發(fā)布時間：2023-02-01 17:41:31
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的物理化學實驗報告樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：物理化學 實驗教學 體會
中圖分類號： G632 文獻標識碼： C 文章編號：1672-1578（2014）11-0083-01
物理化學實驗是公共基礎(chǔ)化學實驗的重要組成部分，是綜合性大學化學專業(yè)的一門獨立基礎(chǔ)實驗課程。它在數(shù)學、物理學及化學基礎(chǔ)上，進一步系統(tǒng)闡述化學的理論，綜合了化學領(lǐng)域各分支學科涉及的研究方法和研究工具，具有綜合性、研究性較強和定量化程度較高的特點。通過多層次、全面系統(tǒng)的實驗訓練，使學生掌握物理化學實驗的基本方法和技能，培養(yǎng)學生觀察現(xiàn)象、記錄數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、分析實驗結(jié)果及進行科學研究的能力[1-3]。物理化學實驗大都涉及比較復(fù)雜的物理測量儀器，且每套測量技術(shù)都是建立在完整的化學原理和理論基礎(chǔ)上，因此在物理化學實驗教授中如何能使學生更好地理論聯(lián)系實踐，提高學生的動手能力和科學素養(yǎng)值得每一位高校物理實驗教師認真思考和深入探索。下面筆者結(jié)合自己在物理化學實驗教學中積累的經(jīng)驗，談幾點在物理化學實驗教學中的體會。
1 做好課前準備工作
物理化學實驗不僅要求實驗教師掌握相關(guān)的理論知識，而且要掌握相關(guān)的實驗技能，理解實驗與理論的關(guān)系，熟悉實驗所需的儀器設(shè)備、試劑材料，所以實驗教師在課前需要花費大量的時間和精力來做好課前準備工作。
首先，針對實驗中的實驗?zāi)康暮驮聿糠忠Y(jié)合理論教材進行系統(tǒng)備課。最好能夠在實驗之前聽一聽理論教師的理論課，了解一下理論教師對有關(guān)實驗理論部分內(nèi)容的講解。這樣既可以了解學生對理論知識的掌握程度，還可以在實驗時有針對性地對學生未掌握的知識而對實驗又非常重要的理論進行補充講解，讓學生能更好地了解理論與實踐的關(guān)系，應(yīng)用理論指導實踐。
其次，熟悉實驗的儀器設(shè)備。物理化學實驗同其他基礎(chǔ)化學實驗最明顯不同之處就在于物理化學實驗要采用大量的儀器設(shè)備，幾乎每個實驗都要用到一套較為復(fù)雜的儀器設(shè)備。而儀器設(shè)備一旦出現(xiàn)故障就要終止實驗，既耽誤學生實驗又要花時間修理，影響正常教學秩序的進行。因此，實驗教師要認真閱讀儀器設(shè)備說明書，根據(jù)操作規(guī)程、按照教學實驗要求進行調(diào)試，熟練掌握儀器設(shè)備的性能參數(shù)、構(gòu)造、工作原理和使用方法、注意事項，特別留意儀器在實驗中最容易出現(xiàn)的故障[4]。只有這樣才能引導學生正確操作儀器，遇到儀器故障時才能快速分析原因，引導學生自己動手解決問題。
最后，預(yù)作實驗。把實驗內(nèi)容的每一個環(huán)節(jié)都親手做一遍有助于了解儀器性能，熟悉實驗過程中可能出現(xiàn)的現(xiàn)象和結(jié)果。當學生在實驗中再遇到這些問題時，能過及時幫助學生分析現(xiàn)象產(chǎn)生的原因，給出合理的解釋。
2 督促學生做好實驗預(yù)習
物理化學實驗大多實驗步驟較多，儀器操作比較繁瑣或者數(shù)據(jù)處理過程比較復(fù)雜，學生沒有預(yù)習的結(jié)果就是實驗操作及數(shù)據(jù)處理過程中不斷出錯，甚至損壞儀器，造成時間精力的浪費和實驗室財產(chǎn)的損失[5]。因此我們在上實驗課之前要求學生認真預(yù)習實驗并寫好實驗報告，在上課之前要上交預(yù)習報告，教師要批閱預(yù)習報告，掌握學生對本實驗的了解程度。在講解實驗內(nèi)容過程中還要對學生進行提問，以便發(fā)現(xiàn)學生是否只是敷衍了事，照抄書本上的實驗內(nèi)容。預(yù)習報告也將作為實驗成績的一部分，以這種方式敦促學生做好實驗預(yù)習，這樣學生便可以順利地完成實驗和更好地理解實驗內(nèi)容、提高實踐能力。
3 實驗藥品選擇不必拘泥于教材
在全國提倡綠色環(huán)保的大環(huán)境下，我們對實驗藥品的選擇也應(yīng)盡量是無毒或是低毒的?，F(xiàn)各高校使用的物理化學教材多種多樣，但都包括經(jīng)典的實驗項目，且實驗藥品也基本相同。比如燃燒熱的測定，幾乎所有的教材都是使用萘作為測定對象，萘容易揮發(fā)和升華，吸入萘蒸氣后，可引起頭痛、乏力、惡心嘔吐，皮膚接觸后可引起皮炎。嚴重者會導致溶血性貧血及肝、腎損害及白內(nèi)障、視神經(jīng)炎和視網(wǎng)膜病變等[6]。從綠色環(huán)保和對學生安全的角度考慮可采用蔗糖或葡萄糖等代替萘，同樣能達到實驗?zāi)康?。再比如最大氣泡法測定表面張力的實驗，我校原來采用教材上的實驗藥品正丁醇，但學生普遍反應(yīng)此藥品氣味大，長時間實驗感覺眼睛不舒服，因此現(xiàn)改為用乙醇做實驗，盡管乙醇也稍有氣味但無毒，學生使用安全且環(huán)保，并且學生對該藥品熟悉、接觸多，還會增加學生對實驗的積極性，取得更好的實驗效果。
4 全面考核學生的實驗成績
以往傳統(tǒng)的物理化學實驗成績的評定，是學生做完實驗后，將實驗記錄下來的有關(guān)實驗數(shù)據(jù)，利用課后時間將實驗報告完成，老師根據(jù)學生實驗報告的好壞評定出實驗成績，這樣不能全面真實反映學生實驗水平，往往會造成有些同學實驗時認真，動手能力強，但由于實驗報告寫得不好而成績不高；有些同學做實驗時敷衍了事甚至不動手，課后抄襲或綜合他人數(shù)據(jù)報告寫的好而得高分，出現(xiàn)“高分低能”、“低能高分”現(xiàn)象，這種隨意性和偶然性，勢必影響到實驗總成績[7]。因此對學生實驗成績應(yīng)全面考核，實驗成績的評定可包括預(yù)習報告、操作能力、現(xiàn)象及數(shù)據(jù)記錄、實驗報告等幾方面內(nèi)容，每一項指標均在實驗總成績中占有比例，實驗教師根據(jù)學生在各個方面的表現(xiàn)給出成績，避免上述狀況的出現(xiàn)，做到對學生的成績評定公平合理。
5 結(jié)語
改革后的物理化學實驗教學方法更有利于培養(yǎng)學生的實驗操作能力和科研創(chuàng)新能力，提高實驗教師的自身素質(zhì)和責任感，提高物理化學實驗教學的質(zhì)量。
參考文獻：
[1]鄭傳明，呂桂琴.物理化學實驗[M].北京：北京理工大學出版社，2005.
[2]復(fù)旦大學.物理化學實驗[M].北京：高等教育出版社，2004.
[3]孫爾康，徐維清，邱金恒.物理化學實驗[M].南京：南京大學出版社，1998.
[4]陳永寶，劉淑珍.淺談物理化學實驗教學的：“三步曲”[J].
[5]利明，劉長久.物理化學實驗教學的幾點體會及改革想法[J].高教論壇，2013（10）61-62.
[6]劉雪梅，王文珍，鄧強.對物理化學實驗教學的幾點建議[J].教改教法.
