第1篇:中级物理化学实验研究性教学模式探讨
物理化学类专业的学生，通过学习相应的知识和技能，研究开展物理化学中的相关内容，对学生动手能力和创新能力的培养具有非常重要的作用。基于此，本文对中级物理化学实验研究性教学模式进行了探讨。
物理化学作为一些专业，如化学类、材料类、生物、药学以及冶金专业等的主干课程，在其专业学习中是必不可少的。同样物理化学实验也是这些专业的本科生比较重要的基础性技能之一，可以培养学生的基本素质和能力，同时在教学环节中也占有比较重要的作用。目前来说，实验室的建设和管理在学科建设中占有非常重要的位置，进一步更新现有的实验设备，开放实验环境，强化学生学习实验的技能，激发学生做实验的积极性，培养他们的创新精神和创新能力是我国建设经济发展，培养复合型人才的重要内容。
一、物理化学实验研究性教学的必要性
学生在学习物理化学实验时，可以采用研究型教学的方式。研究性型教学就是指学生通过教师的指导，从不同的角度例如自然、社会生产和生活以及科研项目中获取和选择自己想要的研究专题，并且通过这样的研究过程得到自身能力的提升。但是，在研究性学习的开始阶段，教师首先需要根据教学内容的展开，做好培养学生进行研究性思维的过程，这就需要从以下几个方面进行考量：1.在基础教学下，指导学生掌握基本的实验内容。2.通过综合性的实验，加强学生对于理论知识的理解，促进学生灵活性的提升。3.根据实验的设计，指导学生掌握正确的研究方法。也就是说，研究性的教学就是通过教师的教学过程的开展，让学生模拟练习在教学中需要的一系列的方法和过程，并从中积累一定的经验。培养出良好的研究习惯，为以后在科学研究中独立开展工作，奠定良好的基础。
二、物理化学实验研究性教学实施模式
（一）实验与科研相结合的模式
将物理化学实验内容与教师的科研课题相结合，是我们在教学中想到的一种新的激发学生学习积极性的方法。教师根据自己的研究方向，编写讲义的内容，对于基本的理论基础和内容做大概的说明和概述，布置给学生一定的学习任务，学生通过查阅文献、设计实验、研究内容、处理数据等过程不断的培养自己的科研能力，让学生知道自己所学的学科当前的研究动态，从而提升学生学习的积极性。如，教师通过自己的科研内容“细胞色素C电化学行为”或者是“化学发光与电致化学发光的研究等”将这些具体的研究内容标记在学生学习的物理化学实验当中，就能更好的促进学生学习实验的内容。对于这类实验，实行开放式教学。实验完成后，要求学生尽可能地按学术论文的标准撰写实验报告。对于难度较高的教学研究型实验，学生若感兴趣，还可直接将其选为自己的毕业论文题目，使实验教学和科研工作更紧密地结合在一起。
（二）参与科技创新活动模式
科研实践活动可以更有效的帮助学生锻炼自己的能力，对于培养学生学习新的知识有非常重要的作用。一个项目开始之前，从溶液的配置、各种样品的称量，到不同仪器的使用等，都需要进行反复的操作和教师的悉心指导，一直到学生可以独立、自主的完成自己的实验内容为止。当一个项目结题之后，学生要充分掌握实验室内各种仪器的使用方法、试剂的配置、溶剂的选择等实验过程中用到的不同的操作过程，最终达到相对熟练的过程。最终在学习结束的时候，各个抽象的化学知识已经变成了一个个熟悉的实验内容，不仅可以完成实验的方式、同时更能在数据的处理中学会自己原来不会的软件和数据处理方法。经过一定的实践表明，学生在校期间内参加的科研活动对于本科生科研能力的提升、综合动手能力的开创和独立思维能力的进步均有相当重要的作用。
（三）结合基础实验研究题材模式
研究性学习中还有一点是必不可少的，那就是基础验证性实验。教师通过引导学生关注实验中的具体内容，记录数据并且及时的处理，将数据处理和应用研究有机的进行结合，从而学到一种合理有效的实验方法。使得实验中使用的东西更加绿色环保，实验的内容也更加科学合理。如，以前做实验的过程中，测定纯物体的蒸汽压时需要用到U型水银压差计，这时仪表中的汞就会直接影响环境、污染空气。根据绿色环保的理念，我们就可以让学生探索如何将U型水银压差计转换成为电子的传感式的测压计，从而到达绿色环保的目的。在引导学生改进实验基础设施的过程中，学生对于实验的原理和具体规律的认识也更上一个台阶，这就提升了学生思维的能力和品质，保证了思维的活跃性。
（四）注重逐步引导实验模式
