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物理化学实验论文(共4篇)

2021-4-10 |

(一)

一、物理化学实验教学改革的方法

1、调整实验教学内容

传统的物理化学实验,大多依附于理论课程,验证性实验居多,仅仅要求学生单纯的掌握操作技术,使学生感觉到物理化学实验单一、乏味,不利于学生创新能力的培养。为了培养出适应现代社会要求的高素质药学人才,我们对原有的物理化学实验内容做了改革,缩减经典物理化学实验的内容,增加现代物理化学实验技术,补充一些和药学关系密切的实验,并开设了综合设计性实验,实行“验证性实验+综合设计性实验”的实验模式。综合设计性实验由教师拟出几个备选课题,要求学生选题后查阅文献资料设计出实验方案,交由教师评阅并判断可行性。在教师的指导下不断修改并最终确定实验方案,学生进行实验后向指导教师提交课题研究报告。在设计开发和实践综合设计性实验课题的基础上,建立一种以学生为主体,教师根据学生的需求加以引导为辅的实验教学模式,以推进物理化学实验教学改革,提高实验教学质量和水平。通过对物理化学实验教学内容的调整,改善了药学人才的知识结构,全面提高了学生的实验思路、实验设计和实验技能以及发现问题、分析问题和解决问题的能力,并且使他们养成既重视理论又重视实验的科学作风,从而为学习药学专业课打下坚实的基础。

2、更新实验仪器设备

物理化学实验课程的目的是为了让学生加深对理论知识的理解,同时也要让学生较多地接触物理化学发展的前沿,掌握先进的实验技术,适应社会的发展。因此,物理化学实验课除了讲授基础实验原理和基础实验技术以外,还向学生介绍国内外先进的实验仪器和实验技术。近几年学校加大了实验室建设的投入,实验条件得到了改善。为了让学生更好的适应当前科学技术的发展,学校购置了先进的实验仪器设备,并且开课使用仪器的数量有所增加。在实验仪器充足的条件下,我们增加了学生的实验分组,使学生的动手机会增多,动手能力进一步得到提升。

3、使用视频教学

我们将传统的验证性实验制作成视频,发到学生共享群里供学生下载观看,学生在做验证性实验之前可以通过实验教材结合操作视频来预习,学生在学习过程中遇到不理解的地方可以反复观看视频。实验课上,我们设置一些问题来检验学生对实验掌握的情况,对于不理解的地方重点讲解和演示,大大节省了授课时间。视频教学的运用,比教师的单纯讲解,更能给学生形成多角度、多层次的信息刺激,能够激发学生的学习兴趣,强化学生对知识的理解和记忆,使学生尽快掌握实验要领。

4、实验绿色环保化

长期以来,化学实验教学中的有害气体和液体被排放到了环境中,造成了环境的污染。虽然物理化学实验与其他的化学实验相比较,产生的环境污染物较少,但是在实验中仍会产生一些污液,如果随意排放会造成环境污染。为了解决这个问题,我们将实验中使用的有害物质更换为无毒害的物质,例如:在二组分双液体系相图的绘制实验中,原来使用的实验药品是苯和乙醇,考虑到苯毒性大且易挥发,虽有通风设备,但实验过程中仍避免不了苯的污染。我们用环己烷代替苯,避免了环境污染,同时也取得了较好的实验效果。此外,我们在实验室设置了废液回收桶,将有害的废弃物回收集中处理,实现物理化学实验教学绿色环保化。这些措施可以提高学生的环保意识,逐渐使他们养成良好的实验习惯。

5、应用计算机软件处理实验数据

实验数据的处理是物理化学实验的一个重要环节,同一组实验数据不同的人来处理,由于人为主观因素过剩,得到的实验结果却大相径庭。随着计算机软件技术的不断发展,这一问题可以通过计算机软件得到完美的解决。不同的实验,数据处理的方式也不同,对需要列表整理、运算和作图分析的实验,我们要求学生利用Excel软件进行处理。这样,学生就可以通过Excel软件客观、快速的处理实验数据,减少了人为误差,得到的结果较为真实准确。同时利用计算机软件处理实验数据节省了大量的时间,大大提高了学习效率。

二、结论

通过物理化学实验课程的不断改革,使学生改变了以往“照方抓药”的实验方法,让学生亲手验证自己的实验设计方案,使学生由被动变为主动,学习效果得到了很大的提高。物理化学实验课培养了学生独立思考问题、分析问题、解决问题的能力;提高了学生文献查阅、撰写论文的能力,使学生能真正成为既有先进的理论知识,又有实际动手能力的高层次人才。