【關(guān)鍵詞】物理化學 實驗 教學改革
物理化學實驗作為普通高等師范院?；瘜W專業(yè)學生的必修基礎(chǔ)課之一，是與無機化學實驗、分析化學實驗、有機化學實驗一樣獨立的基礎(chǔ)實驗課程，具有理論性強、實踐性強、應(yīng)用性廣的特點。通過物理化學實驗課程的學習，可以加強學生對基本理論知識的理解，熟練掌握基本實驗技能，提高學生的動手能力和創(chuàng)新能力。隨著現(xiàn)代科技和化學學科的飛速發(fā)展，傳統(tǒng)的物理化學實驗教學模式已不能滿足日新月異的科技發(fā)展對人才培養(yǎng)的要求，因此，物理化學實驗教學改革、提高實驗教學質(zhì)量勢在必行。
一、物理化學實驗現(xiàn)況及存在的問題
目前選用的物理化學實驗課本內(nèi)容基本上都是固定的，實驗內(nèi)容多為驗證性實驗，缺乏綜合性和設(shè)計性的實驗。采用的教學方法往往是老師先系統(tǒng)地講解實驗原理、實驗步驟及實驗注意事項，以及儀器的操作方法，然后學生根據(jù)老師講解的內(nèi)容和實驗課本的要求“按部就班”的進行實驗。這種教學方式使學生對于實驗內(nèi)容沒有可選擇的余地，對于部分學生來說較浪費時間，并且限制了他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力。此外，由于同學們所做的實驗內(nèi)容枯燥，導致學生對實驗課的重視性認識不夠，學習積極性差，課前預(yù)習不認真，實驗操作不認真，實驗數(shù)據(jù)記錄不認真，抄襲數(shù)據(jù)和實驗報告，對實驗課應(yīng)付了事。
物理化學實驗采用的儀器種類繁多，且多數(shù)儀器設(shè)備較陳舊，儀器性能不穩(wěn)定，導致實驗前的調(diào)試工作繁瑣耗時。如：原電池電動勢的測定，我們采用的儀器是UJ25型電位差計，此儀器非常陳舊，數(shù)據(jù)波動較大，測定前僅調(diào)試儀器零點就需半個小時，極大地分散了學生做實驗的注意力，大大降低了學生學習的興趣和積極性。此外，由于陳舊的儀器性能穩(wěn)定性較差，測定數(shù)據(jù)波動較大，測量結(jié)果不準確，數(shù)據(jù)誤差大，從而使學生喪失了學習的興趣，降低了學習的積極性。
二、物理化學實驗教學改革初試
根據(jù)物理化學實驗課程的要求，適時保留一些經(jīng)典的驗證性實驗，取消一些相對陳舊的驗證性實驗，并增設(shè)一些相關(guān)內(nèi)容的綜合性和設(shè)計性的實驗，可讓學生在老師的指導下選擇合適的題目，查閱相關(guān)的文獻，設(shè)計實驗，進行實驗，并進行數(shù)據(jù)的處理，調(diào)動學生的主動性和創(chuàng)造性，提高學生的學習興趣和積極性。傳統(tǒng)的實驗教學方法會使學生養(yǎng)成“照法抓藥”的懶惰習慣，無法取得較好的實驗效果。為此，我們加強了學生實驗課程的監(jiān)督和管理，并改革了傳統(tǒng)的實驗教學方法，取得了初步的成效。首先，我們對學生預(yù)習報告進行了嚴格的要求，要求學生預(yù)先對實驗原理和實驗步驟有較詳細的了解，對實驗儀器操作有較深的熟悉，并通過提問和討論的方式進行檢查，使學生實驗時做到心中有數(shù)，激發(fā)學生參與實驗的興趣。其次，在實驗過程中，我們嚴格監(jiān)督和指導學生實驗，及時糾正學生錯誤的實驗操作，督促學生正確處理實驗數(shù)據(jù)，按要求書寫實驗報告，并進行結(jié)果討論。經(jīng)過這些改革，學生在實驗時得心應(yīng)手，實驗積極性大大提高，分析問題和解決問題的能力均有了明顯提高。
物理化學實驗對儀器的要求較高，落后的儀器會使學生對所學專業(yè)喪失信心。因此，儀器的更新顯得尤為重要。我們利用世界銀行貸款，購進了一批較新的儀器設(shè)備，并利用計算機等現(xiàn)代化教學手段來輔助實驗。這樣既可大大縮短實驗時間，提高實驗結(jié)果的準確性，極大提高學生的求知欲，激發(fā)學生的興趣和積極性。學生們也可從中對實驗過程有了更直觀的認識，學會掌握“Origin”和“Excel”等數(shù)據(jù)處理軟件，增長了見識，激發(fā)了實驗興趣并深刻體會到了物理化學知識的重要性。嚴格物理化學實驗課程考核是端正學習態(tài)度、提高教學質(zhì)量的重要途徑。因此，我們將實驗課成績分為兩部分：平時成績和期終考試成績，各占60%和40%。平時成績是根據(jù)每次實驗的預(yù)習報告、實驗操作、數(shù)據(jù)處理和實驗報告這四個部分進行綜合評定。期終考試成績則主要考察學生對實驗原理的理解和實驗基本操作兩方面。這樣的考核方式和內(nèi)容較科學合理，有利于激發(fā)學生興趣和提高學生實驗認真程度。
三、物理化學實驗課程改革
通過我們對物理化學實驗教學的改革與實踐，初步取得了良好的成效。學生的實驗重視程度有了較大地提高，實驗態(tài)度也端正了很多，參與實驗的積極性和主動性也有了很大地提高，學生的創(chuàng)新能力有了明顯的提高。今后我們還將繼續(xù)在各方面加大物理化學實驗教學改革的力度，提高實驗教學質(zhì)量。
參考文獻：
[1]過家好,陳俊明.物理化學實驗教學的探索與改革[J].廣州化工.2009(37).
[2]王麗芳.淺議物理化學實驗教學改革[J].呂梁高等專科學校學報.2010(26).
[3]徐彩霞,馬存花,肖芙蓉,但建明.物理化學實驗教學模式改革的探索[J].兵團教育學院學報.2008(18).
[4]黃燕梅,張飛躍,李斌,李啟輝.淺談物理化學實驗教學改革[J].廣西大學學報(哲學社會科學版).2007(29).
1藥學專業(yè)物理化學實驗教學存在的問題
1.1輕視實驗教學
實驗教學是教學活動的重要環(huán)節(jié)，它與理論教學互相促進，互為補充。但傳統(tǒng)觀念上一直將實驗教學視為理論教學的附屬品，定位于輔助教學的地位。長期以來，物理化學實驗教學發(fā)展緩慢，重理論，輕實踐，教學內(nèi)容陳舊，教學程序僵化。一些醫(yī)藥院校甚至只象征性地開設(shè)一些最基本的物理化學實驗，學生按實驗書上的步聚和方法機械地進行實驗。這種教學模式，局限于實驗技能的訓練，束縛了學生的思維和創(chuàng)造性，學生學習興趣不大，實驗積極性不高。
1.2實驗內(nèi)容與專業(yè)聯(lián)系少
物理化學實驗在藥學專業(yè)實驗教學中占有重要的地位，它所涉及的基本研究技術(shù)和研究方法是后續(xù)藥學專業(yè)課程尤其是藥劑學的技術(shù)基礎(chǔ)。但現(xiàn)行的藥學專業(yè)物理化學實驗內(nèi)容，更多的是從化學的角度去設(shè)計，沒有結(jié)合藥學專業(yè)人才培養(yǎng)的需要對實驗進一步選擇、擴展和深化。目前很多醫(yī)藥院校開設(shè)的物理化學實驗項目并不能真正體現(xiàn)物理化學原理和技術(shù)在藥學中的應(yīng)用，尤其是缺乏與藥學相關(guān)的綜合性、設(shè)計性實驗項目。
1.3實驗儀器設(shè)備更新緩慢
物理化學實驗主要是測定物質(zhì)的理化性質(zhì)，因此需要相應(yīng)的儀器設(shè)備。近年來，隨著現(xiàn)代實驗科學技術(shù)的進步，涌現(xiàn)出了大量的智能數(shù)顯式儀器。這些新儀器的使用，不僅使測量過程更為便捷，而且提高了學生的學習興趣，也有助于他們畢業(yè)后更好地適應(yīng)工作環(huán)境。但有些院校由于對基礎(chǔ)化學實驗不夠重視，實驗經(jīng)費投入不足，致使儀器設(shè)備老舊，長年無更新?lián)Q代，從而影響了實驗技術(shù)水平和教學質(zhì)量的提高。
