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作為一種最接近人類自然語言的程序,計算機高級語言在我國很多領域都得到了廣泛應用。其程序中采用了與數(shù)學符號和算式非常接近的運算符號以及預算式,不會被計算機具體結(jié)構(gòu)與指令系統(tǒng)所局限,問題處理通用性強。針對以上特點,從計算機編程語言掌握以及知識的運用出發(fā),對如何運用計算機編程來解決大學物理實驗基本計算的實際問題進行研究,以此為學習和研究提供更加便捷、簡化的途徑。
1 大學物理實驗基本計算存在的問題
結(jié)合分析,從物理實驗的課程安排看,其屬于獨立的基礎課程,尤其在理工院校,學生是通過實驗的基本訓練,提高對于大學物理知識的掌握,大學階段作為學生系統(tǒng)地接受實驗的開端,若提高實驗方法的掌握能力,會助力于日后學業(yè)與事業(yè)的有效發(fā)展,尤其對于日后要從事科研類專業(yè)的學生,是具有積極意義的。在具體實驗階段,主要包括對物理力學、熱學以及光學、電磁學等等的實驗,實驗過程,通過具體的數(shù)據(jù)與操作展示,提高學生認識。涉及到具體的基本計算實驗包括弦振動研究和液體粘滯系數(shù)的測定,以及電位差計的使用與薄透鏡焦距的測定等等。這些實驗內(nèi)容會利用實驗計算,得出結(jié)果進行對比與研究,其體現(xiàn)的更是基本計算,他們之間的共性是大同小異的。也會進行平均值計算、直接不確定度與間接不確定度的計算。在處理過程中,工作較為繁瑣,具體表現(xiàn)在實驗過程需要利用計算,并且計算繁瑣,要使用大量數(shù)據(jù),計算過程存在結(jié)果除不盡情況,這就導致了繁瑣、復雜性產(chǎn)生,即使是利用了函數(shù)計算器,也容易出現(xiàn)錯誤,很多實驗過程,會進行反復工作,包括教師與學生,都會感到處理困難,通過嘗試,可以運用Visual Basic編程來實現(xiàn)對此問題的簡化,可以很好的運用到大學物理實驗基本計算實踐之中。
2 大學物理實驗基本計算的簡化方法
基于以上大學物理實驗計算中存在問題,針對上述問題,對大學物理實驗基本技術(shù)方法進行簡化是非常必要的,下面從設計思路、實現(xiàn)過程、設計思路擴展等幾個方面對簡化方法進行幾方面具體分析:
2.1 設計思路
在大學課程中進行實驗的過程中,對于一些出現(xiàn)一些誤差和不準確的現(xiàn)象,是非常正常的,測量的結(jié)果中都會存在一些不確定的因素。不確定因素主要是評定測量數(shù)據(jù)所在的范圍。它主要會展示出在測量中出現(xiàn)誤差的過程中,存在的一些不確定的因素,從而站在概念意義的觀念和角度上,對實際測量得出的結(jié)果進行全方面的評價。
在物理實驗對數(shù)據(jù)處理的過程中,對不確定因素的應用比較多,并且采用的方法也基本一致,實驗過程中的特點也非常鮮明。但是在對直接不確定的數(shù)據(jù)計算的過程中,需要對其中的平均值進行測量和計算,還要對其中出現(xiàn)的誤差進行改正,并且采用貝塞爾公式的方法,對其中的標準差進行計算,然后通過不確定A類和B類的分量,合成不確定的數(shù)值,最終科學合理的完成不確定計算的方法。另外,在對間接不確定數(shù)值計算的過程中,會出現(xiàn)相應的偏導問題,并且還與實際的物理公式有著密不可分的聯(lián)系。所以,在這樣的情況下,就會導致很難對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的處理,從而有效的實現(xiàn)對一些實驗過程的計算。
