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新型物理化學實驗教學模式的設計論文
物理化學實驗是我�；瘜W、化學工程與工藝、環(huán)境工程、高分子材料與工程、藥學等相關專業(yè)的一門必修基礎實驗課。它以測量系統(tǒng)的物理量為基本內容，研究系統(tǒng)的物理性質與化學變化之間的某些重要規(guī)律，綜合了化學領域中各分支所需的基本研究工具和研究方法。物理化學實驗主要依靠各種物理學精密儀器進行，與物理化學、結構化學等課程緊密聯(lián)系，同時又是一門獨立的、實踐性及技術性很強的課程。物理化學實驗課程的這些特點在很大程度上決定了其教學效果與實驗教學儀器設備密切相關。
傳統(tǒng)的物理化學實驗過多依附物理化學理論課程，其中驗證性實驗為教學的主體內容。隨著現(xiàn)代科學技術的高速發(fā)展，高科技與數(shù)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，物理化學實驗室一直存在開放不足的問題。教師在教學時既想讓學生獨立操作，又擔心學生弄壞實驗儀器設備；教師既想讓學生單人單組，但又因實驗儀器臺套數(shù)的限制，這種要求難以滿足。在這些矛盾的狀況下，物理化學實驗教學很難達到考查學生綜合運用物理化學實驗原理、實驗方法及實驗技術解決實際測量問題的能力，考查學生綜合運用和設計實驗的思想和能力及正確處理實驗數(shù)據(jù)能力的目標，更不能實現(xiàn)21世紀培養(yǎng)社會適應性人才的目標。因此，打破這種僵化、矛盾的局面，大膽對物理化學實驗教學模式進行創(chuàng)新改革很有必要。經過多年的教學改革與實踐，我們建立了一種“信息化、自主型、開放式”的物理化學實驗教學新模式。
一、加強教材建設，調整課程體系。
�。ㄒ唬┙滩慕ㄔO的必要性。
由于各高校學科專業(yè)側重方向不同，物理化學實驗課程的教學內容和教學方式也不盡相同，這為教學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的飛速發(fā)展，過去物理化學實驗中的一些手動記錄儀器設備被計算機聯(lián)機應用和數(shù)字顯示儀器設備替代。但事物的發(fā)展是一把“雙刃劍”，它使學生享受到科技發(fā)展帶來的成果與便利，卻在物理化學實驗教材的選擇上給我們帶來了一個難題：各高校使用的物理化學實驗儀器設備型號不可能完全相同，而已有的實驗教材很難完全符合我們教學的要求。
鑒于此種現(xiàn)狀，我們自20xx年xx月起就自編了一套《物理化學實驗》講義，在連續(xù)使用6xx年之后，又重新對實驗講義進行了大范圍修訂，并成功申報了學校的教材立項。經過兩年的使用，教師和學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，在湖北文理學院和黃岡師范學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驗內容，使實驗總數(shù)達到45個�！段锢砘瘜W實驗》教材也于2013年9月在化學工業(yè)出版社正式出版。
�。ǘ┱n程體系調整的必然性。
從教學體系上看，物理化學實驗由化學熱力學、溶液、化學平衡、相平衡、電化學、動力學、表面化學和膠體化學等部分組成。這些經典實驗項目的設計大都偏重于驗證性實驗，屬于基礎知識應用和技能訓練實驗，缺少綜合設計和研究性實驗內容，與各高校的辦學特色不符，物理化學實驗作為一門獨立必修實驗課的教學目的難以體現(xiàn)，作為理論課的重要組成部分，對學生進行綜合應用和創(chuàng)新能力培養(yǎng)的教學目標難以達到。另外，實驗教師對基礎驗證性實驗的評價往往忽略實驗過程，而過于注重實驗報告和實驗結果。