作者:吕鑫 郭辰 单位:黑龙江中医药大学药学院

(二)

一、实验内容绿色化

以锌—锡体系代替过去采用的铅—锡体系、铋—镉体系绘制二组分简单低共熔体系相图,既避免了污染又降低了实验成本。二组分液—液平衡系统相图的绘制,用苯酚—水系统代替苯—乙醇系统;液体饱和蒸气压测定实验,由测苯的蒸气压改成测定乙醇的蒸气压;凝固点降低法测化合物的摩尔质量,过去一直是以苯为溶剂测定萘的摩尔质量,这也是物理化学实验的经典内容,现在改为以水为溶剂测定葡萄糖的摩尔质量,无毒无害且成本低,学生操作起来也更细心、认真,不用担心苯伤害身体,实验做到了无苯化。乳状液的性质验证实验,以牛奶、植物油、水等为主要试剂进行实验,尽量不用或少用有毒试剂。

二、实验方法绿色化

开展微型化、小型化、综合化实验。微型化、小型化、综合化实验可以大幅减少试剂的使用量和产生的废液,节约了资源,减少了污染。二组分简单低共熔体系相图绘制实验,按常规方法,每份样品需金属粒100克左右,采用小型实验样品管后,每份样品仅需金属粒10克左右。固—液界面的吸附是以活性炭吸附醋酸溶液进行实验,电导法测定弱电解质的电离常数是测醋酸的电离平衡常数,过去是两个实验,实验占用学时多,试剂需要量大,产生的废液多,现在合并为一个实验,吸附平衡后不用酸碱滴定确定终点,而用电导滴定确定终点并进行相应计算,不但达到了实验目的,还让学生学习了电导滴定,同时提高了实验效率,试剂的使用量、产生的废液大为减少。

三、试剂使用绿色化

在实验药品的使用中坚持“5R”原则,即减量(Re-duce)、重复使用(Reuse)、拒用(Rejection,拒绝使用无法替代、回收、再生的有毒物)、回收(Recycling)、再生(Regenera-tion)的原则。教师在准备实验的时候精心设计,尽量少用试剂、回收利用药品,尽量使用无毒、低毒试剂,并在实验过程中认真监督学生不要随意丢弃药品。称重时很容易造成浪费、泼洒,为了养成学生的良好习惯,规定如发现天平周围有药品,将被扣分,学生操作起来就小心多了。凝固点降低法测定化合物摩尔质量的实验中,冷冻剂冰水混合物可重复使用,冰水可多次冷冻作为冷冻剂供后面的班级使用。

四、妥善处理废弃物

较之工业生产,实验室产生的“三废”似乎量不大,部分人员认识不到位、思想上不重视,所以随意处置化学废物、乱倒废液、乱丢废物、操作中不考虑对环境的危害等现象时有发生。开展物理化学实验教学绿色化改革后,实验人员提高了认识,不但重视了对有毒有害物质的处理,不让其进入环境,也重视了对无毒无害且可回收利用、重复使用的物质的处理再利用。准备好专门用于回收废弃物的容器,实验中和实验结束时,要求学生按要求把废弃物放入指定的容器中,由专人对废弃物进行妥善处理。把学生是否按要求处理废弃物作为实验考核指标之一,与成绩挂钩。化学实验中培养的良好习惯将使学生们终身受益。

