淺談基礎(chǔ)物理化學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的探索與實(shí)踐論文

　　為了激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)興趣，提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，我校于2005年開(kāi)始在基礎(chǔ)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中增設(shè)了設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，充分地發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性，把所學(xué)的理論知識(shí)加以運(yùn)用解決實(shí)際中的問(wèn)題，提高了學(xué)生的實(shí)踐能力，使學(xué)生從實(shí)驗(yàn)中領(lǐng)會(huì)科研探索的思路和研究方法，培養(yǎng)了學(xué)生由“印證理論型”向“創(chuàng)新能力和素質(zhì)提高型”的轉(zhuǎn)變。多年來(lái)，我們通過(guò)積極地與其他院校的同行交流，虛心借鑒他們的經(jīng)驗(yàn)，廣泛地查閱有關(guān)的文獻(xiàn)和書(shū)籍，在教學(xué)實(shí)踐中認(rèn)真研究與探索，使實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容得以不斷地改進(jìn)與豐富。在本論文中，結(jié)合我們開(kāi)設(shè)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的具體項(xiàng)目，介紹一下這些實(shí)驗(yàn)在選擇和設(shè)置時(shí)的思路及在教學(xué)實(shí)踐過(guò)程中積累的一些經(jīng)驗(yàn)。

　　一、從經(jīng)典的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)新的研究?jī)?nèi)容

　　如何將經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)延伸為設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是我們從事物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)驗(yàn)教師一直認(rèn)真探索的問(wèn)題。例如電導(dǎo)法測(cè)定乙酸乙酯皂化反應(yīng)的速率常數(shù)是國(guó)內(nèi)外高�；瘜W(xué)專(zhuān)業(yè)必開(kāi)設(shè)的經(jīng)典動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，很多高校在該實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上開(kāi)設(shè)了具有研究性特點(diǎn)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，張虎成等人設(shè)想并實(shí)現(xiàn)了在未知反應(yīng)級(jí)數(shù)的前提下讓學(xué)生靈活地利用動(dòng)力學(xué)原理設(shè)計(jì)測(cè)定反應(yīng)級(jí)數(shù)的測(cè)定方法，陳曉娟等開(kāi)設(shè)了開(kāi)放式研究性實(shí)驗(yàn)“酯類(lèi)皂化反應(yīng)溶劑效應(yīng)”，對(duì)酷類(lèi)化合物皂化反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)溶劑效應(yīng)進(jìn)行了初步分析，獲得了有意義的結(jié)果。我校一共開(kāi)設(shè)了20個(gè)基礎(chǔ)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，經(jīng)過(guò)多年的教學(xué)研究與實(shí)踐，我們?cè)谶@些實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上開(kāi)展了很多設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。

　　“濃差電池的設(shè)計(jì)和電動(dòng)勢(shì)的測(cè)定”是在經(jīng)典的電化學(xué)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)“化學(xué)電池溫度系數(shù)的測(cè)定”基礎(chǔ)上開(kāi)展的，要求學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的電極材料設(shè)計(jì)4個(gè)濃差電池然后利用電位差計(jì)測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)，學(xué)生普遍認(rèn)為這個(gè)實(shí)驗(yàn)比較簡(jiǎn)單，可是在具體操作的時(shí)候卻出現(xiàn)了很多問(wèn)題，問(wèn)題主要表現(xiàn)在學(xué)生在設(shè)計(jì)方案的時(shí)候缺少周密的考慮，比如設(shè)計(jì)的電池所用的電解質(zhì)溶液是硝酸銀，可鹽橋的溶液卻用的是氯化鉀飽和溶液，結(jié)果連接上電池后二者相遇發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氯化銀沉淀導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)失敗;有的同學(xué)將商品銀絲不經(jīng)活化處理就直接作為銀電極使用，結(jié)果發(fā)現(xiàn)所得的電池電動(dòng)勢(shì)數(shù)據(jù)與文獻(xiàn)上報(bào)道的理論值相差很大，遇到這些問(wèn)題，作為教師，要讓學(xué)生認(rèn)真獨(dú)立的思考問(wèn)題出現(xiàn)的原因，然后重新修改方案，再通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證自己的想法的是否正確，切忌過(guò)多的干涉學(xué)生的想法，過(guò)多的提不與指導(dǎo)，否則不能更好地鍛煉和培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析和解決問(wèn)題的能力。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的主要目的是使學(xué)生掌握物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本方法與技能，加深對(duì)有關(guān)的物理化學(xué)原理的理解，而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)更加側(cè)重于提高學(xué)生靈活運(yùn)用這些實(shí)驗(yàn)技術(shù)和原理的能力。