對于那些肯動手、會動腦，實驗數(shù)據(jù)真實但實驗結果不夠理想的學生來說，這種評價模式就會在無形中打擊學生的實驗積極性和求知欲。在新出版的教材中，我們按照物理化學理論課程體系對實驗內容進行了歸類，基礎性實驗包括化學熱力學部分的11個實驗，電化學部分的9個實驗，動力學部分的4個實驗，表面與膠體化學部分的6個實驗及結構化學部分的3個實驗。我們自主研發(fā)的8個綜合設計性實驗和7個研究性實驗各占一章。為了使學生熟悉物理化學實驗常用儀器的操作，我們把“常用儀器的使用”單列為一章，以方便教師和學生快速查閱所需儀器設備的使用方法，同時我們增加了“常用儀器操作訓練項目”，要求學生結合開放性實驗自主訓練。
（三）我校物理化學實驗教學的特色。
我�；瘜W專業(yè)物理化學實驗總共有96學時，分兩學期進行，每學期48學時。化學工程與工藝、高分子材料與工程、藥學等專業(yè)的學時數(shù)均為48學時，環(huán)境工程專業(yè)的學時數(shù)為24學時，與基礎化學實驗合為一門課程，一學期完成。針對不同專業(yè)的特點，我們制定了不同的教學計劃。
我們首先將原有單一的物理化學實驗課程體系擴展為基礎性實驗、綜合設計性實驗和研究性實驗三個層次，每個層次教學目的與要求不同，以期達到由淺入深，循序漸進，層層提高；其次兼顧經典實驗項目與現(xiàn)代儀器設備，實現(xiàn)實驗基本技能與綜合應用能力共同培養(yǎng)，以最終達到培養(yǎng)學生獨立或在教師指導下設計實驗方案、獨立完成實驗操作的能力，促進學生的創(chuàng)新精神，提高學生的創(chuàng)新能力。改革后的物理化學實驗課程體系完備，教學內容豐富，層次清晰，形成了從基本技能到綜合應用、從被動接受知識到主動獲取和構建知識、從單一課堂教學為主到課堂教學和開放式教學相結合、從程序式照方抓藥到啟發(fā)式自主設計、自主探究式的新實驗課程體系和課程內容。
二、建立信息化教學平臺。
（一）信息化實驗教學的特色。
教育信息化是指在教育領域全面深入地運用現(xiàn)代信息技術來促進教育改革和教育發(fā)展的過程。在信息時代的今天，利用互聯(lián)網(wǎng)、移動通信技術搭建起來的信息互聯(lián)網(wǎng)平臺能夠滿足學校、教師、學生之間的信息需求，促進教師和學生之間的信息溝通，實現(xiàn)教育信息化。在高等院校，信息化實驗教學主要是依賴精品資源共享課程平臺建立的一種新穎的教學環(huán)境。這種全新的信息化實驗教學環(huán)境具有以下特色：
第一，教師教學模式發(fā)生改變。在傳統(tǒng)的實驗教學中，教師在實驗前要詳細講解實驗的各個環(huán)節(jié)；而信息化實驗課程教學中教師在實驗前無需對各個實驗項目進行詳細講解，只以提問的方式檢查學生的預習效果，并重點強調實驗中容易發(fā)生的問題及注意事項，隨后學生即可以開始實驗。
第二，實驗教學效果顯著提高。在信息化教學資源共享平臺上，學生可通過文字、聲音、圖像、動畫及教師聲情并茂的講解等多種方式進行課前預習，理解并熟悉復雜實驗儀器的結構、實驗原理和操作步驟，提高預習效果和實驗質量。
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(xiàn)，其中課程教學錄像這一部分又是平臺建設中難度最大、最耗時和費力的一項內容。無疑，物理化學實驗的網(wǎng)上視頻資料也是課程建設的重要資源之一。
第四，實驗教學管理模式更趨成熟。信息化實驗教學一般要求實驗室具備開放的條件，這樣學生才可以通過預約平臺進入實驗室開展各項實驗工作，包括常用儀器操作練習、綜合設計性實驗和研究性實驗等。這種信息化平臺的建設滿足了學生提前預約實驗、合理安排實驗時間、自主設計創(chuàng)新實驗等要求，保證他們能夠單人單組獨立完成實驗。教師也可以根據(jù)學生預約情況隨時調整開放性實驗室的人數(shù)和時間，以期最大效率地利用物理化學實驗室的儀器資源，最大限度地提高實驗教學管理效率。
