新型物理化学实验教学模式的设计论文
物理化学实验是我校化学、化学工程与工艺、环境工程、高分子材料与工程、药学等相关专业的一门必修基础实验课。它以测量系统的物理量为基本内容，研究系统的物理性质与化学变化之间的某些重要规律，综合了化学领域中各分支所需的基本研究工具和研究方法。物理化学实验主要依靠各种物理学精密仪器进行，与物理化学、结构化学等课程紧密联系，同时又是一门独立的、实践性及技术性很强的课程。物理化学实验课程的这些特点在很大程度上决定了其教学效果与实验教学仪器设备密切相关。
传统的物理化学实验过多依附物理化学理论课程，其中验证性实验为教学的主体内容。随着现代科学技术的高速发展，高科技与数字显示仪器设备大量诞生，但考虑到逐年提高的仪器设备损坏率及管理难度，物理化学实验室一直存在开放不足的问题。教师在教学时既想让学生独立操作，又担心学生弄坏实验仪器设备；教师既想让学生单人单组，但又因实验仪器台套数的限制，这种要求难以满足。在这些矛盾的状况下，物理化学实验教学很难达到考查学生综合运用物理化学实验原理、实验方法及实验技术解决实际测量问题的能力，考查学生综合运用和设计实验的思想和能力及正确处理实验数据能力的目标，更不能实现21世纪培养社会适应性人才的目标。因此，打破这种僵化、矛盾的局面，大胆对物理化学实验教学模式进行创新改革很有必要。经过多年的教学改革与实践，我们建立了一种“信息化、自主型、开放式”的物理化学实验教学新模式。
一、加强教材建设，调整课程体系。
（一）教材建设的必要性。
由于各高校学科专业侧重方向不同，物理化学实验课程的教学内容和教学方式也不尽相同，这为教学提供了很大的扩展空间。得益于仪器设备的更新换代和不断发展，尤其是微电子和计算机技术的飞速发展，过去物理化学实验中的一些手动记录仪器设备被计算机联机应用和数字显示仪器设备替代。但事物的发展是一把“双刃剑”，它使学生享受到科技发展带来的成果与便利，却在物理化学实验教材的选择上给我们带来了一个难题：各高校使用的物理化学实验仪器设备型号不可能完全相同，而已有的实验教材很难完全符合我们教学的要求。
鉴于此种现状，我们自20xx年xx月起就自编了一套《物理化学实验》讲义，在连续使用6xx年之后，又重新对实验讲义进行了大范围修订，并成功申报了学校的教材立项。经过两年的使用，教师和学生均反映修订版的讲义非常有特色，可以联合湖北的其他高校出版。最后，在湖北文理学院和黄冈师范学院两位老师的鼎力支持下，我们又一次增加和调整了部分实验内容，使实验总数达到45个。《物理化学实验》教材也于2013年9月在化学工业出版社正式出版。
（二）课程体系调整的必然性。
从教学体系上看，物理化学实验由化学热力学、溶液、化学平衡、相平衡、电化学、动力学、表面化学和胶体化学等部分组成。这些经典实验项目的设计大都偏重于验证性实验，属于基础知识应用和技能训练实验，缺少综合设计和研究性实验内容，与各高校的办学特色不符，物理化学实验作为一门独立必修实验课的教学目的难以体现，作为理论课的重要组成部分，对学生进行综合应用和创新能力培养的教学目标难以达到。另外，实验教师对基础验证性实验的评价往往忽略实验过程，而过于注重实验报告和实验结果。
对于那些肯动手、会动脑，实验数据真实但实验结果不够理想的学生来说，这种评价模式就会在无形中打击学生的实验积极性和求知欲。在新出版的教材中，我们按照物理化学理论课程体系对实验内容进行了归类，基础性实验包括化学热力学部分的11个实验，电化学部分的9个实验，动力学部分的4个实验，表面与胶体化学部分的6个实验及结构化学部分的3个实验。我们自主研发的8个综合设计性实验和7个研究性实验各占一章。为了使学生熟悉物理化学实验常用仪器的操作，我们把“常用仪器的使用”单列为一章，以方便教师和学生快速查阅所需仪器设备的使用方法，同时我们增加了“常用仪器操作训练项目”，要求学生结合开放性实验自主训练。
（三）我校物理化学实验教学的特色。
我校化学专业物理化学实验总共有96学时，分两学期进行，每学期48学时。化学工程与工艺、高分子材料与工程、药学等专业的学时数均为48学时，环境工程专业的学时数为24学时，与基础化学实验合为一门课程，一学期完成。针对不同专业的特点，我们制定了不同的教学计划。
