時間：2022-04-05 22:45:10
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（一）立足基礎(chǔ)知識
基礎(chǔ)性實驗的目的是培養(yǎng)學生掌握基本操作，正確使用儀器；能夠認真觀察、準確記錄實驗現(xiàn)象和科學處理實驗數(shù)據(jù)；初步具有查閱手冊、工具書及其他信息源的能力，以及實事求是的科學態(tài)度、勤儉節(jié)約的優(yōu)良作風。環(huán)化學院“春曉班”是從應用化學和材料化學專業(yè)新生中選拔的優(yōu)秀學生所組成的特色班級，以中國工程院曹春曉院士的名字命名。下面以“春曉班”為例介紹物理化學實驗立足基礎(chǔ)的教學內(nèi)容。“春曉班”中一共開設了15個實驗（共64學時，分2個學期進行），其中10個實驗為基礎(chǔ)性實驗（共40學時），占總實驗學時的62．5％，學生如果基礎(chǔ)實驗部分做得不好，就不能通過物理化學實驗這門課程。在實際教學中，教師從嚴規(guī)范基本操作，嚴格把關(guān)，耐心指導，未掌握規(guī)范操作的學生必須重新進行實驗，直至合格。從嚴教學有利于培養(yǎng)學生準確觀察實驗的能力，掌握實驗的基本技能，同時也培養(yǎng)了學生實事求是的態(tài)度，學會了嚴謹?shù)膶嶒灧椒ā?/p>
（二）培養(yǎng)創(chuàng)新思維能力
物理化學實驗課第一個學期的最后一個實驗為設計性實驗。此實驗要求學生自己查閱文獻，設計方案，實施實驗，以提高實踐創(chuàng)新能力。學生沒有現(xiàn)成的實驗方案，需要自己動手設計方案。下面以設計型實驗“表面活性劑的臨界膠束濃度的測定及影響分析”為例介紹具體的實施過程：實驗中，學生可以根據(jù)自己的興趣選擇表面活性物質(zhì)的種類、實驗測定的方法及影響因素（溫度、離子及醇的種類及醇的用量）。因此，在老師的指導選題下，每位同學選擇的實驗內(nèi)容都不相同，這意味著每位同學要獨立進行實驗方案的設計，并根據(jù)自己的實驗內(nèi)容查閱文獻資料，實施方案。教師在實驗前提供文獻檢索的途徑、一個主題或幾個關(guān)鍵詞，由學生自己檢索、篩選、閱讀相關(guān)的文獻，學生要在規(guī)定的時間段內(nèi)根據(jù)查閱的資料，組織、總結(jié)前人的工作，然后設計自己的實驗方案。教師面對的學生的設計方案往往是五花八門的，這就需要教師做好足夠的預案。對于部分設計實驗能力欠佳，實在找不到相關(guān)文獻的同學，教師則會提供幾篇相關(guān)文獻供學生參考，但設計方案則必須由學生自己總結(jié)提出。實驗實施過程中，教師在場提供幫助，但不再手把手地指導，目的是培養(yǎng)學生獨立自主完成實驗的能力。實驗完成后同學們分組進行討論，如：選擇不同離子及醇的同學在一組討論，可以了解各種離子及醇對臨界膠束濃度的影響。這樣能提高大家的團結(jié)合作、共同討論的積極性，為后面的畢業(yè)設計及進行科研創(chuàng)新起到積極的作用。經(jīng)過基礎(chǔ)性和設計性實驗的學習，第二個學期物理化學實驗的最后四個實驗為創(chuàng)新探索研究型實驗。我們開設了B－Z振蕩反應的影響因素分析、不同體系鈍化曲線的繪制及其鈍化劑的影響、高聚物分子量的測定研究、不同方法測定粉體的比表面積4個創(chuàng)新探索研究型實驗。選好創(chuàng)新探索研究型實驗項目后，同學們根據(jù)自己的選題方向搜集所需要的文獻資料，寫好實驗方案，由指導老師把關(guān)，方案可行才能進入實驗室進行實驗。實驗后如果發(fā)現(xiàn)問題或與原先預想的結(jié)果不一致，學生會積極地與老師探討，共同查找原因及重做實驗。同學因進度、實驗內(nèi)容及儀器藥品不一樣，除了在規(guī)定的實驗時間內(nèi)可以來進行實驗，還可以跟老師預約其他時間來進行實驗，直到實驗完成為止。該類實驗有可能成功也有可能失敗。實驗過程中，我們鼓勵同學由淺入深，先從自己熟悉的部分開始實驗，在此基礎(chǔ)上進行改進、探索，得出有益的結(jié)論。實驗方案的設計及實驗完成后均要求制作PPT進行答辯，對方案中可能碰到的問題，同學們共同探討解決的方法，實驗完成后將成果組織成論文格式的實驗報告，這樣學生的積極主動性及好奇心都大大地提高了。
（三）面向科研實踐
面向科研實踐方面所做的革新主要是打破原來物理化學實驗室只承接課程任務的局面。由于課時的限制，學生課程內(nèi)在物理化學實驗室進行的實驗是有限的，然而他們在后繼的科研實踐如畢業(yè)設計、科學研究訓練及課外科技創(chuàng)新（如省級和校級大學生科技創(chuàng)新項目）等方面往往又會用到物理化學實驗相關(guān)的知識和操作，而這時的學生往往對以前課程內(nèi)學習的知識會有所淡忘，如果能夠允許學生重新回到物理化學實驗室，結(jié)合自身正遇到的科研實踐問題進行物理化學實驗，不但能加深以前學過的知識的印象，而且對其今后的科研創(chuàng)新會有巨大的促進作用。但不可回避的問題是，這樣一來必然增加了物理化學實驗室管理的工作量。為了解決這一問題，我們采取的措施是預約制和指導教師負責制。那些課程外要來物理化學實驗室實驗的同學，必須先行預約。為此，我們正在構(gòu)建網(wǎng)上預約系統(tǒng)，五臺基礎(chǔ)化學實驗網(wǎng)絡查詢及預約機也已經(jīng)到位，不日即可投入使用。指導教師負責制是指來進行實驗的學生由其指導教師負責，所產(chǎn)生的儀器、藥品損耗等藥費一律由指導教師承擔。并且，該指導教師在學生進入實驗室之前，自身必須接受相關(guān)培訓，在得到物理化學實驗室管理教師認可的前提下才能使用物理化學實驗室。這對學生和教師的科研創(chuàng)新都起到了積極的促進作用。
二、改革實驗教學方法與手段，強化能力培養(yǎng)
傳統(tǒng)的基礎(chǔ)實驗采用“預習－實驗－總結(jié)實驗結(jié)果”，學生學多局限于教材，這不利于提高他們的自主創(chuàng)新性。在進階型的實驗教學過程中，我們結(jié)合具體的教學任務選擇合適的教學方法進行教學。如：在探索研究型實驗過程中，我們引導學生積極學會自主學習，即采用以學生自主探究為主，教師根據(jù)學生的需求加以引導為輔的主體性教學方式。［3］實驗完成后，要求學生將成果撰寫成論文格式的實驗報告及制作成幻燈片，并組織學生進行現(xiàn)場答辯。教師和參與整個項目的同學共同積極討論，根據(jù)答辯情況給出學生的成績，營造一個良好的師生互動、積極向上的氛圍。這樣，可以鍛煉學生的語言表達能力，對現(xiàn)場提問的思辨能力和綜合能力，增強自信心，提高學習、思考的積極性?！敖虒W有法，教無定法”。新的教學模式應以現(xiàn)代信息技術(shù)，特別是網(wǎng)絡技術(shù)為支撐，能使學生選擇適合自己需要的材料和方法進行學習，并獲得學習策略的指導，逐步提高學習的能力。隨著現(xiàn)代教育技術(shù)的發(fā)展和應用，開展網(wǎng)絡化教學已是實驗教學的大勢所趨。基礎(chǔ)化學實驗中心為此建立了開放的網(wǎng)絡平臺，為實驗預習及實施提供幫助。我們鼓勵學生利用Excel、Origin、Chemoffice等軟件進行數(shù)據(jù)處理，同時規(guī)范了數(shù)據(jù)處理過程，為學生將來從事實驗或科學研究奠定基礎(chǔ)。
2學生實驗積極性不高
一般在實驗的第一節(jié)課已經(jīng)向?qū)W生說明實驗前要預習，進實驗室時要有預習報告。但是學生對實驗的積極性不高，預習報告完全是為了應付檢查才寫的，這是目前大學生普遍存在的一個現(xiàn)象。教師進行原理、實驗內(nèi)容講授時，少部分學生屬于游離狀態(tài)，教師在演示實驗操作時，學生沒有認真注意細節(jié)內(nèi)容，真正到他們進行實驗時，問題出現(xiàn)了，不懂得如何解決，而一味的在書本上找答案，還是沒能最終解決問題。遇到此類情況，甚至有些學生干脆就不思考，任由錯誤的發(fā)生。由于需要分組進行實驗，小組中有個別學生基本都沒有親自動手操作過，在實驗過程中表現(xiàn)得很不積極。