因此，信息化教學資源平臺的建設必將是物理化學實驗課程改革發(fā)展的一個趨勢，也是課程建設的重要內容之一。
（二）通過自主錄制實驗課程視頻錄像，建立信息化實驗教學平臺。
利用精品資源共享平臺，借助實驗教學課件與自主錄制的視頻開通網(wǎng)上輔助教學功能，建立信息化教學平臺，為學生預習實驗、自主設計實驗提供幫助。在信息化平臺建設的過程中，實驗課教學視頻的錄制相對于理論課教學錄像難度更大，因為實驗操作步驟尤其是儀器操作中的每一個環(huán)節(jié)的演示、講解都必須嚴格按照規(guī)范化、標準化的要求進行，它對任課教師提出了更高的要求，即儀器操作規(guī)范嫻熟、講解準確，同時也對攝像師提出了高要求，即熟悉儀器操作的每一個環(huán)節(jié)，這樣才能保證錄制的教學視頻重難點突出、實驗操作中重要環(huán)節(jié)展示到位。我們自主錄制的物理化學實驗教學視頻包括實驗目的和原理簡介、實驗步驟及實驗儀器操作等內容，其中后兩項為主要內容。學生通過觀看精品資源共享平臺上的實驗教學視頻進行課前預習，能夠達到熟悉儀器操作的目的。
傳統(tǒng)的物理化學實驗教學按照“實驗前預習、實驗前講解、實驗中演示實驗操作、實驗中教師指導、實驗結束數(shù)據(jù)處理、完成實驗報告”的模式進行。有了實驗課程教學錄像和信息化平臺，我們就可以確保在滾動式實驗教學過程中，學生充分利用精品資源共享平臺，提前觀看相應實驗的視頻教學錄像，實驗前通過實驗教材、實驗視頻詳細了解實驗內容和實驗步驟。在實驗教學中，教師將傳統(tǒng)教學模式的前三個環(huán)節(jié)調整為“實驗前提問”一個環(huán)節(jié)。在有限的時間內，教師講解時間大大減少，學生自主實驗時間增多。提問環(huán)節(jié)主要針對教師在視頻中對相應實驗的實驗內容和實驗步驟給出的若干思考題，學生進入實驗室后可以相互討論，教師也可以提問學生，從而考查學生的預習情況。實踐證明，學生樂于接受這種圖、文、聲并茂的實驗教學模式，教學效果比教改前明顯提高。
三、建立開放式實驗室預約管理平臺。
�。ㄒ唬﹪鴥任锢砘瘜W實驗教學現(xiàn)狀分析。
國內物理化學學科的改革正朝著強化創(chuàng)新精神與培養(yǎng)創(chuàng)新能力的方向發(fā)展，物理化學實驗的教學模式與內容的改革也出現(xiàn)綜合、融合的趨勢。目前，部分普通高等院�；瘜W專業(yè)的物理化學實驗都開設了12～16個基礎性物理化學實驗，沒有開設綜合設計性實驗和研究性實驗。
一些高等院校借助教育部本科教學評估的東風，更新與調整了物理化學實驗中的絕大部分儀器設備，實驗教學條件大幅度改善，物理化學實驗教學中除了開設16個左右的基礎性實驗外，還開設了4～6個綜合設計性實驗；還有一些條件好的普通高校及重點院校除了開設上述兩種類型的實驗外，研究性實驗也占了很大的比例，如北京大學，南京大學，武漢大學等。所謂設計性實驗是指學生在教師的指導下，根據(jù)給定的實驗目的和實驗條件，自行設計實驗方案，自己進行實驗并對結果進行分析處理，一般各高校會結合自身的特色量身定做一些設計性實驗。所有這些不同層次的物理化學實驗不僅能培養(yǎng)學生的獨立工作能力和基本科研能力，而且能使學生初步了解和掌握基本實驗技能及現(xiàn)代實驗先進技術。隨著現(xiàn)代實驗技術和研究方法的進展，學科之間的交叉融合是各學科發(fā)展的顯著特點。因此，綜合設計性和研究性實驗將會在今后的實驗課程體系和課程內容中占據(jù)越來越大的比重。
（二）我校物理化學實驗教學模式與教學內容的優(yōu)化。
