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淺談物理化學(xué)實驗教學(xué)改革中的創(chuàng)新教育思路論文
物理化學(xué)實驗(包括結(jié)構(gòu)化學(xué)部分)是西南大學(xué)化學(xué)教育、化學(xué)工程、應(yīng)用化學(xué)和材料化學(xué)各專業(yè)必修的基礎(chǔ)實驗課程，它綜合了化學(xué)領(lǐng)域中各分支學(xué)科所需要的基本研究技術(shù)和研究方法，在化學(xué)專業(yè)實驗課程中占有重要地位，其教學(xué)目的是使學(xué)生掌握物理化學(xué)理論知識及相應(yīng)的操作技能，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題和將理論應(yīng)用于實踐的能力，具有物理化學(xué)理論教學(xué)不可取代的作用;也是培養(yǎng)學(xué)生動手能力和科學(xué)研究能力的重要實踐環(huán)節(jié)，在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、綜合能力上發(fā)揮著重要的作用.西南大學(xué)物理化學(xué)實驗課已建設(shè)成為數(shù)字化重點課程，網(wǎng)絡(luò)化的物理化學(xué)實驗為學(xué)生遠程個性化課前輔導(dǎo)、課后復(fù)習和創(chuàng)新探索提供了良好的教學(xué)平臺.然而學(xué)生在物理化學(xué)實驗中依然很難將所學(xué)的物理化學(xué)理論知識與具體的物理現(xiàn)象和化學(xué)現(xiàn)象聯(lián)系起來，且難以應(yīng)用已有的知識和操作技能去解決實際問題.這表明物理化學(xué)實驗教學(xué)改革是一個亟待解決的問題.但是如何改革、改革什么卻是一個令人困惑的難題.本文結(jié)合物理化學(xué)實驗教學(xué)的實際情況，就其改革的思路和可行的做法做一些嘗試性的探討.
1物理化學(xué)實驗教學(xué)現(xiàn)狀
既然物理化學(xué)實驗在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、綜合能力方面具有非常重要的作用，那么就需要科學(xué)的課程體系和前沿的實驗內(nèi)容;為了培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，還需要合理的實驗考核體系和先進的教學(xué)模式.然而，目前的物理化學(xué)實驗教學(xué)中普遍存在一些問題：課程體系仍然沿用幾十年前制定的老體系;大部分實驗內(nèi)容極為陳舊，并且起點低，基本上反映不出學(xué)科的發(fā)展現(xiàn)狀，而且驗證性實驗多，研究性實驗少，綜合性實驗更少;各分支學(xué)科設(shè)置的實驗各自為政，導(dǎo)致實驗內(nèi)容簡單、重復(fù);在實驗課堂上只重視驗證書本上的知識和基本操作細節(jié)等.由于實驗課本身存在的問題，使得學(xué)生對實驗課的興趣下降，重視程度降低，主動性差.這些現(xiàn)象勢必導(dǎo)致學(xué)生動手能力差、大量相關(guān)知識和技能融匯貫通的能力差、綜合應(yīng)用各種實驗方法和技術(shù)的能力差，突出表現(xiàn)在學(xué)生在研究生復(fù)試時因?qū)嶒災(zāi)芰Σ疃槐讳浫〉默F(xiàn)象比較嚴重.因此，改革物理化學(xué)實驗教學(xué)勢在必行.