3學生抱“應付”心理進行實驗數(shù)據(jù)處理
物理化學實驗中測定數(shù)據(jù)多，這就要求學生具有一定邏輯思維能力對實驗數(shù)據(jù)進行處理，這也是探究實驗機理、剖析實驗內(nèi)容的必需步驟。有部分學生完全不理會實驗數(shù)據(jù)處理是否正確，只是一味憑感覺簡單處理；有一部分學生是沒有真正明白原理，引起處理數(shù)據(jù)不完整；還有一部分學生查閱后采用軟件進行處理，但是由于不知所云，所以很多也都只是給出了圖形。比如在三液系組分相圖的繪制中，很多采用了某些理論課提供的軟件畫圖，只是純粹的畫圖，當問到三角坐標中每個點具體代表什么，學生沒法回答?；谝陨系那闆r，主要的根源還是學生要完成實驗報告的任務，只能這樣的應付了事。這對培養(yǎng)學生技能及解決問題的能力，起不到任何作用。但是基于現(xiàn)狀，有些事情無法完善。因此，某些時候，針對這些好學又不是很明白處理原理的學生，需要更加耐心指導，注重不同類型學生心理素質(zhì)的培養(yǎng)[3]。
4簡單的考核方式
物理化學實驗課程一般都是考查課，通常采用平時實驗報告及平時表現(xiàn)進行綜合給分。但是實驗報告都是組員之間相互討論給出，甚至有些都是抄襲過來的，并且對于平時的表現(xiàn)也不好衡量，該課程考核結(jié)果不是很滿意，所以應該思考下能否改變現(xiàn)有的考核方式。
由于學生對相關(guān)的高等數(shù)學和中學物理知識的應用理解欠深入，產(chǎn)生對物理化學的畏懼，如物理化學在公式的推導、概念的理解及原理的應用較多地涉及高等數(shù)學中的偏微分方程，其次是剛進入大學的學生還未能完全適應大學的學習方法，常拘泥于細節(jié)的糾纏而難以認識該門重點課程的總體結(jié)構(gòu)，容易導致“只見樹木，不見森林”的情況。我校為大專層次，85%的學生在高中為文科生，物理和化學的基礎(chǔ)不得而知。而物理化學總課時為30課時，如何利用有限的課堂教學時間，按照教學目標，順利有效地完成教學內(nèi)容，對學生和任課教師都是一個極大的挑戰(zhàn)。為了實現(xiàn)教學目標，必需在教學內(nèi)容上做出合理的取舍及必要的補充，否則就會滿堂式的灌輸或“眉毛胡子一把抓”的情況，這樣的方式學生受不了，也達不到滿意的效果。
1.2內(nèi)容的取舍和補充
首先是結(jié)合開設的其它專業(yè)基礎(chǔ)課程無機化學和分析化學，將重復的內(nèi)容(如化學平衡和電化學兩章)刪掉不講，學生自學。其次是要對授課內(nèi)容做到重點突出，重點內(nèi)容細講，讓學生弄懂，讓學生在學習中獲得成就感，從而提高學生學習積極性。如反應熱的計算，主要講標準摩爾生成焓和標準摩爾燃燒焓，其它四種計算方式，只做簡單的提示，以學生自學為主。對前后有聯(lián)系的概念，必需講透，為后面的知識做好鋪墊，不能趕進度。如相平衡的基本概念學習時，組分數(shù)K的計算是個難點，必需結(jié)合例題將獨立的化學平衡R和濃度限制量R'講透，因為自由度f的計算涉及到組分數(shù)K。根據(jù)學生的基礎(chǔ)和學習內(nèi)容的需要，適當補充基礎(chǔ)內(nèi)容，減小學習難度。大專學生基礎(chǔ)不好，物理知識和高等數(shù)學知識的欠缺，靈活運用物理和化學基礎(chǔ)知識的能力不強，使很多學生在做習題時知道使用哪個公式，就是算不出結(jié)果或是計算出的結(jié)果與答案相差甚遠，這樣學生就失去了學習興趣，慢慢地失去了學好物理化學的信心，不再愿意動筆做習題，上課情緒也不飽滿。教師根據(jù)授課內(nèi)容，選取具有代表性的習題，用極少的時間，及時地添加部分必要的基礎(chǔ)知識，降低學生學習的難度。如熱力學第一定律中常用到理想氣體的狀態(tài)方程PV=nRT，該公式中的體積V，在分析化學和無機化學中溶液的體積一般是以升(L)或毫升(mL)為單位，而公式中主要是立方米(m3)為單位;其次溫度T，平時用的是攝氏溫度(℃)，熱力學溫度T=攝氏溫度(℃)+273.15K。又如物質(zhì)體積的計算。
2精心設計授課內(nèi)容的引入和講解，激發(fā)學習興趣
托爾斯泰曾經(jīng)說過:“成功的教學，所需的不是強制，而是激發(fā)學生學習的興趣。”需要是興趣的基礎(chǔ)，也是學習的動力所在，物理化學授課老師盡可能將書本理論知識與中實際生活聯(lián)系起來，使課堂教學變得形象直觀、有趣，從而激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生學習物理化學的積極性和創(chuàng)造性，提高學生“學以致用”的能力。通過生活中隨處可見的、貼切、簡單易懂的舉例引入和講解。在新課開始時，從學生感興趣的事物出發(fā)，提出與教學內(nèi)容相關(guān)的問題，激發(fā)學生的求知欲，讓學生找到所學內(nèi)容能解釋的現(xiàn)象，做到有的放矢。在例如熱力學第一定律的引入:首先展示一張高級轎車并設問(看到高級轎車有什么感覺?)，調(diào)動學生情緒(學生會有不同的想法)，再展示一張汽油油價表，學生發(fā)出人們常說的“車買得起，養(yǎng)不起”的感慨，在此基礎(chǔ)上再提問(如果汽車不需要提供能量就能自己跑該多好，此種設想能否實現(xiàn)呢?)引出熱力學第一定律的表達方式和研究內(nèi)容。又如在化學動力學的新課開始時，從每次服藥的藥量、每日服藥的次數(shù)和保質(zhì)期是怎么來的引入，此種引入方式過渡自然，還可以為后續(xù)學習內(nèi)容做好鋪墊。雖然物理化學知識抽象，但是生活中的很多現(xiàn)象卻可以用物理化學知識來解釋。如:表面現(xiàn)象與水滴成圓形、干毛巾吸汗、干旱時鋤地;化學動力學與藥物的服用量、生物酶;膠體與人體血液;相平衡與酒精提純、鹽融雪等等。將物理化學知識和生活中常見的現(xiàn)象聯(lián)系起來，通過啟發(fā)式提問和圖片直觀的刺激，激發(fā)學生探求事物本質(zhì)原因的求知欲。激發(fā)了學生的求知欲，課堂教學就達到了成功的一半。
3利用框架式教學將教學內(nèi)容系統(tǒng)化
物理化學知識點多、定義多、公式多，讓初學者摸不著頭腦，因此每引進一個新的概念、定義、公式，首先講明概念的產(chǎn)生背景與條件，分析一概念內(nèi)含的幾個要點，再講概念適用的范圍與條件，使學生對概念的內(nèi)涵及應用有所了解。教師作為課堂的主導者，引導學生將相關(guān)的知識點按層次地安排于框架結(jié)構(gòu)中，使之層層有序、步步可循，使學生了解各知識點的位置和彼此的關(guān)聯(lián)，便可從內(nèi)容的邏輯結(jié)構(gòu)中獲取貫通的知識。如熱力學第一定律可設計附圖。
4多媒體教學與板書輔助教學有效結(jié)合