五、完善实验、实验室管理

从科学管理入手,围绕绿色化学实验改革,建立、建全实验规则、实验室规章制度等并严格按制度执行,不让管理的疏漏使实验绿色化改革的努力打折扣甚至付之东流。围绕培养学生的绿色化学理念,每个班于开始一个学期的实验前,至少用1学时就实验室管理、实验绿色化给学生讲解有关要求,得到学生的理解、配合,让学生在实验中自觉遵守有关规定、要求,自觉为绿色化实验教学改革尽力;为绿色化实验提出合理化建议的同学会得到充分鼓励并加分。实验室管理的规章制度是确保实验、实验室工作有序开展、绿色化学理念得到贯彻的重要保证,从绿色化学理念出发,制定了仪器设备管理规定、试剂保管使用规定、废弃物回收利用规定等规章制度并在执行过程中修订、完善,使绿色化改革有章可循、有法可依,以制度管人,我院的物理化学实验绿色化改革正朝着逐步成熟、完善的方向进行。在实验绿色化的进程中,有些工作看似很细碎、繁杂,我们只有做有心人,真正把实验教学绿色化改革贯彻到日常的工作中,从点滴做起,才能保证、促进实验教学绿色化改革的稳步推进。物理化学实验绿色化改革后,实验环境、实验氛围明显改善,学生畏惧实验、担心身体受到损害的心理明显降低,实验兴趣、实验质量明显提高。物理化学实验教学绿色化改革任重道远,还有许多工作要做。从绿色化学理念出发来重新审视和改革传统化学实验,实验教材的重要性不言而喻,但目前使用的一些物理化学实验教材,还是沿袭几十年来的做法,对实验内容、实验安排缺乏环保设计,没有实验可能产生的污染及如何避免污染等方面的内容;目前尚没有系统的实验废弃物处理方面的指导书籍,资料零散,不利于实验绿色化改革的深入开展;一些教师认识不到位,还存在着完成教学任务即可,不愿花时间、精力处理实验废弃物的思想。类似这些问题有待深入思考、探索。

作者:魏泽英 李树全 谢小燕 ?慧 单位:云南中医学院药学院

(三)

一、大学物理化学实验教学的现状

1、教学方法落后

与其他实验不同的是,物理化学更注重于利用物理的方法定量地揭示化学过程和规律,涉及到热、点、光、磁等方面的物理现象较多,总体来说比较抽象。物理化学实验虽然是独立设课的专业课,但实验课有时被放在理论课的附属课程的地位上。教师主动性强,安排学生实验,造成了学生往往过分依赖教师指导,按照教师的要求进行实验。教师在学生做实验前先讲解实验的目的、原理、步骤。教师进行演示,学生仅凭着对实验的理论认识的浅层理解,就动手做实验,只需要按照现成的步骤进行实验,最后把结果写在统一设计好的记录实验数据的报告上就算是完成了实验。物理化学实验内容多为验证性实验,主要是为了配合理论课上的各种定理、定律,实验没做之前结论就已知,不利于学生创新精神的培养。

2、学生重视程度不够

所有的实验课程都面对着一个问题,那就是学生的重视程度不够。这主要表现在,课前预习不认真,对实验原理的理解不到位,课堂上不思考,主要依靠老师的讲解和演示,“照着葫芦画瓢”。学生总是认为实验课比理论课是容易过关的,因而缺乏严谨的科学态度。学生的实验兴趣很低,由于缺乏求实的探究意识,对于实验失败和异常的情况,有时候束手无策,找不到根源。大多数学生不能深入地剖析实验不成功的本质,不能冷静地思考问题,拿不出行之有效地解决办法,错失了分析问题、解决问题的机会。因此,物理化学实验教学的改革有着重要现实意义。(四)实验教师的业务水平参差不齐。实验教师尤其是专职实验教师普遍存在着理论水平不高、知识结构陈旧、知识更新滞后的现象。有时候实验教师没有意识到实验课和理论课是同样重要的,没有把学生知识的学习、综合素质的提高和能力的培养放在首位,为了完成实验而实验。这样同样不利于学生能力和素质的培养,不利于教师本身业务水平的提高,不利于物理化学实验学科本身的深入发展。

二、物理化学实验改革的探索

1、教学大纲完善化

物理化学实验教学大纲是实验教学的纲领性文件和基本依据。根据物理化学实验课程建设和改革的需要,修订教学大纲是首要任务。物理化学实验大纲的修订与物理化学理论课程融为一体,相辅相成,还要兼顾实验课程独立设课和强化素质教育的基本要求。实验教学大纲的基调不宜过低,还要适应仪器、技术的发展和学生的实际情况。结合物理化学实验的基本内容和学时,我们对物理化学实验大纲进行了修订。新大纲是以物理化学的基本原理为基础,以培养学生能力为出发点,合理选择了实验项目,明确了实验要求和考核方式,使原有的物理化学实验大纲进一步完善。