1.4實驗數(shù)據(jù)處理方法落后
物理化學實驗結(jié)果得到的是一系列實驗數(shù)據(jù)，目前大多數(shù)學生仍采用傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理方法，即通過計算器計算、用坐標紙手工作圖以獲取斜率、截距，或在手工繪制的曲線上作切線等。由于物理化學實驗數(shù)據(jù)量大，處理繁雜，這種方法不僅費時費力，而且處理結(jié)果易出現(xiàn)人為誤差，影響實驗結(jié)果的準確性。教師在批改實驗報告時也不得不花費大量時間核查其計算結(jié)果。因此，有必要選擇適當?shù)挠嬎銠C應(yīng)用程序來輔助物理化學實驗教學。
2物理化學實驗教學改革探索
2.1構(gòu)建理論教學與實驗教學并重的教學模式
近年來，創(chuàng)新人才的培養(yǎng)越來越受到重視，而實驗教學是培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新人才的重要環(huán)節(jié)，是提高學生動手能力和科研能力的重要手段，有著課堂教學不可替代的作用。因此，要改變傳統(tǒng)觀念，重視實驗教學，建立理論教學與實驗教學并重的教學模式。筆者所在學院在專業(yè)人才培養(yǎng)方案中，經(jīng)過論證適當減少物理化學理論課的學時，增加實驗課的學時，并將物理化學實驗從理論課中脫離出來，作為一門獨立課程列入專業(yè)教學計劃，單獨計算學分。同時，根據(jù)實驗課單設(shè)的要求，對物理化學實驗教學大綱進行了修訂，對實驗教學提出了更高的目標和要求，注重對學生綜合動手能力的培養(yǎng)，保證實驗教學質(zhì)量。
2.2優(yōu)化實驗項目與內(nèi)容，突出專業(yè)特色
藥學專業(yè)物理化學實驗在實驗項目選擇與內(nèi)容設(shè)計上除了體現(xiàn)物理化學原理的應(yīng)用外，還必須突出藥學專業(yè)特色，以便更好地在有限的實驗操作中鍛煉、培養(yǎng)學生，提高學生的能力。
我們對原有的物理化學實驗教學內(nèi)容體系重新進行了設(shè)計和調(diào)整。首先，對實驗進行整合，減少一些重復(fù)性的實驗內(nèi)容和操作，多出的學時用于開設(shè)新的實驗項目。如電解質(zhì)水溶液電導的測定和應(yīng)用和電導法測定臨界膠團濃度這兩個實驗使用的儀器都是電導率儀，而且電導測定所需時間較短，于是將兩個實驗整合在一起同時開展。實驗中需要用到超級恒溫槽，恒溫槽的相關(guān)知識也在此實驗中一并講解。這樣做雖然需要學生提前了解表面活性劑的相關(guān)知識，但避免了儀器重復(fù)使用，提高了實驗效率，節(jié)省了學時。其次，對一些經(jīng)典物理化學實驗項目測定內(nèi)容進行了調(diào)整，盡可能地改用實際的藥物，使其更好地體現(xiàn)在藥學中的應(yīng)用。如將凝固點降低法測定萘的摩爾質(zhì)量改為測定中藥注射液的滲透壓;將三組分相圖繪制中的水-醋酸-氯仿體系改為吐溫-薄荷油-水體系制備藥物乳劑;將蔗糖水解速率常數(shù)的測定改為同樣符合一級降解動力學的硫酸鏈霉素水解速率常數(shù)的測定等。再者，新增一些與藥學密切相關(guān)的綜合性、設(shè)計性實驗。如藥物有效期的測定，給學生提供的藥品有鹽酸四環(huán)素、維生素C、金霉素、硫酸鏈霉素等，要求學生查閱相關(guān)資料，獨立設(shè)計實驗方案，提交教師審核后，安排實驗順序和時間，對實驗結(jié)果進行分析后再做出整體評價。
在新的物理化學實驗教學體系下，不僅實驗項目數(shù)增加了，學生有機會接觸更多的實驗內(nèi)容和儀器，鍛煉動手能力和創(chuàng)新能力，而且突出了知識點在藥學領(lǐng)域中的應(yīng)用，讓學生明白物理化學和自己專業(yè)的相關(guān)性，提高物理化學及實驗的學習興趣。
2.3更新升級實驗儀器設(shè)備
物理化學實驗需要較多的儀器設(shè)備，這些儀器設(shè)備的好壞直接影響著實驗結(jié)果。隨著技術(shù)的發(fā)展，儀器推陳出新。筆者所在的學院近年來就投入經(jīng)費逐步對一些儀器設(shè)備進行了更新?lián)Q代。如更新了電子天平、數(shù)字式壓力計、數(shù)字溫度溫差儀、數(shù)字貝克曼溫度計、自動指示旋光儀、數(shù)顯式恒溫槽、數(shù)字電導率儀等常規(guī)儀器，同時也添置紫外、紅外、熒光光譜儀及氣相、液相色譜儀和原子吸收分光光度計等大型儀器。這些儀器極大地提高了實驗室裝備水平，滿足了各種實驗需求。
現(xiàn)代實驗儀器價格昂貴，為避免浪費，合理高效利用資源，物理化學實驗在項目選擇和內(nèi)容設(shè)計上，也充分考慮到藥學專業(yè)特色，所開設(shè)的實驗內(nèi)容盡可能與藥學專業(yè)融合，充分利用現(xiàn)有藥學實驗儀器設(shè)備。在經(jīng)費允許的條件下，結(jié)合藥學專業(yè)課程實驗教學的需要，共同添置現(xiàn)代實驗儀器，供物理化學實驗及后續(xù)專業(yè)課程實驗使用。
2.4計算機處理實驗數(shù)據(jù)
目前計算機應(yīng)用逐步普及。計算機除了采集實驗數(shù)據(jù)外，還可對大量的、繁瑣的物理化學實驗數(shù)據(jù)進行快速而準確的處理。現(xiàn)階段大學生群體中計算機普及率較高，我們提倡學生使用計算機軟件來處理實驗數(shù)據(jù)和繪制圖表。
Excel、Origin等是使用最多的數(shù)據(jù)分析軟件，學生利用這些軟件可以方便地進行數(shù)據(jù)批量處理、作圖、線性擬合、非線性曲線擬合等步驟處理，快捷準確。筆者曾在所教授的班級進行試點，先向?qū)W生詳細講授軟件的使用方法，然后要求他們用軟件處理數(shù)據(jù)和作圖，再打印出來。由于避免了繁瑣的人工處理過程，這一要求受到學生的一致歡迎，學生的積極性很高，所得表格和圖形整潔美觀，有的學生甚至用word軟件來寫實驗報告。經(jīng)過幾輪試點，逐步推進，現(xiàn)在計算機軟件處理實驗數(shù)據(jù)已成為物理化學實驗的教學要求之一。隨著數(shù)字化校園的發(fā)展，我們更期待有一天能實現(xiàn)無紙化實驗報告，即學生網(wǎng)上提交報告，教師網(wǎng)上批改并反饋結(jié)果給學生。
此外，學生在物理化學實驗過程中，獲得了一系列的實驗數(shù)據(jù)，通過實驗數(shù)據(jù)一般不能馬上得知學生的實驗是否成功，往往是在實驗結(jié)束后的數(shù)據(jù)處理作圖過程中才發(fā)現(xiàn)問題，而此時，為時已晚，只能另找時間進實驗室補做。為解決此問題，我們利用計算機將相應(yīng)實驗項目數(shù)據(jù)處理的有關(guān)公式和流程編寫成一個系統(tǒng)程序，學生做完實驗后，把數(shù)據(jù)輸入程序中，可立即得出實驗結(jié)果并繪出相應(yīng)的圖形，從而判斷實驗成功與否。若不符合要求，立即查找實驗失敗的原因并當場改正。
2.5開放實驗室