我们首先将原有单一的物理化学实验课程体系扩展为基础性实验、综合设计性实验和研究性实验三个层次，每个层次教学目的与要求不同，以期达到由浅入深，循序渐进，层层提高；其次兼顾经典实验项目与现代仪器设备，实现实验基本技能与综合应用能力共同培养，以最终达到培养学生独立或在教师指导下设计实验方案、独立完成实验操作的能力，促进学生的创新精神，提高学生的创新能力。改革后的物理化学实验课程体系完备，教学内容丰富，层次清晰，形成了从基本技能到综合应用、从被动接受知识到主动获取和构建知识、从单一课堂教学为主到课堂教学和开放式教学相结合、从程序式照方抓药到启发式自主设计、自主探究式的新实验课程体系和课程内容。
二、建立信息化教学平台。
（一）信息化实验教学的特色。
教育信息化是指在教育领域全面深入地运用现代信息技术来促进教育改革和教育发展的过程。在信息时代的今天，利用互联网、移动通信技术搭建起来的信息互联网平台能够满足学校、教师、学生之间的信息需求，促进教师和学生之间的信息沟通，实现教育信息化。在高等院校，信息化实验教学主要是依赖精品资源共享课程平台建立的一种新颖的教学环境。这种全新的信息化实验教学环境具有以下特色：
第一，教师教学模式发生改变。在传统的实验教学中，教师在实验前要详细讲解实验的各个环节；而信息化实验课程教学中教师在实验前无需对各个实验项目进行详细讲解，只以提问的方式检查学生的预习效果，并重点强调实验中容易发生的问题及注意事项，随后学生即可以开始实验。
第二，实验教学效果显著提高。在信息化教学资源共享平台上，学生可通过文字、声音、图像、动画及教师声情并茂的讲解等多种方式进行课前预习，理解并熟悉复杂实验仪器的结构、实验原理和操作步骤，提高预习效果和实验质量。
第三，课程建设资源更加丰富。精品资源共享平台建设是精品课程建设好坏的具体体现，其中课程教学录像这一部分又是平台建设中难度最大、最耗时和费力的一项内容。无疑，物理化学实验的网上视频资料也是课程建设的重要资源之一。
第四，实验教学管理模式更趋成熟。信息化实验教学一般要求实验室具备开放的条件，这样学生才可以通过预约平台进入实验室开展各项实验工作，包括常用仪器操作练习、综合设计性实验和研究性实验等。这种信息化平台的建设满足了学生提前预约实验、合理安排实验时间、自主设计创新实验等要求，保证他们能够单人单组独立完成实验。教师也可以根据学生预约情况随时调整开放性实验室的人数和时间，以期最大效率地利用物理化学实验室的仪器资源，最大限度地提高实验教学管理效率。
因此，信息化教学资源平台的建设必将是物理化学实验课程改革发展的一个趋势，也是课程建设的重要内容之一。
（二）通过自主录制实验课程视频录像，建立信息化实验教学平台。
利用精品资源共享平台，借助实验教学课件与自主录制的视频开通网上辅助教学功能，建立信息化教学平台，为学生预习实验、自主设计实验提供帮助。在信息化平台建设的过程中，实验课教学视频的录制相对于理论课教学录像难度更大，因为实验操作步骤尤其是仪器操作中的每一个环节的演示、讲解都必须严格按照规范化、标准化的要求进行，它对任课教师提出了更高的要求，即仪器操作规范娴熟、讲解准确，同时也对摄像师提出了高要求，即熟悉仪器操作的每一个环节，这样才能保证录制的教学视频重难点突出、实验操作中重要环节展示到位。我们自主录制的物理化学实验教学视频包括实验目的和原理简介、实验步骤及实验仪器操作等内容，其中后两项为主要内容。学生通过观看精品资源共享平台上的实验教学视频进行课前预习，能够达到熟悉仪器操作的目的。
传统的物理化学实验教学按照“实验前预习、实验前讲解、实验中演示实验操作、实验中教师指导、实验结束数据处理、完成实验报告”的模式进行。有了实验课程教学录像和信息化平台，我们就可以确保在滚动式实验教学过程中，学生充分利用精品资源共享平台，提前观看相应实验的视频教学录像，实验前通过实验教材、实验视频详细了解实验内容和实验步骤。在实验教学中，教师将传统教学模式的前三个环节调整为“实验前提问”一个环节。在有限的时间内，教师讲解时间大大减少，学生自主实验时间增多。提问环节主要针对教师在视频中对相应实验的实验内容和实验步骤给出的若干思考题，学生进入实验室后可以相互讨论，教师也可以提问学生，从而考查学生的预习情况。实践证明，学生乐于接受这种图、文、声并茂的实验教学模式，教学效果比教改前明显提高。
三、建立开放式实验室预约管理平台。
（一）国内物理化学实验教学现状分析。
