论物理化学实验教学中学生实践与创新能力的培养
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摘 要：物理化学实验课程作为化工类专业学生必修的基础实验课，是培养学生实践与创新能力的重要环节。针对当前物理化学实验教学中存在的问题，从实验室硬件建设、教学内容、教学方法、课程考核、科技竞赛、师资建设等方面进行改革与优化，进一步将大学生创新型人才培养落到实处，为更好地培养学生实践与创新能力，提升其综合素质，提供了一些新思路，使实验教学工作更好地为高等学校培养创新型人才服务。
关键词：物理化学实验;教学改革;创新能力
中图分类号：G642.433
文献标志码：A
文章编号：1001-7836（2019）06-0046-03
随着全球经济不断地飞速发展，社会对大学毕业生的实践和创新能力的要求也越来越高。教育部为迎接世界新一轮科技革命和产业变革对工程教育人才的挑战，也积极深化工程教育改革，加快推进新工科建设的步伐。高等教育肩负着培养高素质创新人才的重要使命，如何才能满足国家及社会对创新人才的需要，助力高等教育强国建设，是每个高校教师面临的历史任务和重大课题[1]。
实验教学是高等学校教学工作的重要组成部分，实验教学与课程结构、课程体系和教学改革等都有着密切的联系。实验教学作为理论与实际联系的重要环节，是理论教学的必要补充和发展，对于培养大学生创造性思维，分析和解决问题的能力，以及综合素质的提高，都具有举足轻重的作用。针对于此，开展以培养学生实践与创新能力为目标的物理化学实验教学改革与研究，其目的就是通过自身的教学研究和实践，提高学生的实践和创新能力，继而全面提高学生的综合素质。
一、物理化学实验课程的地位和作用
物理化学实验课程是化工类专业学生必修的基础实验课之一，在化学专业实验课程中占有重要地位。通过物理化学实验课的学习，不仅为学生学习后继课程和进一步扩大化学知识面奠定必要的基础，而且在培养学生动手能力、数据分析能力、综合运用所学知识分析及解决问题能力、自主学习能力、实践与创新能力等方面都具有非常重要的作用[2]。
二、物理化学实验教学中存在的问题
（一）实验教学硬件方面
实验教学，相对于理论教学需要更多的硬件建设，包括实验室、实验仪器设备、实验药品等，均需要学校各部门的紧密配合和协调。物理化学实验课程由于自身的学科特点，需要较多的專属性的仪器与设备来完成实验。而高校往往教学经费有限，不能及时更新仪器设备，导致物理化学实验设备陈旧、仪器台套数少，多名学生使用一台仪器做实验，无法满足实验教学的需要，以至于学生在实验中参与度降低，动手能力得不到有效锻炼，学习不到新技术、新方法。同时，由于设备陈旧，仪器性能不稳定，测量出的实验数据误差大，重现性和分辨率都不理想，削弱了学生学习新知识的积极性。
（二）实验教学软件方面
1.教学内容陈旧。学校开设的物理化学实验多为验证性实验，设计性与综合性实验占的比例少。致使大多数实验都是学生按照教材上已给出的实验方案“照单抓药”，测得实验数据后完成实验报告。教学内容缺乏创新性，学生在实验过程中思考少，学习的积极性、主动性不高。
2.教学方法单一。教师上课多采用“填鸭式”授课，按部就班地把实验内容从头讲到尾，然后学生开始动手做实验。这样的教学方法缺乏新颖性、多样性和灵活性，未能有效激发学生的学习兴趣。
3.成绩考核不科学、不全面。实验成绩考核多采用“平时+笔试”来评定，平时成绩的评定主要依据于实验报告的数据处理，由于仪器设备少，多名学生使用一台仪器做实验，实验数据相同，学生之间相互抄袭报告的现象较严重，所以平时成绩不能真实地反映每个学生的学习情况。笔试考试的内容又仅局限于教材和课堂教授知识的再现，对学生实践和创新能力考查不够。有些学生只重视理论知识学习，轻视实验中的动手操作，在实验课上表现平平，虽然最终成绩较高，但并不能说明他对实验课程有很好的理解与掌握。
三、物理化学实验教学改革与优化
（一）增加教学资金投入，注重实验室建设