研究性实验根据实验的实际问题，注重处理实验的整个过程和规律，学生通过对问题的了解，逐渐了解到内容的新奇，最终以积极的心态面对实验，观察实验中出现的新现象和新问题。教师通过专题性的研究，可以不断的加深学生学习物理化学实验的基本知识体系，帮助学生最大限度的调动他们学习的积极性，这时学生的独立思考的能力也就得到提升。激发了学生研究问题和探索问题的积极性，使得他们在创新的基础上提高自己对于知识的应用能力。在实施实践性研究过程中，始终把培养科学思维能力、创新动手能力放在第一位，把开放实验室作为创新活动基地，实验项目作为创新活动内容，为培养具有创新能力大学生提出了一种新模式。
三、结束语
综上所述，学生通过开放性教学思维的教授模式，会从以前被动的接收，变成主动的学习，会更加认真的完成自己的实验，更有主人翁的意识，逐渐成为教学的主体。经调查和学生的体验表明，通过开放性实验教学的开展，学生自己动手做实验的能力正在不断增强，同时他们的思维能力也更加开阔，更让人惊喜的是，在实验中学生会提出不同的思考方式和实验方案，并且根据自己的认识提出一系列的意见，这都体现了他们的创新能力和才干。
第2篇:《中级物理化学实验》课程开发模式
《中级物理化学实验》作为《物理化学实验》课程的延伸和拓展，是对物理化学理论知识的综合运用和提升.该课程是化学专业本科生在基本修完《物理化学》理论课程和基础《物理化学实验》课程，同时己完成其他化学基础课和实验课程后而开设的一门选修课.此时，学生己具备了化学专业的基本理论知识和操作技巧.因此，《中级物理化学实验》课程的教学内容和教学模式均可灵活掌握，在选择内容上既可以追踪学科前沿，又可以利用现有资源条件，因地制宜地进行教学活动.笔者根据华南师范大学近年来开设该课程的教学实践，对《中级物理化学实验》课程的教学模式做一简介.
1课程设计
《中级物理化学实验》作为一门选修课程，面向本校化学教育专业，在大学三年级下学期或四年级上学期开设.该课程计划学时为48学时，每周6学时.由四位教师分别指导四个不同的实验，每个实验需12学时，分两次完成.课程目的是培养学生将四大化学尤其是物理化学理论知识综合应用的能力，锻炼学生实验设计和实验探究能力.同时为学生提供了解本学科发展前沿、熟悉现代化大型仪器使用的机会，为以后的科研工作打下基础.
2实验内容设置
《中级物理化学实验》内容的选取，以《物理化学》的四大板块内容为基础，结合学科发展前沿或热点领域来设置若干实验项目供学生选择.物理化学理论课程按照热力学、动力学、电化学、胶体与界面化学分成四大板块〔1]，每一板块设置若干中级物理化学化实验题目某些题目涵盖多个板块知识点.
2.1热力学部分
热力学部分设置了“柴油微乳液拟三元相图的研究及燃烧性能测定”和“二茂铁对燃油燃烧助燃消烟作用与尾气成分测定”〔2].基础物化实验开设了“萘的燃烧热测定”这一经典实验〔2_3]，学生从感性上了解了化学反应热效应的知识，掌握了利用氧弹量热计测定某种物质的恒容燃烧热进而利用基尔霍夫方程转化成该物质的恒压燃烧热.在此基础上，开设“柴油微乳液拟三元相图的研究及燃烧性能测定”可将这一知识应用到日常生活中柴油燃烧热的测定，以及经过微乳化后，燃烧效率得到提高从而节约能源这一事实〔4]，让学生更加体会到化学热力学的实用性.同时，学生通过这一实验可学习如何选择微乳燃油配方合适的表面活性剂和助表面活性剂，如何利用绘制三元相图或测定电导等方式研究微乳液的结构.该实验只需氧弹量热计和若干表面活性剂，操作简单.通过这一实验，学生了解目前掺水燃油的应用现状，倡导学生在节能环保、低碳经济中发挥自己的力量.
同样，“二茂铁对燃油燃烧助燃消烟作用与尾气成分测定”，是选择二茂铁作为柴油燃烧的添加剂，利用氧弹量热装置测定柴油在添加剂存在下燃烧的热值，了解二茂铁对柴油燃烧的效率与速率的影响以及添加剂的节能助燃效应；学习和掌握甲醛缓冲溶液吸收一盐酸副玫瑰苯胺分光光度法测定S02气体浓度以及盐酸萘乙二胺分光光度法测定NO2气体浓度的分析方法.本实验综合了物理化学和分析化学两个化学二级学科的知识，旨在通过量热技术与气体无机污染物的多种分析方法(包括分光光度法和气相色谱法)的学习与应用，使学生了解燃油添加剂在燃油助燃、消烟节能以及减少燃油燃烧尾气排放，减少大气污染中所起的作用，激发学生关注社会、关注环境的热情.