国内物理化学学科的改革正朝着强化创新精神与培养创新能力的方向发展，物理化学实验的教学模式与内容的改革也出现综合、融合的趋势。目前，部分普通高等院校化学专业的物理化学实验都开设了12～16个基础性物理化学实验，没有开设综合设计性实验和研究性实验。
一些高等院校借助教育部本科教学评估的东风，更新与调整了物理化学实验中的绝大部分仪器设备，实验教学条件大幅度改善，物理化学实验教学中除了开设16个左右的基础性实验外，还开设了4～6个综合设计性实验；还有一些条件好的`普通高校及重点院校除了开设上述两种类型的实验外，研究性实验也占了很大的比例，如北京大学，南京大学，武汉大学等。所谓设计性实验是指学生在教师的指导下，根据给定的实验目的和实验条件，自行设计实验方案，自己进行实验并对结果进行分析处理，一般各高校会结合自身的特色量身定做一些设计性实验。所有这些不同层次的物理化学实验不仅能培养学生的独立工作能力和基本科研能力，而且能使学生初步了解和掌握基本实验技能及现代实验先进技术。随着现代实验技术和研究方法的进展，学科之间的交叉融合是各学科发展的显著特点。因此，综合设计性和研究性实验将会在今后的实验课程体系和课程内容中占据越来越大的比重。
（二）我校物理化学实验教学模式与教学内容的优化。
受实验仪器台套数的限制，物理化学实验过去大都实行两人一组，现在基本实行单人单组。为了提高物理化学实验的教学效果，提高学生的独立操作和动手能力，我们对实验内容进行了滚动式教学，其他实验依此类推。这种滚动式教学模式不仅弥补了仪器台套数的不足，而且能提高实验教学质量。学生可根据自己的专业特长和兴趣，选择合适的综合设计性和研究性实验，我们在安排时尽量避免学生扎堆选择某一个实验，尽量保证学生单人单组开展实验。经过多年的教学实践，我们结合三所院校的特点已开发出8个综合设计性实验和7个研究性实验。
我们可以保证所有修读物理化学实验课程的学生在综合设计性实验环节都能按照自己的意愿选择2个实验进行综合性研究，并要求他们在研究过程中独立查阅文献资料，独立动手设计实验方案，独立完成实验内容和实验报告。研究性实验对于本科生来说是一个较高层次的实验，主要培养学生的创新精神和创新意识。研究性实验项目一般来源于教师的科研课题，学生可以根据自己的专业和能力选做1～2个研究性实验，可以3～5人组成一个小组，以团队的形式共同协作完成实验研究。实验结果不再是以实验报告来体现，而是通过学生撰写的小论文来体现，这能为大四学生开展毕业论文工作和后续继续深造打下良好的科学研究基础。
（三）提高学生实践水平，创建预约管理平台。
显然，综合设计性实验和研究性实验如果按照教学计划安排的有限课时数进行，肯定不能达到预期目标，因为实验所需实际课时数远远多于教学计划学时数。这就要求实验室必须全方位开放，包括实验人员、实验场地、实验时间、实验仪器等。
为此，我们结合精品资源共享课程信息化平台建立了一套便于操作的开放性实验室预约管理制度。学生首先通过登录预约管理平台了解实验室仪器设备的空闲状态，然后结合自己的时间进行预约登记并自主进入实验室开展实验研究的各项工作。同时，实验室教师也可以通过开放性实验室预约管理平台了解实验室仪器设备的使用状态，提高教学管理效率。实验室开放虽然增加了实验教师和实验技术人员的工作量，但同时也促进和提高了实验教师和实验技术人员的水平，锻炼和培养了学生的实验能力，综合检验了学生的实践水平和创新能力。
四、结束语。
苏联化学家普良尼施尼柯夫曾说过：“知识不是某种完备无缺、纯净无瑕、僵化不变的东西。它永远在创新，永远在前进。”物理化学实验教学改革的目标就是创新、前进。为了丰富实验教学内容、提高学生的动手能力和创新意识，我们将原有单一层次的实验内容扩展为基础验证性、综合设计性及研究性实验三个教学层次，建立了一种“信息化、自主型、开放式”的物理化学实验教学新模式。
自20xx年开始，这种新型教学模式已在化环学院所有开设物理化学实验的专业进行了实践，学生普遍反映这种教学模式给了他们更多自主学习和动手动脑的时间，教师课堂上讲得少了，学生掌握的实验技能反而更扎实，学生由过去的实验课应付差事到现在热爱实验课，教学效果显著提升。这种由浅入深、循序渐进、层层提高的教学模式最终培养了学生独立思考与解决问题能力、综合应用能力及创新精神和创新能力。
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