受實驗儀器臺套數(shù)的限制，物理化學實驗過去大都實行兩人一組，現(xiàn)在基本實行單人單組。為了提高物理化學實驗的教學效果，提高學生的獨立操作和動手能力，我們對實驗內容進行了滾動式教學，其他實驗依此類推。這種滾動式教學模式不僅彌補了儀器臺套數(shù)的不足，而且能提高實驗教學質量。學生可根據(jù)自己的專業(yè)特長和興趣，選擇合適的綜合設計性和研究性實驗，我們在安排時盡量避免學生扎堆選擇某一個實驗，盡量保證學生單人單組開展實驗。經過多年的教學實踐，我們結合三所院校的特點已開發(fā)出8個綜合設計性實驗和7個研究性實驗。
我們可以保證所有修讀物理化學實驗課程的學生在綜合設計性實驗環(huán)節(jié)都能按照自己的意愿選擇2個實驗進行綜合性研究，并要求他們在研究過程中獨立查閱文獻資料，獨立動手設計實驗方案，獨立完成實驗內容和實驗報告。研究性實驗對于本科生來說是一個較高層次的實驗，主要培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和創(chuàng)新意識。研究性實驗項目一般來源于教師的科研課題，學生可以根據(jù)自己的專業(yè)和能力選做1～2個研究性實驗，可以3～5人組成一個小組，以團隊的形式共同協(xié)作完成實驗研究。實驗結果不再是以實驗報告來體現(xiàn)，而是通過學生撰寫的小論文來體現(xiàn)，這能為大四學生開展畢業(yè)論文工作和后續(xù)繼續(xù)深造打下良好的科學研究基礎。
�。ㄈ┨岣邔W生實踐水平，創(chuàng)建預約管理平臺。
顯然，綜合設計性實驗和研究性實驗如果按照教學計劃安排的有限課時數(shù)進行，肯定不能達到預期目標，因為實驗所需實際課時數(shù)遠遠多于教學計劃學時數(shù)。這就要求實驗室必須全方位開放，包括實驗人員、實驗場地、實驗時間、實驗儀器等。
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放性實驗室預約管理制度。學生首先通過登錄預約管理平臺了解實驗室儀器設備的空閑狀態(tài)，然后結合自己的時間進行預約登記并自主進入實驗室開展實驗研究的各項工作。同時，實驗室教師也可以通過開放性實驗室預約管理平臺了解實驗室儀器設備的使用狀態(tài)，提高教學管理效率。實驗室開放雖然增加了實驗教師和實驗技術人員的工作量，但同時也促進和提高了實驗教師和實驗技術人員的水平，鍛煉和培養(yǎng)了學生的實驗能力，綜合檢驗了學生的實踐水平和創(chuàng)新能力。
四、結束語。
蘇聯(lián)化學家普良尼施尼柯夫曾說過：“知識不是某種完備無缺、純凈無瑕、僵化不變的東西。它永遠在創(chuàng)新，永遠在前進�！蔽锢砘瘜W實驗教學改革的目標就是創(chuàng)新、前進。為了豐富實驗教學內容、提高學生的動手能力和創(chuàng)新意識，我們將原有單一層次的實驗內容擴展為基礎驗證性、綜合設計性及研究性實驗三個教學層次，建立了一種“信息化、自主型、開放式”的物理化學實驗教學新模式。
自20xx年開始，這種新型教學模式已在化環(huán)學院所有開設物理化學實驗的專業(yè)進行了實踐，學生普遍反映這種教學模式給了他們更多自主學習和動手動腦的時間，教師課堂上講得少了，學生掌握的實驗技能反而更扎實，學生由過去的實驗課應付差事到現(xiàn)在熱愛實驗課，教學效果顯著提升。這種由淺入深、循序漸進、層層提高的教學模式最終培養(yǎng)了學生獨立思考與解決問題能力、綜合應用能力及創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力。
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