物理化学实验教学中的常见问题与改进

余朝琦

［摘要］物理化学实验是培养高校化学、化工、材料、环境等专业大学生创新意识和实践能力的重要手段，本实验室针对教学过程中出现的问题开展了“以提高学生实践能力为本、传统装置与现代仪器兼顾、技术引进与技术改进结合”的物理化学实验教学改革，对多个实验项目的装置和方法在升级过程中出现的问题进行了分析总结和改进优化，实验项目成功率、准确率和准时率明显提高，成效显著。

［关键词］物理化学实验教学教学改革

［中图分类号］G642.4［文献标识码］A［文章编号］2095-3437（2014）02-0067-02

物理化学实验对培养大学生的基本操作技能和独立实验能力, 进一步加深基础理论原理和基本概念的理解至关重要，是高校化学、化工、材料、环境等专业的基础实验课程，是培养相关专业大学生创新意识和实践能力的重要途径。为提高物理化学实验教学质量，在国家对教育投入持续增加的背景下开展的教学改革呈现出了加强研究创新型实验、提高实验结果准确性、推进开放式实验教学、尝试主动型实验教学、提倡绿色实验教学等趋势，我们也曾经提出了利用高校测试中心大型精密仪器构建本科生创新能力教学平台的思路和实践，这些发展趋势直接导致了教学实验仪器向更先进的方向迈进。然而先进的实验仪器若配置不当，将大大弱化实验过程的直观性和减少学生动手拼搭装置的机会。

为此，成都理工大学基础化学实验教学示范中心（省级）物理化学实验室从2005年开始针对教学过程中出现的问题开展了“以提高学生实践能力为本、传统装置与现代仪器兼顾、技术引进与技术改进结合”的物理化学实验教学改革。经过努力和反复试验，我们对多个实验项目的装置和方法升级过程中出现的问题进行了分析总结和改进优化，实验项目成功率、准确率和准时率明显提高，学生满意，老师满意，目前已基本实现了“封闭与直观结合、传统与现代结合、自动与手动结合”的物理化学实验仪器构架，搭建了与培养学生创新意识和实践能力相适应的物理化学实验教学平台，物理化学以外的其它课程（如现代化学基础等）也纷纷选择或增加物理化学实验项目，年人时数由2005年的10000左右增加到2013年的25000左右，教改成效显著，为我校基础化学实验教学示范中心（省级）建设做出了积极贡献。

一、实验装置改进

（一）锡铋二元金属相图

本实验室锡铋合金相图实验装置经历了“电炉加热坩埚熔融玻璃温度计测温”的传统搭建装置，到“全封闭自动加热测温”的金属相图仪，再到“电热套加热坩埚熔融热电偶传感器测温”的改进装置的发展历程。改进装置较好地解决了传统搭建装置电炉丝易断、玻璃温度计易碎及汞污染、读数不准确、学生读数过程中需要触碰温度计进而经常打翻坩埚造成电炉短路甚至烫伤等问题，也克服了金属相图仪不直观、温度过冲、故障后不易修复等缺点。

（二）饱和蒸汽压的测定

本实验室目前测定饱和蒸汽压的加热装置是双层水浴结构的超级恒温水浴，显示温度为外层水浴温度，而样品又放置在内层水浴，为了保证显示温度与样品温度一致就必须保证内外层水浴温度一致，而达到这样的温度平衡一般需要30分钟左右，从而要么导致学生在4个学时内无法完成实验，要么未到温度平衡就读数致使实验结果不准，另外学生调平衡用的U型管液面也不易观察。为此，我们增加一支温度计直接测定内层水浴温度, 这就保证了测定温度与样品温度一致而无需内外层水浴温度平衡，实验快而结果准，U型管内加入不影响实验结果的红色试剂（如：苋菜红、胭脂红等）也很好地解决了液面不易观察的问题。

（三）最大泡压法测定溶液的表面张力

本实验室新近购置的表面张力实验仪采用了成套的玻璃装置加数字压力计的结构，较好地解决了过去读数的人为误差，但该装置很难观察到气泡均匀单一的冒出，实验现象很不明显,学生基本上无法读到稳定的最大值，实验成功率极低。经过多次试验，我们发现对于给定的实验溶液，毛细管是决定气泡能否均匀单一冒出的关键因素，通过采用一根0.5 ml移液管代替原装置昂贵的毛细管，冒泡问题迎刃而解，不仅将实验成功率提到了100%，而且缩短了实验时间。

二、 实验方法改进

（一）双液系的气液平衡相图

本实验室目前的气液平衡相图装置采用的是内加热方式，不仅学生不易掌握而且液体易爆沸冲出烧瓶发生意外。为此，我们用小功率可调电热套进行外加热并加入小块沸石的方法较好地解决上述问题，实验过程既直观又没有危险。

（二）旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数

蔗糖在水溶液中转化成葡萄糖和果糖是一个二级反应，在纯水中反应速度很慢，需要氢离子催化，实验方法使用的是3 mol/l HCl做催化剂。在实际教学过程中，4学时的实验在冬季会经常拖堂到6-8个学时，造成这一结果的主要原因是冬季温度过低。经过多次实验我们制定了HCl浓度随环境温度而变的改进实验方法（见表1）。这样一个小小的改进就解决了原来经常拖堂的问题。

表1不同环境温度下的盐酸浓度

Tab.1 Conc. of HCl under different temperatures

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三、结束语

第一，近年来，高校教学改革一直是教育改革的重点，并且也在持续不断地进行，目前的总体趋势是培养学生的创新意识和实践能力，目的是为了能使学生更好地跟上社会时代发展的步伐，可以更快地融入实际工作中。实验教学改革作为高校教学改革的重要一环，也是围绕这一趋势开展的。

第二，针对教学过程中出现的问题开展了“以提高学生实践能力为本、传统装置与现代仪器兼顾、技术引进与技术改进结合”的物理化学实验教学改革，成效显著，有效增强了大学生的基本操作技能和独立实验能力,重点培养了相关专业大学生的创新意识和实践能力，进一步加深了基础理论原理和基本概念的理解，学生和老师都从中受益匪浅。

第三，对锡铋合金相图、饱和蒸汽压测定、溶液表面张力测定、双液系的气液平衡相图、蔗糖转化反应的速率常数测定等多个实验项目的装置和方法升级过程中出现的问题进行了分析总结和改进优化，实验项目成功率、准确率和准时率明显提高。

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［责任编辑：左芸］