基于“燃烧热测定”实验 谈物化实验教学改革

赵朴素 宋洁 刘炳华

摘要：以“燃烧热测定”实验为例，教会学生将理论知识与实验内容相结合，训练学生用计算机技术处理实验数据，培养学生实事求是的科学精神，强化学生环保意识，提升学生创新及团结协作精神。

关键词：燃烧热测定；物理化学实验；教学改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2015）51-0252-02

化学家戴安邦教授曾指出“全面的化学教育要求化学教学既传授化学知识和技术，更训练科学方法和思维，还培养科学精神和品德”[1]。根据戴先生的观点，结合当前物化实验教学改革现状，加强对学生素质的培养仍然是一个重要课题。在普通高校，物化及实验课程均在大学二年级开设，但是有许多大二学生对于大学的学习方法仍然没有完全掌握。物化实验中，他们只是机械地完成书上的步骤操作和数据处理，不能体会物化理论知识对于实验的指导作用，更不知道自己做的实验步骤设计有何依据和作用，以至于做实验时，一旦有一个步骤稍与书上不同，就会将之前的数据废掉，重新开始。至于在实验中培养创新意识，对现有实验内容和方法进行改进，将所学的计算机知识在物化实验中加以应用，在实验中培养相互间的团结合作精神，诸如此类的问题学生们就更不知道从何着手了。显然，上述状况如不加以扭转，学生能力和素质的提高就成为一纸空谈。而要改变这种状况，仅靠学生自身的努力，是难以在短期内达到目的的，为此，实验教师必须付出努力，多学习，多实践。本文即以基础实验“燃烧热测定”为例，谈谈笔者在教学过程中所做的一些努力。

一、实验预习内容具体化——知识和技能传授方法的改进

学生们做实验前都会进行预习，但是他们的预习就是将书上的实验目的、原理和步骤简单抄一下，很少动脑筋思考三者之间的联系。虽然老师上课时也会对有关问题加以讲解，但是这样的方式对学生学习能力的培养所起的作用并不明显。为此，我们将实验预习内容具体化，提出具体问题，事先交给学生，让他们思考，并将答案写在预习报告本上。例如，根据我们所用的教材[2]，对于“燃烧热测定”实验，部分预习的题目为：（1）结合氧弹量热计的构造和使用方法，思考本实验中，系统和环境分别是什么？二者间是否存在热交换？如有热交换，实验结果会受什么影响？（2）氧弹量热计得到的热效应是何种热效应？它和反应热有何关系？（3）实验中，苯甲酸有何作用？（4）待燃烧的样品为何要压成片状？压片应该松或紧？（5）点火丝长度是否越长越好？安装点火丝时应注意什么？（6）反应热测定对于温度有何要求？本实验中如何实现反应前后温度一致？（7）为什么要进行温度校正？如何校正？（8）本实验需要记录的数据有哪些？为什么？为了答对问题，学生们需要认真阅读实验教材，复习理论课上讲过的理论知识。通过回答这些问题，一方面学生们学会了如何预习实验，对将要做的“燃烧热测定”实验有了深入的理解，能够充分了解实验中关键步骤所在和注意事项，有利于实验的成功實施；另一方面，这样的训练让学生们认识到如何将理论与实验相结合，从而对理论知识的学习产生兴趣。

二、实验内容和数据处理方法的改进——科学方法和思维的训练

在实验教学中加强对学生科学方法和思维的训练，一直是大学化学实验教学中值得关注的课题。为此，我们采取以下两个做法。

1.总结“燃烧热测定”实验方法，要学生学会“举一反三”。通过预习并结合课本上的实验步骤，学生们基本上都能很好地完成萘燃烧热的测定工作，在此基础上，老师要求同学们思考这个实验方法在现实中的作用，将这一实验方法“举一反三”。因为以前的实验教学中，对学生没有这样的要求，所以，此工作开始实施时，许多同学不知道如何思考。这时，我们首先准备了“蔗糖”，要求学生设计实验步骤，测定“蔗糖”的燃烧热。有了具体的“蔗糖”为参考，学生们都能很快地设计出相应的实验方案。接着，我们又要求学生们测定“活性炭”和“家用煤球”的燃烧热。因为“活性炭”是干燥的粉状物，不容易压成片状，而“家用煤球”中，除了可燃烧的碳，还有不可燃烧的泥土和水分，显然，对这两个物质燃烧热的测定，要考虑的内容增加了。例如，为了将“活性炭”压成片状易于点燃，必须在“活性炭”中加点水，待将加水后的“活性炭”压成片状后，再于120oC烘干，最后，进行“活性炭”燃烧热测定。至于加水量多少和烘干的时间长短，学生们也想出相应的办法进行实验设定。有了测定“活性炭”燃烧热的训练，对于“家用煤球”燃烧热的测定，学生们在考虑实验操作可行性的同时，进一步考虑如何将泥土的量除去以后计算燃烧热，以及燃烧热数据的表示方法等。当设计好实验步骤后，许多学生都在实验室开放时间到实验室亲自动手操作实验，完成实验后的喜悦挂在学生们脸上，他们的实验能力得到了显著提高。另外，为了训练学生们的科学方法和思维，针对实验课内容，我们还注意培养学生们查阅文献的能力。针对“燃烧热测定”实验内容的改进，我们推荐学生参阅相关的参考文献[3-5]，帮助他们学会思考，做到举一反三、触类旁通。