實驗室開放為學生創(chuàng)造了自主學習、自主探索的環(huán)境和條件，有利于培養(yǎng)學生綜合實驗?zāi)芰蛣?chuàng)新意識。除了正常的實驗教學，我們物理化學實驗室部分時間定期對學生開放。目前情況下，實驗室開放的目的主要有兩個:一是給實驗課上數(shù)據(jù)不理想或?qū)嶒炇〉膶W生提供重新做實驗的機會;二是對一部分學有余力且感興趣的學生，根據(jù)所學過的內(nèi)容及實驗操作自行設(shè)計實驗方案，在教師的協(xié)助下完成實驗。比如學生學習過電導率的相關(guān)知識，知道電導測定的一個重要應(yīng)用是水的純度檢驗，也做過電導法測定弱酸的電離度及難溶鹽的溶解度實驗，懂得電導率儀如何使用，有的學生會想到收集學校及周邊的自來水、井水、雨水、河水、海水、山泉水等用電導率儀進行水質(zhì)檢測，有的學生會更進一步想到設(shè)計電導滴定的實驗來測定這些水樣本中離子的濃度，如用氯化鋇溶液滴定來測定水中硫酸根離子的濃度。學生的這些創(chuàng)新性、發(fā)散性思維非常值得鼓勵，而實驗室開放給他們提供了付諸實踐的機會，極大地提升了學習興趣，也鍛煉了他們獨立的學習能力和動手能力。
關(guān)鍵詞：PBL教學法；藥學院；物理化學；實驗教學
PBL是基于問題的教學模式，它強調(diào)把學習置于復(fù)雜的、有意義的問題情景中，讓學生成為該情景的主體，自己分析問題，學習解決該問題所需的知識，通過合作解決問題。PBL教學中，教師通過預(yù)設(shè)問題、提問等方式，激發(fā)學生去思考和探索，以培養(yǎng)學生自主學習能力。與傳統(tǒng)教學模式相比，PBL教學更注重對學生自學能力，創(chuàng)新能力，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力的培養(yǎng)，在提高學生思維能力，培養(yǎng)團隊合作精神等方面有著獨特的作用[1，2]。物理化學實驗教學內(nèi)容多以驗證性實驗為主，教師在教學過程中主要承擔“教”的任務(wù)。實驗前教師通常講解實驗原理、步驟，實驗儀器的使用方法、注意事項等，這種傳統(tǒng)的教學模式導致整個實驗過程中學生只是一名“操作工”，只要按實驗步驟完成操作即可，始終處于被動學習狀態(tài)，缺乏獨立思考過程，不能激發(fā)主觀能動性，對學生能力的培養(yǎng)極為不利[3]。因此，我們對藥學院物理化學實驗課程PBL教學模式的應(yīng)用進行探索研究，針對藥學院校專業(yè)特點和物理化學實驗課程體系的設(shè)置，探討具有藥學教育特色的教學方式與方法，力求對物理化學實驗教學模式有一突破。
1研究對象
以山東中醫(yī)藥大學制藥工程專業(yè)本科2013級兩個班共120名學生為研究對象，平均分為對照組和實驗組，對照組采用傳統(tǒng)教學法，實驗組采用PBL教學法。
2PBL教學法的實施
用預(yù)設(shè)問題引導學生，提高學習主動性，修改、完善實驗項目、實施方案。本研究選擇設(shè)計性實驗進行PBL教學嘗試，實施步驟：實驗前教師先提出問題，學生根據(jù)問題查找資料，設(shè)計實驗方案；實驗中學生發(fā)現(xiàn)問題并進行分組討論，教師適當引導；實驗后教師評價、反饋、總結(jié)，學生撰寫實驗報告。
2.1實驗項目選擇
在完成“蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測定”實驗教學后，學生對化學動力學實驗有了一定認識，因此選擇“金霉素水溶液或維生素C注射液的穩(wěn)定性及有效期的測定”進行PBL教學，共6學時。
2.1.1提出問題針對該實驗，給學生提出以下問題：藥物的穩(wěn)定性和哪些因素有關(guān)？金霉素水溶液和維生素C注射液有何性質(zhì)、特點？有沒有文獻報道過這兩種藥物有效期的測定方法？可采用哪些分析測定濃度的方法？哪種方法具有良好的可行性和可靠性？什么是加速法確定藥物的有效期？如何通過快速實驗得到的數(shù)據(jù)，計算正常條件下藥物的有效期？設(shè)計實驗方案時，應(yīng)注意什么？要求學生帶著問題去查閱有關(guān)文獻資料，加深學生對加速法確定藥物有效期過程的理解；比較不同濃度的測定方法，應(yīng)用教材中的理論知識進行思考、分析，掌握加速法測定藥物有效期的原理和方法，設(shè)計出合理詳細的實驗方案。
2.1.2分組討論以小組為單位進行分組討論，學生針對實驗方案中的細節(jié)各抒己見，提出科學的解決問題的方法，確定可行的實驗方案。教師在討論中給予學生適當引導或提示，促使問題得到解決。
2.1.3實驗實施通過討論確定實驗方案，各組按方案進行實驗，記錄實驗結(jié)果。教師進行點評、講解和總結(jié)。學生完成實驗報告。教師根據(jù)學生討論中的表現(xiàn)、實驗設(shè)計、實驗操作和最終實驗報告對學生進行評價、考核。
2.2結(jié)果
實驗項目結(jié)束后，對兩組分別進行問卷調(diào)查，讓學生對教學效果進行評價。問卷調(diào)查內(nèi)容和結(jié)果匯總分析如下：（1）實驗組76.0%的學生認為本實驗項目激發(fā)了學習物理化學的興趣，而對照組僅為45.0%。（2）實驗組82.0%的學生認為本實驗項目調(diào)動了主觀能動性，對照組為58.3%。（3）實驗組80.0%的學生認為本實驗項目能提高分析解決問題能力，對照組為63.3%。（4）實驗組88.0%的學生認為本實驗項目能鍛煉文獻查閱能力，而對照組僅為26.7%。（5）實驗組76.0%的學生認為本實驗項目有助于創(chuàng)新能力的提高，對照組為35.0%。（6）實驗組82.0%的學生認為本實驗項目能增強自學能力，對照組為45.0%。（7）實驗組75.0%的學生認為本實驗項目能加強同學、師生間交流，對照組為53.3%。從分析結(jié)果可見，與對照組相比，實驗組學生的主觀能動性、分析解決問題和查閱文獻能力顯著提高，說明PBL教學法對學生創(chuàng)新能力的提高和促進師生及同學之間的交流具有重要作用。
3討論
PBL教學法更注重對學生自學能力、創(chuàng)新能力和思維方式的培養(yǎng)?！八幬锓€(wěn)定性和有效期的測定”實驗體現(xiàn)了物理化學課程作為藥劑學基礎(chǔ)課程的特點，讓學生學習如何將理論知識應(yīng)用到實踐，應(yīng)用課本理論知識解決實際問題，培養(yǎng)學生的自學能力和思維能力。該實驗綜合了多學科知識，鞏固和強化了以下知識點：（1）藥物的穩(wěn)定性研究可分為影響因素試驗、加速試驗、長期試驗等；（2）需要根據(jù)藥物的性質(zhì)和特點，確定適合的動力學方程式，推算藥物有效期；（3）反應(yīng)中產(chǎn)物的瞬時濃度的測定可轉(zhuǎn)化為一些容易測定的物理常數(shù)的測定，如旋光度、吸光度等；（4）可升高溫度測定適當?shù)母邷叵碌奈锢砹浚眉铀俜磻?yīng)測定藥物的有效期；（5）有效期測定中要避免副反應(yīng)的發(fā)生。毋庸置疑，PBL教學法對教師的專業(yè)素養(yǎng)要求更高，需要教師更深入地了解實驗項目領(lǐng)域的相關(guān)專業(yè)知識，具有較強的責任心，以保證教學效果。此外，PBL教學需要學生利用大量課余時間檢索文獻資料，進行實驗設(shè)計、討論和總結(jié)，而大多數(shù)學生由于習慣于灌輸式教學模式，對于探索式的PBL教學法尚有些不適應(yīng)。因此，綜合實驗課時和學生實際情況考慮，PBL教學法在物理化學實驗教學中尚不適合全面推廣，建議可在2～3個綜合性實驗中嘗試開展?？傊?，在“藥物穩(wěn)定性和有效期測定”實驗中初步運用PBL教學法，提高了學生學習物理化學的興趣，取得了滿意的教學效果，為今后在其他物理化學實驗項目中開展PBL教學提供了參考。
參考文獻：
[1]尹飛，趙駿，琚輝.PBL教學法在有機化學實驗教學中的應(yīng)用[J].實驗室科學，2011，14（5）：49-51.
[2]張志國，王慧生，闞湘苓，等.談PBL實施中幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)的把握[J].天津中醫(yī)藥大學學報，2012，31（2）：105-106.
