新型物理化學(xué)實(shí)驗教學(xué)模式的設計論文

　　物理化學(xué)實(shí)驗是我�；瘜W(xué)、化學(xué)工程與工藝、環(huán)境工程、高分子材料與工程、藥學(xué)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)必修基礎實(shí)驗課。它以測量系統的物理量為基本內容，研究系統的物理性質(zhì)與化學(xué)變化之間的某些重要規律，綜合了化學(xué)領(lǐng)域中各分支所需的基本研究工具和研究方法。物理化學(xué)實(shí)驗主要依靠各種物理學(xué)精密儀器進(jìn)行，與物理化學(xué)、結構化學(xué)等課程緊密聯(lián)系，同時(shí)又是一門(mén)獨立的、實(shí)踐性及技術(shù)性很強的課程。物理化學(xué)實(shí)驗課程的這些特點(diǎn)在很大程度上決定了其教學(xué)效果與實(shí)驗教學(xué)儀器設備密切相關(guān)。

　　傳統的物理化學(xué)實(shí)驗過(guò)多依附物理化學(xué)理論課程，其中驗證性實(shí)驗為教學(xué)的主體內容。隨著(zhù)現代科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展，高科技與數字顯示儀器設備大量誕生，但考慮到逐年提高的儀器設備損壞率及管理難度，物理化學(xué)實(shí)驗室一直存在開(kāi)放不足的問(wèn)題。教師在教學(xué)時(shí)既想讓學(xué)生獨立操作，又擔心學(xué)生弄壞實(shí)驗儀器設備；教師既想讓學(xué)生單人單組，但又因實(shí)驗儀器臺套數的限制，這種要求難以滿(mǎn)足。在這些矛盾的狀況下，物理化學(xué)實(shí)驗教學(xué)很難達到考查學(xué)生綜合運用物理化學(xué)實(shí)驗原理、實(shí)驗方法及實(shí)驗技術(shù)解決實(shí)際測量問(wèn)題的能力，考查學(xué)生綜合運用和設計實(shí)驗的思想和能力及正確處理實(shí)驗數據能力的目標，更不能實(shí)現21世紀培養社會(huì )適應性人才的目標。因此，打破這種僵化、矛盾的局面，大膽對物理化學(xué)實(shí)驗教學(xué)模式進(jìn)行創(chuàng )新改革很有必要。經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)改革與實(shí)踐，我們建立了一種“信息化、自主型、開(kāi)放式”的物理化學(xué)實(shí)驗教學(xué)新模式。

　　一、加強教材建設，調整課程體系。

　�。ㄒ唬┙滩慕ㄔO的必要性。

　　由于各高校學(xué)科專(zhuān)業(yè)側重方向不同，物理化學(xué)實(shí)驗課程的教學(xué)內容和教學(xué)方式也不盡相同，這為教學(xué)提供了很大的擴展空間。得益于儀器設備的更新?lián)Q代和不斷發(fā)展，尤其是微電子和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，過(guò)去物理化學(xué)實(shí)驗中的一些手動(dòng)記錄儀器設備被計算機聯(lián)機應用和數字顯示儀器設備替代。但事物的發(fā)展是一把“雙刃劍”，它使學(xué)生享受到科技發(fā)展帶來(lái)的成果與便利，卻在物理化學(xué)實(shí)驗教材的選擇上給我們帶來(lái)了一個(gè)難題：各高校使用的物理化學(xué)實(shí)驗儀器設備型號不可能完全相同，而已有的實(shí)驗教材很難完全符合我們教學(xué)的要求。

　　鑒于此種現狀，我們自20xx年xx月起就自編了一套《物理化學(xué)實(shí)驗》講義，在連續使用6xx年之后，又重新對實(shí)驗講義進(jìn)行了大范圍修訂，并成功申報了學(xué)校的教材立項。經(jīng)過(guò)兩年的使用，教師和學(xué)生均反映修訂版的講義非常有特色，可以聯(lián)合湖北的其他高校出版。最后，在湖北文理學(xué)院和黃岡師范學(xué)院兩位老師的鼎力支持下，我們又一次增加和調整了部分實(shí)驗內容，使實(shí)驗總數達到45個(gè)�！段锢砘瘜W(xué)實(shí)驗》教材也于2013年9月在化學(xué)工業(yè)出版社正式出版。