在對物理實驗過程中對不確定度進行計算的過程中,需要運用計算機編程語言技術(shù)對數(shù)據(jù)進行詳細的描述。這樣就可以運用Visual Basic的編程技術(shù),實現(xiàn)人工計算的發(fā)展模式,并且保證在實際運算的過程中計算機程序的流程化和規(guī)范化,從而對程序中的功能有進一步的優(yōu)化,并且更好的服務用戶。另外,為了能夠獲得比較準確的實驗和測量數(shù)據(jù),就采用了大量的手工計算放大,經(jīng)過結(jié)果表明,發(fā)現(xiàn)對實驗計算結(jié)果準確度造成影響的主要原因,就是將實驗過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行了四舍五入。所以,為了能夠有效的解決這個問題,就需要將計算機編程的思想進行完美的結(jié)合,并且將實驗過程中的數(shù)據(jù)臨時存在一些文件中,這樣不僅可以有效實現(xiàn)程序?qū)υ己椭虚g數(shù)據(jù)的記憶功能,還可以有效降低實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生的誤差。
2.2 實現(xiàn)過程
使用者可以在特定的空間內(nèi),將實驗中獲取的數(shù)據(jù)合理的輸入,其中的數(shù)據(jù)主要包括單個數(shù)據(jù)和多個分散數(shù)據(jù)等等,對于不同的數(shù)據(jù),需要運用空格和回車區(qū)別。然后等到數(shù)據(jù)輸入完畢之后,可以通過單機計算的按鈕觸發(fā)click的事件,這樣就可以促使程序?qū)τ脩糨斎氲臄?shù)據(jù)有自動獲取的功能,并且存在另一個硬盤中。然后需要將程序中的數(shù)據(jù)提取出來,并且貫穿到數(shù)組中,然后采用預先設置的運算步驟,從而將數(shù)組中的數(shù)據(jù)進行嚴格的規(guī)范。最后,就需要將得出的最終結(jié)果,存在硬盤中的文件里,依據(jù)得出的不同數(shù)據(jù),就可以真實的反映出現(xiàn)實的物理意義,最終可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)儲存可以合理的在前臺分配。
通過提高控件和觸發(fā)的時間,就可以在計算機程序顯示裝置圖的過程中提供合理的操作功能。
2.3 設計思路擴展(下轉(zhuǎn)第38頁)
(上接第55頁)
可以采用一樣的方式和方法,根據(jù)上文中提高的思路,對數(shù)據(jù)進行不同的處理,就可以大道不同物理實驗流程化計算的描述方法,從而通過在測量之后得出的數(shù)據(jù)按照實際的物理意義進行分離,從而可以有效實現(xiàn)能夠自主選擇輸出計算的結(jié)果。除此之外,還可以將大量的數(shù)據(jù),通過文件的讀寫方式,對數(shù)據(jù)進行嚴格的錄入和修改。
但是如果對一些物理實驗不同的數(shù)據(jù)進行計算的過程中,就可以保證在最基礎的思路上,合理的增加控件和觸發(fā)事件的技術(shù),從而就可以有效實現(xiàn)將多個類別的實現(xiàn)統(tǒng)一在一個工程中,在保障可以提高代碼和計算數(shù)組復用性的同時,提高整體的開發(fā)效率。
3 調(diào)試運行結(jié)果與分析
根據(jù)上文提到的相關設計思路,非常重要和關鍵的就是計算結(jié)果,就可以合理的運用Visual Basic編程語言技術(shù)。另外,還可以通過對實物的編程,從而實現(xiàn)更加方便的對功能的添加過程中,從而促使階段的設計會非常便捷和簡單。
如果在對實驗數(shù)據(jù)處理的過程中,其中存在一些計算量較大和實驗重復性次數(shù)較多的實驗數(shù)據(jù),就會更加突出編程計算過程中的優(yōu)勢。這就可以適當?shù)倪\用嘗試運用Visua Basic計算機編程語言的技術(shù),從而可以實現(xiàn)直接不確定度和間接不確定的完善計算,保證對實驗的數(shù)據(jù)能夠變得更加簡單和高效,最終保證數(shù)據(jù)的精確度比較高,并且對實驗的數(shù)據(jù)進行正確的計算。