關(guān)鍵詞：非化學類專業(yè)；物理化學；實驗教學
中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）35-0238-02
隨著物理化學與各學科之間的交叉與日俱增，除了本學院的化學、化工、應(yīng)化這些專業(yè)之外，我校許多非化學類專業(yè)如環(huán)境、食品、材料、醫(yī)藥等非化學類專業(yè)也紛紛開設(shè)了物理化學實驗課程。與本院學生課程相比，非化學類專業(yè)物理化學實驗課程教學課時較少，學生重視不夠，無法進行系統(tǒng)的實驗的鍛煉，很難將實驗現(xiàn)象所學習的物理化學理論知識有機結(jié)合起來；此外學生專業(yè)背景不同，實驗基礎(chǔ)相對較弱，因此對于授課教師來仍然是一種挑戰(zhàn)。在實驗教學存在的問題較多，教學現(xiàn)狀不能滿足培養(yǎng)高素質(zhì)人才的需求。因此，對物理化學實驗教學改革十分必要。要提高非化學類專業(yè)物理化學實驗課的教學效果，需要結(jié)合教學實際因材施教，對實驗課教學進行大膽地思考與探索，力圖使物理化學實驗課程能夠真正成為全面提高學生素質(zhì)和能力的一個重要的實踐性教學環(huán)節(jié)。筆者結(jié)合近些年非化學類專業(yè)物理化學實驗教學實踐，總結(jié)出在指導學生實驗過程中的幾點體會。
一、合理安排實驗教學內(nèi)容
依據(jù)不同專業(yè)的專業(yè)特點和以往的教學實踐，精心選擇教學實驗內(nèi)容。非化學專業(yè)物理化學實驗內(nèi)容的選擇一方面要與物理化學理論課緊密相關(guān)，達到理論和實踐相結(jié)合，使學生在有限的實驗課程中既能練部分基本操作又能加深學生對物理化學原理的掌握，真正實現(xiàn)對學生能力的培養(yǎng)，另一方面又要符合不同專業(yè)學生的專業(yè)特點，體現(xiàn)物理化學實驗與專業(yè)課的密切聯(lián)系。因此在教學實踐中，我們對不同專業(yè)實驗課程進行了精心的選擇和取舍。例如金屬材料工程專業(yè)有金屬相圖的繪制，而藥學專業(yè)有蔗糖的轉(zhuǎn)化的實驗。實驗教學內(nèi)容的精選一方面可以增進物理化學實驗課程與學生專業(yè)課程的聯(lián)系，使學生綜合運用所學知識，另一方面體現(xiàn)出物理化學實驗的重要性，提高學生的學習積極性，從而培養(yǎng)學生探索未知世界的興趣。此外，我們根據(jù)不同專業(yè)學生特點因材施教，在實驗教學過程中，對于同一個實驗，根據(jù)不同專業(yè)學生可選用不同的實驗原料進行實驗，如燃燒熱測定實驗中，食品專業(yè)學生我們采用葡萄糖為原料，而環(huán)境專業(yè)學生則以煤油為原料，激發(fā)了學生動手實驗的積極性和創(chuàng)造性，達到了學以致用的目的，明顯提高了物理化學實驗教學的課堂效果。與實際應(yīng)用緊密聯(lián)系的實驗內(nèi)容也十分有助于培養(yǎng)學生解決問題的能力。
二、注重實驗安全和基本操作訓練
安全問題是化學實驗課程最應(yīng)該受到關(guān)注的首要問題。雖然某些專業(yè)的學生在本學院開展了一些實驗課程，但由于化學學科的特殊性，學生在化學實驗課堂上經(jīng)常會用到一些易燃易爆物質(zhì)，操作上的失誤不僅可能會導致實驗的失敗，稍有不慎更有可能帶來不可預(yù)知的生命危險。換句話而言，學生規(guī)范的實驗操作是保證實驗?zāi)軌蝽樌?、有效進行的關(guān)鍵因素，并可有效地避免一些實驗過程中危險情況的發(fā)生。因此，教師需對學生嚴格要求，規(guī)范操作。非化學專業(yè)學生的安全觀念比較薄弱，常常操作不夠規(guī)范。本專業(yè)學生非常熟悉的基本的操作規(guī)范，非專業(yè)學生往往重視不夠，操作比較隨意，比如有學生用滴管轉(zhuǎn)移溶液時把滴管橫置；加溶劑和加熱容器的先后問題，看似非常簡單，但有個別學生在先加熱燒瓶的情況下加入易燃有機溶劑進而可能造成發(fā)生火災(zāi)的危險。因此在非化學專業(yè)學生的實驗課堂上，教師需講解得更為細致，并在示范實驗時，著重強調(diào)實驗細節(jié)，在學生實驗過程中教師需注意監(jiān)督巡視每個學生，及時提示更正學生的錯誤操作，一方面培養(yǎng)學生規(guī)范的實驗操作習慣，另一方面可有效地避免一些不必要的危險發(fā)生。在實驗過程中讓學生多進行一些基本的實驗訓練，注重實驗細節(jié)，可以保證實驗?zāi)軌蝽樌⒂行У剡M行。
三、充分發(fā)揮學生學習主動性
傳統(tǒng)實驗課教學往往都是教師在講臺上一一講解實驗?zāi)康摹⒃?、所用藥品及儀器、實驗步驟和注意事項，之后教師演示實驗，學生只是依葫蘆畫瓢地重復(fù)一遍。雖然大部分時候?qū)嶒灛F(xiàn)象和結(jié)果比較滿意，但是很多學生只是知其然而不知其所以然。因為學生只是按部就班，并沒有經(jīng)過自己大腦的加工思考。一旦實驗中遇到問題便束手無策，只得向教師求助。長此以往便會養(yǎng)成學生的惰性，學生也會漸漸失去學習興趣。在我們實踐教學中發(fā)現(xiàn)了這一問題并采取一系列措施使學生能夠充分地發(fā)揮其學習主動性，激發(fā)學習興趣。在課前給學生布置預(yù)習下節(jié)課實驗，并做出預(yù)習報告；讓學生總結(jié)出自己認為實驗中應(yīng)注意的事項；并布置思考題，學生通過查資料解答問題的過程，幫助學生加深對物理化學課程中基本理論的理解，培養(yǎng)學生運用基本理論的能力；改變教師一講到底的模式，部分實驗可以隨機讓學生先講解實驗過程，以督促學生課前預(yù)習；實驗過程中把個別學生遇到的問題提給大家，使所有學生共同思考，參與尋找解決問題的方法中來，也可在學生實驗過程中提出問題，使學生可以邊做邊想，促進獨立思考。調(diào)動學生主動性充分發(fā)揮一方面可活躍課堂氣氛，使學生真正成為教學的主體，另一方面增強學生自信心和成就感，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力，促進學生能力的全面提高。
四、改革考核制度
考核是實驗教學一個必不可缺的組成部分，在加強教學管理和深化實驗改革以及不斷提高實驗課教學質(zhì)量過程中起著至關(guān)重要的作用。傳統(tǒng)的實驗教學效果的評價方法往往主要是以學生的實驗報告記分為主，缺乏量化標準，無法真正反映出學生在實驗過程中的表現(xiàn)。因此我們對每個實驗過程進行細化評分，例如對出勤、預(yù)習情況、實驗操作、衛(wèi)生狀況、實驗報告一一進行量化評分；并在學期末，安排實驗技能考試，學生對隨機抽取的實驗題目進行現(xiàn)場操作，并解答題簽上的問題，教師對操作過程和回答問題情況給出技能測試分數(shù)。最終按不同比例給出平均成績，從而避免了偶然因素的影響。我們通過改革教學效果的評價方法，各方面全方位地對學生的學習效果進行評估，反映出學生的真實表現(xiàn)和水平，真正達到公平公正，在調(diào)動學生學習的積極性上起到了較好的作用，并對確保良好的教學秩序也具有積極的作用。通過教學實踐摸索，非化學類專業(yè)物理化學實驗課程教學效果和學生滿意度都有了一定程度提高。當下物理化學實驗教學在各學科專業(yè)的重要性逐步被體現(xiàn)出來，通過有效教學改革進一步提高非化學專業(yè)的物理化學實驗教學效果，增強學生的全面素質(zhì)，使他們成為適應(yīng)社會發(fā)展的高素質(zhì)人才是我們從事物理化學實驗教學的教師一直不斷致力于追求的目標。
參考文獻：
[1]閆向陽，楊新麗，張玉軍.非化學專業(yè)物理化學特色教學內(nèi)容的實踐與完善[J].科技創(chuàng)新導報，2012，（25）.
[2]曹宏梅，賴紅偉，浦周芳.醫(yī)藥學專業(yè)物理化學實驗教學的改革探索[J].廣東化工，2012，（39）.
