以电化学实验为例谈物理化学实验分层次教学

苏静+文衍宣+吕小艳+许雪棠+李斌

摘要：为了提高物理化学实验课程的教学质量，针对不同专业和类型的学生，开展分层次物理化学实验教学实践，既优化了实验技术手段，又提高了实验教学设备的利用率，促进了实验内容的改进和更新，循序渐进地培养了学生的思维和创造能力，为科研实践打下坚实的基础。

关键词：物理化学;实验;分层次教学;电化学

中图分类号：G642.0     文献标志码：A     文章编号：1674-9324（2015）25-0259-02

我国高等教育的规模自上世纪90年代末高校大扩招以来迅猛扩张，在短短不到十年的时间里完成了量的积累，步入了高等教育大众化阶段。但是，随着高等学校学生数量的不断增长，教学资源不足的情况也逐渐显露，成为了拔尖创新人才培养的薄弱环节。针对这一情况，培养学生实践能力的基础实验教学环节在不断地进行教学改革。合理利用现有的教学资源，有效地引入先进的实验教学方法，尤其是对不同专业和类型的学生，开展了分层次的实验教学实践，这对提高高等学校教学质量具有重大意义。笔者就所指导的理工科专业基础课——物理化学的分层次实验教学模式作一些探讨。

一、分层次实验教学模式的建立和内容

我国古代教育家、思想家孔子在几千年前就有“因材施教”的教育思想，并一直在教学实践中身体力行。西方教育家也提出了“教育应具有针对性”的理论。上述这些思想都是分层次教育的理论基础。所谓高等教育阶段的分层次教育，有两方面的含义：①同一门课，不同的专业使用不同的教材;②同一门课，同一专业的不同学生，可选择不同的授课层次和授课内容[1]。分层次实验教学改革的关键，是要打破所有学生同一培养模式的僵局，利用鲜活的、为不同学生量身打造的不同的教学内容，调动起每个学生参与实验的积极性。在新的实验教学环境下，学生自我追求的目标越来越高，所选择的实验课层次逐渐提高;学生创新能力、动手能力、实际应用能力也随之不断提高[2]。

二、物理化学实验分层次教学模式的实施

广西大学化学化工学院物理化学课程组承担着全校理、工、生、农等专业物理化学课程的理论教学和实验指导工作，根据专业教学大纲的不同，化学和应用化学这两门理科专业的物理化学实验独立设课，计108学时;而工、生、农专业的物理化学实验与基础理论课相结合，实验部分计33学时。课程组根据教学班级编制实验班并开展工作：实验教学分层次培养，分为基础层次、提高性层次和科研性层次三类，它是在提高实验课教学效率的同时，把大纲要求的教学与开放性实验教学结合起来，在规定的实验时间内，既完成教学大纲要求，又能使能力强、兴趣浓的学生在创新精神、动手能力方面得到进一步加强[3]。从表1中可以看出，实验教学改革不仅注重纵向分层次，使实验教学循序渐进，在夯实基础的同时构筑高地;也注重了横向的分层次，将实验等级不断提高，依据学生的专业及他们的意愿和能力，选择不同层次的实验，给予学生更大的积极性和创造性的发展空间。

（一）基础层次

基础层次主要包括工、生、农等相关专业的学生，占开展物理化学实验学生的80%以上，该层次强调实验与理论教学统筹协调，旨在让学生更深入地理解和掌握物理化学的一些基本原理、基础技术与实验方法。目前开设实验8个，涵盖了化学热力学、相平衡、化学动力学、电化学和表面化学的内容。其中电化学部分开设实验1个：波根多夫对消法测定原电池电动势。该实验为验证性实验，可使学生对铜、锌等电极有初步的感性认识，学习电极制备与处理的基本技能以及电化学测量体系的组建、电解池与电解质溶液的选择等基本操作;通过原电池电动势的测定实验，训练基本物理量电势的测定以及电位差计的测量原理和正确使用方法。在教学上，由教师严格把关，把实验要求、原理、步骤等较完整地提供给学生，使学生通过实验，达到感性认识的训练目的。

