培养学生创新能力的物理化学实验教学改革

侯红帅 吴佳娥 邹国强 纪效波＊

（中南大学化学化工学院，湖南 长沙410083）

物理化学实验在化学化工、生命科学与制药、材料与环境等相关专业创新人才培养中占有非常重要的地位[1]。物理化学实验偏重于精密仪器的使用，由于教学资源等原因，部分高校的教学资料主要是自编讲义，学生通过预习实验讲义和课堂上老师对相关实验的讲解来了解实验原理、仪器使用及操作步骤。这种传统的实验教学模式不利于学生兴趣的培养和创新思维的建立[2]。应新课改的要求，教师应该扮演引导者的角色，引导学生对问题积极探索，培养学生的实践能力和创新能力，将所学的知识应用于实践活动中。教师需要采用学生感兴趣的方式，激发学生学习的兴趣。随着网络时代的迅速发展，各种虚拟仿真平台渐渐应用于一些实验当中，学生可以在仿真软件上重复操作进而熟悉仪器的使用。对仪器熟悉之后，学生进入实验室做实验时可以进一步发现问题、解决问题。针对传统的物理化学在预习过程、教学内容、实验操作过程中存在的一些问题，本文将采用一些新的方法应用于物理化学实验教学中，使物理化学实验教学向着培养创新型人才方面发展。

1 传统的物理化学实验教学存在的问题

1.1 实验前的预习方式单一，效率过低

传统的物理化学实验教学模式以教师讲授为主(Lecture-Based Learning，LBL)，最大的优点是集中化教学效率高，存在的最大不足之处是学生的主体作用不能得到最大限度的展现[3]。传统物理化学实验的预习是采用撰写预习报告的形式，学生照着实验书按部就班地抄写书上的目的、原理、步骤、仪器试剂以及注意事项等。有的学生甚至是一边追着剧一边抄写预习报告，没有经过大脑的思考。对于一些内容比较多的实验甚至需要花费两个小时左右来抄写，这样既浪费了时间，学生也没有很好地掌握整个实验原理、操作步骤以及对实验仪器的使用，因此在实验过程中，学生依葫芦画瓢地照着实验书上的步骤机械的操作，导致学生创新思维上的懈怠。

1.2 实验时间短，学生无法多次实验

和无机化学和有机化学实验不同，物理化学实验通常需要使用特殊的仪器设备，实验过程相对更复杂，需要的时间更长。相对由于学时和课时的安排，每次实验课的时间都是固定的。如果想要在规定的时间内很好地完成实验，这是需要一些前提条件。首先，学生需要熟练地掌握实验原理、实验内容、实验仪器等要求；其次，在实验过程中是不允许出错的，因为对于一些实验来说，当前的实验数据往往会影响下一次的实验数据。如果一次错，也就步步错，最后只能从头再来。遇到这种情况想要在规定的时间内完成实验，对于学生来说，条件是有一定苛刻的。

1.3 实验课程与理论课程安排不合理

一般来说，在开展实验课程之前，学生需要掌握一门先行理论课程——物理化学。学生首先需要学习相关理论知识，在掌握理论知识的前提下，通过实验课程才能深度挖掘理论知识背后的实际运用。如此才能做到理论指导实践，实践检验理论，二者的有机结合。然而，一些高校往往在实验课程与理论课程设置上不恰当，理论课程在前，实验课程在后，但二者的时间跨度太大，更有甚者，理论课程在第一学期，实践课程在第二学期，二者完全脱节。理论指导实践，实践检验理论，二者的有机结合也成了一句空话。

2 物理化学实验教学改革的具体措施

2.1 预习形式多样化

针对传统的物理化学实验预习形式的单一化，可以对预习时的准备工作进行改革。（1）设置预习题目发放给学生，学生在预习时完成。预习题目不用太多，一两个就可以，教师可以通过一些网上学习平台将预习题目提前发布给学生，由学生在实验前完成，然后提交给老师，老师进行评阅打分作为平时成绩之一。（2）每个学生把实验所涉及的仪器、原理、方法、试剂背后的人和事写下来。比如针对仪器，可以写仪器是由哪一个科学家发明的，将发明和改进仪器过程中发生的故事写下来，这样能加强学生对实验仪器的了解，在进行实验时更好地使用仪器，减少对实验仪器的损害，降低财产流失；针对试剂，学生查找资料充分了解试剂的性质比如挥发性、毒害作用、氧化还原性以及在其他方面的一些运用等，将这些性质写下来。这样可以拓宽学生的知识储能，提高学生对试剂的了解程度，避免一些有害试剂带来的不必要伤害。

2.2 教学内容的改革

物理化学实验有着和它相对应的一门基础理论学科——物理化学，在课程安排上，实验时间的安排应当与所学的理论知识相对应，学生在学习基础理论知识后接触与之相对应的实验就会水到渠成、事半功倍。其次，在物理化学实验教学中引入日常生活、工农业生产和科学研究实例，从具体的问题中提炼出科学模型，并对模型进行分析，引导学生设计成相关综合型实验，前沿新颖的实验教学内容不仅可以推动物理化学课程的内涵式发展，拓宽学生视野，唤起学生的好奇心和求知欲，而且可以使学生真实体会物理化学在本学科领域所起的重要作用，感受学以致用的乐趣[4]。

2.3 教学评价模式改革

大多数学校教师对学生本门实验的期末成绩评价主要包括预习报告、实验报告两项的总成绩，忽略了实验操作过程的评定。因此，可以采用多种教学评定的方式评价学生实验成绩。实验前，老师可以提问，通过学生回答的好坏程度进行打分，在实验过程中，老师可以到处走动对学生的实验操作进行打分。实验数据需要老师签字，而且记录的原始数据不得出现改动，若有改动不得掩盖错误的数据而且要标明数据错误的原因。这样可以避免学生以不认真的态度做实验，用其他同学的数据应付老师。

2.4 物理化学实验向着智能化、多元化转变

如今信息技术飞快发展，线上线下混合式的教学加速了未来教育网络常态化转变[5]。大规模的线上教学平台如欧贝尔实验平台、PSG-player仿真平台、雨课堂、慕课等平台的应用如雨后春笋将教学推向智能化。基于虚实结合的实验教学模式[6],可以将虚拟仿真平台运用于物理化学实验教学中，学生可以先通过虚拟的3D仿真软件对实验进行重复操作然后取每次的最高分作为平时成绩，虽然存在刷分的情况，但是刷分的过程也是重复操作的过程，学生不用受时间和空间的限制，可以在仿真平台根据自己的想法进行实验的设计，控制实验条件获取比较好的实验数据。

2.5 网络直播在物理化学实验教学改革的可行性

学生通过仿真平台熟悉实验操作之后，老师可以鼓励学生进行操作直播，就像现在非常流行的游戏主播一样，学生可以对3D虚拟实验进行直播，直播平台可以是老师建立的一个群，同学们在进行仿真实验时录制视频然后将视频发在群里供同学们观看，也可以是同学自己建立的直播号，对外直播自己在仿真软件上进行实验操作的整个过程，可以附上讲解。

3 结语

发展学生的主观能动性，发挥学生在学习中的主体地位是十分重要的。兴趣是一切活动的基础，教学过程不仅要培养学生的学习兴趣和创新能力，还要提高学生的实践能力。老师应当注重教学手段的多元化运用，充分利用各种线上教学平台，挖掘学生无限潜力。这不仅对物理化学实验的教学改革有很大的意义，对培养新型的创新人才也起着重要作用。