2.根据“燃烧热测定”实验结果，教会学生科学地处理数据。“燃烧热测定”实验中，学生记录和处理的数据之一是反应物在燃烧过程使体系升高的温度，温差测量使用数字型电子贝克曼温差温度计，温差为四位有效数字。为了准确判断燃烧前后体系的温差，在处理实验结果时，需要用“雷诺校正”作图的方法获得实际的反应温差，因此，如何将实验温差的准确度在作图处理数据时得以保持就成了重要环节，也就是说，如何将测量数据的准确数字和最后一位不准确数字，都在坐标上表示出来[6]。这一环节，同学们经常考虑不周，从而大大降低了实验结果的准确度和可信度，因此，教师必须教会学生在作图时科学准确地设定坐标分度。例如，如何在直角坐标纸上准确表示3.426这个温差数字等。我们还鼓励学生使用Origin软件进行数据的处理。在“燃烧热测定”实验中，结合文献方法[7]，要求每组两个学生分别负责“燃烧苯甲酸”和“燃烧萘”的数据处理，每组做两幅图，一个是手工绘制，一个是用软件绘制，然后对比作图过程中可能带来的误差。显然，对于同一组数据，手工作图时，不同的学生得到的结果可能不同，即使是同一个学生画两次，其结果也不会完全一致，而Origin软件的使用则克服了上述缺陷，实验数据处理更准确，可以很快地对实验数据进行结果分析和讨论，提高了效率。

三、坚持实事求是，加强合作和环保意识——科学精神和品德的培养

在“燃烧热测定”实验中，我们采取以下做法对学生进行科学精神和品德的培养。

1.坚持实事求是，如实记录和处理实验数据。实验过程中，要求学生如实地记录样品质量及反应前后体系的温度，数据要给老师签字。在做实验报告时，学生不能随意地修改原始数据。比较燃烧热的实测值与理论值后，必须对实验结果进行分析和讨论。这样，促使学生认真操作、细致记录并深入分析实验结果，强化了学生对科学严谨性的认知。

2.发扬合作精神，分工完成实验操作。由于设备条件的限制，“燃烧热测定”实验是两个学生一组，共同完成实验，我们给学生提出的要求是：两人分工要明确，一人负责称量、压片，一个负责安装氧弹。另外，两人分别负责标准物苯甲酸和待测物萘燃烧时的相关实验操作及数据记录。两个同学必须同心协力，才能获得满意的实验数据，实验数据处理时，为了保证实验结果的一致性，两个学生还必须进一步协同合作。老师在批改实验报告时，也充分考虑两个学生合作的情况，给予成绩。整个过程的实施，让学生体会到合作的意义，认识到团结协作在科学研究中的重要性。

3.加强环保意识，积极改进实验。传统的“燃烧热测定”是测定萘的燃烧热，在萘被燃烧前，要对其粗称、压片、精称，整个操作过程中，萘都被暴露在空气里，而萘易挥发，很容易扩散到大气中，既污染实验室环境，又危害学生健康。为了消除污染隐患，结合“绿色化学”[8]这个新兴理念，提示学生将“燃烧热测定”实验进行“绿色化”实验方法改革。如前文所述，我们提供“蔗糖”给学生们，用“蔗糖”取代“萘”进行实验，由于“蔗糖”是生活中常见的食品，完全符合“绿色化学”的理念，既不再使用有毒、有害的物質，也不再产生废物，把污染治理转变为污染预防[3]。这样的实验改进，将环保的种子植于学生心中，有利于加强学生的环保意识。

总之，在“燃烧热测定”实验中，从预习、操作、数据记录和处理以及实验内容的改进等方面，我们有针对性地采取了一系列的改革措施，这些措施注重学思结合，营造了独立思考、自由探索、勇于创新的良好环境，有助于学生又好又快地掌握化学知识和技术，达到了训练学生科学思维及培养学生科学精神和品质的目的。

参考文献：

[1]戴安邦.全面的化学教育和实验室教学[J].大学化学，1989，4（1）：1.

[2]上官荣昌，皮光纯，李康，等.物理化学实验[M].第二版.北京：高等教育出版社，2003.

[3]黄致臻，杨喜平，安明月，等.大学物理化学实验的绿色化改进[J].广州化工，2013，41（5）：193.

[4]陈永宝，訾学红，刘淑珍.物理化学实验教学的创新研究[J].大学化学，2013，28（6）：17.

[5]过家好，陈俊明.物理化学实验的绿色化改革与实践[J].广东化工，2010，37（12）：165.

[6]任聚杰，郭子成.谈物理化学实验的有效数字问题[J].实验室科学，2013，16（1）：196.

[7]樊玲，尚贞锋，武丽艳.Origin软件在物理化学实验中的应用[J].大学化学，2011，26（2）：41.

[8]Wardencki，W.，Curylo，J.，Namiesnik，J. Green Chemistry-Current and Future Issues. Department of Analytical Chemistry，Chemical Faculty，Gdansk University of Technology Narutowicza，2005：389.