隨著科技的發(fā)展，教學手段越來越多，其中多媒體應用最為廣泛。多媒體能將圖像、圖形、文字、聲音、動畫結(jié)合在一起，能把一些微觀的、用傳統(tǒng)方法無法表達清楚的信息形象、生動、直觀的展示出來。多媒體的直觀展示在一定程度上能刺激學生的各種感覺器官，有效地化解教學中的重點和難點，增加課堂信息量，調(diào)動學生學習的積極性，有助于提高學習效果。在物理化學教學中，可以將抽象概念和實驗過程形象化、簡化公式的推導過程、習題講解便捷化、圖標內(nèi)容生動化。例如毛細現(xiàn)象實驗、表面張力的實驗視頻、油和水的分層情況、膠體的聚沉等運用多媒體教學，既節(jié)省了時間，又可獲得好的教學效果。但是多媒體播放過程一晃而過，播放過內(nèi)容在學生頭腦中留下的記憶不深。在物理化學教學中，究竟是多媒體還是板書更受學生青睞?調(diào)查結(jié)果顯示，大部分學生傾向于教師在黑板上以板書的形式進行公式推導和例題解答;對于那些理論性較少且偏重于介紹性的知識，學生則傾向于教師以多媒體的形式表現(xiàn)出來。因此我們不能斷定板書和多媒體孰優(yōu)孰劣，應以物理化學各章節(jié)內(nèi)容的特點來確定我們要采取的教學手段。如果是需要學生歸納或推導的內(nèi)容，黑板板書有其不可替代的優(yōu)勢。板書輔助的課堂教學中，教師的自主空間很大，可以根據(jù)學生的反饋信息，及時調(diào)整教學目標、教學難度及知識拓展的廣度，為學生提供質(zhì)疑、交流和討論的機會，從而更有利于知識的掌握和能力的培養(yǎng)。對遇到有關(guān)計算公式的推導和知識的歸納時，運用邊講解邊板書更有利于引導學生的思考的方向。如熱力學第一定律的知識歸納，狀態(tài)函數(shù)熵、吉布斯能、亥姆霍茲能定義公式的推導和計算等。根據(jù)教學內(nèi)容，將多媒體教學與適當板書有效結(jié)合，取長補短，提高教學效率。
2兩組分液態(tài)完全互溶系統(tǒng)的相圖
雖然二組分系統(tǒng)的氣—液平衡相圖依據(jù)組分在液態(tài)的互溶情況各有其特點，但液態(tài)完全互溶系統(tǒng)構(gòu)成了這部分內(nèi)容的學習基礎(chǔ)[4]。對于這種相圖，我們除了讓學生掌握相圖中各相區(qū)的組成、相態(tài)和杠桿規(guī)則外，還注重讓學生學習氣相線和液相線的繪制方法和細節(jié)信息。其繪制過程如圖3所示，先配制不同比例的二組分混合物，再升高溫度測試混合物的熔點，通過描點—連線得到相圖。從而培養(yǎng)學生設計實驗繪制相圖讀取相圖細節(jié)信息的全面能力。通過學習繪制相圖，可使學生對相圖的全部信息有較深刻的認識、理解及較好的運用。為了便于學生掌握此類相圖及其應用，在教學中我們通過物相點隨溫度的變化的實例，講解其液相與氣相及組成在該過程的演變情況。重點分析了第一個氣泡點產(chǎn)生的壓力、組成及最后一滴混合液消失的壓力、組成，以及其逆過程這一難點。并將相圖理論與工業(yè)精餾裝置聯(lián)系起來，激發(fā)學生對該部分內(nèi)容的學習興趣。
3具有轉(zhuǎn)變溫度的二組分固態(tài)部分互溶、液態(tài)完全互溶的液固平衡相圖
具有轉(zhuǎn)變溫度的二組分固態(tài)部分互溶、液態(tài)完全互溶的液固平衡相圖，是學生學習中最難掌握的內(nèi)容。我們通過講解物相點的降溫過程的物相變化和步冷曲線的繪制，并借助動畫展示具體過程，使該部分內(nèi)容更加形象和生動，便于理解和掌握。同時，提高了學生的學習興趣和動手能力。
4相圖在金屬材料中的應用
4.1在金屬材料設計中的應用在工業(yè)生產(chǎn)和科研實踐涉及到的金屬材料通常為多組分的平衡系統(tǒng)，所以其相圖更為復雜。為了得到材料的擬服役性能，需要對材料進行設計和加工。相圖在材料設計中起著至關(guān)重要的作用，例如，在設計奧氏體不銹鋼時，為了得到單一奧氏體組織，需擴大相圖中奧氏體區(qū)，使其在冷卻過程中不發(fā)生γ-Feα-Fe的轉(zhuǎn)變。根據(jù)相圖，改變系統(tǒng)的組成，增加穩(wěn)定奧氏體元素，如Ni、C等是最常用的方法。當然，為了系統(tǒng)的平衡，其他元素也需做相應的改變。應用相圖時，為了提高設計組織的準確性，需要考慮平衡相圖與實際相圖的差別。
4.2在金屬材料加工中的應用在金屬材料的熱加工過程中，隨著加工溫度的不同，其物相也發(fā)生相應的變化?？赏ㄟ^控制軋制參數(shù)和冷卻過程，改變材料的相變溫度和組織類型，得到高性能的金屬材料。例如，在鋼鐵生產(chǎn)中，熱軋鋼板控制軋制與控制冷卻(TMCP)工藝，通過加大壓下量增加累積位錯，為相變過程提供更多的高能量相變形核點，以得到細小晶粒組織，提高鋼的強韌性。通過控制冷卻速率，可改變相變后的組織形態(tài)，在650℃以上發(fā)生相變得到珠光體和鐵素體組織，在450~600℃區(qū)間主要得到貝氏體組織的鋼材，在更低溫度下發(fā)生相變得到馬氏體組織，不同的組織賦予材料的不同的性能[5]。4.3在金屬熱處理中的應用相圖不僅在金屬材料的設計和加工中具有指導下作用，而且在材料的熱處理過程中也具有重要的應用價值。例如，在金屬材料的退火、淬火和正火中具有重要作用。淬火過程主要是控制冷卻速率，使相變溫度發(fā)生在較低溫度區(qū)，得到低溫轉(zhuǎn)變組織。正火溫度需在γ-Fe相區(qū)，需要根據(jù)相圖和化學成分判斷其奧氏體化溫度，從而確定正火的加熱溫度。嚴格的說，確定熱處理的升溫速率和降溫速率也需要參考相應的相圖。通過相圖在金屬材料領(lǐng)域的應用的介紹，學生對本專業(yè)和學習物理化學的重要性均有了清晰的認識，他們的學習積極性也顯著提高。
所謂物理方法就是利用某些物理性質(zhì)與物質(zhì)濃度的依賴關(guān)系，使用物理儀器快速準確測定出某一時刻的物理性質(zhì)，再轉(zhuǎn)換成物質(zhì)濃度與時間的關(guān)系．根據(jù)蔗糖水解反應中反應物和產(chǎn)物都是有旋光性的，可以選擇旋光度這個物理性質(zhì)作為濃度和時間之間關(guān)系式的橋梁．利用旋光度與濃度的關(guān)系將反應動力學方程中濃度和時間的關(guān)系轉(zhuǎn)換成旋光度和時間的關(guān)系，因此只需要測定不同時刻體系的旋光度值就可以求算出反應速率常數(shù)k．學生選擇需要的實驗儀器和實驗材料，設計具體的實驗步驟，教師對整個流程進行評價和改進，最后在具體的實驗過程中驗證結(jié)果．實驗結(jié)束后討論問題:為什么要進行零點校正，可用什么物質(zhì)進行零點校正，蔗糖的初始濃度對實驗測定有沒有影響等等．在學完二級反應動力學以后，教師還可提出延伸問題:如何利用電導率測定乙酸乙酯皂化反應(二級反應)的速率常數(shù)?第二組同學大致可以提出相應的實驗過程，而第一組同學則大都不知道該如何處理．兩組學生比較，第二組學生對公式的利用、實驗過程的處理等都較第一組學生要好．通過整個實驗設計流程，學生可牢牢記住相應的動力學方程公式，同時會對具體的實驗操作過程進行積極探索，對以后理論知識的學習也有很好的促進作用．
2激發(fā)學生自我學習和自我思考的興趣
很多時候，學生不知道物理化學中的理論和定律有什么具體用途，因此學習起來沒有興趣，只是被動地背誦公式定律．物理化學實驗設計過程的教學環(huán)節(jié)能夠激發(fā)學生的主觀能動性，提高學生自我學習和思考的能力．以燃燒熱的實驗測定為例，兩組學生首先學習理論課程中燃燒熱的定義，理解恒壓熱效應與恒容熱效應的區(qū)別．利用氧彈式量熱器分別測定待測樣品和基準物質(zhì)在量熱器中完全燃燒引起的溫度升高值，再利用基準物質(zhì)已知的燃燒熱來計算待測物質(zhì)的燃燒熱．現(xiàn)在的實驗裝置大都采用自動化和計算機處理，第一組學生除了簡單掌握量熱器和壓片機的使用方法外，對物性燃燒熱方面的信息知之甚少，學生也沒有太大興趣去深入討論和研究．第二組學生采用實驗設計過程的教學方法，首先指導教師介紹燃燒熱在實際生活中的各種應用，例如燃燒焓的測定廣泛應用于各種熱化學計算中，測定有機物的燃燒焓，可計算相應的生成焓數(shù)據(jù)，從而可以了解其穩(wěn)定性、反應性、生成機理、分子結(jié)構(gòu)、能量規(guī)律等特點，對于掌握該化合物特定組成等有重要意義．氧彈量熱法也廣泛應用于污泥、廢物、煤發(fā)熱量的測定等等方面，對于泥煤的深度開發(fā)和綜合利用有廣泛意義．通過這些知識的講解，讓學生首先對即將學習的實驗有一個背景認識，知道將來在哪些方面可以有廣泛的用途，從而激發(fā)學生的主動學習興趣．然后再介紹氧彈技術(shù)的原理和燃燒熱測定實驗的基本過程，這時學生對實驗課程的理解和掌握就會有明顯提高．采用這種教學過程的第二組學生與第一組學生相比，首先在聽課過程中注意力就有明顯提高，思維也能隨著教學內(nèi)容靈活轉(zhuǎn)換，在實驗過程中也能夠自己分析和處理一些常見問題，這些都是學習興趣被激發(fā)出來的結(jié)果．因此，實驗設計教學過程可以激發(fā)學生的學習興趣．