雄厚的硬件教学资源是激发学生学习兴趣的物质基础。为了能开设实验内容丰富的实验课，以及满足学生的求知欲，学校必须有充足的教学硬件资源。首先，要从思想上提高对实验教学重要性的认识。实验教学既是联系理论教学的桥梁，又是强化学生理论知识，培养学生实践与创新能力的有效途径。其次，学校要重视实验室的建设，千方百计地筹措资金用于教学，对陈旧落后的仪器设备及时更新，为学生创造良好的实验条件，为学生实践与创新能力的培养提供强有力的支持。同时，对所购进的仪器设备要实行专人负责制，要有专人负责仪器设备的日常维护与保养，跟踪仪器设备的使用情况，提高仪器设备的利用率，使有限的教学资金有效利用率最大化，避免资金的浪费。
（二）优化教学内容
教学内容的改革应立足于实验课程内容体系的改革与创新，吸收科技发展和教学改革的成果，优化内容和结构，构建学生合理的知识能力结构[3]。经典的物理化学实验多为验证性的，在教学过程中要根据学生所学专业的特点适当保留，这样有利于学生对物理化学实验基本原理和实验技能的理解与掌握。除此之外，应加大综合性、设计性实验的比例，以求拓宽学生的知识面。通过学生查阅文献资料，自行设定实验方案，培养学生有效运用已有的知识，去理解和获取新知识，解决新问题的能力，调动学生参与实验的积极性，发挥学生学习的主观能动性，进一步培养学生的实践能力和创新思维。比如：燃烧热测定实验，以往实验多是测定萘的摩尔燃烧热，由于萘易挥发，且具有刺激性气味，难以激发学生的实验积极性。针对于此，可以让学生自行选择多种市售糖，如白砂糖、木糖醇、红糖、冰糖进行实验，实验前学生根据教师给定的实验任务查阅资料，了解实验原理，设计实验方案，设想实验中可能出现的问题以及在实验中如何避免或者降低这个问题出现的几率，实验注意事项等。实验中教师对学生给予适当的指导和帮助，引导学生对实验中遇到的问题进行分析和讨论，将理论知识与实践有机结合起来，提高学生自主学习的能力。这样的实验，实验用的样品都是我们日常生活所熟知的，既增加了实验的趣味性，又提高了学生实验的积极性。通过测定这些糖的热值，使学生不仅掌握燃烧热的测定方法，同时也从营养学角度了解更多有关糖的性质，丰富了自身的知识。 （三）采用多种教学模式，实现教学方法多样性
教学中建立“课堂演示与多媒体课件相结合，课堂教学与网络学习相结合，常规教学与个别辅导相结合”的教学模式。学生是学习的主体，教师要调动学生学习的积极性，提高其自主学习的能力。在教学中应尽可能多地设立问题。比如：燃烧热测定实验，教师可提出药品质量大小对实验误差有无影响，引火丝的缠绕要注意什么，实验中有散热或热量引入时雷诺温度校正图是否有变化，充氧量及水温对实验有无影响等问题。启发学生独立思考，以此来激发学生思维的活跃性，让学生始终处于实验中的主动地位[4]。课堂是启迪学生智慧，引导并培养学生积极学习、认真思考和努力实践的重要场所，但课堂的学习时间毕竟有限，课后学生在处理实验报告时，总会遇到一些难以解决的问题，教师可以通过建立微信学习交流群，利用网络的便捷性，及时为学生答疑解惑。另外，随着现代科技的飞速发展，网络信息传递的操作简便、快捷，实验教师可充分利用仿真软件，把理论讲解与实验操作有机地融合起来，将教材上平面、静止的实验仪器与操作立体化、动态化，激发学生学习的兴趣[5—6]。教师还可以将实验课程中的重点、难点、仪器使用方法等编辑成视频做成微课，方便学生随时重复观看，使学生能深入地理解并掌握实验内容和技能，把握实验的重点与难点，提高学生实验的成功率。
（四）确立科学、合理的考核办法
随着高等学校教学改革的不断深入，课程考核的改革也势在必行。建立科学、合理的课程考核办法，可以有效地提升学生学习的动力，激发学生学习的兴趣，同时也能让学生认识到自己在学习中的不足，从而进一步提高学生的实践能力，培养他们的创新精神。因此，教师要加大整个实验过程的考核力度，细化每项考核环节的评分标准。教师在评定成绩时，对待学生要公平、公正，一视同仁，严格执行评分标准。对于每一个实验项目，实验教师都要依据评定标准，给出该实验项目学生每个考核环节的成绩，再经过加权平均后，得出学生该实验项目的成绩。课程结束后，再对学生完成的所有实验项目所获得的成绩累加平均，得出学生物理化学实验课程的最终成绩。
