例,各個基礎化學實驗室均配備多媒體教學設備。針對物理化學實驗教學,在教學過程中可以采取微課、微視頻等教學方法,將事先錄制好,或者網絡中影響力大的學校相對應的教學視頻,放到學院的公共資源平臺中,一方面,可以讓學生在課前預習中直觀、全面的看到實驗儀器的使用,以及規范的實驗操作。減少學生在課堂實際操作中,實驗的失敗、藥品的浪費、玻璃儀器的破損以及因為使用不當造成實驗儀器的損壞情況。另一方面,可以通過直觀的視頻、圖片等,激發學生學習的“饑渴”感,從而提高學生的學習興趣與親自動手操作的欲望。將有限的課堂進行無限的延伸,增強實驗教學的效果。
3優化考核方式,提高學生整體能動性
營口理工學院是一所新成立的地方本科院校,學院的知名度、影響力雖然在逐步提升,但學生綜合素質相對要省內重點院校相對要弱一些,學生的自我控制能力以及學生的自學能力水平有限,因此教師依然是教學的主體。以往的期末考核,主要以實驗報告為準則,這樣導致了學生對實驗結果的過分關注。而實驗的分組操作行為,也會引起學生實驗過程敷衍、報告抄襲的嫌疑。并且這種單一考核方式對學生的實驗操作技能不能起到良好的引導和督促。因此,優化實驗的考核方式是很有必要的。為了全面發揮學生學習的主觀能動性,達到本門課程的培養目標。考核方式采用如下模式:出勤+預習+實驗操作+實驗記錄+實驗報告+衛生。出勤,不僅培養學生時間觀念,也培養學生的組織紀律性。預習,體現學生個體差異性,從而優化教學資源,因材施教。實驗操作,是完成實驗教學的基本保證,而嚴肅認真的態度是實驗成功與提高實驗質量的一個重要保證。因此在實驗過程中,要求學生認真對待實驗儀器的組裝、操作的規范化,通過學生間的互動、互補、互助培養學生的合作能力,增強學生的集體榮譽感意識。任何一門科學探究都少不了對現象以及數據的記錄,化學實驗,由于現象的千變萬化、數據的繁雜,實驗記錄顯得尤為重要。干凈整齊的實驗記錄,是實驗后續數據處理、實驗過程歸納總結的必要條件。因此實驗記錄的考核,一是讓學生敢于面對真實的實驗結果,學會記錄數據、現象,尊重客觀科學實驗事實,重在思考產生不同現象、數據的原因,形成初步的獨立思考能力;二是培養學生初步科學探索的基本習慣,為以后進一步深造打好基礎,從而培養學生嚴謹的科學態度。實驗報告,是學生實驗結果后續整理的一次重現,也是學生整個實驗過程的縮影。通過整理實驗報告,學會分析問題、處理問題的能力,從而養成歸納、總結的良好習慣。衛生,既可以考察學生的操作是否規范,又可以考察學生對實驗結束后儀器的擺放是否歸回原位,從而培養學生良好的實驗習慣。從部分到整體,從整體到部分對實驗成績做了綜合評價,既培養了學生的動手能力、組織合作能力,又使學生能夠理論聯系實際,深化對理論知識的理解。從而為學生繼續深造以及步入工作打下良好的基礎。綜上所述,以應用技術型大學—營口理工學院化學與材料工程系物理化學實驗課程為基礎,對實驗教學方式、內容以及考核方式進行了探討。隨著實踐比例的增加,實驗課程的重要性逐步提高,也促使教師不斷完善、充實自我,積極探索實驗教學的新思路、新方法,提高物理化學實驗教學質量,以適應新時期—應用技術型大學對人才的要求,以及學院的發展。
參考文獻
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[3]徐美玲,李風海.偏摩爾性質的教學研究[J].山東化工,2016,45(15):150.