關(guān)鍵詞：藥學；物理化學；實踐型教學模式
中圖分類號：G642.4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-979X(2012)01-0070-02
現(xiàn)代藥學研究正從傳統(tǒng)的化學模式轉(zhuǎn)向化學與生命科學相結(jié)合的新模式，課程結(jié)構(gòu)和教學內(nèi)容的綜合化趨勢即專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課之間的有效銜接已成為當前高等教育改革的世界性趨勢之一。
1.目前物理化學教學中存在的問題
目前藥學專業(yè)的物理化學專業(yè)基礎(chǔ)課程仍采用傳統(tǒng)的“講授－接受”的教學模式，偏重于向?qū)W生傳授基本原理及方法，課堂教學多囿于知識的系統(tǒng)性而割裂文本與實際及藥學專業(yè)知識的聯(lián)系，忽略了對學生實際運用課本知識的能力訓練。學校開設(shè)的物理化學實驗也以驗證性實驗居多，雖然有助于學生分析問題能力的提高，但由于聯(lián)系藥學的具有綜合性、設(shè)計性的研究型實驗較少，沒能真正體現(xiàn)出基礎(chǔ)理論和技術(shù)在藥學中的應(yīng)用，也難以使學生真正做到學以致用。另外，藥學專業(yè)課多開設(shè)在大三、大四，與物理化學等專業(yè)基礎(chǔ)課授課時間相隔一到兩個學期，并且教學內(nèi)容過度重復(fù)交叉，即造成了資源浪費又無法將專業(yè)基礎(chǔ)理論與藥學專業(yè)知識有效銜接。
2.創(chuàng)建具有藥學特色的實踐型教學模式
為培養(yǎng)適合社會需求的高素質(zhì)藥學畢業(yè)生，物理化學專業(yè)基礎(chǔ)課與專業(yè)課嚴重脫節(jié)的現(xiàn)象亟待轉(zhuǎn)變。因此，我們秉承“以學生為本”、“以發(fā)展為中心”的全新的育人理念，以培養(yǎng)“厚基礎(chǔ)、高素質(zhì)、寬視野、強能力”復(fù)合型人才為目標，通過對“物理化學”這門專業(yè)基礎(chǔ)課與藥劑學實驗課實踐型教學模式的探索，研究具有特色的山東大學藥學專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課實踐型教學模式。為此，開展以下三方面的探索。
2.1課堂教學模式探索
堅持“雙主性”原則，即教師主導性、學生主體性原則，探索以教師課堂講授、學生課程小組課堂展示兩種方式相結(jié)合的教學模式。以物理化學主教材為基礎(chǔ)，結(jié)合藥學類科研文獻資料，構(gòu)建“發(fā)現(xiàn)問題――探究問題――解決問題――得出結(jié)論――再發(fā)現(xiàn)問題……”的開放式課堂教學過程。對于物理化學課程中基礎(chǔ)理論部分依然采用教師講授為主的模式，但在教授過程要求教師改變過去現(xiàn)成的結(jié)論直接告訴學生的簡單做法，把課堂教學的重心由教學生記憶現(xiàn)成結(jié)論為主轉(zhuǎn)到引導學生探索未知上來，重視知識發(fā)生過程的教學，同時展開對學生的思維訓練，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。除一、二章節(jié)外，分別在各章節(jié)開設(shè)學生討論課，要求學生自由組成課題組，通過查找相關(guān)文獻，對各章節(jié)基本原理在藥學中的應(yīng)用進行歸納總結(jié)。例如，在講授第八章膠體化學中，要求學生對納米制劑中的表面活性劑的作用進行總結(jié)討論。
2.2實驗課教學模式探索
堅持創(chuàng)新性原則，讓創(chuàng)新能力的培養(yǎng)貫穿整個物理化學實驗課堂。將原有的物理化學實驗與部分藥劑學實驗進行整合，開設(shè)物理藥學實驗。物理藥學實驗具體分為基礎(chǔ)物理化學實驗、綜合物理藥學實驗及開放性實驗三部分。精減原有物理化學實驗項目，保留其中重復(fù)性好、科學意義較大的項目，作為基礎(chǔ)物理化學實驗部分；將與藥劑學緊密相關(guān)的化學動力學、表面活性劑及膠體實驗進行重新設(shè)計開設(shè)綜合物理藥學實驗；藥劑所教師從各自科研項目中分出部分子課題作為開放實驗課題，供學生選做，編寫配套物理藥學實驗課程教材。見表1。
2.3課程考試模式探索
探索多元化考試模式。改革考試方法，建立多元成績評定方法(如采用設(shè)計評價、開題報告、小組討論及展示、實驗現(xiàn)象及結(jié)果分析等多種形式進行考核)，并建立教師與學生互動的教學效果評價體系。課程成績基礎(chǔ)理論部分由課程期末試卷考試60％、學生課程小組課堂展示占20％及學生的平日成績占20％三部分組成。實驗課成績由基礎(chǔ)物理化學實驗報告占40％、實驗操作和技能現(xiàn)場考核占40％及開放性實驗開題報告占20％三部分組成。
3.實踐型教學模式的優(yōu)勢
【關(guān)鍵詞】Origin軟件 數(shù)據(jù)處理 物理化學實驗
1 前言
《物理化學實驗》是高等院?；瘜W及相關(guān)專業(yè)學生的一門獨立基礎(chǔ)實驗課程。與其它化學實驗課不同，它得到的是一系列實驗數(shù)據(jù)。學生需對數(shù)據(jù)進行大量計算，在直角坐標紙上作圖。大部分是畫直線，求出截距和斜率，進而求得實驗結(jié)果的數(shù)學表達式;少部分是畫曲線，有的需要在曲線上作切線，有的需要對曲線求積分，進而求得實驗結(jié)果的數(shù)學表達式。學生只根據(jù)散點圖做直線或曲線，就不可避免地引起主觀誤差，同一組實驗數(shù)據(jù)不同學生處理，結(jié)果相差很大。個別學生還修改某些偏離較大的實驗數(shù)據(jù)以期得到好的實驗結(jié)果。由于實驗數(shù)據(jù)計算過程復(fù)雜、作圖費事，導致實驗報告中經(jīng)常出現(xiàn)各種錯誤。教師批改實驗報告時不得不花費大量時間核查其計算結(jié)果。
物理化學實驗中常見的數(shù)據(jù)處理的方法有: 運用基本公式計算;用實驗數(shù)據(jù)作圖;線性擬合，求截距或斜率;非線性曲線擬合。目前學生多用坐標紙手工作圖;手工擬合直線，求斜率或截距。這種手工作圖的方法不僅費時費力，而且誤差較大。
物理化學實驗數(shù)據(jù)處理過程一般為:對實驗數(shù)據(jù)作圖或?qū)?shù)據(jù)經(jīng)過計算后作圖作數(shù)據(jù)點的擬合線求擬合直線的斜率或曲線上某點的切線根據(jù)斜率求物理量。這一過程可以用計算機處理完成，并能克服手工繪圖費時費力、偶然性較大、誤差大的缺點。
Origin軟件是Microcal Software公司推出的一個集圖形繪制、數(shù)據(jù)的處理、統(tǒng)計與分析為一體的綜合應(yīng)用系統(tǒng)。Origin軟件從它誕生以來，由于強大的數(shù)據(jù)處理和圖形化功能，已被化學工作者廣泛應(yīng)用。它的主要功能和用途包括:對實驗數(shù)據(jù)進行常規(guī)處理和一般的統(tǒng)計分析，如計數(shù)、排序、求平均值和標準偏差、t檢驗、快速傅立葉變換、比較兩列均值的差異、進行回歸分析等。此外還可用數(shù)據(jù)作圖，用圖形顯示不同數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，用多種函數(shù)擬合曲線等等[1]。
在物理化學實驗中經(jīng)常會遇到各種類型不同的實驗數(shù)據(jù)，要從這些數(shù)據(jù)中找到有用的化學信息，得到可靠的結(jié)論，就必須對實驗數(shù)據(jù)進行認真的整理和必要的分析和檢驗。經(jīng)驗告訴我們，數(shù)據(jù)信息的處理與圖形表示在物理化學實驗中有著非常重要的地位。下面我們以O(shè)rigin軟件為例，簡單介紹該軟件在物理化學實驗數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用。
2 圖表處理