2物理化學(xué)實驗教學(xué)改革的創(chuàng)新教育思路
2.1課程體系的改革
當前物理化學(xué)實驗課程普遍存在內(nèi)容不新穎且與理論嚴重脫節(jié)，教學(xué)方法落后，考核方式不科學(xué)等問題.這些問題導(dǎo)致了學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)不完備、不合理，實際解決問題的能力不強，尤其是創(chuàng)新能力非常缺乏.為了改變這一現(xiàn)狀，有必要對課程體系進行深刻的變革.但是課程體系的改革非常龐雜，為了增強可行性，現(xiàn)提出如下的思路和方法：將單純的物理化學(xué)實驗課程改革為由實驗理論課(包括實驗基礎(chǔ)理論與技術(shù)、新技術(shù)新方法等)、基礎(chǔ)實驗課和綜合實驗課三部分組成.將第一、二部分安排在第三學(xué)期，第三部分嘗試安排在第四學(xué)期.這樣可使學(xué)生通過綜合實驗課的訓(xùn)練，在選題、查閱文獻、實驗設(shè)計、儀器安裝等方面都得到充分的鍛煉，增強他們的動手能力，拓寬他們的知識面，為其進一步學(xué)習深造奠定基礎(chǔ)，同時對學(xué)生做畢業(yè)論文也大有益處.
事實上，改革物理化學(xué)實驗的課程體系，不僅能使學(xué)生掌握科學(xué)的實驗方法和技能，而且突出培養(yǎng)了學(xué)生綜合運用知識分析、解決問題的能力和創(chuàng)新思維能力，這對于培養(yǎng)適應(yīng)二十一世紀的高素質(zhì)人才極有幫助.
當然，課程體系改革必須遵循以下的指導(dǎo)思想：1)強調(diào)課程體系的構(gòu)建原則是以理論知識為構(gòu)架，以應(yīng)用為目標，形成以培養(yǎng)“知識與能力”為目標的課程體系.課程體系改革，涉及課程內(nèi)容的整合、重組，教材的編寫和教學(xué)方法的變革，其目的是優(yōu)化課程內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，構(gòu)建學(xué)生合理的知識能力結(jié)構(gòu)，在掌握科學(xué)實驗方法和技能的基礎(chǔ)上，突出綜合運用知識去分析、解決問題的能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng).在課程體系的設(shè)計中，理論課程應(yīng)以應(yīng)用為目標，教學(xué)內(nèi)容緊密結(jié)合專業(yè)核心課程對理論知識的要求，把后續(xù)專業(yè)課程所需要的知識和能力融進教學(xué)內(nèi)容，納入教學(xué)計劃，并在教學(xué)中認真落實.2)優(yōu)化課程體系結(jié)構(gòu)與教學(xué)內(nèi)容選擇.新的物理化學(xué)實驗課程體系的建立，必須依據(jù)人才培養(yǎng)的細化目標，并不斷優(yōu)化課程的結(jié)構(gòu)及教學(xué)內(nèi)容的選擇.在綜合實驗課程部分選取科學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，循序漸進、由淺到深、由易到難，按先基礎(chǔ)后提高的原則進行教學(xué).3)探索理論教學(xué)與實驗訓(xùn)練為一體的課程教學(xué)模式.物理化學(xué)理論課程與實驗課程教學(xué)采用系列化、層次化模式.設(shè)有配合課程教學(xué)內(nèi)容的實驗，使理論與實驗緊密結(jié)合起來，讓學(xué)生通過物理化學(xué)實驗，掌握理論知識，并將之轉(zhuǎn)變成自身的能力;增加設(shè)計性、綜合性以及創(chuàng)新型實驗教學(xué)內(nèi)容，真正提升學(xué)生的創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì).
2.2教學(xué)內(nèi)容的改革
以上三部分教學(xué)內(nèi)容的安排都要符合二十一世紀發(fā)展的要求，制定出詳細的教改方案、教學(xué)大綱和教學(xué)計劃.
1)物理化學(xué)實驗理論課的目的是為了讓學(xué)生在實驗前了解實驗所涉及的理論基礎(chǔ)及技術(shù)，也是為了彌補學(xué)生因不懂儀器設(shè)備原理所造成的知識面窄的問題.因此實驗理論課的內(nèi)容一方面是常用實驗的基礎(chǔ)理論和技術(shù)，另一方面是化學(xué)領(lǐng)域最新發(fā)展動態(tài)，新技術(shù)、新方法、新儀器的原理介紹.