　�。ǘ�）課程體系調整的必然性。

　　從教學(xué)體系上看，物理化學(xué)實(shí)驗由化學(xué)熱力學(xué)、溶液、化學(xué)平衡、相平衡、電化學(xué)、動(dòng)力學(xué)、表面化學(xué)和膠體化學(xué)等部分組成。這些經(jīng)典實(shí)驗項目的設計大都偏重于驗證性實(shí)驗，屬于基礎知識應用和技能訓練實(shí)驗，缺少綜合設計和研究性實(shí)驗內容，與各高校的辦學(xué)特色不符，物理化學(xué)實(shí)驗作為一門(mén)獨立必修實(shí)驗課的教學(xué)目的難以體現，作為理論課的重要組成部分，對學(xué)生進(jìn)行綜合應用和創(chuàng )新能力培養的教學(xué)目標難以達到。另外，實(shí)驗教師對基礎驗證性實(shí)驗的評價(jià)往往忽略實(shí)驗過(guò)程，而過(guò)于注重實(shí)驗報告和實(shí)驗結果。

　　對于那些肯動(dòng)手、會(huì )動(dòng)腦，實(shí)驗數據真實(shí)但實(shí)驗結果不夠理想的學(xué)生來(lái)說(shuō)，這種評價(jià)模式就會(huì )在無(wú)形中打擊學(xué)生的實(shí)驗積極性和求知欲。在新出版的教材中，我們按照物理化學(xué)理論課程體系對實(shí)驗內容進(jìn)行了歸類(lèi)，基礎性實(shí)驗包括化學(xué)熱力學(xué)部分的11個(gè)實(shí)驗，電化學(xué)部分的9個(gè)實(shí)驗，動(dòng)力學(xué)部分的4個(gè)實(shí)驗，表面與膠體化學(xué)部分的6個(gè)實(shí)驗及結構化學(xué)部分的3個(gè)實(shí)驗。我們自主研發(fā)的8個(gè)綜合設計性實(shí)驗和7個(gè)研究性實(shí)驗各占一章。為了使學(xué)生熟悉物理化學(xué)實(shí)驗常用儀器的操作，我們把“常用儀器的使用”單列為一章，以方便教師和學(xué)生快速查閱所需儀器設備的使用方法，同時(shí)我們增加了“常用儀器操作訓練項目”，要求學(xué)生結合開(kāi)放性實(shí)驗自主訓練。

　�。ㄈ�）我校物理化學(xué)實(shí)驗教學(xué)的特色。

　　我�；瘜W(xué)專(zhuān)業(yè)物理化學(xué)實(shí)驗總共有96學(xué)時(shí)，分兩學(xué)期進(jìn)行，每學(xué)期48學(xué)時(shí)�；瘜W(xué)工程與工藝、高分子材料與工程、藥學(xué)等專(zhuān)業(yè)的學(xué)時(shí)數均為48學(xué)時(shí)，環(huán)境工程專(zhuān)業(yè)的學(xué)時(shí)數為24學(xué)時(shí)，與基礎化學(xué)實(shí)驗合為一門(mén)課程，一學(xué)期完成。針對不同專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)，我們制定了不同的教學(xué)計劃。