實驗是化學教學中的一個重要環(huán)節(jié),但目前的無機化學實驗教學仍然存在部分問題,學生對無機化學實驗課不夠重視。很多學生認為無機化學實驗中的內(nèi)容多是中學里面接觸過的,不用浪費精力去學習,單純的認為實驗課就是對書本知識的驗證,并沒有什么意義,所以在實驗的過程中,只是按照書中指示,不肯動腦思考,沒有認識到無機化學實驗在化學學習的重要性,難以達到教學大綱中對無機化學的要求。對于部分農(nóng)村學校來說,由于教學條件有限,實驗時學生進行動手操作的機會不是特別多。在大學的課程中,學生要考自己動手,并且獨立的完成實驗,對于部分學生來說,比較難適應,給實驗課教學帶來了一定的難度。很多學生的學習的目標不夠明確,對化學實驗課缺乏主動性與積極性,不少學生在學習上的熱情不夠高,對各門課程的成績只是滿足于及格的程度,頻頻出現(xiàn)應付實驗、抄襲實驗的情況。根據(jù)以上無機化學實驗課程存在的問題,無機化學實驗的教學必須要進行一定的改革。
二、無機化學實驗改革的路徑與做法
為了改變學生重理論、輕實驗的思維方式,老師應該在教學過程中從各個方面進行引導,結(jié)合實驗的內(nèi)容,來闡述理論與實驗之間的聯(lián)系。結(jié)合無機化學實驗的教學大綱,確立實驗教學在化學教學過程中的地位和作用。無機化學實驗是一門基礎實驗課,目的是培養(yǎng)學生掌握無機化學的實驗方法與基本的操作技能,培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度與科學習慣,讓學生學會分析和觀察化學反應現(xiàn)象,學會處理實驗數(shù)據(jù)的方法,培養(yǎng)學生具有良好的實驗習慣。通過化學實驗,讓學生對其中的概念、基本理論、化學元素等加深理解,無機化學實驗將培養(yǎng)學生的實驗能力放在首要位置,讓學生們認識到,實踐是化學教學的基礎,理論的正確與否需要通過實驗來驗證。除了學生在課堂上接受化學理論知識外,還要通過實驗教學的方式來對理論進行消化、鞏固、吸收,學生在實驗室進行實驗的過程,是理論學習與動手操作相統(tǒng)一的過程。學生可以通過實際操作來觀察現(xiàn)象,測量數(shù)據(jù),同時鍛煉學生的觀察問題、分析問題和解決問題的能。所以實驗教學是整個化學教學的過程中必不可少的一個步驟。作為高校的實驗教師,不僅要有堅實的理論基礎,還必須要有過硬的實驗能力,只有老師的實驗能力過硬,才能在實驗課的教授過程中起到帶頭作用,所以針對化學實驗的教學中需要采取以下的措施:第一點,明確無機化學實驗中具體的操作要求,擬定出無機化學實驗基本操作訓練項目要求,第二點,讓學生進行反復練習,保證每個項目操作的更加規(guī)范,無機化學實驗是一門綜合性很強的教學活動,需要學生有一定的動手能力,在動手過程中,熟練的單項基本操作能力是最為重要的。
一、提高化學實驗能力的策略
1、認真做好每一個學生實驗。實驗能力的培養(yǎng)若只靠課堂實驗的觀察是遠遠不夠的,絕知此事要躬行,因此,要重視學生實驗。應源于課本又要脫離課本,教師可根據(jù)教學需要,設計學生實驗;引導學生做好實驗預習,提高實驗效率及效果
2、運用課外活動實驗提高學生實驗能力。課外活動實驗在提高學生實驗能力上具有無可比擬的獨特的功能,這一點可以從課外活動實驗的具體操作過程中得到證明。教師應指導學生在課外活動實驗的過程中親自參與實踐活動的每一環(huán)節(jié),或者到社會上做調(diào)查研究,或者到學校查閱研究資料,有條件的話通過師生共同討論、設計和制作出多種實驗方案,最終使問題得能解決。
二、幫助學生培養(yǎng)基本的化學實驗思維能力
化學實驗思維的內(nèi)容很廣泛,涉及實驗前、實驗中和實驗后的思維。對于探究性實驗,實驗前要分析面臨的問題,依據(jù)觀察到的現(xiàn)象與事實或有關的知識經(jīng)驗構(gòu)筑假設,并根據(jù)假設設計實驗方案;方案設計時,要分析實驗原理,選擇合適的實驗方法,依據(jù)實驗原理和方法考慮儀器裝置的選用與連接以及操作方法,安排操作步驟,評價方案的科學性、合理性和可行性等。實驗中要根據(jù)具體的實驗對現(xiàn)象與性質(zhì)、實驗原理與裝置、現(xiàn)象與裝置、現(xiàn)象與操作等之間的關系,以及產(chǎn)生不同現(xiàn)象的原因進行思考。實驗后要對實驗所得的結(jié)果,包括各種實驗現(xiàn)象、事實和數(shù)據(jù)等,進行加工處理,以形成化學概念、得出化學規(guī)律、認識物質(zhì)的性質(zhì)、推斷物質(zhì)的組成等,并歸納總結(jié)實驗成敗的經(jīng)驗教訓。