張 凱 ，黃曉敏

(1. 黃岡師范學(xué)院 化工學(xué)院，湖北 黃州 438000；2. 黃岡師范學(xué)院 科技處，湖北 黃州 438000)

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淺談物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)對大學(xué)生科學(xué)研究能力培養(yǎng)

張 凱1，黃曉敏2

(1. 黃岡師范學(xué)院 化工學(xué)院，湖北 黃州 438000；2. 黃岡師范學(xué)院 科技處，湖北 黃州 438000)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)卓有成效的載體。針對黃岡師范學(xué)院大學(xué)生科研能力現(xiàn)狀，結(jié)合物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)，提出加強(qiáng)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，構(gòu)建注重學(xué)生創(chuàng)新意識、實(shí)踐能力及科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的實(shí)踐教學(xué)體系，提高大學(xué)生的科研能力。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)；科研能力；培養(yǎng)

教育部在“新世紀(jì)教改工程”中強(qiáng)調(diào)“注重學(xué)生綜合素質(zhì)的提高，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α笔切率兰o(jì)人才的培養(yǎng)宗旨[1]?；瘜W(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。學(xué)生通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)需達(dá)到三個層次的能力：第一層次是實(shí)驗(yàn)的基本操作技能，這是本科生一、二年級無機(jī)、有機(jī)和分析實(shí)驗(yàn)中反復(fù)訓(xùn)練的內(nèi)容；第二層次是通過實(shí)驗(yàn)加深對基本原理、概念等的理解；第三層次是科學(xué)研究的能力[2]。綜合國內(nèi)外相關(guān)專家學(xué)者對物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)康目偨Y(jié)，不難發(fā)現(xiàn)，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要目的就是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的能力。本文從物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)出發(fā)，結(jié)合本校大學(xué)生科學(xué)研究能力的現(xiàn)狀，對如何在大學(xué)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中培養(yǎng)和提高學(xué)生科學(xué)研究能力進(jìn)行了探索和思考。

1 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)體系及特點(diǎn)

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及溫度的控制與測量、壓力的控制與測量、濃度的測量、量熱技術(shù)、電化學(xué)技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)在化學(xué)中的應(yīng)用。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)有兩大特點(diǎn)[3]：第一，若干儀器設(shè)備組成一個實(shí)驗(yàn)體系對基本物理量或某一物理化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行測定，進(jìn)而研究化學(xué)問題；第二，通過間接測量表征物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)，一般直接測量結(jié)果需結(jié)合物理化學(xué)原理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)綜合運(yùn)算，才能得到所需的結(jié)果。因此，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有能夠培養(yǎng)學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、?shù)據(jù)處理、繪圖能力及科學(xué)研究能力的特點(diǎn)。

2 大學(xué)生科研能力的內(nèi)涵及素質(zhì)要求

科學(xué)研究是一種實(shí)踐活動，科研能力就是運(yùn)用辯證唯物主義的理論與方法對所探究的事物本質(zhì)進(jìn)行“格物致知”的實(shí)踐活動中表現(xiàn)出的本領(lǐng)[4]。大學(xué)生的科研能力是指直接影響大學(xué)生科學(xué)研究活動效率，并能確保大學(xué)生科研活動能夠順利完成的一種內(nèi)在素質(zhì)[5]。從組成要素來看，包括進(jìn)行科學(xué)研究的科研興趣、科研意識、科研習(xí)慣、科研方法、科研精神等因素。其中，科研興趣是進(jìn)行科學(xué)研究的前提；科研意識是科研素質(zhì)的基礎(chǔ)條件；科研習(xí)慣和科研方法是科研能否成功的保障；科研精神是科研素質(zhì)的內(nèi)涵。進(jìn)行科學(xué)研究活動涉及方方面面，不僅能培養(yǎng)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)、自覺觀察和自主查閱文獻(xiàn)的科研習(xí)慣和意識，提升其科研能力，同時還能極大地鍛煉大學(xué)生的邏輯思維與語言組織表達(dá)等人文素養(yǎng)。

3 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生科研能力的培養(yǎng)