3提高學生的科研創(chuàng)新和分析解決具體問題的能力
創(chuàng)新是科研工作的靈魂，教學過程中應加強培養(yǎng)和提高學生的科研創(chuàng)新能力．對于物理化學的各個研究方向來說，物理化學的實驗設計過程在不同程度上會對學生的創(chuàng)新精神和分析解決實際問題的能力具有積極的作用．以凝固點降低法測物質(zhì)相對分子質(zhì)量實驗為例，兩組同學首先同時學習稀溶液的依數(shù)性:加入少量溶質(zhì)引起溶劑性質(zhì)的改變，例如蒸氣壓下降、凝固點降低、沸點升高以及滲透壓的改變．這些性質(zhì)的改變值只與溶質(zhì)的數(shù)量有關(guān)，而與溶劑的性質(zhì)無關(guān)．利用一相為純物質(zhì)時兩相平衡溫度與組成的關(guān)系可以推導出相應的定量關(guān)系式．其中，凝固點降低這個依數(shù)性質(zhì)是一種常用的測量相對分子質(zhì)量的實驗方法．第一組同學學習凝固點降低公式，知道凝固點降低的改變值與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比，能夠通過題意利用公式求解出相應的數(shù)值．第二組同學在學習完凝固點降低公式后，引導學生利用此公式進行溶質(zhì)相對分子質(zhì)量測定的實驗設計．
首先從公式推導中可以看出，公式中有我們需要最后求的MB，凝固點降低常數(shù)Kf可以查得．所需要的就是純?nèi)軇┑哪厅c和加入少量溶質(zhì)后溶液的凝固點Tf的值．所以整個實驗設計的關(guān)鍵就在于如何測定液體的凝固點．所謂凝固點是指一定壓力下，隨著溫度的降低，液體中逐漸出現(xiàn)凝固現(xiàn)象，固液兩相平衡時的溫度．引導學生自己選擇實驗器材設計實驗:要想測得凝固點，就需要將待測液體放到一定的冷卻介質(zhì)中，例如冰水混合物，還需要精密溫度計隨時監(jiān)測液體中溫度的變化．此時教師給出提示:凝固點的準確測定并不容易，包括固液平衡的判斷以及凝固熱的放出對測量的影響等等，因此采用步冷曲線法測定相應的凝固點更為常用．學生討論具體的實驗步驟，教師進行指導修正，完成實驗設計過程．兩組同學同時開展凝固點降低法測定溶質(zhì)相對分子質(zhì)量的實驗，通過實驗過程中的比較可以看出，第一組同學大都只能按照書上的步驟進行機械操作，在操作過程中不知道何種因素會對實驗產(chǎn)生影響，更不明白怎樣對實驗進行改進．而經(jīng)過實驗設計過程的第二組同學大都對實驗細節(jié)比較注意，例如為什么需要冷凍管和空氣套管，冷凍管要豎直放置，不要靠在空氣套管上，還有冰浴槽的溫度、磁子的攪拌速度對實驗測定的影響等等．在實驗結(jié)束后，第二組同學在實驗數(shù)據(jù)的分析處理上也較第一組好，能夠利用步冷曲線法合適地得到相對準確的凝固點數(shù)值．第一組同學在思考題的解答上也與第二組同學有明顯差距，大都不明白一些針對實驗過程的問題如何進行分析解答:例如溶質(zhì)的量是否加入的越多越好，冰浴槽的溫度過高或過低對實驗數(shù)據(jù)有什么影響，高溫高濕季節(jié)做此實驗是否會影響準確度等等．
2改革實驗教學模式及教學方法
向?qū)W生開放物理化學實驗室是培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的重要舉措之一［9］。開放物理化學實驗室的教學模式，鍛煉學生分析問題和解決問題的能力，讓學生接觸到科研前沿的很多最新的成果，從而從根本上引起學生對實驗課的興趣和重視［10］。傳統(tǒng)的灌輸式教學過程中，教師對實驗原理、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理都進行了詳細講解，學生的積極性和創(chuàng)造性得不到充分發(fā)揮［11］。為此，我們將實驗的順序調(diào)整為:“基礎(chǔ)實驗綜合性設計性開放性實驗”。在第一次實驗時給定設計性和開放性實驗題目，隨后學生先做基礎(chǔ)實驗，在課后根據(jù)自己選定的實驗項目積極地查找文獻，尋找合適的方法在實驗室進行，如果在課內(nèi)沒有完成實驗項目，可以與老師預約時間來進行未完成的實驗。逐步推行開放式實驗教學模式，重在吸引學生主動參與科研實踐活動。還充分發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)在實驗教學中的作用。將一些儀器設備的操作、基礎(chǔ)實驗制成多媒體視頻;鼓勵學生用計算機來完成實驗數(shù)據(jù)的處理，利用Excel或Origin軟件進行數(shù)據(jù)處理不但速度快而且準確性高，規(guī)范物理化學實驗數(shù)據(jù)處理過程，為學生將來從事實驗或科學研究奠定基礎(chǔ)［12－13］。
3完善實驗課程考核體系
為了較為客觀全面地評價學生實驗的真實水平，必須完善實驗課成績評定方式?？己藘?nèi)容包括預習、操作、紀律、實驗報告和實驗結(jié)果等;將考核的形式多樣化，主要從操作前的提問、操作是否規(guī)范、是否有原始記錄、對自己方案的可行性進行論證及可視化總結(jié)等方面進行綜合考核?？陀^全面的考核評價體系有利于調(diào)動學生的學習積極性，培養(yǎng)其綜合能力，養(yǎng)成良好的實驗習慣和科學態(tài)度。
4學生培養(yǎng)成果
近年來我院本科生在國家級科研創(chuàng)新大賽中屢創(chuàng)佳績，例如:在2012年第十二屆全國“挑戰(zhàn)杯”比賽中，聶珊珊等同學《磁性銅離子印跡聚合物的合成與性能研究》獲得三等獎;在2013年第十三屆全國“挑戰(zhàn)杯”比賽中，冷樂輝等同學《新型復合光催化劑的合成及光催化降解有機染料性能研究》獲得一等獎;李蕾等同學《廢棄鋰離子中鈷酸鋰的高效浸出技術(shù)研究》獲得三等獎。這些成果大部分都與物理化學的知識息息相關(guān)，基礎(chǔ)與創(chuàng)新并重的實驗教學模式對學生科研興趣的激發(fā)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到了積極的作用。
1理論聯(lián)系實際，激發(fā)學生的學習興趣
很多學生認為物理化學是非常難學的一門課程，都是抽象的、枯燥的理論，從而產(chǎn)生厭學心理?！芭d趣是最好的老師”，作為教師要從興趣入手，引導他們喜歡并且學好這門課程，教師應更多地介紹物理化學與藥學的聯(lián)系，激發(fā)學生學習的積極性。例如講授“相平衡”時，介紹超臨界二氧化碳提取藥物的知識，它是利用了物質(zhì)在臨界點附近的奇異性，利用無毒、不殘留的二氧化碳代替水或有機溶劑作為萃取介質(zhì)，將高壓下萃取的物質(zhì)經(jīng)降低壓力分離出來的一種把萃取與分離兩個過程合為一體的新型提取分離方法。對于那些熱不穩(wěn)定或易被破壞活性成分的藥物，采用這種方法提取優(yōu)于傳統(tǒng)的方法，然而這一高新技術(shù)是物理化學中臨界狀態(tài)、兩相平衡的知識。在介紹相圖時，結(jié)合藥劑型改良的知識。比如，難溶于水的藥物溶解后不易被吸收，藥效慢，如果與尿素或其它溶于水并且無毒的化合物共熔，用快速冷凍的方法制成低共熔混合物，則尿素在胃液中能很快溶解，剩下高度分散的藥物，從而利于吸收。例如，在講授“稀溶液依數(shù)性”內(nèi)容時，可以列舉“北方冬天吃凍梨前，先將凍梨放入涼水中浸泡一段時間。發(fā)現(xiàn)凍梨表面結(jié)一層薄冰，而里邊卻解凍了。這是什么道理呢？”實際上，如果能清楚梨中的水不是純水，而是溶有糖和一些物質(zhì)的溶液，利用稀溶液中凝固點降低的規(guī)律就很容易解釋這一問題了。在“膠體”這一章中，醫(yī)藥上用于胃腸造影的硫酸鋇合劑，其中就含有足夠量的一種高分子化合物——阿拉伯膠對硫酸鋇溶膠起保護作用，當患者服用后，硫酸鋇膠漿能均勻地粘附在胃腸道壁上形成薄膜，從而利于造影檢查。