　　我們首先將原有單一的物理化學(xué)實(shí)驗課程體系擴展為基礎性實(shí)驗、綜合設計性實(shí)驗和研究性實(shí)驗三個(gè)層次，每個(gè)層次教學(xué)目的與要求不同，以期達到由淺入深，循序漸進(jìn)，層層提高；其次兼顧經(jīng)典實(shí)驗項目與現代儀器設備，實(shí)現實(shí)驗基本技能與綜合應用能力共同培養，以最終達到培養學(xué)生獨立或在教師指導下設計實(shí)驗方案、獨立完成實(shí)驗操作的能力，促進(jìn)學(xué)生的創(chuàng )新精神，提高學(xué)生的創(chuàng )新能力。改革后的物理化學(xué)實(shí)驗課程體系完備，教學(xué)內容豐富，層次清晰，形成了從基本技能到綜合應用、從被動(dòng)接受知識到主動(dòng)獲取和構建知識、從單一課堂教學(xué)為主到課堂教學(xué)和開(kāi)放式教學(xué)相結合、從程序式照方抓藥到啟發(fā)式自主設計、自主探究式的新實(shí)驗課程體系和課程內容。

　　二、建立信息化教學(xué)平臺。

　�。ㄒ唬┬畔⒒瘜�(shí)驗教學(xué)的特色。

　　教育信息化是指在教育領(lǐng)域全面深入地運用現代信息技術(shù)來(lái)促進(jìn)教育改革和教育發(fā)展的過(guò)程。在信息時(shí)代的今天，利用互聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信技術(shù)搭建起來(lái)的信息互聯(lián)網(wǎng)平臺能夠滿(mǎn)足學(xué)校、教師、學(xué)生之間的信息需求，促進(jìn)教師和學(xué)生之間的信息溝通，實(shí)現教育信息化。在高等院校，信息化實(shí)驗教學(xué)主要是依賴(lài)精品資源共享課程平臺建立的一種新穎的教學(xué)環(huán)境。這種全新的信息化實(shí)驗教學(xué)環(huán)境具有以下特色：

　　第一，教師教學(xué)模式發(fā)生改變。在傳統的實(shí)驗教學(xué)中，教師在實(shí)驗前要詳細講解實(shí)驗的各個(gè)環(huán)節；而信息化實(shí)驗課程教學(xué)中教師在實(shí)驗前無(wú)需對各個(gè)實(shí)驗項目進(jìn)行詳細講解，只以提問(wèn)的方式檢查學(xué)生的預習效果，并重點(diǎn)強調實(shí)驗中容易發(fā)生的問(wèn)題及注意事項，隨后學(xué)生即可以開(kāi)始實(shí)驗。

　　第二，實(shí)驗教學(xué)效果顯著(zhù)提高。在信息化教學(xué)資源共享平臺上，學(xué)生可通過(guò)文字、聲音、圖像、動(dòng)畫(huà)及教師聲情并茂的講解等多種方式進(jìn)行課前預習，理解并熟悉復雜實(shí)驗儀器的結構、實(shí)驗原理和操作步驟，提高預習效果和實(shí)驗質(zhì)量。

　　第三，課程建設資源更加豐富。精品資源共享平臺建設是精品課程建設好壞的具體體現，其中課程教學(xué)錄像這一部分又是平臺建設中難度最大、最耗時(shí)和費力的一項內容。無(wú)疑，物理化學(xué)實(shí)驗的網(wǎng)上視頻資料也是課程建設的重要資源之一。

　　第四，實(shí)驗教學(xué)管理模式更趨成熟。信息化實(shí)驗教學(xué)一般要求實(shí)驗室具備開(kāi)放的條件，這樣學(xué)生才可以通過(guò)預約平臺進(jìn)入實(shí)驗室開(kāi)展各項實(shí)驗工作，包括常用儀器操作練習、綜合設計性實(shí)驗和研究性實(shí)驗等。這種信息化平臺的建設滿(mǎn)足了學(xué)生提前預約實(shí)驗、合理安排實(shí)驗時(shí)間、自主設計創(chuàng )新實(shí)驗等要求，保證他們能夠單人單組獨立完成實(shí)驗。教師也可以根據學(xué)生預約情況隨時(shí)調整開(kāi)放性實(shí)驗室的人數和時(shí)間，以期最大效率地利用物理化學(xué)實(shí)驗室的儀器資源，最大限度地提高實(shí)驗教學(xué)管理效率。