目前，大學(xué)生的科研能力普遍不高。主要表現(xiàn)為：第一，學(xué)生參與科研創(chuàng)新活動率低；第二，雖然實(shí)驗(yàn)技術(shù)和操作技能尚可，但動手實(shí)踐能力不強(qiáng)；第三，發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題能力不強(qiáng)；第四，文獻(xiàn)查閱能力不強(qiáng)，科研論文撰寫率非常低，對相關(guān)論文寫作方法和科研創(chuàng)新流程了解甚微。主要原因在于：第一，大學(xué)生的科研興趣不濃。第二，實(shí)驗(yàn)室對學(xué)生的開放、設(shè)備的使用均存在限制。第三，大學(xué)生科研項(xiàng)目來源少，只有少數(shù)學(xué)生有機(jī)會參與大學(xué)生科研項(xiàng)目。第四，學(xué)生的科研素質(zhì)較低，教師缺乏指導(dǎo)本科生進(jìn)行課外科研的熱情。在這種情況下，緊靠微量不多的大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目來提高學(xué)生的科學(xué)研究能力顯然是不夠的。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是繼無機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)之后的一門實(shí)驗(yàn)課，也是學(xué)生首次接觸較多的儀器設(shè)備、需要較強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力的一門實(shí)驗(yàn)課程。它綜合了化學(xué)領(lǐng)域中各分支所需要的基本實(shí)驗(yàn)工具和實(shí)驗(yàn)方法，我們認(rèn)為，在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動中，有計(jì)劃、有針對性進(jìn)行學(xué)生創(chuàng)新意識、實(shí)踐能力及科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)，能達(dá)到提高學(xué)生科研能力目的。

3.1 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中大學(xué)生創(chuàng)新意識的培養(yǎng)

大學(xué)生創(chuàng)新意識是指大學(xué)生根據(jù)社會或個體發(fā)展所需，激發(fā)某種創(chuàng)造動機(jī)表現(xiàn)出創(chuàng)造的意向和愿望，是人們進(jìn)行創(chuàng)造性活動的內(nèi)在動力。高校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目主要有三種類型：基礎(chǔ)型(即驗(yàn)證型)、綜合型和設(shè)計(jì)型。驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，側(cè)重點(diǎn)是考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的動手能力，教學(xué)方式多是灌輸式的，不利于學(xué)生創(chuàng)新意識的形成，因此不宜多開。綜合型實(shí)驗(yàn)是指實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及多個知識點(diǎn)，多種儀器的使用或與本課程相關(guān)課程知識的實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)是指給定實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、要求和?shí)驗(yàn)條件，由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并加以實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)。當(dāng)學(xué)生掌握和積累了基本的實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)后，鼓勵積極開設(shè)后兩類型實(shí)驗(yàn)。如從環(huán)境保護(hù)、節(jié)能降耗、食品安全、空氣霧霾治理等社會熱點(diǎn)問題著手，結(jié)合物理化學(xué)方法和實(shí)驗(yàn)技術(shù)，進(jìn)行創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和實(shí)踐。另外，在教學(xué)中經(jīng)常將教師科研成果引進(jìn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)教學(xué)中：先將學(xué)生分成若干小組，課后查資料，分析問題，后提出實(shí)驗(yàn)方案經(jīng)指導(dǎo)教師審閱、指導(dǎo)，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)實(shí)踐，最后由小組代表匯報(bào)結(jié)果。通過學(xué)生查閱資料、尋找實(shí)驗(yàn)方法、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，具體實(shí)驗(yàn)并完成，能使學(xué)生深刻體會到實(shí)踐的價值，從而夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造熱情，在傳授知識的過程中最大限度地調(diào)動學(xué)生的創(chuàng)造欲望，提升大學(xué)生解決未知問題的能力信心，激發(fā)其創(chuàng)新意識，實(shí)現(xiàn)從知識繼承者到知識創(chuàng)造者的轉(zhuǎn)變。

3.2 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中大學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng)