把理論知識與實際聯(lián)系起來，讓學生感覺到物理化學知識跟我們的生活息息相關(guān)，不再是一門枯燥乏味的課程，而是讓學生感興趣的課程。
2有效地組織課堂教學
課堂教學要遵循教師為主導，學生為主體的原則。課堂上教師除了傳授知識之外，更重要的是培養(yǎng)學生的思維能力。因此，教師在組織教學活動時，要注意培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神。教師在授課的時候，應采用啟發(fā)式教學，不能只以老師為中心，平鋪直敘，照本宣科。多提出問題，讓學生進行思考，采取教師講授理論和學生參與討論有機結(jié)合起來，讓課堂變得生動活潑，教師和學生形成良好互動。這樣既能夠讓學生掌握了知識，又能培養(yǎng)學生的思維能力。
例如，講授到“熱力學第二定律”時，讓學生先發(fā)表自己對熱力學第二定律的兩種說法的理解，然后教師再做出總結(jié)和歸納。第二定律指出在自然界中任何的過程都不可能自動地復原，要使系統(tǒng)從終態(tài)回到初態(tài)必需借助外界的作用，由此可見，熱力學系統(tǒng)所進行的不可逆過程的初態(tài)和終態(tài)之間有著重大的差異，這種差異決定了過程的方向，人們就用狀態(tài)函數(shù)熵來描述這個差異。通過學生討論和教師總結(jié)，加深了學生對知識的理解，同時也為后面講的內(nèi)容“熵增加原理”作鋪墊。
3合理運用各種教學手段
在物理化學傳授過程中，針對不同的教學內(nèi)容應采用適當?shù)慕虒W手段。多媒體的應用使原本枯燥乏味的理論知識，通過具體、生動、形象、直觀的形式表現(xiàn)出來，調(diào)動了學生學習的積極性，為教師節(jié)省了大量板書繪圖的時間，加快了知識點的講授速度，課堂教學的信息量大大增強［2］。例如，物理化學課程有很多現(xiàn)象和性質(zhì)，可通過直觀的圖片加以形象說明；對于需要大量圖形圖像信息展示的相圖部分，利用多媒體教學優(yōu)勢更為突出。
在物理化學課程教學當中，有一些內(nèi)容采用多媒體教學就不能顯示出優(yōu)勢。比如，一些重要公式的推導和中間步驟及計算過程，適宜通過引導學生參與并以板書的形式講解，讓學生對公式的來龍去脈有必要的了解。這并不是說要求藥學專業(yè)的學生掌握公式的推導過程，而是讓他們加深印象，明白公式的應用條件和范圍，從而能更好地運用這些公式。因此，要挖掘多媒體教學和傳統(tǒng)教學的優(yōu)勢，發(fā)揮各自的長處，提高授課水平。
4突出重點和突破難點
對于藥學專業(yè)的學生來說，在較少的課時內(nèi)講解完物理化學這門課，學生很難理解全部內(nèi)容。因而要做到有的放矢，吃透教材，分清主次，突出重點，突破難點，學生才能掌握好必修的內(nèi)容，在有限的時間內(nèi)學到相應的知識。比如“相平衡”中讓學生了解單組分和二組分體系的相圖和應用即可，而對于比較復雜的三組分體系的相圖可以不介紹。
例如，在等溫等壓條件下，我們用Gibbs自由能的改變量ΔG來判斷化學過程的方向和限度，但為什么可以用ΔG≤0來判斷等溫等壓下過程自發(fā)進行的方向和限度呢？學生不能理解，而物理化學正是解決這個所以然的。用ΔG≤-W′判別式指出某個過程是不可逆的，并不意味著此過程就必定是自發(fā)的。從兩方面分析用ΔG≤0能對等溫等壓下過程自發(fā)進行的方向和限度［3］。①W′≠0時，如果ΔG＞0，由ΔG≤-W′，必然有W′＜0，這說明環(huán)境對體系作了非體積功。所以，此不可逆過程是一個非自發(fā)過程。如果體系內(nèi)發(fā)生自發(fā)過程，即體系對環(huán)境作非體積功，W′＞0。由ΔG≤-W′，必然是ΔG＜0。這就是說在等溫等壓并且作非體積功的情況下，體系發(fā)生自發(fā)過程，必然引起自由能的減少，一直到自由能最小時，ΔG=0，達到平衡狀態(tài)。②W′=0時，體系與環(huán)境之間不作非體積功，則ΔG≤-W′式變?yōu)棣≤0。這樣，ΔG＞0的過程就不存在。體系若有自發(fā)過程發(fā)生，必定是不可逆的，即ΔG＜0。這就是說在等溫等壓和不作非體積功的情況下，體系發(fā)生過程，必然引起自由能的減少，一直到自由能最小時，ΔG=0，達到平衡狀態(tài)。從以上兩方面來看，不管體系是否作體積功，在等溫等壓下，自發(fā)過程總是朝著自由能減少的方向進行，直到最小值時，ΔG=0，達到平衡狀態(tài)。因此，可以利用ΔG≤0來判斷等溫等壓下過程自發(fā)進行的方向和限度。通過詳細講解，讓學生能更好地理解難點。
5借助類比法講清物理化學規(guī)律
在物理化學教學中，往往要介紹一些較難理解的規(guī)律。人們接受新知識的能力，在很大程度上依賴已掌握的知識，教學中可借某些新舊知識間存在著形式上或性質(zhì)上的類似，通過類比誘導，使學生建立新概念和認識規(guī)律，從而避免單純枯燥地解釋意義。
有些物理化學規(guī)律，初看并無類似之處，但只要認真思考，注意捕捉它們在形式上和物質(zhì)上的相似之處仍然可以類比，達到深刻理解的目的。例如，溫度對化學反應速度的影響規(guī)律即阿累尼烏斯方程式lgK2K1=Ea2.303R(T2-T1T1T2)和溫度對化學平衡常數(shù)的影響規(guī)律lgK2K1=ΔHθ2.303R(T2-T1T1T2)也有形式上的類似。但二者的含義不同，前者當反應的活化能為已知時，則可以從T1溫度的速度常數(shù)K1計算在另一溫度T2的速度常數(shù)K2。后者是當?shù)葔簾嵝獮橐阎獣r，則可從T1溫度的平衡常數(shù)K1計算該反應在另一溫度T2時的平衡常數(shù)K2。這樣用類比法講授物理化學規(guī)律，避免了學生容易出現(xiàn)的離開化學實質(zhì)，把定律作為數(shù)學公式來記的弊病。
因此，在物理化學教學中，恰當運用類比，可以少費口舌，化抽象為具體，學生接受新知識的過程變得自然、親切，又覺得新鮮而不重復，學生獲得的知識確切、清晰，又印象深刻。需要注意的是，運用類比法講授新課時，應使學生明白“類”只是類似，“比”只是比較、推理，“類比”并不是“等于”。這是因為事物都各有自己的特殊內(nèi)在本質(zhì)和規(guī)律，類比只是認識事物本質(zhì)和規(guī)律的一種思維方法。
6小結(jié)
以上是筆者對藥學專業(yè)物理化學課程教學方法的體會。通過問卷調(diào)查，讓學生從9個方面評價教師的教學效果，結(jié)果見表1。從表1可以知道每一項的滿意率都超過了70%，說明這樣的教學方法得到大部分同學的認可。物理化學這門課理論性強，抽象難懂，是最難學的基礎(chǔ)課程之一。另外，藥學?？粕幕A(chǔ)差，底子薄，因此學習這門課程就更困難。盡管教學方法得到大部分同學的認可，但是也存在很多不足之處，例如，有些知識點講得不夠具體，對于公式的應用，所舉例子太少。
表12005級藥學專業(yè)?？瓢?0名學生對教師教學效果評價結(jié)果（略）
總之，我們要善于在物理化學課程教學實踐中不斷地總結(jié)經(jīng)驗，提高教學質(zhì)量。
【參考文獻】
2存在的問題