2、实验项目设计化

物理化学实验单独设课,实验课时数和内容就必然增加。按照教学大纲的要求,实验的深度、广度及综合性势必增加。一是要加强教材建设,选择必做经典实验,增设选做实验,删去一些内容单一的验证性实验,取消一些技术过时的实验,增设综合性实验。综合性实验题目可以是学生在教师的指导下进行选题,学生必须独立查阅资料和文献,钻研实验设计,学习实验操作,认真进行数据归纳处理和实验结果讨论。二是针对精选的实验项目,编写物理化学实验讲义。新编实验讲义打破了教材和实验仪器、技术衔接不上的局面,紧密结合实验课程教学大纲和实验内容,又充分给予学生足够的空间和时间,增加动手的机会,充分调动学生的积极性、开发学生创造性,进而提高学生对化学知识的灵活应用能力和独立解决实际问题的能力。三是合理设置实验项目,把学习过的理论知识和实验题目有机地联系起来,以学生为主体的实验课堂,提升了学生的能力,培养了创新性,为后续课程和科研工作奠定了基础。

3、教学手段现代化

“师者,传道、授业、解惑也”,自古以来,在将前人已有知识的传承过程中教师的责任重大。实验课教学和理论课具有同样重要的地位,难度不亚于理论课的教学。因为针对不同实验项目,有不同的实验原理,不同的仪器设备,不同的操作方法,虽然有实验讲义辅助,但是教师作为掌握和控制实验课堂的主导者,要在规定的学时内完成授课任务和学生实验,其实是有很大的难度的。在实验理论知识的讲解方面,实验教师可以选择多媒体等先进的教学手段,一改板书推导的枯燥局面。物理化学实验课程的内容复杂,公式多、定律多,为避免学生概念模糊,混淆公式,实验指导教师在每次实验开始的时候要进行大量的推导,然后引出新问题,具体讲解本次实验应用的知识点。多媒体教学可以直观、清晰地对原理、仪器和试剂、实验操作步骤进行演示。尤其是对于复杂的实验,模拟实验步骤的多媒体课件可以让学生全面地了解实验,使其思考每一步骤的原理,有针对性地提出问题,解决问题。另外,在授课过程中给学生传授利用计算机软件处理数据的方法,例如,利用Origin软件作图效果美观,把学生从繁重的计算中解放出来,更加注重实验结果的分析,培养了学生的科研精神。(四)考试方式多样化。根据物理化学实验课程特点,建立了注重实验表现,考察实验能力,兼顾理论知识的考核方式。平时的实验表现是很重要的一个环节,其中包括:实验预习,独立操作,实验态度,仪器维护,值日工作和实验报告等,平时成绩占40%。期末还要进行笔试考核理论知识,实验操作考试考察完成实验任务的能力,它们各占30%。实施严格的实验考试,有利于培养学生良好的科学作风和科学态度,有利于提高学生的思维能力,培养学生的观察能力,发展学生智力。

三、结语

物理化学实验教学改革不是一项简单、孤立的工作,它还涉及到理论教学的改革、发展和完善。在新的形势下,物理化学实验教学工作对实验教师的教学能力也提出了新的要求。教学有法,但无定法,没有哪一种教学方法是放之四海而皆准的方法。所以,要因势利导,结合教学内容和学生实际情况因材施教,培养应用型、创新型人才。

作者:尤莉艳 单位:吉林农业科技学院文理学院

(四)

一、物理化学实验教学现状

1、缺少设计性实验项目

目前,化材学院物理化学实验开设的实验项目数偏少,目前共开设15个实验,以验证性实验居多,应用型、设计性和综合性实验占很小比例,不利于学生思维能力的提高,不能激发学生的积极性和创作热情。

2、部分仪器陈旧

实验仪器一直沿用,大多陈旧破损,每个实验仪器只有3套,学生只能采用分组大循环的模式进行实验。实验效率低,影响了学生的学习兴趣。

二、加强实验教学平台建设

加强实验教学平台建设工作主要包括两个方面。一方面,目前,我院现有的物理化学实验平台和教学内容已经无法满足专业发展的需要,需加大资金投入,加强实验教学平台的建设,购置更新实验仪器,增加实验项目。同时,探索物理化学实验开放式教学模式。笔者学院将逐渐实施开放实验室,形成开放式的实验教学体系,逐渐采取实验室管理、实验内容、实验时间全面开放,向学生提供更多动手的实践机会,培养他们利用业余时间自主学习的能力。另一方面,充分利用校园网络教学平台,将物理化学实验的教学大纲、教学日历、实验讲义等各种资源上传到校园网络教学平台,让学生充分了解课程安排、课程要求等相关信息。利用校园网络教学平台,学生可以利用自身的课余时间,对实验内容提前预习,提高实验的目的性和成功率。实验结束后,可对实验结果反复验证并消化,加深对实验内容的理解掌握。同时学生也可以通过网络教学平台,就自己在实验过程中遇到的在课上还未解决的问题和老师进行及时沟通和交流,有效避免问题越积越多而失去学习的积极性。

