物理化学实验的教学改革与实践

舒红英 陈萍华 钟劲茅 吴美凤

(南昌航空大学环境与化学工程学院，江西 南昌 330063)

“物理化学实验”是四大基础化学的实验课程之一，它综合运用了物理和化学中的概念、实验技术和数学运算方法研究物质的物理化学性质和化学反应规律，为后续的专业课程学习提供更直接的基础，是连接基础学科和应用学科、科学研究的桥梁[1-2]。

我校针对应用化学和材料化学专业大二的学生开设物理化学实验课程为“物理化学实验1”和“物理化学实验2”。2015年以前，我们也专门针对这门课程进行了相应的教学改革研究，取得一些成绩[3-4]，但在教学方法、内容、信息技术、考核评价方面还需进一步完善和创新，通过近几年的教学改革与实践，对该课程从教学内容、方法、手段及资源上进行了优化，修改了教学大纲，出版了教材[5]，把PBL方法和颠倒课堂的教学方式融入教学中，细化考核标准，增设信息化技术，构建了“问题教学法”学生为主体的物理化学实验体系。

1 教学内容优化

在不同类型的实验上进行了不同内容的优化，使实验内容更加丰富，以提高学生的实验兴趣、实验技能及创新能力。

(1)基础性、综合性实验

对基础性、综合性实验，同一实验项目可采用不同方法完成。如“量气法测一级反应速率常数”实验，可采用水准瓶法和皂膜法两种方式测量气体体积；改变仪器种类、改变实验试剂或改变测试方式等。再如“液体粘度的测定”可采用奥式粘度计或乌式粘度计两种粘度计来测定；“最大气泡压力法测定液体的表面张力”即要学会微压差仪使用，又要学会液体比重天平的使用；“双液系气液平衡相图”实验即要蒸馏测定气液平衡时沸点，又要学会阿贝折光仪的使用等，一个实验内容学会多种方式方法，吸引了学生的兴趣，提高了学生的实验技能。

(2)设计性、研究性实验

对设计性实验，老师编写好创新设计性实验的教学要求和选题表在网络课程上发布，让学生自主选题自己设计实验方案，在老师指导下独立完成实验，学生完成论文式实验报告，进行PPT汇报与讨论，最大限度地发挥学生的主观能动性，锻炼其表达能力，培养其创新意识，为科研打好基础。不同学期的设计性实验选题见表1和表2。表1为省略表，其中表面活性剂、考察因素、测定方法可以组合成不同的内容，即题目也不同。表2中题目为5大类型，每一类型选的物质不同，方法不同，又可命名成不同的题目。实验内容丰富，引入科研方法，提高了学生的创新能力。

表1 表面活性剂临界胶束浓度(CMC)的测定——设计性实验选题表

表2 研究探索性实验选题表

2 教学方法优化

(1)采用PBL和颠倒课堂研讨式的教学方式

PBL是以学生为主导、以问题为导向的教学方法，颠倒课堂是“先学后教”。我们通过问题引导学生预习、上课讨论讲解，例如在“电导的测定及其应用”实验中可提出如下一些预习问题：什么是电导、电导率、摩尔电导率?各自的符号与单位？如何测弱电解质醋酸溶液的电离平衡常数?本实验采用什么方法测定？方法有哪些，各有什么适用范围?本次实验需要测量哪些实验数据?为什么要在恒温状态下测定？为什么要测水的电导率？实验过程中应注意哪些问题?为什么?随着醋酸溶液的稀释，溶液的电导率将如何变化？仪器如何使用等等。

这些问题答案一般容易从实验教材中找到，要求学生课前预习时通过反复阅读实验教材、观看网络课程中的教学视频与课件，先自学。实验课中由提前分好任务的学生组织讲课，并随机提问抽查，并根据量化的评分标准记录预习成绩。而对于教材中找不到的，较难的问题，新的知识点问题，可以不计入预习成绩而需要学生共同讨论完成，学生自己解答正确的属于优秀档内的加分项，学生都不会的老师再做解答。