2)基礎(chǔ)實驗課的內(nèi)容.根據(jù)教育部理科化學(xué)教學(xué)指導(dǎo)委員會1999年最新公布的“化學(xué)教學(xué)基本內(nèi)容”的要求以及儀器設(shè)備的現(xiàn)狀，基礎(chǔ)實驗課的內(nèi)容安排應(yīng)力求新穎、不重復(fù)，并與理論知識緊密結(jié)合;在內(nèi)容的選擇上應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)境保護和綠色化學(xué)意識;實驗數(shù)據(jù)的采集和處理要多采用先進的微機系統(tǒng)，增加計算機模擬實驗的數(shù)量，使實驗基礎(chǔ)課的內(nèi)容能更好地適應(yīng)當前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀.在改革的試驗階段，我們對基礎(chǔ)實驗做了重大調(diào)整，將原來的16個實驗增加到25個，并規(guī)定每年開設(shè)的內(nèi)容都必須根據(jù)具體情況作出調(diào)整，力求讓學(xué)生在基礎(chǔ)實驗中驗證物理化學(xué)的理論知識.
3)綜合實驗課的目的是使學(xué)生得到充分的實驗鍛煉.在內(nèi)容方面，可以結(jié)合儀器設(shè)備的現(xiàn)狀以及一些教師的科研課題，專門為學(xué)生設(shè)計一些原創(chuàng)性實驗.實驗內(nèi)容應(yīng)包括多種實驗方法和實驗技術(shù)的綜合應(yīng)用，如化合物的合成、結(jié)構(gòu)及性質(zhì)測定等;同時有意識地引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注當前社會面臨的一些亟待解決的熱點問題.比如，在測定物質(zhì)燃燒熱的實驗中，用化工廠排污口的淤泥代替?zhèn)鹘y(tǒng)實驗使用的化合物(如苯、苯甲酸等)，不僅讓學(xué)生明確了燃燒熱的定義，了解了恒壓燃燒熱與恒容燃燒熱的區(qū)別，更重要的是培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和環(huán)保意識.根據(jù)我們的統(tǒng)計，學(xué)生對這一部分實驗內(nèi)容的改革感到滿意的比例高達98%，遠遠高于以前的比例.由于綜合實驗課可真正培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力，因此其教學(xué)內(nèi)容需要組織一線教師認真思考，精心編排，統(tǒng)一部署.通過綜合實驗課，真正使學(xué)生了解和掌握學(xué)科前沿的新知識和先進的實驗技術(shù)，增加相關(guān)知識和技能的儲備，提高他們的綜合素質(zhì).
總之，教學(xué)內(nèi)容的改革應(yīng)立足于實驗課程內(nèi)容體系的改革與創(chuàng)新，吸收科技發(fā)展和教學(xué)改革的最新成果，優(yōu)化內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，構(gòu)建學(xué)生合理的知識能力結(jié)構(gòu).
2.3建立科學(xué)合理的評價考核體系
物理化學(xué)實驗課實行獨立的考核、考試和成績評定.因此，為了全面達到物理化學(xué)實驗課的培養(yǎng)目標，發(fā)揮學(xué)生作為學(xué)習主體的主觀能動性，促進學(xué)生創(chuàng)新能力的逐步形成，建立科學(xué)合理的考核制度更有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng).物理化學(xué)實驗理論知識較復(fù)雜，實驗操作較煩瑣，學(xué)生在學(xué)習中通常只注意死記硬背公式，不注意知識的理解和綜合運用.現(xiàn)行大多數(shù)學(xué)校的考核方式只采用卷面筆試的方式，這其實很不科學(xué).因為有些學(xué)生雖然在考試中得了高分，但是這并不能說明他對這門課程有很好的理解和掌握.實際上，考試的目的一方面是希望真實地反映出學(xué)生對課程內(nèi)容的有效掌握，但更重要的是希望反映出學(xué)生獨立地分析、解決問題的能力，以及其創(chuàng)新思維和能力發(fā)展的程度.因此，建立科學(xué)的評價體系就非常必要.