數(shù)據(jù)圖表處理是用計算機把一系列數(shù)據(jù)變成直觀可視的圖形，更好地便于用戶分析數(shù)據(jù)的規(guī)律、數(shù)據(jù)變化的趨勢。當我們把實驗數(shù)據(jù)輸入到Microcal Origin軟件的工作表中后，可以應(yīng)用計算機程序的圖表功能繪制實驗圖形。與手工繪制的圖表相比，計算機繪制圖表不但省時、省力，而且可視效果更好、精確度更高。例如，在大學物理化學實驗中，具有一對共軛溶液的三組分液-液相圖的繪制是非常重要的相圖實驗內(nèi)容之一，在液-液萃取操作中確定各區(qū)的萃取條件極為重要。通過該實驗可以使學生熟悉三角坐標的繪制和使用，并對三元液系相圖的實際應(yīng)用有較深的認識。傳統(tǒng)的相圖繪制是利用三角坐標紙手工繪制，等邊三角形的每條邊均被等分為100份，再從所得的點做各邊的平行線，組成了規(guī)則的網(wǎng)格。在這樣的坐標紙上即可按照羅塞布姆(H. W. B. Roozeboom) 等邊三角形法(平行線法) 做圖。這種傳統(tǒng)手工制圖不僅耗時費力，而且誤差較大、圖形粗糙。利用Origin軟件可以在計算機上方便快捷地完成一對共軛溶液的三組分液—液相圖的繪制，繪圖時需一個X列值、一個Y列值和一個Z列值，且數(shù)據(jù)都是歸一化的。然后在【plot】菜單中點擊【Ternary】，在三角坐標中繪制出溶解度點。在圖上點右鍵出現(xiàn)【Plot Details】菜單， 選擇【Plot Type】框中“Line + Symbol”即得到溶解度曲線。我們在實驗教學過程中，利用0rigin軟件強大的數(shù)據(jù)處理和多種圖形繪制功能完成了一對共軛溶液的三組分液—液相圖的繪制，其用戶界面友好，使用方便，具有高效、準確、美觀等優(yōu)點，而且減少人為因素引起的繪圖偏差，減輕實驗者的工作量[2]。
3 曲線擬合
提及Origin軟件，許多人都知道它在實驗數(shù)據(jù)作圖上的應(yīng)用。用Origin軟件線性擬合和非線性曲線擬合功能處理數(shù)據(jù)方面卻很少有報道[3]。實際上，Origin軟件在線性擬合和非線性曲線擬合時，可屏蔽某些偏差較大的數(shù)據(jù)點，以降低曲線的偏差，得到更為準確的結(jié)果，且方便快捷。Origin軟件有如下基本功能:①輸入數(shù)據(jù)并作圖。②將數(shù)據(jù)計算后作圖。③數(shù)據(jù)排序。④選擇需要的數(shù)據(jù)范圍作圖。⑤數(shù)據(jù)點屏蔽。⑥Origin軟件的線性擬合和非線性曲線擬合功能。
雖然原始數(shù)據(jù)包含了所有有價值的信息，但是，信息質(zhì)量往往不高。僅僅能夠通過肉眼來判斷不同數(shù)據(jù)之間的內(nèi)在邏輯聯(lián)系，大量的相關(guān)信息還需要借助不同的數(shù)學方法得以實現(xiàn)。Origin軟件可以進一步對數(shù)據(jù)圖形進行處理，提取有價值的信息，特別是對物理化學實驗中經(jīng)常用到的譜圖和曲線的處理具有獨到之處。隨著計算機應(yīng)用的深入發(fā)展，利用Origin軟件可方便地進行作圖、線性擬合、非線性曲線擬合等數(shù)據(jù)處理，能夠滿足物理化學實驗數(shù)據(jù)處理的要求。
3.1 線性擬合
當繪出散點圖或點線圖后，選擇Analysis菜單中的Fit Linear或Tools菜單中的Linear Fit，即可對圖形進行線性擬合。結(jié)果記錄中顯示擬合直線的公式、斜率和截距的值及其誤差，相關(guān)系數(shù)和標準偏差等數(shù)據(jù)。物理化學實驗中涉及到的圖形類型可分為直線型和曲線型兩種，多數(shù)情況下兩個物理量之間的函數(shù)關(guān)系是線性關(guān)系，或經(jīng)變換后為線性關(guān)系，可用最小二乘法進行直線擬合。例如，利用Origin軟件對“一級反應(yīng)——蔗糖水解反應(yīng)”實驗數(shù)據(jù)進行處理，以ln(αt-α∝)對t作圖，由斜率可求得速率常數(shù)k(T1)及k(T2)，并根據(jù)阿累尼烏斯方程可求該反應(yīng)的活化能E。采用這種線性處理方法必須測定終了旋光度α∞值，在實驗的實際操作中，先要將反應(yīng)體系置一定溫度內(nèi)溫熱40min 使反應(yīng)完成后，再冷至實驗溫度下測定，這一過程很費時且易帶進誤差，使α∞數(shù)值不可靠。再者，這種線性處理須把直接變量代換為間接變量，有研究表明[4]，這種代換的結(jié)果易使誤差增大。
3.2 非線性擬合
但也常會遇到許多不易化為線性模型，或者化為線性模型之后求解引起較大誤差的情況，此時就必須用逐次逼近的擬合方法處理。這樣可完全消除學生作圖過程中產(chǎn)生的誤差，相同實驗數(shù)據(jù)得到不因人而異的唯一正確的科學的實驗結(jié)果。Origin提供了多種非線性曲線擬合方式:①在Analysis菜單中提供了如下擬合函數(shù):多項式擬合、指數(shù)衰減擬合、指數(shù)增長擬合、S形擬合、Gaussian擬合、Lorentzian 合和多峰擬合;在Tools菜單中提供了多項式擬合和S形擬合。②在Analysis菜單中的Non-linear Curve Fit選項提供了許多擬合函數(shù)的公式和圖形。③Analysis菜單中的Non-linear Curve Fit選項可讓用戶自定義函數(shù)，可根據(jù)用戶自己建立的化學模型進行擬合。所有的擬合結(jié)果包含在自動彈出的結(jié)果記錄窗口中，包括擬合曲線的公式、各參數(shù)的值以及誤差(Error)、相關(guān)系數(shù)(R)、標準偏差(SD)和數(shù)據(jù)點個數(shù)(N)等數(shù)據(jù)。例如，借助Origin 軟件研究用指數(shù)衰減擬合的非線性方法處理蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)實驗數(shù)據(jù)，可在不測定反應(yīng)體系終了旋光度的簡化實驗條件下，方便、快捷、準確地獲得反應(yīng)速率系數(shù)及反應(yīng)級數(shù)，建立動力學方程或反應(yīng)速率系數(shù)與酸度關(guān)系式等，優(yōu)化了實驗教學內(nèi)容，為開設(shè)研究性、設(shè)計性實驗提供了簡便的切實可行的途徑[5]。又如，借助電腦和Origin軟件用非線性擬合方法處理乙酸乙酯皂化反應(yīng)實驗數(shù)據(jù)， 可以在不測定反應(yīng)起始和終了電導值的簡化實驗條件下，方便、快速、準確地獲得反應(yīng)速率系數(shù)及反應(yīng)級數(shù)，建立動力學方程[6-8]。在現(xiàn)行物理化學實驗教材中，由于實驗測定的起始和終了電導值的測定液與反應(yīng)液不屬同一體系， 不僅費時且不可避免地引入誤差， 而起始電導值對結(jié)果處理高度敏感， 它的測定誤差會顯著影響最終結(jié)果的準確性。因此，這種對間接變量的線性處理具有一定的局限性和弊病。實際過程中變量之間的關(guān)系大多是非線性的，若采用對直接變量非線性處理則不必測定起始和終了量值，提高了測定結(jié)果的精密度和準確度。改進后的實驗簡化了實驗操作，明顯縮短了實驗時間，讓學生得到了計算機應(yīng)用技能及非線性處理數(shù)據(jù)技能的訓練。又如，通過Gibbs公式與Langmuir等溫式的結(jié)合，對溶液表面吸附實驗進行數(shù)據(jù)處理，得到兩組分稀溶液表面張力σ與溶液濃度c關(guān)系式。用計算機進行非線性函數(shù)擬合代替?zhèn)鹘y(tǒng)的作圖、作切線、再直線擬合的方法。該方法具有簡單快捷、擬合參數(shù)能直接反映實驗數(shù)據(jù)質(zhì)量的特點[9-11]?？朔擞苗R面法繪制曲線切線的隨意性，避免了計算中較大誤差的引入。
Origin軟件具有強大的線性回歸和曲線擬合功能，其中最具有代表性的是線性回歸和非線性最小平方擬合。有研究表明[12-15]， 對直接變量非線性擬合線的偏差平方和明顯小于對間接變量線性擬合線的偏差平方和，即非線性擬合線更加貼近實際測定的數(shù)值，而且非線性擬合方法具有抗干擾能力強的優(yōu)點。因此隨著電腦的普及和優(yōu)秀計算繪圖軟件在基礎(chǔ)實驗室的應(yīng)用，恢復(fù)變量的非線性直接表達形式，用非線性方法取代線性方法已是數(shù)據(jù)處理的必然趨勢。
4 結(jié)語
在物理化學實驗中，有關(guān)曲線的擬合是數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵之一。手工作圖雖然直接，但隨意性較大，且誤差大小也因人而異，處理起來很煩瑣。一些程序語言如BASIC、MATLAB等[16，17]也可以經(jīng)過編程計算出曲線模型方程，但是只有對語言有相關(guān)了解，才能正確應(yīng)用到數(shù)據(jù)處理中。Origin軟件是多文檔界面應(yīng)用程序，可以簡單、方便地完成對曲線的非線性擬合，而替代復(fù)雜的應(yīng)用程序，達到非線性曲線擬合的目的。教學實踐表明，用Origin軟件處理物理化學實驗數(shù)據(jù)特別適宜，該軟件無需編程，操作簡便，直觀易用，學生容易掌握。該軟件具有強大的數(shù)據(jù)化可視功能及運算功能，特別是其曲線擬合工具中提供有多種非線性擬合函數(shù)及用戶自定義函數(shù)擬合， 并有對曲線微分、數(shù)值積分等功能，為物理化學實驗的數(shù)據(jù)處理提供了方便。結(jié)果表明，使用該軟件能降低數(shù)據(jù)處理的隨意性，減少處理誤差，并且快捷方便，使實驗結(jié)果更合理。
參考文獻
[1] 葉衛(wèi)平，方安平，于本方編著.Origin7.0科技繪圖及數(shù)據(jù)分析[M].北京:機械工業(yè)出版社，2003.