为了锻炼学生讲解能力，要求学生参与讲解，全班分为6大组，4-5个人为一组，不同实验项目准备不同的讲解内容，每人都要参与讲解，有的讲解原理或步骤，有的讲解注意事项或问题讨论。学生分好组接受任务后，做好准备，有困难的学生应及时与老师沟通。目的是培养学生自学能力、沟通和表达能力。

(2)注重设计性实验，培养学生科研能力和创新能力

a.“物理化学实验1”中，设计性实验的选题表见表1。学生可以根据自己的兴趣选择表面活性物质的种类、实验测定的方法及影响因素，因此，在老师的指导选题下，每位同学选择的实验内容都不相同，也就意味着每位同学要独立进行实验方案的设计，这样积极调动每位同学都要根据自己的实验内容查阅文献资料、设计方案以及实施方案。

实施过程中，老师在场提供帮助、引导，学生独立自主完成实验。实验完成后同学们分组进行讨论，如：选择同种表面活性剂的同学在一组讨论，可以得到不同因素对临界胶束浓度影响的规律。这样可以发扬学生团结合作精神，培养学生科研能力。并且实验成果可撰写成论文，如舒梦同学的论文“十二烷基硫酸钠的临界胶束浓度的测定及影响分析”发表在《化工时刊》期刊上[6]。

b.“物理化学实验2”中，研究探索性实验内容见表2。学生选好题目后，根据自己的选题方向搜集所需要的文献资料，写好实验方案，由老师把关，方案可行才能进入实验室进行实验。考虑到同学们的进度、实验内容及仪器药品均不一样，除了在实验课时内来进行实验，还可以先跟老师预约时间来进行实验，实验室开放，直到实验完成为止。以培养学生的科研能力和创新能力。

将研究探索科研方式引入到教学过程中，可发现优秀的学生，让他们参加课外“三小”科研活动，参与到老师的科研课题，提高学生的科学素质，为培养高层次科研人才打下基础。如150212班学生田恩柱，丁攻坚等选题“不同表面活性剂对碳钢电极极化曲线的影响”，实验成果2018年10月发表在《实验科学与技术》期刊上，再如150212班学生周明辉，王文莉等9位学生在课程组老师指导下参与发表论文8篇，其中SCI收录5篇。

3 考核标准细化

为使“物理化学实验”课程考核更加科学、合理，根据多年的教学实践，细化了考核标准，构建了实验教学考核测评体系，见表3。

(1)平时考核：将考核贯穿到考勤、实验预习、问题解答、实验方案设计、实验过程、实验结果和讨论、实验报告的全过程中。

a.强调“实验结果与讨论”中的理论分析，实验结果与讨论是科研工作中最重要的一个环节，量化分值高。

b.强调独立完成实验报告，抄袭者不及格，数据做假者“零分”，以改正学生的坏习惯。

c.对于实验有新的设想、建议、改进方法的，加分。

表3 考核测评体系

(2)期末考核：采用闭卷口试或笔试、操作考核，从已建立的不同内容不同题号的试题库中随机抽取一题号进行考试，考核内容涉及实验原理、实验操作、实验注意事项、实验问题讨论等。另一方式：网络考试，定时开放考试系统，定点集中考试。

实验报告评定细则：在考核项目前四项不扣分情况下，实验报告采用百分制。实验目的5分，实验原理20分，仪器和试剂5分，实验步骤20分，实验数据记录与处理20分(其中数据记录5分，处理15分)，实验结果讨论25分(其中实验结果规律说明8分，误差分析5分，问题讨论10分，体会建议2分)，注意事项5分。

4 课程网络建设

依托南昌航空大学网络教学平台建立了物理化学实验课程，课程大纲、安排计划、课表、设计性实验安排、方案格式、教学视频、教学课件、论文式实验报告格式要求、纪律、参与互动、考核等细节挂在网络课程上，为学生自主学习提供了一个网络学习平台。网络课程界面如图1-6。

图1 课程界面 图2 绪论PPT

图3 预习界面 图4 操作视频

图5 目录1 图6 目录2

5 结束语

经过多年的实验教学与实践，形成了一定特色，构建了“问题教学法”学生为主体的物理化学实验体系，以培养学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，培养学生自主学习能力和创新能力，为学生将来走向社会创业打下基础。