（二）提高层次

提高层次实验开放的对象为本学院化学和应用化学这两门理科专业的学生，每年向约80名学生开放。旨在使学生在教师的启发和指导下，通过认真思考和研究完成实验，达到更高层次上对电化学的全面掌握，除了基础层次的实验内容，引入一些实验技能要求较高，知识点覆盖更广泛的实验，同时开设设计性实验。该层次开放必修实验13个，此外还有3～5个设计性实验。目前的电化学设计性实验《金属-空气电极的制备及性能检测》是物理化学教学改革过程中将原有实验《铅蓄电池及其充放电曲线的测定》改进后开设的，克服了原有使用成品密封铅蓄电池，学生无法观察电池的正负极、电解液和隔膜等结构，只能简单操作测试仪器，实验内容单一的缺点。并且金属-空气电池是目前化学电源的研究热点之一，改进后的实验内容不仅涵盖了原实验内容的设计要点，更是结合了实验设备等硬件设施建设情况，贴近社会需求和科学技术发展水平。在教学上，结合理科专业的培养目标，要求提高层次的学生能在预习过程中就能够结合所学的物理化学知识基本掌握实验内容。实验过程中是由学生进行实验目的、原理和实验步骤的讲解，实验指导教师做补充并指出实验要点和注意事项，同时引入讨论课或小论文等环节。提高层次学生的教学目标是：掌握实验原理，实验操作规范，实验报告正确，实验讨论合理。上述措施旨在端正理科专业学生的科研态度和提高学以致用的能力，为将来的科研实践工作打基础。

（三）科研层次

科研层次的教学是结合我校“大学生实验技能和科技创新能力训练基金项目”进行的，该项目于2012年7月开始启动，旨在鼓励和支持本科生早进课题、早进实验室、早进团队，在导师指导下强化实验技能，参与科学研究或工程设计，增强本科生创新、实践、创业、就业等四种能力，提高人才培养质量。因此，参与项目的本科生需要开展的是某一科研课题的研究，以有关物理化学实验技能为基础，充分利用物理化学基础实验室的现有条件，在教师的指导下开展科研活动。项目开展两年多来，第一批项目已经结题，学生均反映基础层次和提高层次学到的一些实验技能，如电池测试、粘度测定，比表面测定等测试技术都能用在科研实践中，相关理论知识也得到了进一步巩固。

三、分层次实验教学模式对实验室建设的作用

实现分层次实验教学后，实验室的建设也可以分层次进行。2014年，课程组出版了新的《物理化学实验》教材，使大学物理化学实验适应新的发展形势：针对更新后的设备，对基础层次的实验内容进行了调整，如《乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定》。同时，结合本次课程组教师的科研成果增加了一些提高层次的综合性、设计性实验，如《药物有效期的测定》、《TiO2纳米材料的制备与表征》等。对科研层次主要是引进先进的精密仪器，提高测定准确率，目前物理化学基础实验室已更换了比表面测试仪，不仅能在实验教学中起作用，更能为学生开展科研项目提供分析测试平台，利用测试数据发表的科研成果也能够激励教师和学生及时地改进实验方法，不断更新实验题目，充分锻炼教师和学生的实践能力和创新精神，促进实验室的建设。

四、结束语

实行物理化学实验的分层次教学，既优化了实验技术手段，又提高了实验教学设备的利用率，促进了实验内容的改进和更新，并循序渐进地培养了学生的思维和创造能力，缩短了教与学、教学与科研、教科书和现代科学技术的距离，学生独立开展研究的能力得到很大锻炼和提高[4]。同时考虑到开设物理化学实验课程的学生来自于不同的专业的特点，分层次教学不仅使学生具有获取知识的能力，而且具有综合应用知识的能力，为本科高年级的科研实践打下坚实的基础，这也是我们所作的分层次所希望达到的目的。

参考文献：

[1]李士，徐治立，李成智，等.创新理论导论[M].北京：中国科学技术大学出版社，2009.

[2]王守信，郭萍.高等学校实验教学分层次培养模式探讨[J].实验技术与管理，2012，（1）：23-25.

[3]姚利民.当代中国大学生学习状况的调查[J].清华大学教育研究，2002，（2）：104-108.

[4]姜晓云，杨成全，刘炎松，等.从实际出发，探索分层次实验教学模式[J].大学物理实验，2011，（4）：99-101.endprint