　　化學(xué)反應(yīng)熱的測(cè)定是要測(cè)定的反應(yīng)熱，可采取量熱法及蒸發(fā)壓法相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)。它是在“燃燒熱的測(cè)定”和“純液體飽和蒸汽壓的測(cè)定”兩個(gè)基礎(chǔ)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)上開(kāi)展的項(xiàng)目，在驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生測(cè)定的是固體奈的燃燒熱，而乙醇是可燃液體樣品，既無(wú)固定形狀又很容易揮發(fā)，所以首先要求學(xué)生思考如何將乙醇固定在燃燒池中，測(cè)出其燃燒反應(yīng)的等容燃燒熱，再利用公式計(jì)算出該反應(yīng)體系的等壓燃燒熱，然后根據(jù)水的飽和蒸氣壓的測(cè)定方法，測(cè)出不同溫度下水的飽和蒸氣壓，求得水的平均摩爾汽化熱。這個(gè)實(shí)驗(yàn)將兩個(gè)熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)巧妙的結(jié)合起來(lái)，不但提高了學(xué)生的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能，而且加深了他們對(duì)熱力學(xué)基本理論的理解。 “酸催化蔗糖轉(zhuǎn)化動(dòng)力學(xué)”是由驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)“旋光法測(cè)定蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)速率常數(shù)”而延伸的實(shí)驗(yàn)，曾是第四屆全國(guó)大學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一，競(jìng)賽時(shí)首先給出了實(shí)驗(yàn)的基本原理，然后提出設(shè)計(jì)要求，要求在40分鐘內(nèi)設(shè)計(jì)一個(gè)合理的實(shí)驗(yàn)步驟，在某一溫度下，通過(guò)改變酸的濃度，求出對(duì)應(yīng)于酸的反應(yīng)級(jí)數(shù)及酸催化的反應(yīng)速率系數(shù)。我們?cè)趯?shí)驗(yàn)教學(xué)中對(duì)此進(jìn)行了一些改動(dòng)，因?yàn)楹蛥⒓痈?jìng)賽的學(xué)生相比，無(wú)論在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和操作方面，學(xué)生都有充分的時(shí)間思考和完成，所以我們沒(méi)有給出實(shí)驗(yàn)的基本原理，這樣在一定程度上就增加了設(shè)計(jì)的難度。對(duì)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，很多學(xué)生出現(xiàn)的問(wèn)題在于不知道實(shí)驗(yàn)的目的與他們所作的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)的區(qū)別，不清楚反應(yīng)的速率常數(shù)與酸的速率系數(shù)及酸的級(jí)數(shù)的關(guān)系，這反映了我們很多學(xué)生還沒(méi)有深入和靈活地理解動(dòng)力學(xué)的理論知識(shí)，在本實(shí)驗(yàn)中至少要測(cè)定兩個(gè)酸度下反應(yīng)體系的旋光度隨時(shí)間的變化，然后利用對(duì)作圖，分別求出兩條直線的斜率，學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)普遍出現(xiàn)了考慮問(wèn)題不深入、不細(xì)致的現(xiàn)象，比如酸是催化劑，只能改變反應(yīng)速率，不能改變反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，因此只要蔗糖的初始濃度不變，是常數(shù)，由于有些學(xué)生沒(méi)有考慮到這個(gè)關(guān)系，因此分別測(cè)定了兩個(gè)酸度下的，導(dǎo)致沒(méi)有在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成實(shí)驗(yàn)。

　　綜上所述，學(xué)生從設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案到獨(dú)立自主地完成實(shí)驗(yàn)，能夠真正地提高他們獨(dú)立思考分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。