　　因此，信息化教學(xué)資源平臺的建設必將是物理化學(xué)實(shí)驗課程改革發(fā)展的一個(gè)趨勢，也是課程建設的重要內容之一。

　�。ǘ�）通過(guò)自主錄制實(shí)驗課程視頻錄像，建立信息化實(shí)驗教學(xué)平臺。

　　利用精品資源共享平臺，借助實(shí)驗教學(xué)課件與自主錄制的視頻開(kāi)通網(wǎng)上輔助教學(xué)功能，建立信息化教學(xué)平臺，為學(xué)生預習實(shí)驗、自主設計實(shí)驗提供幫助。在信息化平臺建設的過(guò)程中，實(shí)驗課教學(xué)視頻的錄制相對于理論課教學(xué)錄像難度更大，因為實(shí)驗操作步驟尤其是儀器操作中的每一個(gè)環(huán)節的演示、講解都必須嚴格按照規范化、標準化的要求進(jìn)行，它對任課教師提出了更高的要求，即儀器操作規范嫻熟、講解準確，同時(shí)也對攝像師提出了高要求，即熟悉儀器操作的每一個(gè)環(huán)節，這樣才能保證錄制的教學(xué)視頻重難點(diǎn)突出、實(shí)驗操作中重要環(huán)節展示到位。我們自主錄制的物理化學(xué)實(shí)驗教學(xué)視頻包括實(shí)驗目的和原理簡(jiǎn)介、實(shí)驗步驟及實(shí)驗儀器操作等內容，其中后兩項為主要內容。學(xué)生通過(guò)觀(guān)看精品資源共享平臺上的實(shí)驗教學(xué)視頻進(jìn)行課前預習，能夠達到熟悉儀器操作的目的。

　　傳統的物理化學(xué)實(shí)驗教學(xué)按照“實(shí)驗前預習、實(shí)驗前講解、實(shí)驗中演示實(shí)驗操作、實(shí)驗中教師指導、實(shí)驗結束數據處理、完成實(shí)驗報告”的模式進(jìn)行。有了實(shí)驗課程教學(xué)錄像和信息化平臺，我們就可以確保在滾動(dòng)式實(shí)驗教學(xué)過(guò)程中，學(xué)生充分利用精品資源共享平臺，提前觀(guān)看相應實(shí)驗的視頻教學(xué)錄像，實(shí)驗前通過(guò)實(shí)驗教材、實(shí)驗視頻詳細了解實(shí)驗內容和實(shí)驗步驟。在實(shí)驗教學(xué)中，教師將傳統教學(xué)模式的前三個(gè)環(huán)節調整為“實(shí)驗前提問(wèn)”一個(gè)環(huán)節。在有限的時(shí)間內，教師講解時(shí)間大大減少，學(xué)生自主實(shí)驗時(shí)間增多。提問(wèn)環(huán)節主要針對教師在視頻中對相應實(shí)驗的實(shí)驗內容和實(shí)驗步驟給出的若干思考題，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗室后可以相互討論，教師也可以提問(wèn)學(xué)生，從而考查學(xué)生的預習情況。實(shí)踐證明，學(xué)生樂(lè )于接受這種圖、文、聲并茂的實(shí)驗教學(xué)模式，教學(xué)效果比教改前明顯提高。

　　三、建立開(kāi)放式實(shí)驗室預約管理平臺。

　�。ㄒ唬﹪鴥任锢砘瘜W(xué)實(shí)驗教學(xué)現狀分析。

　　國內物理化學(xué)學(xué)科的改革正朝著(zhù)強化創(chuàng )新精神與培養創(chuàng )新能力的方向發(fā)展，物理化學(xué)實(shí)驗的教學(xué)模式與內容的改革也出現綜合、融合的趨勢。目前，部分普通高等院�；瘜W(xué)專(zhuān)業(yè)的物理化學(xué)實(shí)驗都開(kāi)設了12～16個(gè)基礎性物理化學(xué)實(shí)驗，沒(méi)有開(kāi)設綜合設計性實(shí)驗和研究性實(shí)驗。