在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中要注重大學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)過程，培養(yǎng)良好實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。一要重視實(shí)驗(yàn)課前的預(yù)習(xí)：要求學(xué)生認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，掌握實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮驮恚煜x器操作，并提出書面預(yù)習(xí)報(bào)告，包括實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟、成敗關(guān)鍵點(diǎn)、數(shù)據(jù)處理等。二是要重視實(shí)驗(yàn)過程中的監(jiān)督引導(dǎo)：對一些小型儀器的操作，如恒溫槽、光學(xué)儀器、電學(xué)儀器等，學(xué)生自己調(diào)試，老師只在一旁監(jiān)督引導(dǎo)，并且展開討論；對于大型儀器，老師除了介紹該儀器在本實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，還要拓寬到科研領(lǐng)域中的應(yīng)用，同時要求教師規(guī)范操作演示。這樣通過教學(xué)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能了解部分大型儀器設(shè)備，既拓寬了知識面，又激發(fā)學(xué)生參與課外科研活動的興趣。三是要重視實(shí)驗(yàn)后結(jié)果處理：物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫不同于無機(jī)、有機(jī)和分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，不僅要求報(bào)告的真實(shí)性和規(guī)范化，同時還要求較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理和繪圖能力，并且對得到的數(shù)據(jù)要與文獻(xiàn)值進(jìn)行比較和原因分析，這正是科研一個必備素質(zhì)。我們在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，少數(shù)實(shí)驗(yàn)如燃燒熱的測定等要求學(xué)生采用坐標(biāo)紙作圖，利用手動校正；大多數(shù)實(shí)驗(yàn)要求學(xué)生用計(jì)算機(jī)軟件作圖，并進(jìn)行線性回歸分析。

3.3 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中大學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)

大學(xué)生通過前期實(shí)驗(yàn)課程的實(shí)踐訓(xùn)練后，掌握了一定的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，具備基本的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，因此在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中對大學(xué)生除了基本實(shí)驗(yàn)技術(shù)的常規(guī)訓(xùn)練外， 還要向開放式的科研能力訓(xùn)練轉(zhuǎn)變——即注重培養(yǎng)大學(xué)生的科研素養(yǎng)，培養(yǎng)大學(xué)生獨(dú)立思維和解決問題的能力。教師在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可依據(jù)教學(xué)目標(biāo)，科學(xué)為學(xué)生預(yù)設(shè)“問題埋伏”，積極鼓勵大學(xué)生獨(dú)立思考，針對完成難度不大的部分實(shí)驗(yàn)或環(huán)節(jié)，可以在不改變原有內(nèi)容的前提下，有意識地設(shè)置人為障礙，如提供不完整的參考方案，考察學(xué)生能否發(fā)現(xiàn)問題、分析和解決問題。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課除了能對學(xué)生知識和能力進(jìn)行提升外，還能使學(xué)生逐步樹立一絲不茍，嚴(yán)肅認(rèn)真的實(shí)驗(yàn)態(tài)度和精益求精的科研精神。

實(shí)驗(yàn)教學(xué)的真諦在于它能夠培養(yǎng)學(xué)生未來從事研究探索活動的一種思維品質(zhì)和習(xí)慣， 引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，提出新思想、新理論， 設(shè)計(jì)新實(shí)驗(yàn)， 探索新觀點(diǎn)， 并最終形成新的理論，獲得新的技術(shù)，甚至建立新的學(xué)派[6]。華東師范大學(xué)鄧?yán)賹Υ髮W(xué)生科研創(chuàng)新的基本特征和規(guī)律的考查研究發(fā)現(xiàn)，專業(yè)學(xué)科背景對大學(xué)生成為科研創(chuàng)新主體有較大影響[7]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中也發(fā)現(xiàn)，在物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)優(yōu)秀的學(xué)生，一般能夠獨(dú)立完成設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，包括實(shí)驗(yàn)前的查閱資料、實(shí)驗(yàn)構(gòu)思、撰寫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案、試劑配制、實(shí)驗(yàn)中的操作、結(jié)果記錄及實(shí)驗(yàn)后分析、討論、歸納和總結(jié)等工作，這正是我們進(jìn)行一個課題研究的全過程。因此，加強(qiáng)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改革，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中注重創(chuàng)新意識培養(yǎng)、實(shí)踐能力培養(yǎng)及科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)能提高大學(xué)生的科研能力。

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(王菊平)

G642.423

A

1003-8078(2014)03-0082-02

2014-02-22 doi 10.3969/j.issn.1003-8078.2014.03.20

張凱，女，湖北黃梅人，副教授，博士，研究方向?yàn)榫?xì)化學(xué)品的研發(fā)及物理化學(xué)(實(shí)驗(yàn))教學(xué)。

黃岡師范學(xué)院實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究項(xiàng)目(zj201229)。