　　二、鼓勵(lì)學(xué)生自主選題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

　　以上列舉的是教師結(jié)合多年的教學(xué)實(shí)踐并借鑒其他院校的教學(xué)內(nèi)容與經(jīng)驗(yàn)而開(kāi)設(shè)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。除此之外，我們還鼓勵(lì)學(xué)生自主開(kāi)發(fā)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，比如學(xué)生在做純液體飽和蒸汽壓實(shí)驗(yàn)過(guò)程中提出疑問(wèn)，測(cè)試數(shù)據(jù)的初始溫度為什么是40 ℃而不能低些，為此他們自己設(shè)計(jì)方案來(lái)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中真空的程度對(duì)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果有很大的影響，當(dāng)真空度為-700 mmHg時(shí)，測(cè)試的溫度應(yīng)在40 ℃以上，才能保證得到的水的平均摩爾汽化熱和正常沸點(diǎn)的誤差在5%以內(nèi)，若要降低測(cè)試的初始溫度，必須提高真空度。學(xué)生還通過(guò)上網(wǎng)查閱文獻(xiàn)開(kāi)發(fā)了“明膠的等電點(diǎn)測(cè)定方法與研究、表面活性劑在固體表面吸附量的測(cè)定”等等實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，在研究測(cè)定明膠的等電點(diǎn)方法時(shí)，他們大膽嘗試了利用最大泡壓法測(cè)定明膠等電點(diǎn)的方法，并且與常用的電導(dǎo)法進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)在等電點(diǎn)時(shí)，明膠溶液的表面張力最小，在表面張力的曲線上出現(xiàn)了拐點(diǎn)，而利用該方法測(cè)定明膠的等電點(diǎn)的文獻(xiàn)鮮見(jiàn)報(bào)道。研究的成果增強(qiáng)了學(xué)生大膽創(chuàng)新的信心。在研究表面活性劑在固體表面上的吸附量時(shí)，他們考察了陰離子表面活性劑十二烷基硫酸鈉(SDS)在不同固體吸附劑上的吸附行為;在選擇SDS濃度的測(cè)定方法時(shí)，由于國(guó)標(biāo)法是亞甲基藍(lán)分光光度法，測(cè)試的過(guò)程中要進(jìn)行萃取等煩瑣操作，為此學(xué)生大膽地設(shè)計(jì)了分別利用電導(dǎo)法和最大泡壓法測(cè)定其濃度。雖然方法的精密度不如國(guó)標(biāo)法，但是這兩種方法操作非常簡(jiǎn)單、快速，且基本能夠滿足學(xué)生實(shí)驗(yàn)的要求。在研究表面活性劑在納米二氧化鈦上的吸附行為時(shí)，考慮到二氧化鈦納米粒子所帶電荷的性質(zhì)可能會(huì)影響其對(duì)表面活性劑的吸附性能，為此他們?cè)O(shè)計(jì)利用改變pH值來(lái)改變納米粒子表面的帶電情況，進(jìn)而研究考察它們?cè)诓煌�的pH體系下對(duì)活性劑的吸附性能，為了驗(yàn)證他們的結(jié)論還選用了陽(yáng)離子表面活性劑CTAB來(lái)進(jìn)行對(duì)比研究。在這些實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生隨時(shí)會(huì)遇到問(wèn)題，會(huì)有新的想法和思路，然后要深入和廣泛地查閱文獻(xiàn)來(lái)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的方案。多年的教學(xué)實(shí)踐表明學(xué)生對(duì)這類(lèi)實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)出極大的興趣，因?yàn)樗麄冊(cè)谄渲畜w會(huì)到科研探索的樂(lè)趣。