在教學實踐中我們發(fā)現(xiàn)“全面開放”模式存在一定的問題，物理化學實驗課程安排中，部分實驗之間存在相同的知識點和操作，譬如“溶液粘度測定”和“酯皂化反應動力學的研究”使用相同的控溫裝置，又如“不同外壓下液體沸點的測定”和“環(huán)已烷－乙醇二元氣液平衡相圖”則使用相同的恒壓裝置，在“全面開放”模式下每個同學完成實驗的進度和順序皆不一致，帶課教師無法掌握所有學生的實驗完成情況，遇到這類情況只能每次重復講解。另外實驗課程在設置時是遵循一定的層次和框架來進行的，學生的自主選課隨機性很強，容易忽視各實驗之間的關(guān)聯(lián)所在，不利于培養(yǎng)學生對課程整體的把握能力。
3“有序開放”管理模式
3．1“有序開放”管理模式的引入
鑒于以上這些情況，我校物理化學實驗中心近年來嘗試使用一種“有序開放”管理模式。該模式下各種動作方式于“全面開放”模式基本一致，主要的改變在于以“實驗組合”取代單個實驗作為選課單元，供學生選擇。實驗教師可以按照實驗類型、操作和難易程度對每學期的實驗進行分類和組合，每組一般2～4個實驗。實驗組中的實驗順序固定，有相同的知識點和操作點的實驗盡量分開，而不同組實驗間則相互對應。比如某學期開放四個實驗A、B、C和D，A和C、B和D均存在相同的知識點，將A和B做為組合1，C和D做為組合2，學生就可以選擇先完成組合1，再進行組合2的實驗時，教師就能了解到該班學生對知識點的掌握程度，進而可以簡要或者更加深入對該知識點進行講解。其它管理方面仍然依照之前的模式。
3．2“有序開放”管理模式的實踐成果和需改進之處
這種模式在本質(zhì)上仍然屬于開放管理模式，因為學生同樣可以自主選擇實驗內(nèi)容和教師，而實驗課程經(jīng)過優(yōu)化組合后，一方面增加了教師和學生見面的次數(shù)，有利于教師對學生實驗進度的把握，教學資源和時間可以得到更加充分的利用，另一方面則有利于學生在宏觀上對實驗層次和框架有一定的理解，對理論課程的學習也會起到積極的作用。我校物理化學實驗推行該模式迄今已滿三個學年了，新模式首先繼承了之前模式的優(yōu)點，包括選課系統(tǒng)的使用和課后測試等特色，對實驗進行一定的排列組合則更能體現(xiàn)實驗之間承上啟下、由簡及深的關(guān)系，有利于學生對實驗課程結(jié)構(gòu)的把握和實驗技能的深層次培養(yǎng)，有利于教師對學生學習進度的了解，同一實驗可以跟據(jù)不同的情況采用不同的方式來講解。在一定程度上解決了之前模式隨機性過強帶來的一些弊端。取其中兩個學期學生實驗成績繪制成分布圖，如圖4所示。由于“有序開放”管理模式實踐時間尚短，并未完全成熟，會給實驗管理和教學方面提出一些新的要求，比如需要更高的師資水平，每個教師需要掌握熟悉更多的實驗課程，并要具備更加靈活的授課方式;學生在時間上的自由度和“全面開放”模式相比受到了一定的限制，管理方需要投入更多的精力進行協(xié)調(diào);另外需要在教學中不斷對實驗的排列組合進行優(yōu)化，以進一步突出實驗教學的整體性和相關(guān)性。這些問題在今后的教學實踐中需進一步完善。
目前我院實驗中心承擔了全校理工科學生的化學基礎(chǔ)實驗教學，包括材化、化藥、生工的全體學生。上物理化學實驗課的班級有50個，學生人數(shù)達到1500余人，而物理化學實驗室僅有4間，上物理化學實驗課的全體師生是走“流水線”的形式，再者，師生總體受“重教學，輕實驗”思想的影響，學院領(lǐng)導對實驗技術(shù)人員工作的認同度不高，導致實驗技術(shù)人員工作積極性下降，實驗技術(shù)人員都產(chǎn)生一種消極應付實驗儀器設備管理心理，敷衍實驗教學。
1.2實驗教學過程未嚴格遵循管理制度
我院物理化學實驗室制定了相關(guān)實驗室運行規(guī)章制度，要求每次實驗要安排值日生，儀器要嚴格按照使用步驟操作，儀器損壞要及時登記等。但是在具體的實驗過程中，很多教師為方便學生實驗，或者節(jié)約實驗時間，沒有按照儀器正常操作規(guī)程操作儀器，比如，使用旋光儀一定要預熱至少十分鐘，很多學生根本就沒有做到。同時，在物理化學實驗教學中，由于參與實驗的學生較多，指導教師不能一對一指導，大部分學生都在摸索中完成實驗過程，結(jié)果導致學生實驗做完后，儀器也損壞嚴重。
2定位化管理物理化學實驗儀器探討
目前，定位化管理在很多行業(yè)起著重要的作用，王曉礎(chǔ)等等報道了在大型綜合醫(yī)院手術(shù)室儀器管理中采用雙向定位的方法進行管理，周清武報道了對藥房藥品進行定位化管理，辛曉東報道了對煤礦井下人員進行定位系統(tǒng)管理，劉建東等報道了在小包裝中藥飲品庫房進行定位化管理，張玉琢報道了在高校圖書館自習區(qū)有限定位管理。現(xiàn)在我們把定位化管理運用到物理化學實驗室教學儀器的管理中。
2.1定位化管理實驗儀器理念
定位化管理就是將物理化學實驗室教學儀器統(tǒng)一定位，放置于實驗室，使用后立即放回原處，保證實驗的順利進行。首先，制作好物理化學實驗儀器分布表模型，在模型上標注好各種實驗儀器的擺放位置，通過該模型可以正確找到儀器；又在每個實驗儀器上粘貼標識來表明它原來的歸屬位置，通過儀器上的標識反向找到它的歸屬位置，可以有效提高實驗儀器的管理。
2.2定位化管理實驗儀器的初步構(gòu)想
儀器分布表模型包括實驗室房間號，儀器名稱和維修情況，將各種儀器制成不同的小模型并寫上名稱粘貼在上面，不同儀器可以用不同顏色區(qū)分。將儀器分布表模型放在實驗室的最前方，即黑板下方，方面上物理化學實驗課全體師生查看。具體操作步驟如下：實驗技術(shù)人員在上課前首先對上實驗課教師說明要求定位化管理儀器，實驗結(jié)束后，指導教師按照儀器分布模型要求學生將實驗儀器擺放好，如果在實驗結(jié)束后，儀器如果損壞或缺失應及時上報給實驗員，實驗員檢查通過后，師生方可離開實驗室。3.3定位化管理實驗儀器的預期效果通過采用定位化管理物理化學實驗教學儀器，其預期效果有：首先，方面師生教學，教師能輕松演示實驗，學生進行實驗時也能快速找到所需儀器，改變了以前學生滿教室找實驗設備的現(xiàn)象；其次，學生實驗能夠更加有序地進行，在實驗進行中，能及時發(fā)現(xiàn)儀器問題并進行維護；最后，將實驗教學儀器按照儀器分布表模型還原，能夠減少實驗技術(shù)人員的工作量，方便實驗技術(shù)人員更加有效的管理實驗儀器。
中圖分類號：G642.0文獻標識碼：C
作者簡介：王艷（1980-），女，漢族，遼寧葫蘆島人，博士，講師，主要研究新能源材料及電化學，沈陽師范大學化學與生命科學學院，遼寧沈陽110034曹中秋，沈陽師范大學化學與生命科學學院，遼寧沈陽110034趙曄，沈陽市第一O七中學，遼寧沈陽110042朱景龍，沈陽市一四六中學，遼寧沈陽
《物理化學》是化學及相關(guān)學科的理論基礎(chǔ)[1]。是化學、化工、材料、能源、冶金等專業(yè)本科生必修的專業(yè)主干基礎(chǔ)課之一。它是從化學現(xiàn)象與物理現(xiàn)象的聯(lián)系入手，借助數(shù)學、物理學等基礎(chǔ)科學的理論及其提供的實驗手段，來探求化學變化中最具普遍性的基本規(guī)律的一門學科。然而，物理化學的概念性、理論性、系統(tǒng)性以及邏輯性都極強，同時，涉及的公式較多，應用條件的限定較為嚴格，同時與數(shù)學知識的聯(lián)系又非常緊密，學生在學習過程中普遍感到枯燥、抽象、難于理解。這在很大程度上影響了學生的學習興趣和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。其教學質(zhì)量直接關(guān)系到學生運用理論知識解決實際問題的綜合素質(zhì)和能力的培養(yǎng)。多年來，從事物理化學教學方面的教師不斷探索、創(chuàng)新[2-4]，在教學模式和方法上積累了豐富的經(jīng)驗，但在很大程度上仍不能滿足現(xiàn)代社會發(fā)展對科研工作者和技術(shù)人員的創(chuàng)新能力的要求。因此，如何在物理化學的課堂教學上培養(yǎng)學生的學習興趣，動手能力及創(chuàng)新能力則顯得尤為重要。為此，以當今社會發(fā)展的需要為目標，將探索式，逐步深化式教學融入其中，并將實踐和教學有機結(jié)合，進而摸索出有利于培養(yǎng)學生的探索精神和科學素養(yǎng)的課堂教學改革方案。