2.2动力学部分
化学动力学是物理化学的主要内容之一，包括均相、非均相反应、催化反应动力学以及快速反应动力学等领域.如“丙酮碘化反应”“乙酸乙酯皂化反应速率常数测定”等均为较为经典的实验[2-3]，学生掌握了测定反应的速率常数、反应级数和活化能的方法.但对于非均相体系中所发生的化学反应、光催化反应等没有涉及到.因此，中级物化实验开设了“药物有效期的测定”“流动注射一分光光度法测定固一液吸附体系表观吸附速率常数掺氮Ti〇2光催化剂的制备、表征与光催化性能研究绿色催化酯化反应的动力学研究等.
“药物有效期的测定”旨在把动力学的研究方法引入到与人类生活密切相关的药物有效期和半衰期的测定，让学生进一步感受物理化学知识在实际中的应用.该实验目的是了解药物水解反应的特征，学习硫酸链霉素水解反应速度常数测定方法并求出其有效期.实验通过比色分析方法测定其有效期.
“流动注射一分光光度法测定固一液吸附体系表观吸附速率常数”是对非均相反应动力学的研究.该实验将分光光度法与流动注射分析技术联用，通过吸附过程中吸光度变化，在线观察和研究吸附剂与吸附质的相互作用和吸附行为，测定可再生甲壳质对水中污染环境的偶氮染料吸附的表观吸附速率常数.从实验系统的设计可见，该实验融合了表面吸附、动力学、分析化学等多个知识点，利于拓展学生的知识面，提高学生的实践和创新能力.
“掺氮Ti〇2光催化剂的制备、结构表征与光催化性能研究”实验是基于目前对太阳能的利用和对环境污染治理的重大课题的研究，同时让学生把动力学部分的光化学知识加以利用.当前，利用光催化降解有机污染物己经成为处理环境问题最有希望的技术之一.在光催化领域，由于Ti〇2具有高效■廉价。耐化学腐蚀以及强光催化活性，因此纳米Ti〇2光催化技术成为研究的热点W本实验研究非金属N掺杂纳米Ti〇2的合成、表征和可见光光催化活性.实验涉及内容较广，学生可以学习到相关领域的知识、科学研究的思维和熟悉操作各种大型科学仪器的使用，并学会分析问题和解决问题.由于篇幅限制，其它实验不再介绍.2.3电化学部分
电化学部分是《物理化学》课程的重要组成部分，基础物化实验开设了“电池电动势的测定与应用”，学生掌握了对消法测可逆电池电动势值及利用能斯特方程进行相关应用.开设了“铝的阳极氧化与表面着色”，学生学习了电解池电极反应的特点〔2〕.但是对于电化学中很多知识点尚未在实践中得到运用.中级物化实验在此部分开设了“循环伏安法研究不同晶型Mn〇2在IKOH水溶液中的电化学行为”和“扣式镍氢电池的制备与性能表征
在“循环伏安法研究不同晶型Mn〇2在IKOH水溶液中的电化学行为”实验中，学生可以了解碱性锌锰电池的结构和特点，并且学习循环伏安法测定不同晶型的二氧化锰作为电池正极材料时对电池性能的影响.循环伏安法是一种常用的电化学研究方法，可用于电极反应的性质、机理和电极过程动力学参数的研究.
而在常用电池(如锌锰、镍氢和锂离子电池等）的制备和应用中，电化学所涉及到的主要概念都会得到体现.同时，围绕电池的制备还涉及到其它知识的应用，再加上制备熟悉的电池可提升学生实验兴趣，这使得开设实用电池的制备研究实验具有较好的教学效果.