化學實驗思維過程就是人腦對化學實驗問題進行思考的程序或流程。對于一般化學實驗的思維,其過程是:明確問題,實驗與觀察,收集思維材料,加工處理,得到結(jié)論,運用于新情景,以驗證結(jié)論獲得成功。對于探究性化學實驗的思維,其過程則為:明確問題,提出假說,形成方案,實驗與觀察,收集材料,加工處理,驗證假說,獲得成功?;瘜W實驗思維的基本方法有分析、綜合、比較、分類、抽象、概括、歸納、演繹、推理等。在評價化學實驗方案優(yōu)劣等時往往還要運用臻美的方法。所謂臻美的方法,就是在研究化學實驗問題時,對尚不完美的化學實驗問題,如化學實驗的假說、方案等進行加工、修改以至重構(gòu),使之更加完美的思維方法。它是一種創(chuàng)造思維方法,也是評價化學實驗問題和結(jié)果的重要手段。要使學生學會化學實驗思維的方法,應把重點放在平時的教學中,注意引導學生按照思維過程對課堂實驗事實和現(xiàn)象一步一步地進行邏輯思考,并指出各步加工處理中所采用的方法,這樣既能使學生掌握基本的實驗思維過程與方法,又能使學生學會科學的學習方法,培養(yǎng)學生的自我探究能力。
三、開展形式多樣的實驗教學活動,在操作與應用中完善發(fā)展學生綜合實驗能力
教師要經(jīng)常調(diào)整自己的教學活動,讓教學更加生動活潑、豐富多彩,以便更好地滿足學生的需求。教師可將教材上的陳述性文字配以相應的實驗,以實驗教學的形式出現(xiàn)??梢詫⒀菔拘詫嶒灨臑檫呏v邊實驗或?qū)W生課堂小組實驗,以提高學生的參與度,調(diào)動其積極性。教師對在實驗室里進行的學生實驗課要高度的重視,要組織好、設計好、安排好、指導好。要教育學生珍惜動手能力培養(yǎng)的機會,要讓學生明確實驗能力必須在實際動手操作中才能得以煅煉提高。在多種形式的教學中,化學實驗探究活動的開展對完善發(fā)展綜合實驗能力有著重要的意義。化學實驗探究是科學探究在化學實驗教學中的具體化,是化學教學中最常見最主要的探究活動,是化學實驗教學中落實科學素養(yǎng)目標的重要途徑,也是以實驗為基礎的化學教學觀的具體體現(xiàn)。有條件的話,化學實驗探究活動可以活動課程的形式去展開。“活動課程是以學生自主學習和直接體驗為基本方式,以學生個性養(yǎng)成為基本目標的一種課程。”活動課程教學變“傳授知識和技能活動”為“學生自主認識活動”,變“重視學習內(nèi)容的掌握”為“重視學生個性養(yǎng)成和綜合能力的提高”,在教學空間、時間和教學材料等的開放性等方面與傳統(tǒng)課堂教學有很大變化。
四、培養(yǎng)學生書寫實驗報告的能力
【關鍵詞】高考復習;化學實驗;應對策略
化學實驗題最能考查學生的思維、表達、探究等各方面的綜合能力。2009年高考課改卷更加注重對化學實驗的考查,突出了實驗在學科中的地位。新課改2009年高考化學大綱強調(diào)了對實驗能力和實踐能力的考查,這將更有利于推進中學素質(zhì)教育的實施。
結(jié)合近幾年的高考實驗試題特點以及發(fā)展趨勢,本文就高考化學實驗專題復習提出一些建議。
一、準確掌握化學實驗基本技能
高考化學實驗題中既有常見儀器的規(guī)格和使用,又有正確操作的了解和錯誤操作的辨別,著重考查考生的實驗基本操作技能。
1.熟悉常用儀器。
熟練掌握化學實驗中常用儀器的結(jié)構(gòu)、用途是提高實驗答題能力的必備的基礎。在復習時,建議讓學生接觸感受這些常用儀器,掌握這些常有儀器的名稱,結(jié)構(gòu),規(guī)格,用法及用途。
2.掌握基本操作。
基本的實驗操作有藥品的取用、儀器的洗滌、試紙的使用、試劑的存放、物質(zhì)的分離和提純、物質(zhì)的檢驗與鑒別等。對化學實驗基本操作的復習,最好讓學生親自動手做。設置不同的實驗情景,積極疏導,大膽動手,多向思考,仔細觀察,認真記錄,做好實驗基本操作。有助于全面提高學生的基礎實驗能力。
二、認真分析課本實驗基本原理