1在教學內(nèi)容的選擇上，把科研以及生產(chǎn)生活實踐環(huán)節(jié)上收集的素材及時充實到課堂
物理化學的主要包括熱力學、電化學、動力學、表面化學以及膠體化學五部分。這門課的理論性較強，對初學者而言，其理論知識比較抽象，難于理解。因此，在教學內(nèi)容的選擇上，把科研以及生產(chǎn)實踐環(huán)節(jié)上收集的素材及時充實到課堂上，避免學生在新知識面前困惑，理不清頭緒。例如，在講授電化學中二次電池相關(guān)內(nèi)容的時候，可以把科研項目中涉及到的關(guān)于鋰離子電池的研究融入其中，從電池的構(gòu)造，組裝以及陰陽極材料，電解質(zhì)材料的選取等方面入手，讓學生對鋰離子電池有一個較為全面的了解，同時對陰陽極反應采取動態(tài)演示的方式給予展示，讓學生清晰的看清脫嵌鋰的過程，認清反應進程，電子轉(zhuǎn)移的方向，電流的流向等。在講授電導水以及水的雜質(zhì)去除方面的知識的時候，首先讓學生了解什么電導值范圍的水可以認定為是“電導水”，對于非電導水即含有雜質(zhì)的水如何純化的問題時，可以讓學生在課前預習時了解一下目前家用的“凈飲機”，詳細查看一下各級過濾材料的組成成分，然后在講述其去除雜質(zhì)的方法。讓學生自己去分析究竟屬于去除雜質(zhì)方法的那類以及相應的原理，這樣將生活中實際遇到的問題充實到課堂，相信學生對所涉及的知識內(nèi)容會有更好的理解和更深的印象，而不是僅僅把去除雜質(zhì)的方法簡單的羅列。當講授到“金屬腐蝕與防護”方面內(nèi)容的時候，不妨讓學生聯(lián)想一下在海上航行的船舶，為了避免腐蝕，在船底四周要鑲嵌上鋅塊，這就會使得較活潑的金屬鋅在船舶的腐蝕過程中充當陽極，失去電子而還原（反應：ZnZn2++2e-），此時，船體本身充當陰極收到保護，而鋅塊則代替船體而受腐蝕，實現(xiàn)了犧牲陽極的陰極保護法。通過以上的實例，我們可以看到在基礎(chǔ)理論的講授過程中，引入適當比例的科研以及生產(chǎn)生活實踐環(huán)節(jié)上的典型案例，能夠深化學生對理論內(nèi)容的理解，激發(fā)學生探究自然規(guī)律的興趣。
2實現(xiàn)探索式、逐步深化式教學
傳統(tǒng)的物理化學教學多采用“填鴨式”教學模式進行理論知識的講解，學生僅僅是被動的學，這在很大程度上抑制了學生的學生個性、學習興趣、思維能力以及創(chuàng)新能力的提高[5]。鑒于此，我們在教學形式上進行了改革，通過探索式、逐步深化式教學模式，創(chuàng)設問題情境方式，讓學生在探索，思考和實踐的過程中吸取理論知識和應用知識，進而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。比如，在講授“電導測定”的內(nèi)容時，通過之前授課內(nèi)容的講解，提示學生電導的測定實際上就是電阻的測定，而電阻的測定在高中教材中就已講過。此時讓學生們回憶一下“韋斯頓電橋的基本原理是什么？”，通過這一問題逐步展開。進而讓學生了解到當電橋達到平衡時，會有怎樣的結(jié)果產(chǎn)生。然而再講授電導測定，以及相應的裝置?？梢姡ㄟ^對電阻測定相關(guān)知識的復習，對于電導測定的逐步深化就顯得易于理解，這樣由簡單到復雜，由淺入深的思路，就會使學生很好的掌握電導測定的原理。在講授極化曲線的測定時，由于極化這一知識比較抽象，首先讓學生了解什么是極化曲線，它實質(zhì)上反映的是電流密度和電極電勢之間的關(guān)系。這時讓學生探討一下電流如何測定，電極電勢如何測定，因為不管是電流，還是電極電勢的測定在之前的章節(jié)講授中已經(jīng)學習過，學生會有較深的印象。這樣經(jīng)過一小段時間的探討，然后通過學生主動答復的方式來解決此問題。如此下來，極化曲線的測定就顯得比較易于理解。此時再講授極化曲線測定所需的實驗裝置，即三電極系統(tǒng)。待測電極和輔助電極構(gòu)成的電解池中的安培表即用來測定電流的，通過調(diào)節(jié)電路中的滑動變阻器，可實現(xiàn)電流值的調(diào)節(jié)。而在某一電流下，待測電極和參比電極構(gòu)成的原電池就是用來測定待測電極的電極電勢的。很顯然，學生會很容易掌握關(guān)于極化曲線的測定的相關(guān)知識點。通過這種探索式、逐步深化式的教學模式，能夠在很大程度上提高學生的學習興趣，使學生更深入的掌握所學的理論知識，能夠取得更好的課堂效果。
3在實驗教學環(huán)節(jié)上，適當增加對大型精密儀器使用，加強學生動手能力實訓
王等[6]曾指出：實踐教學在大學生的創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新精神的培養(yǎng)中具有不可替代的作用。在實驗教學環(huán)節(jié)上，以往多采用的方式是驗證性教學模式，類似于“照方抓藥”的模式，這樣學生自身創(chuàng)造性思維在很大程度上根本得不到鍛煉，更難以滿足當今社會對人才培養(yǎng)的要求。針對以上問題，根據(jù)現(xiàn)有實驗儀器和設備以及物理化學教學大綱的要求，在實驗教學環(huán)節(jié)上，適當增加對大型精密儀器使用。一般情況下，對于大型精密儀器來講似乎是研究生同學的專利，本科生同學很少能接觸到。其實，對于本科畢業(yè)后的學生來講，無論是繼續(xù)學業(yè)，攻讀碩士研究生，還是參加相關(guān)實踐工作，各種大型儀器都會有或多或少的接觸。試想，如果在攻讀學士學位的本科期間，就能對一些大型精密儀器有一個很好的了解，甚至是上手操作，無疑是百利而無一害的事情。因此，我們可以開設一些更能反映當代科學前沿以及生產(chǎn)生活實踐的綜合性實驗項目，充分利用現(xiàn)代分析測試手段。例如，我們設計了“鉻合金在酸性介質(zhì)中極化曲線的測定”這一綜合性實驗，設計這一實驗的目的首先是讓學生對極化這一相關(guān)理論知識有一個更好的把握和理解，同時也是更重要的是能夠讓學生熟悉和使用“電化學工作站”來測定極化曲線，進而判斷所測合金的腐蝕情況，這恰恰也有金屬腐蝕的相關(guān)理論知識很好的結(jié)合起來。同時讓學生參與到實驗樣品的制備、拋光以及電化學測試等全過程中來，讓學生主動思考實驗過程，根據(jù)儀器掃描出的極化曲線，來分析在酸性介質(zhì)中鉻合金的腐蝕情況，這樣既直觀，有益于理解，同時更利于調(diào)動學生的積極性，最終達到提高學生創(chuàng)新思維能力的目的。
4結(jié)語
為了避免在物理化學教學過程中，學生在學習過程中普遍感到枯燥、抽象、難于理解的現(xiàn)象，提高學生的學習興趣和創(chuàng)新能力。我們以其研究內(nèi)容和發(fā)展現(xiàn)狀為出發(fā)點，在教學內(nèi)容的選擇上，把科研以及生產(chǎn)生活實踐環(huán)節(jié)上收集的素材及時充實到課堂；實現(xiàn)探索式、逐步深化式教學；在實驗教學環(huán)節(jié)上，適當增加了對大型精密儀器使用，加強學生動手能力實訓。進而摸索出有利于培養(yǎng)學生的探索精神和科學素養(yǎng)的課堂教學改革方案，最終滿足現(xiàn)代社會發(fā)展對科研工作者和技術(shù)人員的創(chuàng)新能力的要求，最大限度地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。
參考文獻：
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[3]方文軍,雷群芳,王國平等.工科物理化學教學改革與實踐[J].化工高等教育,2005,(2):33-35.