[2] 胡瑋，曹紅燕，李建平.用Origin繪制氯仿—醋酸—水三元液系相圖[J].實驗技術(shù)與管理，2007，24(3):46-48.
[3] 陳旭紅.用Origin軟件的線性擬合和非線性曲線擬合功能處理實驗數(shù)據(jù)[J].江蘇技術(shù)師范學院學報，2006，12(6):85-89.
[4] 陳紀岳.實驗數(shù)據(jù)的非線性處理[J].大學化學，2000，15(1):26-28.
[5] 陳淵，謝祖芳，晏全.Origin對蔗糖轉(zhuǎn)化反應(yīng)實驗數(shù)據(jù)的非線性擬合處理[J].科技資訊，2008(19):6-7.
[6] 余逸男.乙酸乙酯皂化反應(yīng)實驗數(shù)據(jù)的非線性擬合[J].東華大學學報(自然科學版).2002，28(3):93-95.
[7] 謝祖芳，黎中良，黃中強，晏全.乙酸乙酯皂化反應(yīng)實驗數(shù)據(jù)的非線性處理[J].實驗科學與技術(shù)，2006(6):1-3.
[8] 凌勛利，張艷萍，李云平，李森蘭.乙酸乙酯皂化反應(yīng)實驗數(shù)據(jù)的線性擬合與非線性擬合處理[J].洛陽師范學院學報，2009，28(2):145-147.
[9] 黃波，楊宇.溶液表面吸附實驗數(shù)據(jù)的計算機非線性擬合法處理[J].大學化學，2002，13(3):51-53.
[10]謝祖芳.用Origin處理溶液表面張力實驗數(shù)據(jù)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2007(3):50-51.
[11]吳世彪.Origin軟件在溶液表面張力實驗數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].安徽化工，2008，34(6):37-39.
[12]夏春蘭.Origin軟件在物理化學實驗數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].大學化學，2003，18(2):44- 46.
[13]劉建平，馬雪萍，楊喜平，閆向陽.Origin6.0在物理化學實驗中的應(yīng)用[J].齊齊哈爾大學學報，2006，22(4): 16-18.
[14]梁燕萍，賈劍平，周利君.Origin軟件在物理化學實驗數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用[J].高校實驗室工作研究，2008，(4):14-16.
[15]胡瑋，曹紅燕.Origin用于物理化學實驗數(shù)據(jù)的非線性擬合[J].大學化學，2006，21(3):43-45.
俗話說“萬丈高樓平地起”，扎牢基礎(chǔ)，利于提高學生的創(chuàng)新能力。我們構(gòu)建了循序漸進型的物理化學實踐課程體系“基礎(chǔ)實驗綜合性設(shè)計性實驗和開放性實驗”，利于提高大學生的自主學習和創(chuàng)新能力?；A(chǔ)實驗，按照已擬定的實驗方案測得實驗數(shù)據(jù)，用數(shù)學原理和方法科學地處理實驗數(shù)據(jù)，使學生對理論知識有一個較直觀和深刻的理解［7］;綜合實驗主要培養(yǎng)學生自主學習和獨立思考的能力;設(shè)計性實驗、開放性實驗及研究創(chuàng)新實驗以培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。學生掌握不同層次的實驗要求及實驗技能，初步建立起研究科學問題的方法和態(tài)度［8］。物理化學實驗是南昌航空大學的應(yīng)用化學專業(yè)、應(yīng)用化學專業(yè)春曉班及材料化學專業(yè)等的基礎(chǔ)課程。以春曉班為例，物理化學實驗課程學時為64學時，分兩個學期進行，是一門單獨設(shè)立的實驗課。實驗內(nèi)容由熱力學、動力學、界面現(xiàn)象、設(shè)計性實驗(表面活性劑的臨界膠束濃度的測定及影響分析)、探索研究創(chuàng)新型實驗(B－Z振蕩反應(yīng)的影響因素分析、不同體系鈍化曲線的繪制及其鈍化劑的影響、高聚物分子量的測定研究)等組成。其中基礎(chǔ)性、綜合性實驗為40學時，設(shè)計性、開放探索性實驗24學時。此外，為提高學生的興趣，南昌航空大學組織學生可以申請“三小項目”即“小發(fā)明、小創(chuàng)作、小制作”，這些小項目具有一定的難度，使學生有機會了解本學科發(fā)展的前沿，激發(fā)學生的求知欲望和探索精神，提高實踐創(chuàng)新能力。例如:結(jié)合物理化學光、電、磁及吸附等方面的知識，在2013年，2011級應(yīng)用化學專業(yè)春曉班26名學生中有8名學生作為第一申請人申報第八屆南昌航空大學“三小項目”成功，占30.8。其題目有:“去除水體中汞的選擇性石墨烯—胸腺嘧啶復(fù)合物的合成與性能研究”“一種石墨烯復(fù)合納米光催化材料的合成及其性能研究”“有色污水光電催化處理裝置”等。
2改革實驗教學模式及教學方法
向?qū)W生開放物理化學實驗室是培養(yǎng)創(chuàng)新性人才的重要舉措之一［9］。開放物理化學實驗室的教學模式，鍛煉學生分析問題和解決問題的能力，讓學生接觸到科研前沿的很多最新的成果，從而從根本上引起學生對實驗課的興趣和重視［10］。傳統(tǒng)的灌輸式教學過程中，教師對實驗原理、實驗步驟、數(shù)據(jù)處理都進行了詳細講解，學生的積極性和創(chuàng)造性得不到充分發(fā)揮［11］。為此，我們將實驗的順序調(diào)整為:“基礎(chǔ)實驗綜合性設(shè)計性開放性實驗”。在第一次實驗時給定設(shè)計性和開放性實驗題目，隨后學生先做基礎(chǔ)實驗，在課后根據(jù)自己選定的實驗項目積極地查找文獻，尋找合適的方法在實驗室進行，如果在課內(nèi)沒有完成實驗項目，可以與老師預(yù)約時間來進行未完成的實驗。逐步推行開放式實驗教學模式，重在吸引學生主動參與科研實踐活動。還充分發(fā)揮現(xiàn)代教育技術(shù)在實驗教學中的作用。將一些儀器設(shè)備的操作、基礎(chǔ)實驗制成多媒體視頻;鼓勵學生用計算機來完成實驗數(shù)據(jù)的處理，利用Excel或Origin軟件進行數(shù)據(jù)處理不但速度快而且準確性高，規(guī)范物理化學實驗數(shù)據(jù)處理過程，為學生將來從事實驗或科學研究奠定基礎(chǔ)［12－13］。
3完善實驗課程考核體系
為了較為客觀全面地評價學生實驗的真實水平，必須完善實驗課成績評定方式?？己藘?nèi)容包括預(yù)習、操作、紀律、實驗報告和實驗結(jié)果等;將考核的形式多樣化，主要從操作前的提問、操作是否規(guī)范、是否有原始記錄、對自己方案的可行性進行論證及可視化總結(jié)等方面進行綜合考核?？陀^全面的考核評價體系有利于調(diào)動學生的學習積極性，培養(yǎng)其綜合能力，養(yǎng)成良好的實驗習慣和科學態(tài)度。
4學生培養(yǎng)成果
近年來我院本科生在國家級科研創(chuàng)新大賽中屢創(chuàng)佳績，例如:在2012年第十二屆全國“挑戰(zhàn)杯”比賽中，聶珊珊等同學《磁性銅離子印跡聚合物的合成與性能研究》獲得三等獎;在2013年第十三屆全國“挑戰(zhàn)杯”比賽中，冷樂輝等同學《新型復(fù)合光催化劑的合成及光催化降解有機染料性能研究》獲得一等獎;李蕾等同學《廢棄鋰離子中鈷酸鋰的高效浸出技術(shù)研究》獲得三等獎。這些成果大部分都與物理化學的知識息息相關(guān)，基礎(chǔ)與創(chuàng)新并重的實驗教學模式對學生科研興趣的激發(fā)與創(chuàng)新能力的培養(yǎng)起到了積極的作用。
5結(jié)束語