考慮到學(xué)生人數(shù)多和儀器設(shè)備的現(xiàn)狀，為了提高考核方式的可行性，我們引入所謂的“設(shè)計性實驗考核機制”.所謂“設(shè)計性實驗”，是指給出實驗的目的，提供必要的實驗儀器，由學(xué)生自主設(shè)計實驗步驟，自主選擇所需實驗儀器，獨立完成所有實驗過程.這將真正培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗的創(chuàng)新能力，大大激發(fā)學(xué)生對物理化學(xué)實驗課的興趣.
實際上，“設(shè)計性實驗考核機制”是將評價由過去主要依靠實驗結(jié)果逐步轉(zhuǎn)向關(guān)注實驗過程.其評價結(jié)果不只是關(guān)注實驗結(jié)果的準確與否，而是更強調(diào)對實驗結(jié)果的評價、反饋以及被評價者對結(jié)果的認同和對原有狀態(tài)的改進.比如，某同學(xué)的實驗結(jié)果不如預(yù)期甚至與預(yù)期的實驗結(jié)果相反，但是只要他能夠應(yīng)用已經(jīng)掌握的知識，通過對實驗數(shù)據(jù)、過程和結(jié)果的分析，合理解釋導(dǎo)致異常實驗結(jié)果的原因，甚至能創(chuàng)造性地提出解決辦法，在“設(shè)計性實驗”考核機制里這樣的實驗不僅不應(yīng)該算失敗，反而應(yīng)該得到鼓勵.
2.4改革實驗教學(xué)模式
課程體系的改革和創(chuàng)新需要有新的教學(xué)模式與方法與之配套，才能體現(xiàn)出它的優(yōu)勢，發(fā)揮它的作用.物理化學(xué)實驗課程教學(xué)模式的優(yōu)劣和教師的教學(xué)方法、策略以及個人素質(zhì)密切相關(guān).如果排除這個因素，我們完全可以通過制度化的規(guī)定，結(jié)合科學(xué)合理的策略來變革實驗教學(xué)模式.
1)實現(xiàn)理論教學(xué)與實驗教學(xué)的對接.理論教學(xué)內(nèi)容以物理化學(xué)基本理論與技術(shù)構(gòu)成.使學(xué)生掌握必要、適用的基礎(chǔ)理論和技術(shù)理論，才能實現(xiàn)理論教學(xué)與相對應(yīng)的實驗教學(xué)對接.目前西南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院共有4個專業(yè)，分別為化學(xué)教育、化學(xué)工程與工藝、材料化學(xué)和應(yīng)用化學(xué).在實際的教學(xué)過程中，應(yīng)組織教師針對各個專業(yè)要求學(xué)生應(yīng)知、應(yīng)會的知識點和能力層次進行剖析和研究，找出其對應(yīng)課程的知識點，并分析其內(nèi)在的聯(lián)系，為專業(yè)課程的課程改革提供依據(jù)，從而修訂教學(xué)大綱，將各個專業(yè)學(xué)生應(yīng)知、應(yīng)會的知識點分模塊、分階段、分學(xué)期融合到相應(yīng)理論課程和相應(yīng)的實驗課程中.
2)分塊教學(xué)，理論與實驗的完美結(jié)合.物理化學(xué)實驗課程的內(nèi)容在本質(zhì)上是與物理化學(xué)理論課程的內(nèi)容一致的.而物理化學(xué)理論課程的內(nèi)容分為“熱力學(xué)”、“動力學(xué)”、“電化學(xué)”和“膠體”等幾個部分.為了讓實驗與理論緊密結(jié)合起來，可以將物理化學(xué)實驗課程的內(nèi)容也分成相應(yīng)的模塊，并且進度與理論課一致.這不僅使學(xué)生“學(xué)以致用”，將所學(xué)的理論知識應(yīng)用于實踐，而且可以幫助學(xué)生理解物理化學(xué)理論課程的知識，為培養(yǎng)高素質(zhì)的人才打下堅實的基礎(chǔ).