　　一些高等院校借助教育部本科教學(xué)評估的東風(fēng)，更新與調整了物理化學(xué)實(shí)驗中的絕大部分儀器設備，實(shí)驗教學(xué)條件大幅度改善，物理化學(xué)實(shí)驗教學(xué)中除了開(kāi)設16個(gè)左右的基礎性實(shí)驗外，還開(kāi)設了4～6個(gè)綜合設計性實(shí)驗；還有一些條件好的普通高校及重點(diǎn)院校除了開(kāi)設上述兩種類(lèi)型的實(shí)驗外，研究性實(shí)驗也占了很大的比例，如北京大學(xué)，南京大學(xué)，武漢大學(xué)等。所謂設計性實(shí)驗是指學(xué)生在教師的指導下，根據給定的實(shí)驗目的和實(shí)驗條件，自行設計實(shí)驗方案，自己進(jìn)行實(shí)驗并對結果進(jìn)行分析處理，一般各高校會(huì )結合自身的特色量身定做一些設計性實(shí)驗。所有這些不同層次的物理化學(xué)實(shí)驗不僅能培養學(xué)生的獨立工作能力和基本科研能力，而且能使學(xué)生初步了解和掌握基本實(shí)驗技能及現代實(shí)驗先進(jìn)技術(shù)。隨著(zhù)現代實(shí)驗技術(shù)和研究方法的進(jìn)展，學(xué)科之間的交叉融合是各學(xué)科發(fā)展的顯著(zhù)特點(diǎn)。因此，綜合設計性和研究性實(shí)驗將會(huì )在今后的實(shí)驗課程體系和課程內容中占據越來(lái)越大的比重。

　�。ǘ�）我校物理化學(xué)實(shí)驗教學(xué)模式與教學(xué)內容的優(yōu)化。

　　受實(shí)驗儀器臺套數的限制，物理化學(xué)實(shí)驗過(guò)去大都實(shí)行兩人一組，現在基本實(shí)行單人單組。為了提高物理化學(xué)實(shí)驗的教學(xué)效果，提高學(xué)生的獨立操作和動(dòng)手能力，我們對實(shí)驗內容進(jìn)行了滾動(dòng)式教學(xué)，其他實(shí)驗依此類(lèi)推。這種滾動(dòng)式教學(xué)模式不僅彌補了儀器臺套數的不足，而且能提高實(shí)驗教學(xué)質(zhì)量。學(xué)生可根據自己的專(zhuān)業(yè)特長(cháng)和興趣，選擇合適的綜合設計性和研究性實(shí)驗，我們在安排時(shí)盡量避免學(xué)生扎堆選擇某一個(gè)實(shí)驗，盡量保證學(xué)生單人單組開(kāi)展實(shí)驗。經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)實(shí)踐，我們結合三所院校的特點(diǎn)已開(kāi)發(fā)出8個(gè)綜合設計性實(shí)驗和7個(gè)研究性實(shí)驗。

　　我們可以保證所有修讀物理化學(xué)實(shí)驗課程的學(xué)生在綜合設計性實(shí)驗環(huán)節都能按照自己的意愿選擇2個(gè)實(shí)驗進(jìn)行綜合性研究，并要求他們在研究過(guò)程中獨立查閱文獻資料，獨立動(dòng)手設計實(shí)驗方案，獨立完成實(shí)驗內容和實(shí)驗報告。研究性實(shí)驗對于本科生來(lái)說(shuō)是一個(gè)較高層次的實(shí)驗，主要培養學(xué)生的創(chuàng )新精神和創(chuàng )新意識。研究性實(shí)驗項目一般來(lái)源于教師的科研課題，學(xué)生可以根據自己的專(zhuān)業(yè)和能力選做1～2個(gè)研究性實(shí)驗，可以3～5人組成一個(gè)小組，以團隊的形式共同協(xié)作完成實(shí)驗研究。實(shí)驗結果不再是以實(shí)驗報告來(lái)體現，而是通過(guò)學(xué)生撰寫(xiě)的小論文來(lái)體現，這能為大四學(xué)生開(kāi)展畢業(yè)論文工作和后續繼續深造打下良好的科學(xué)研究基礎。