2.4胶体与界面化学部分
胶体与界面化学作为物理化学的一个重要分支，越来越受到人们关注，尤其是材料科学和环境科学的研究更离不开胶体与界面化学的知识•基础物理化学实验开设了表面张力、表面活性剂的麵交束浓度、溶胶的电动电位等基本性质的测定实验，以及黏度法测定水溶性高聚物相对分子质量以及洗涤剂的配制等实验，使学生更直观地了解胶体和表面性质.但是对更深入的知识和应用尚未涉及.因此，在中级实验中开设了“溶胶一凝胶法制备稀土发光材料和“牙膏流变曲线的绘制与流变性质的研究
“溶胶一凝胶法制备稀土发光材料”实验目的要求学生掌握溶胶一凝胶法合成纳米材料的原理与方法；了解纳米材料的特殊性质；掌握测定荧光材料发射光谱的方法；了解表征纳米材料基本仪器的使用.如利用透射电子显微镜(TEM)可以观察到纳米粒子的大小及形貌；利用BET比表面测定仪可以测得粒子的比表面积；利用XRD可以对材料进行物相分析；利用差热一热重分析可以测得凝胶前驱体的热分解过程.本实验采用柠檬酸溶胶一凝胶法来制备纳米Sr2Ce〇4.通过该实验不仅学会溶胶一凝胶的制备方法，还掌握了表征纳米材料的各种手段，为学生以后的发展奠定基础.
“牙膏流变曲线的绘制与流变性质的研究”是基于学生对胶体界面一章中大分子性质的进一步学习和认识.物质的流变性质非常实用，许多产品和过程的成败往往与其是否具有适宜的流变性质有密切关系.牙膏是由多种物质组成的一种胶体分散体系.牙膏的流变性关系到使用时的粘性，弹性，挤出压力、分散性、光泽等一系列物理特性以及对牙膏在生产时的输送、混合、灌装等一系列工艺上的要求.本实验就牙膏的流变性质做简单研究，通过旋转黏度计测定牙膏粘度，绘制其流变曲线以了解其流变性能.学生通过本实验可以了解牛顿流体与非牛顿流体的力学特性及粘度的测定方法、熟悉旋转粘度计的结构特点及使用方法.
综上，目前共开出10个实验，每个实验都涵盖了多个物理化学及其它交叉学科的知识点.另外，根据教学实际及仪器现状还会继续做出调整.
3教学过程实施
每届根据上述实验内容选取4个板块中的4个实验，由四位教师同时指导，其中任命一位教师为课程主持，负责该课程的总体安排.因实验内容涵盖知识点较多，涉及的操作相对复杂，要求学生实验前要做好充分的预习和文献查阅工作，并借助本课程的现代物理化学教学网站进行远程学习W，预先了解实验背景知识和要求等，并提出自己的实验设计内容.实验操作之前，采用课堂集中讲授，指导教师提前对实验内容和思路进行简单指导，对实验成败的关键事项进行提示，以免学生浪费过多时间，在规定时间内不能完成任务.
根据实验要求和所选课程人数，以2—4个学生组成实验小组，在实验前的准备阶段，要求每个学生独立完成查阅资料和设计实验步骤，并从原理和方法上确认实验的可行性，通过指导教师的确认方可进入实验阶段.进入实验室后，学生根据实验安排分两个阶段完成实验，通常第一阶段为样品合成制备或部分实验内容，第二阶段通常为样品相关性能的表征.实验结束后，提交实验报告和相关产品(如果有实物产品）.
4教学效果和存在的问题
经过几个学期的教学实践表明，大多数选课学生认为(〈中级物理化学实验》对自己独立研究工作能力有较大帮助，尤其对毕业论文及以后的研究工作更有意义.因为在中级物化实验操作过程中，学生学习和应用了几乎全部常用的大型仪器，同时实验的设计思路对其开展研究工作具有启发性.也有部分同学认为完成该实验花费了大量时间和精力，感到力不从心.
在基础物化实验教学中(除综合设计性实验外）通常采用教师课前讲解学生参考实验讲义，按照既定步骤“照方抓药”的模式下完成操作，除非错误操作，通常实验结果都没有异义.而作为中级物化实验，尽管学生也可参考提供的实验讲义和网络资源，但因为不提供现成的实验过程和材料，只要求在总目标确定的情况下，学生自主设计过程，大大増加了实验准备阶段的工作量和难度.教学实践表明，这是对学生最具挑战性的环节之一.一方面，学生要接触并掌握许多新概念，阅读大量的文献资料了解某课题的研究进展.另一方面，要从众多的信息中总结归纳并提炼设计一个12学时的实验也有很大的挑战性.
教学实践表明，如果教学组织得当，则可很好地实现教学目标，并可使学生在包括文献阅读和实验设但是，作为一门选修课程，由于学生自主设计实验，难免出现个别组实验不顺利，或者预习准备工作不够充分，实验现场手忙脚乱，在预定时间内不能完成实验任务的情况.
5结束语
综合上述，《中级物理化学实验》课程的开发具有以下特点：实验内容设计的原创性，实验内容知识点的综合性、实验教学模式的灵活性和教学手段的多样性.通过该课程的学习，可以培养学生查阅文献吸收文献的能力、培养学生分析问题、解决问题的能力和创新能力，从而提高学生的综合素质.