物理化學實驗范文6
1.實驗儀器的模塊化
物理化學實驗與其他基礎化學實驗顯著不同的是所使用的儀器設備較多。儀器設備是物理化學實驗室的重要組成部分,是反映實驗室水平和實驗室實力的重要標志,是實驗教學的物質基礎和學科發展的必備條件。因此建設高效運行和方便組裝的儀器設備,是確保物理化學實驗教學順利進行的有力保障。結合國內重點髙校的先進管理和我院物理化學實驗教學積累的豐富經驗,首先提出了物理化學實驗室的儀器設備模塊化建設方案,并進行了相應的實踐。在儀器采購中,減少套裝儀器的購買,而是通過購買一些必要的測試模塊如電動勢測試模塊、微壓差測試模塊和數字溫度測試模塊等,然后自行設計、搭建和組裝不同的實驗裝置,不同儀器模塊可靈活組裝成適用于不同實驗項目的裝置。在實驗項目和儀器布局上,針對模塊化進行調整。例如其中一間實驗室中設置了電動勢測試模塊、壓差模塊以及超級恒溫模塊,通過簡單調整組合,可開設“電動勢法測溶液的pH”“甲酸氧化動力學研究”“飽和蒸氣壓測定”和“最大氣泡法測定表面張力”等實驗。主要模塊以及對應實驗如表1所示。
儀器模塊化的突出特色主要體現在以下方面:首先,在教學過程中,模塊化可以強化學生對儀器的原理以及功能的掌握,提升教學中學生的參與程度。學生對儀器的理解也不僅僅是完成實驗所需要的工具,還需要更多關注實驗及儀器運行的原理,從而提高實驗教學效果。相對普通的實驗教學,儀器模塊化對儀器原理理解更深人,對儀器的掌握更系統,在培養學生的動手能力的同時,對學生的基本實驗技能和實驗素質提高更為明顯。另外,強化原理的教學對培養學生的基本科研素質和創新意識都有顯著作用,讓學生在面對新問題、新體系時能夠迅速抓住核心問題設計方案進行研究。例如,電動勢測定pH實驗的原理是把需要測量的化合物濃度設計成電極反應,通過電動勢測定來計算物質濃度。電勢測定需要用到電動勢測定模塊,而對于溫度的控制與否,學生可以選擇采用恒溫模塊方案或者是采用溫度系數校正電極電位的方法來處理。通過2種方法的誤差分析和比較,對實驗的原理有更深人的理解。在熟練掌握電動勢模塊的應用以及電勢法測定濃度基礎上,學生對同類型的其他實驗可以很容掌握,比如在甲酸氧化動力學、BZ震蕩中,學生能更清晰地剖析拆分原理,把實驗分成3個部分:化學反應、電極和電勢測定,直接利用電勢測定模塊的連續測定功能去做相應的濃度測量而不用再學一遍電動勢的測試方法。其次,在部分模塊損壞或者更新時可以只需要修理和升級所需模塊,節約采購及維護資金。再次,儀器的模塊化對實驗室管理提出了更高的要求,有利于提高實驗室教師的維護和教學水平,在儀器出現故障的時候,可以用很短的時間和很低的成本將儀器修理好投人到實驗
教學中,為實驗室新儀器的開發提供了良好的技術儲備。最后,實驗裝置由物理學的光電磁控制模塊、化學反應器模塊和數據處理模塊等靈活組合,一機多用,有利于開發新實驗項目,提高儀器利用率。
2.實驗室的綠色化
實驗室污染是物理化學實驗的重要問題。在現有的物理化學實驗教學中,較大一部分實驗需要接觸到汞、苯、鉛等有毒試劑,開展物理化學實驗的綠色化探索與實踐不僅對實驗教學具有重要的現實意義,而且對物理化學學科發展具有重要的戰略意義[卜9]。因此,對物理化學實驗的綠色化建設勢在必行。在物理化學實驗室建設過程中,通過技術手段以及管理模式2個層面的創新對測試技術、研究體系和“三廢”處置方法進行改進,減少有毒有害源,實現物理化學實驗室的綠色化。
2.1測試技術的綠色化
表2列出物理化學實驗綠色化測試技術。物理化學實驗室傳統的測溫、測壓儀器常使用大量含汞的儀器,比如在“燃燒熱的測定”實驗中使用的貝克曼溫度計汞含量大,操作繁瑣,容易損壞,存在重大安全隱患;在“飽和蒸氣壓的測定”實驗中使用的U型管水銀壓力計中的汞容易揮發,也存在安全隱患。改進的方法是將水銀溫度計改成數字式傳感溫度計,將水銀壓力計改成數字式低真空測壓儀(壓差測試模塊)。而在大部分物理化學實驗中需要精確恒溫(超恒溫模塊),采用的測量和控制溫度的技術手段均為數字式傳感溫度測量技術。