学生完成实验的效果如何，得益于对实验预习的掌握程度。教师在评定预习成绩时，不仅要检查学生的预习实验报告，还要通过提问实验步骤中的操作细节、可能出现的实验现象，或让学生演示仪器操作等办法，考查学生的预习情况。实验表现是对学生考核的重点，教师通过课堂巡视及时掌握学生的操作情况，对学生在实验过程中遇到的问题，启发引导其自行解决，鼓励学生大胆质疑，提出个人见解，对学生创造性思维要给予充分的肯定。评定实验报告成绩，不仅要检查学生的数据处理情况，还要重点看学生对所完成的实验所做的反思，对学生在反思中提出的问题及观点，闪现的思想火花等，教师要及时给予总结。只有扎扎实实做好每一步，才能逐渐稳步提高学生的实践与创新能力。
（五）以科技竞赛为契机，加强学生创新意识的培养
高等学校的根本任务就是为国家培养大批具有创新和实践能力的人才。科技竞赛是与课堂教学紧密相连的，是课堂教学的延展与拓宽，是对学生知识体系的掌握情况及其综合素质能力的全方位的考量，对促进学科建设和课程改革，提高学生的创新能力等方面起着积极的推动作用。教师要积极鼓励和组织学生参加科技竞赛，有计划地使各类竞赛与人才培养目标有机地结合起来，把组织学生参加科技竞赛作为培养学生实践与创新能力的一个重要环节。通过组织学生参加科技竞赛，使学生亲身经历查阅文献、设计实验方案、选择实验条件、分析实验结果等环节，既培养了学生分析问题、解决问题的能力，同时又让学生走出学校，加强与其他高校同学之间的交流，取长补短，更有利于学生知识体系的构建和创新能力的培养。
（六）加强实验师资队伍建设
教师在教学过程中起主导作用。教师的教育理念、专业素养、知识水平以及教学能力等，都与教学改革的成败息息相关，尤其在培养创新人才的教学工作中更是起着举足轻重的作用。因此，对实验教学的师资队伍提出了较高的要求。实验教师的工作量大，既要做好教学工作，又要做好实验室的日常管理及仪器设备的维护、保养工作，要求教师要以饱满的热情投入到工作中，不仅要有甘于奉献的精神，还要有广博的专业基础知识，熟练的实验操作技能和科学研究的经历[7]。教师只有不断丰富和完善自身的知识体系，不断掌握学科知识领域的新发展、新动态，才能使自身的教学工作永葆先进性和生命力。学校要积极鼓励教师进行教学研究，定期组织教学研讨会，观摩优秀教师授课等，还要通过网络资源、参加专题讲座及学术会议等形式，对教师进行教学观念、教学方法、科研能力的培训，不断加强实验师资队伍的建设。
四、结束语
培养大学生的实践与创新能力是高等教育與教学改革的一项重要工作，也是时代赋予高校的历史使命。虽然本文对物理化学实验教学改革提出了一些可行的思路和办法，但是教学改革永远在路上，广大高校教师只有不忘初心，砥砺前行，积极更新教育观念，把握人才市场的需求，紧跟时代的发展步伐，时刻把培养学生实践与创新能力作为实验教学的重要任务，才能更多、更好地培养出适应社会发展需要的创新型人才。
参考文献：
[1]王敏，刘峰，肖海峰.大学生创新训练计划项目实践探索[J].中国教育技术装备，2017（10）：150—151.
[2]姚成立，李红英，朱金苗，田燕.翻转课堂与大学生创新训练在化学实验教学中的应用与研究——以《物理化学实验》课为例[J].合肥师范学院学报，2018，36（3）：84—86.
[3]何荣幸，黄成，彭敬东.物理化学实验教学改革中的创新教育思路[J].西南师范大学学报：自然科学版，2012，37（4）：186—189.
[4]利明，杜甫佑.物理化学实验教学中培养学生的自主思考和创新实践能力[J].高教学刊，2018（7）：23—25.
[5]熊焰，姚俊.在线仿真物理化学虚拟实验系统的开发[J].化工高等教育，2012，29（1）：26—29.
[6]郑鑫，张晓洁.虚拟实验室立体化教学资源平台建设[J].实验室研究与探索，2014，33（8）：109—111.
[7]龚淑玲，黄驰，侯安新，等.以学生为中心，激发学习兴趣，提高化学实验教学效果[J].实验技术与管理，2012，29（8）：1—3.
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