3)開展信息技術(shù)的應(yīng)用，引入現(xiàn)代化教學(xué)手段.物理化學(xué)實驗課的教學(xué)采用多媒體教學(xué)方式，應(yīng)用新技術(shù)、新方法充分發(fā)揮多媒體教學(xué)直觀、形象、信息量大的優(yōu)勢.采用多媒體教學(xué)的方式，不僅可以使學(xué)生的學(xué)習變得生動有趣，而且可以彌補儀器不足的問題.在基礎(chǔ)實驗教學(xué)中，由原來教師準備好實驗，學(xué)生單純的做實驗，改成讓學(xué)生從實驗準備階段就進入實驗室，從儀器的配套選擇、安裝調(diào)試、藥品的領(lǐng)取、溶液的配制以及實驗室的整理等方面，盡可能全方位地參與，為提高學(xué)生的動手能力提供機會.在綜合實驗課階段，開放實驗室，充分發(fā)揮學(xué)生的主動性和積極性，讓學(xué)生自己動手動腦，使學(xué)生成為實驗的主體，起主導(dǎo)作用，教師僅為學(xué)生做好后勤輔助工作.
2.5融入科技創(chuàng)新成果，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識
要真正做到物理化學(xué)實驗課程內(nèi)容體系的改革與創(chuàng)新，必須吸收現(xiàn)代科技發(fā)展和教學(xué)改革的最新成果，優(yōu)化實驗內(nèi)容和結(jié)構(gòu)，以達到人才培養(yǎng)總目標的要求.
如何吸收現(xiàn)代科技發(fā)展和教學(xué)改革的最新成果呢?這是一個見仁見智的問題.為了鼓勵學(xué)生積極投身科學(xué)事業(yè)，增強學(xué)生的自豪感，完全可以就近取材，從本校教師的最新研究成果中選擇合適的內(nèi)容設(shè)計成物理化學(xué)創(chuàng)新實驗項目.這樣，一方面可以引導(dǎo)學(xué)生大膽進行創(chuàng)新嘗試，另一方面也可通過身邊的人和事促進和鼓勵學(xué)生積極投入科學(xué)研究.事實上我們已經(jīng)開始嘗試這方面的工作，而且取得了一些成績.如我校一些教授一直從事電化學(xué)傳感器的研究工作，他們的一些研究成果已經(jīng)實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用.通過精心選取合適的成果，我們將其設(shè)計成創(chuàng)新實驗項目，一方面能夠結(jié)合物理化學(xué)理論課程中有關(guān)電化學(xué)、熱力學(xué)和動力學(xué)的內(nèi)容，另一方面使實驗項目和科研、生產(chǎn)緊密結(jié)合起來，通過引導(dǎo)學(xué)生查閱文獻，獨立設(shè)計實驗方案等等，達到合理構(gòu)建學(xué)生的知識能力結(jié)構(gòu)，培養(yǎng)學(xué)生綜合運用知識去分析問題、解決問題和創(chuàng)新思維能力的教學(xué)目標.
3結(jié) 語
本文就物理化學(xué)實驗教學(xué)改革的創(chuàng)新教育提出了一些可行的思路和方法.但是物理化學(xué)實驗教學(xué)涉及教學(xué)過程的各個方面，其教學(xué)改革不可能一蹴而就.只有不斷提高一線教師的教學(xué)能力和素質(zhì)，組織人力系統(tǒng)研究和不斷探索，把注重學(xué)生的能力培養(yǎng)作為實驗教學(xué)的重要任務(wù)，才可培養(yǎng)出素質(zhì)全面、能力突出的創(chuàng)新型人才.
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