　�。ㄈ�）提高學(xué)生實(shí)踐水平，創(chuàng )建預約管理平臺。

　　顯然，綜合設計性實(shí)驗和研究性實(shí)驗如果按照教學(xué)計劃安排的有限課時(shí)數進(jìn)行，肯定不能達到預期目標，因為實(shí)驗所需實(shí)際課時(shí)數遠遠多于教學(xué)計劃學(xué)時(shí)數。這就要求實(shí)驗室必須全方位開(kāi)放，包括實(shí)驗人員、實(shí)驗場(chǎng)地、實(shí)驗時(shí)間、實(shí)驗儀器等。

　　為此，我們結合精品資源共享課程信息化平臺建立了一套便于操作的開(kāi)放性實(shí)驗室預約管理制度。學(xué)生首先通過(guò)登錄預約管理平臺了解實(shí)驗室儀器設備的空閑狀態(tài)，然后結合自己的時(shí)間進(jìn)行預約登記并自主進(jìn)入實(shí)驗室開(kāi)展實(shí)驗研究的各項工作。同時(shí)，實(shí)驗室教師也可以通過(guò)開(kāi)放性實(shí)驗室預約管理平臺了解實(shí)驗室儀器設備的使用狀態(tài)，提高教學(xué)管理效率。實(shí)驗室開(kāi)放雖然增加了實(shí)驗教師和實(shí)驗技術(shù)人員的工作量，但同時(shí)也促進(jìn)和提高了實(shí)驗教師和實(shí)驗技術(shù)人員的水平，鍛煉和培養了學(xué)生的實(shí)驗能力，綜合檢驗了學(xué)生的實(shí)踐水平和創(chuàng )新能力。

　　四、結束語(yǔ)。

　　蘇聯(lián)化學(xué)家普良尼施尼柯夫曾說(shuō)過(guò)：“知識不是某種完備無(wú)缺、純凈無(wú)瑕、僵化不變的東西。它永遠在創(chuàng )新，永遠在前進(jìn)�！蔽锢砘瘜W(xué)實(shí)驗教學(xué)改革的目標就是創(chuàng )新、前進(jìn)。為了豐富實(shí)驗教學(xué)內容、提高學(xué)生的動(dòng)手能力和創(chuàng )新意識，我們將原有單一層次的實(shí)驗內容擴展為基礎驗證性、綜合設計性及研究性實(shí)驗三個(gè)教學(xué)層次，建立了一種“信息化、自主型、開(kāi)放式”的物理化學(xué)實(shí)驗教學(xué)新模式。

　　自20xx年開(kāi)始，這種新型教學(xué)模式已在化環(huán)學(xué)院所有開(kāi)設物理化學(xué)實(shí)驗的專(zhuān)業(yè)進(jìn)行了實(shí)踐，學(xué)生普遍反映這種教學(xué)模式給了他們更多自主學(xué)習和動(dòng)手動(dòng)腦的時(shí)間，教師課堂上講得少了，學(xué)生掌握的實(shí)驗技能反而更扎實(shí)，學(xué)生由過(guò)去的實(shí)驗課應付差事到現在熱愛(ài)實(shí)驗課，教學(xué)效果顯著(zhù)提升。這種由淺入深、循序漸進(jìn)、層層提高的教學(xué)模式最終培養了學(xué)生獨立思考與解決問(wèn)題能力、綜合應用能力及創(chuàng )新精神和創(chuàng )新能力。

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