2.2實驗體系的綠色化
很多傳統的物理化學實驗研究體系也是實驗室的有毒有害源。在“燃燒熱的測定”實驗中以前使用的待測物是萘,由于萘巳經被重新劃歸為人類潛在致癌物,有致癌風險,現將該實驗改成了蔗糖的燃燒熱測定。在“二元合金相圖”實驗中金屬樣在高溫熔融條件下易揮發,對學生健康存在隱患,現采用真空密封技術封裝樣品管,防止有害金屬揮發,消除隱患。在“雙液系相圖測定”實驗中,以前使用的是苯-乙醇體系,由于苯的揮發性強、毒性大,嚴重影響實驗室環境條件,現改為環己烷-乙醇體系,并配備良好的排氣設備,改善了實驗環境,實現了實驗室的無害化。
2.3“三廢”的無害化處理
物理化學實驗的另一個突出特點是實驗中藥品和試劑種類、用量較少,但實驗室產生的“三廢”不容忽視。所有實驗室統一配套通風排氣設備,能收集處理后排放廢氣。實驗室內配有耐酸堿、帶密封蓋的廢液回收桶,分類收集實驗產生的廢液后交與實驗管理部門統一處理。對于固體廢棄物,也設置了暫儲存區分類放置,收集后也交與實驗管理部門統一處置。物理化學實驗室還一直堅持廢料和溶劑回收工作,實現回收液、固體試劑重復利用,即能避免試劑的直接排放,又能節省開支。例如在雙液系的氣-液平衡相圖測定實驗中產生大量的環己焼-乙醇廢液,我們以水為萃取劑,萃取分離乙醇和環己烷,得到乙醇水溶液和粗環己烷,乙醇水溶液經過分餾、CaO脫水后得到無水乙醇,粗環己烷經精餾提純,得到純品環己烷;再比如在差熱分析實驗中使用過的硫酸銅,經溶解、重結晶后可得到純五水硫酸銅,而使用過的氧化鋁放置于干燥器中供下次實驗使用,可省去烘焙過程。另外,粗乙醇會用于有機公共實驗中工業乙醇的精制的實驗項目中,硫酸銅會用于大學化學實驗的硫酸銅重結晶和顯微鏡觀測的實驗項目中。
3.教學革新與硬件建設同步化進行
實驗儀器設備是物理化學實驗室的物質基礎,但管理及教學革新同樣重要。為了更好地發揮新設備儀器的作用,提高教學效果,同步進行了實驗教學體系、管理方式和教學內容的革新、創新和更新。
3.1物理化學實驗教學體系的革新
將原來依附于理論課教學的實驗課程變革為獨立設課的教學新體系,即把原來分散的物理化學課加實驗集成為獨立的基礎化學實驗課程,強化了物理化學知識、實驗技能和設計創新的連續性、關聯性和開創性。根據實驗技能培養的規律,對實驗內容進行整合,建立了基礎實驗一綜合實驗一研究性實驗三層次連貫、系統一體化的實驗教學新體系。3.2實驗教學管理方式的創新
實驗教學人員從實驗室管理、實驗儀器管理、準備實驗、指導實驗“一攬子”負責,責任“一桿子”到底。這樣切身參與到實驗教學的各個環節中,有利于提高專職實驗教學人員的實驗教學能力和水平,同時也避免了實驗教學的各個環節過程協調中的“扯皮”現象,確保新進儀器的高效運行。
3.3實驗教學內容的研究
通過對新進部分儀器的功能進行拓展,設計的實驗內容盡可能體現先進性、實用性、趣味性,減少了驗證性實驗,增加設計性、綜合性和研究性實驗,基本形成了基礎一綜合一研究的實驗教學新體系。例如,在氧彈量熱實驗中,設計了學生食堂早餐油條熱量的測定內容,這具有趣味性,從而激發學生的學習熱情。同時為了實現實驗內容的先進性,物理化學實驗教研室人員在完成實驗室工作的同時,積極參與科學研究,了解學科的前沿和進展,不斷提高學術水平,掌握現代實驗理論與方法,并結合我校專業的需要,將科研成果融人實驗內容,充分體現我校物理化學實驗教學的特色。例如,將金屬管道腐蝕的研究與物理化學實驗結合,用于學生的課外提高型實驗,訓練學生的科研素養。