經(jīng)典的物理化學內(nèi)容博大精深， “廣而博”的教學思想對化學化工類重點院校來說尚且可以，但對于普通院校非化學專業(yè)來說要做到面面俱到基本不可能。我校制藥工程專業(yè)的培養(yǎng)定位是應用型人才，導致的必然結(jié)果是理論學時的壓縮，實踐學時的增加。在“課時少、任務重”的情況下，“少而精”是必然選擇。但“少而精”也不是隨意的刪減，而應緊緊結(jié)合專業(yè)需求，科學、合理地刪減。
如減少熱力學、電化學的內(nèi)容，重點講解相平衡、化學動力學、表面化學與膠體等與制藥專業(yè)后續(xù)課程密切相關(guān)的部分。其實要做到物理化學與制藥專業(yè)課程之間的完美融合并不是一件容易的事，需要化學教師通過多種渠道提高自身的藥學知識儲備，只有對制藥專業(yè)課程有較深的認識，才有可能在教學中靈活把握，更好地有的放矢，使物理化學在后續(xù)課程中充分發(fā)揮作用。
1. 2 強化應用，弱化推導
物理化學公式推導繁瑣是學生畏學的一個重要原因。對于化學專業(yè)學生來說，掌握這些理論公式的來龍去脈毋庸置疑，但對于制藥專業(yè)學生來說，學習物理化學的目的不是從事理論研究，而是應用物化知識去解決藥學領(lǐng)域中的專業(yè)問題，對結(jié)果的應用才是重中之重。因此，教學中應淡化公式推導，重點強調(diào)如何運用這些結(jié)論去解決實際中的問題。如熱力學部分中，理想氣體絕熱可逆過程的過程方程式，熵函數(shù)( S) 、吉布斯函數(shù)( G) 和亥姆霍斯函數(shù)( A) 的定義，不同物質(zhì)化學勢的表達形式等都無需推導，直接給出即可。重點放在對這些公式和概念的應用上。特別像熵函數(shù)的引入是公認的教學難點，傳統(tǒng)講法都是從熱機效率開始，由卡諾循環(huán)到卡諾定理，最后引出熵函數(shù)。對制藥專業(yè)學生來說，只需給出熵函數(shù)的定義式即可，重點應放在如何計算ΔS 和應用熵判據(jù)判斷變化方向。
1. 3 重視新內(nèi)容，避免舊內(nèi)容
在學時有限的情況下，教師要學會“做減法”，對在先行課程中學過的內(nèi)容要少講，避免重復。如適當刪減無機化學中的化學平衡內(nèi)容，大學物理中的熱機內(nèi)容。同時也要學會“做加法”，增加與專業(yè)結(jié)合緊密的物理化學內(nèi)容，為后續(xù)課程做足準備。如，增加相圖在藥物分離及提純中的應用介紹。利用低共熔相圖原理改良藥物劑型，當藥物與載體以低共熔比例共存時，制成的藥物具有均勻的微細分散結(jié)構(gòu)，可大大改善其溶出速度，提高藥物的吸收效果和生物利用度。再如，增加表面化學和膠體化學的介紹，這些內(nèi)容雖然在物理化學課程體系中所占比例較小，但對制藥專業(yè)至關(guān)重要，可為藥物新劑型的開發(fā)提供理論指導。如微乳給藥系統(tǒng)因其有增溶，促進吸收，提高生物利用度等優(yōu)點，被廣泛用于多種藥物制劑的開發(fā)，因此在授課時增加有關(guān)微乳內(nèi)容的介紹，使學生充分了解其形成原理和性質(zhì)，以便將來在工作中去應用。
2 加強理論與生產(chǎn)生活的聯(lián)系
制藥專業(yè)學生對物理化學產(chǎn)生畏學的另一個原因就是不知道學習物理化學有何用途。這說明教學內(nèi)容與實際應用之間的融合還不夠，尤其是專業(yè)之間的融合不夠。加強理論聯(lián)系實際，不僅可以讓學生輕松享受學習的樂趣，也可讓學生明白學有所用的道理，這樣才有可能將“要學生學”變?yōu)椤皩W生要學”。
其實每一個新藥的研發(fā)過程步步都離不開物理化學知識的指導。首先合成路線的選擇，工藝條件的確定離不開熱力學和動力學的指導; 其次藥物的分離和純化又需要相平衡的理論知識; 藥物劑型的設計離不開表面和膠體知識的指導; 而藥物在體內(nèi)的代謝，合適的給藥時間，藥物的有效期等離不開動力學知識的指導，可以說藥物從原料到產(chǎn)品到應用就是一個完美運用物理化學知識的過程。因此教學過程中，可以給出一個具體藥物做合成目標，指導學生運用物理化學知識去設計合成路線，通過這些教學內(nèi)容讓學生切身體會到物理化學對本專業(yè)的重要性，從而擺脫物理化學對制藥專業(yè)“無用”的帽子。同樣，在教學過程中還可穿插一些生活中應用物理化學原理的實例，如冰上撒鹽化凍，人工降雨等，通過對這些實例的介紹和分析，不僅可以強化學生對教學內(nèi)容的理解，擴寬思路，提高分析解決問題的能力，還可以極大地提升學生的學習興趣。
3 加強理論與科學前沿的聯(lián)系
教學沒有科研做底蘊，就是一種沒有觀點的教學，沒有靈魂的教學。堅持教學與科研相結(jié)合，是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的主要途徑，也是理論聯(lián)系實際的重要環(huán)節(jié)。同時，教學與科研緊密結(jié)合，教研相長，也是提高教學效果的重要舉措。
( 1) 熱力學部分與科學前沿的結(jié)合。講熱力學部分測定化學反應熱效應時，可以向?qū)W生介紹目前常用的量熱技術(shù)在藥學領(lǐng)域的應用。量熱法可測定藥物、賦形劑的穩(wěn)定性，藥物與賦型劑之間的兼容性，分析藥物中無定形態(tài)的含量等。還可以定量地研究藥物與細胞間的相互作用，獲得藥效、抑制率等方面的信息，對于藥理學，臨床醫(yī)學、藥物的合成與篩選等方面均具有重要的理論意義與實際價值。特別是采用微量熱技術(shù)可以對腫瘤細胞的生長代謝進行研究，可探討它的生產(chǎn)特點并找出其代謝規(guī)律，廣泛用于藥物對腫瘤的抑制以及腫瘤熱療新方法的研究。
( 2) 動力學與科學前沿的結(jié)合。講動力學部分的阿侖尼烏斯公式求活化能時，可將其與現(xiàn)代熱分析技術(shù)相聯(lián)系，前者是將反應分別設置在多個不同固定溫度下進行實驗來獲取活化能，后者是在程序升溫或降溫的條件下由一條或多條不同升溫速率下實驗得到的熱分析曲線來求取動力學三因子，即活化能、指前因子、最可幾機理函數(shù)。后者獲得的動力學模型適用于定溫和變溫條件，適用范圍比前者更廣。
( 3) 相平衡與科學前沿的結(jié)合。講單組分相圖臨界點時，可以介紹超臨界萃取技術(shù)在藥物提取方面的應用。它是集萃取與分離于一體的新型提取分離方法，利用物質(zhì)在臨界點附近的奇妙特性，將超臨界流體做萃取劑，將高壓下萃取的物質(zhì)經(jīng)降低壓力分離出來。該方法由于具有不破壞被提取成份活性的特點使其在純天然有效組分的提取方面具有重要作用。
4 加強理論與人文科學的聯(lián)系
物理化學理論深奧、晦澀難懂也是學生感覺物理化學難學的一個重要原因之一，如何才能深入淺出地講好這門課是每一位物理化學教師都應不斷思考的問題。通過多年的物理化學教學，筆者深切地感受到物理化學的許多觀點都蘊含著豐富的人生哲理，教師在教學中應該把這些觀點和體會引入課堂，這樣不僅會營造輕松愉快的學習氣氛，而且能傳播人文精神，傳遞正能量，進而激發(fā)學生的學習興趣。