三、实验教学内容更新

1、增加综合设计性实验,培养学生创新意识和创新能力

物理化学实验的目的是“要求学生在实验中了解实验仪器设备工作原理,掌握仪器设备的操作方法和实验步骤,完成实验数据的收集和处理。在实验过程中发现问题,提出问题和解决问题,培养学生的动手能力,分析能力和逻辑思维能力”。目前,笔者学院物理化学实验中开设的综合性试验和验证性实验差别不大,缺乏综合设计性试验。综合设计实验分为两类:一类是利用传统物理化学实验进行的拓展性设计实验。这类实验没有超出学生基本操作能力和知识水平,并且能够充分发挥学生主观能动性。例如“异丙醇-环己烷双液系相图”,旋光仪在有机化学实验中学生已经操作过,整个实验很简单,但又是热力学必做的实验。我们将其纳入设计实验,题目为“双液系相图”。双液系相图实验中影响的因素很多,选择哪两种溶剂、温度如何准确测量、温度的矫正、旋光仪的使用、大气压等,学生通过网络资源查阅文献,设计实验方案,分工合作,协作完成整个实验。通过这样的实验,既培养了学生的创新能力,又培养了学生的团队协作能力。另一类实验难度比较大,科研性比较强,需和教师的科研结合起来。教师结合自身的科研,先拟出实验课题题目并介绍相关背景资料;学生根据教师介绍的情况查阅相关文献资料,设计实验方案,交给教师审阅并确定是否可行,双方共同讨论并确定最终实验方案;学生在教师指导下根据实验方案进行实验;实验结束后提交实验研究报告给教师审核。这类实验是由能力比较强的学生组织实施,实验时间也比较长,由学生自主安排。比如“纳米氧化锌的制备与性能研究”、“碳基与金属氧化物复合型超级电容器制备及其性能研究”。

2、建立物理化学实验案例库

应该选取典型案例,建设物理化学实验案例库。对教师而言,建设物理化学实验案例库可以有助于教师优化教学环节,提高实验效率;有助于教师更新实验教学理念,改变“教师一味讲,学生呆板听,欠思考,少讨论”的教学模式,提高教学效果;有助于教师更新实验内容,增加综合设计性实验。对学生来讲,建设物理化学实验案例库可以有助于提高学生实验操作的准确性,提高实验效率;有助于激发学生实验积极性,变“被动学习”为“主动学习”;有助于提高学生创新能力,提高学生组合素质。

四、教学模式和教学方法改革

1、教学模式改革

我院多年一直沿用“学生预习—教师讲解—学生做实验—提交实验报告”物理化学实验的教学模式。这种模式不能达到物理化学实验的实验目的,同时不利于学生学习兴趣和创新能力的培养。为此,我们在实验课程开始前安排一定数量的理论课,重点介绍物理化学实验理论和基本知识,使学生在实验操作时有的放矢。同时,提高师生之间的“互动”效果,淡化教师“讲师”的角色,更加突出“导师”的角色,加强课堂提问环节和师生之间的互动,激发学生的学习兴趣和主动性。

2、教学方法改革

多媒体教学可以贯穿于整个“教”和“学”的过程,多媒体课件不仅可以在学生预习中发挥重要作用,还可以在教师实验讲解、学生实际操作和实验数据处理中起重要参考作用。今后,选择并制作适宜的多媒体课件是我院物理化学实验教学改革的重要内容。

3、提高数据处理的准确性

物理化学实验仪器操作相对简单,但数据处理较复杂费时,而且学生在数据处理中引入的误差比较大,因此应提前给学生讲解数据处理的重要性,数据处理与分析的方法和技巧,引入Excel或origin等处理物理化学实验数据,这样不仅能大大减少人工处理实验数据的工作量,而且减少手工处理数据过程中带来的人为误差。

五、结束语

物理化学实验的教学改革是一项长期而复杂的任务,需要不断学习和改进。我们在物理化学实验教学中已经做了一些尝试性的改革,但接下来的任务还很多。比如如何引导学生选择合适的综合性设计性实验,如何制定出综合性设计性实验更科学合理的考核方案等等。但只要我们不断努力,就能够不断提高物理化学实验的教学效果,有效提高学生的创新能力。

作者:杨媛 单位:贵州师范大学化学与材料科学学院

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