　　三、將教師的科研項(xiàng)目與教學(xué)內(nèi)容相結(jié)合

　　目前，很多高校都將教師多年從事科研工作的內(nèi)容與成果編寫(xiě)成了實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，我們也在基礎(chǔ)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中針對(duì)化學(xué)教育改革實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生開(kāi)設(shè)了這一類(lèi)具有綜合性特點(diǎn)的研究項(xiàng)目，因?yàn)檫@些學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)非常好，畢業(yè)時(shí)大多數(shù)被報(bào)送讀研究生。為了豐富和擴(kuò)展他們的理論和實(shí)踐知識(shí)，培養(yǎng)他們科學(xué)研究的興趣，為將來(lái)更好地從事科研工作打下基礎(chǔ)，我們結(jié)合教師的科研課題開(kāi)設(shè)了一些設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這些實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生首先自己查閱文獻(xiàn)，了解相關(guān)領(lǐng)域的知識(shí)與研究現(xiàn)狀，然后獨(dú)立設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思路和方案，經(jīng)過(guò)和老師一起探討后確定樣品的制備方法、表征手段及性能測(cè)試的方法，由于這些實(shí)驗(yàn)工作量相對(duì)較大，因此實(shí)驗(yàn)的形式采取開(kāi)放性，學(xué)生在課余時(shí)間可以隨時(shí)到實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展實(shí)驗(yàn)，通過(guò)這些實(shí)驗(yàn)研究，不但鍛煉和提高了他們的實(shí)驗(yàn)技能，更重要的是使他們初步了解了科學(xué)研究的思路，體會(huì)了科研工作的艱辛，培養(yǎng)了他們認(rèn)真進(jìn)行科學(xué)研究工作的素養(yǎng)，并且由于這些研究?jī)?nèi)容涉及的領(lǐng)域廣泛，是表面化學(xué)、半導(dǎo)體光物理與光化學(xué)、光催化化學(xué)多學(xué)科知識(shí)交叉的研究項(xiàng)目，極大地豐富了他們的理論知識(shí)，開(kāi)闊了他們的思路，提高了他們科學(xué)研究的興趣，為將來(lái)從事科學(xué)研究工作奠定初步的基礎(chǔ)。

　　四、結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)多年來(lái)在教學(xué)實(shí)踐中的摸索與探討，我們?cè)谠O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的選擇和設(shè)置方面逐步地積累了一些經(jīng)驗(yàn)，也取得了較好的教學(xué)效果，使學(xué)生在學(xué)習(xí)興趣、動(dòng)手能力、獨(dú)立思考問(wèn)題及科學(xué)研究能力等方面都得到培養(yǎng)和提高。開(kāi)設(shè)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)后，先后有15名化學(xué)實(shí)驗(yàn)班的學(xué)生參加了全國(guó)大學(xué)生化學(xué)競(jìng)賽，其中有4人取得了二等獎(jiǎng)，3人獲得了三等獎(jiǎng)，明顯好于沒(méi)有開(kāi)設(shè)這類(lèi)實(shí)驗(yàn)前時(shí)學(xué)生的競(jìng)賽成績(jī)。

　　近年來(lái)發(fā)現(xiàn)，一些設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)經(jīng)過(guò)兒年的教學(xué)實(shí)踐，其內(nèi)容的創(chuàng)新性就會(huì)有所降低，這就要求我們要在實(shí)踐中不斷地研究探索新的研究項(xiàng)目，要大量地查閱相關(guān)的文獻(xiàn)與書(shū)籍，多與其他院校的教師交流與探討，借鑒其他高校同行的教學(xué)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的項(xiàng)目與內(nèi)容不斷地得以更新和豐富。

【淺談基礎(chǔ)物理化學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的探索與實(shí)踐論文】相關(guān)文章：

關(guān)于基礎(chǔ)化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索和實(shí)踐教育論文10-12

高中化學(xué)漂白實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)探索論文10-10

舊建筑改造設(shè)計(jì)的探索與實(shí)踐論文10-12

淺談護(hù)理學(xué)基礎(chǔ)微課的教學(xué)設(shè)計(jì)論文10-11

淺談基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革初探的論文10-10

淺談從慕課視角探索計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)課程微課教學(xué)的相關(guān)論文10-12

淺談區(qū)域農(nóng)村金融發(fā)展途徑探索論文10-12

淺談新媒體藝術(shù)中人文價(jià)值的探索的論文10-12

對(duì)于改善初中數(shù)學(xué)基礎(chǔ)教育探索教育論文10-12

關(guān)于物理化學(xué)的論文10-10