2021-4-9 | 大学化学论文
作者：鲍明伟 赵泳 顾文秀 郑秋容 朴银实 张革新 单位：江南大学化学与材料工程学院
现有实验教学中学生操作仪器时间较少。物化实验的特点是使用电子仪器多，而前几门化学实验课大多用玻璃仪器，所以学生对所使用仪器陌生，在预习实验中，学生仅在教材中看到仪器的示意图，对仪器的整体构造，只有大致了解，而且相当大部分的仪器只在一个实验中使用，在反复压缩课时的情况下，使学生在有限的实验时间内，熟练掌握所用的各种仪器仍是难题。因此物化实验普遍存在学生不能熟练掌握所用仪器，即使对选拔出来参加物理化学实验竞赛的学生，情况也不乐观。(3)可减少实验设备的维护强度，缓解当前实验设备不足，学时紧张等矛盾，实现理论教学和实践教学的有机融合，在现有师生比情况下，更好地保证实验教学环节的效果。
目前，随着招生规模的扩大班级的增多，实验室和教师的紧缺的矛盾已经日益突出，实验室满负荷运转，我校每年都有一千多学生进入物理化学实验室，而且由于实验学时压缩而带来课时不足的问题也已显现。实验如预习不充分，会导致仪器的损坏或实验的失败，仪器的损坏使得学生缩手缩脚，实验的失败挫伤了学生学习的积极性。这些在使用了仿真平台后大为改观，同时使药品等的损耗降至极低。(4)有助于提高学生对实验的兴趣和预习的质量，开拓学生的思路，提高学生的计算机应用能力。由于教材是大量文字配以少量的图片，枯燥、乏味，面对一个个将要进行的实验步骤，学生往往缺乏耐心，不能看完整个实验。而仿真平台，直观、可互动、仿真度高，有助于提高对实验的兴趣，从而在进入实验室前，对实验有整体的了解。
所建物理化学实验仿真平台的特色仿真平台的建设是我校2008年教学质量工程立项内容之一，依托我校教师主编的江苏省精品教材《物理化学实验》，软件脚本的编写由教师们完成，软件由专业公司编写，共包括:“温度的控制及液体黏度的测定”、“液体饱和蒸汽压的测定”、“燃烧焓的测定”、“二元液系气液平衡相图”、“电动势的测定和应用”、“阳极极化曲线的测定”、“蔗糖水解反应速率常数的测定”、“乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定”、“液体表面张力的测定”及“表面吸附量的测定”［5］等十个实验(如图1)，具有完整的实验教学环节的仿真，包括目的、原理、实验步骤、仪器、数据处理和实验思考，挂在了我校化工学院的网站上，学生们只要上网，可随时随地访问，进行仿真实验，可以反复进行，给学生一个细致观察、独立思考的可能，起到突出教学和实验的主要因素、进而突破难点的作用。所建仿真平台具有科学性强、设计合理、互动性强、界面友好、仿真程度高及教学辅助效果好等特色。
物理化学实验仿真平台的应用仿真平台自2011年下半年挂上网至今已有近两万次点击量，我们在2009级、2010级两届学生中作了物理化学实验网络仿真平台使用问卷调查，同学们充分肯定仿真平台建设的必要性、有效性和其特色，也指出有待改进的地方。如液体饱和蒸汽压的测定实验中，等压计的原理学生在预习过程中，一般不容易看懂，从而导致在实验过程中，空气赶得不彻底或漏入过量的空气，导致乙醇气体不纯而使饱和蒸气压偏大。通过仿真平台进行预习后，很容易理解等压计的原理，而使实验顺利进行，其实验结果与文献值相当接近;再如燃烧焓的测定是操作最为复杂的一个实验，以前老师往往要化上一节课进行实验前的讲解，效果仍不理想，经常出现各种误操作:有将应倒入内筒的水倒入绝热层内、有电极插上立即点火、有温度探头未移入测量系统等而导致实验失败，这个实验一般没有时间重做，因而学生倍受挫折。通过仿真平台进行预习后，对该实验的三个步骤:氧弹的准备、水温的调节及仪器的装配和开始实验，每一步骤的关键和注意点都清清楚楚，使该实验的成功率达95%左右，少数班级可达100%。
仿真模拟实验是计算机技术飞速发展的产物，是一种现代化的教学手段，可以弥补传统教学手段的不足，当然仿真实验不能替代实验室的操作。因为仿真实验会降低学生对实验真实的感受，减弱学生的基本操作技能，长期下去会影响他们的实验技能，但作为传统实验的补充手段是行之有效的。
我们所建的物理化学实验仿真平台还存在着一些有待于进一步改进的方面，如目前学生使用仿真平台进行预习和复习完全是出于自觉，如何进行有效地统计学生是否已经进行网上预习以及网上预习质量如何，该软件尚无此方面的功能;以及所设置的实验思考题如何做到千方百计地引导学生思考实验相关的问题等这些都需要我们继续努力。