近幾年高考實驗試題傾向于回歸教材,體現(xiàn)了來源于教材又高于教材的特點。問題多圍繞教材實驗展開,如基本操作,變換原理,方法,角度等進行命題,增強教材實驗的開發(fā)、遷移、考查學生對實驗的掌握情況。這就要求學生在復習實驗時要多問是什么(即實驗目的)?(即實驗原理)為什么?怎么做(即實驗步驟)?不這樣會產(chǎn)生什么結(jié)果(即實驗拓展)?尤其要重視課本實驗,認真做好課本上的演示實驗和學生實驗,認真分析實驗原理,掌握典型的實驗裝置和原理,并進行相應的挖掘和提升。
三、注意培養(yǎng)創(chuàng)新意識和能力
應用性和開放性試題已成為高考試題的新熱點,其重點在于考查學生的創(chuàng)新精神。復習時要在實驗原理、實驗目的、實驗步驟、實驗方案以及實驗方案的評價上做文章。教師應引導學生改進、完善、拓展教材實驗,增強實驗的探索性、綜合性,使之更貼近對實際問題的解決,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力。
“在化學科學的研究中,科學、合理、周密、巧妙的實驗設計,往往能導致化學科學的重大發(fā)現(xiàn)?!被瘜W實驗設計也成為對學生各項能力進行綜合測試最好的方法,近年高考實驗方案設計題受到命題專家的青睞,逐漸成為考查的重點。[2]實驗設計是指實驗者在實施實驗之前,依據(jù)一定的實驗目的和要求,運用有關的知識與技能,對實驗的儀器、裝置、步驟和方法等在頭腦中所進行的一種規(guī)劃。在復習過程中,教師要引導學生綜合運用所學知識,幫助其認識實驗設計的基本原理,了解實驗設計的一般思路和方法,再評價和優(yōu)化,以提高學生的實驗設計水平,強化創(chuàng)新能力。
四、加強習題選編、訓練和講評
綜合實驗題屬于能力考查題,能有效地考查學生的觀察能力、思維能力、實驗能力。其命題思路是依據(jù)化學實驗本身具有很強的包容性和兼容性的特點,將化學實驗的考查與化學其他板塊的知識甚至是其他學科的知識、方法等有機地結(jié)合,實現(xiàn)學科知識的綜合考查,考查的內(nèi)容可以是元素及其化合物的有關知識,也可以是化學基本原理的有關知識,同時包括實驗基本原理和基本技能。在復習過程中,教師要通過精心研究、分析、比較、篩選,把一些有針對性和代表性的典型習題進行整理,有計劃、分階段地進行訓練。讓學生了解這些試題的主要類型、功能和特點,掌握典型題目的解題思路、方法、技巧、步驟及注意事項,進行強化訓練,增強他們的題型意識。要學生明白高考實驗考什么、怎樣考、只有學生對實驗題的功能,考查范圍、考查特點弄清楚、才能理順解答實驗題的思路。引導學生在分析典型綜合實驗題的過程中積累經(jīng)驗,達到知識與能力相結(jié)合,真正提高實戰(zhàn)能力。
關鍵詞:高校;物理化學實驗;弊端;開放式教學模式
作者簡介:周薇薇(1981-),女,山東濰坊人,淮南師范學院化學與化工系,講師;趙旺(1982-),男,河北石家莊人,淮南師范學院物理與電子信息系,講師。(安徽 淮南 232038)
基金項目:本文系淮南師范學院校級質(zhì)量工程項目(項目編號:2012hsjy13)的研究成果。
中圖分類號:G642.423 文獻標識碼:A 文章編號:1007-0079(2013)34-0162-02
物理化學實驗是高校化學、化工專業(yè)的一門專業(yè)基礎實驗。物理化學實驗課程既與物理化學課程緊密相連,又相對理論獨立、實踐獨立。實驗主要依賴物理化學中所學的一些比較重要的、基本的原理,并且還要依賴一些相關的儀器。學生要在弄清實驗原理的基礎上,學會相關儀器的操作,并且通過觀察實驗中的現(xiàn)象,記錄下實驗中的實驗數(shù)據(jù),最后在原理的指導下,正確的分析和處理數(shù)據(jù)。這樣在整個實驗過程中,學生可以學到很多知識、得到很多鍛煉。學生可以加深對物理化學課程知識的理解,學會相應大型儀器的操作和使用方法,以及實驗技術(shù)和實驗方法。
然而,隨著時代與科學技術(shù)的發(fā)展,傳統(tǒng)的物理化學實驗的教學模式越來越顯現(xiàn)出很多弊端。為了緊跟時代步伐和適應形勢發(fā)展的要求,提出打破現(xiàn)有化學學科傳統(tǒng)實驗課程教學體系,探索開放式物理化學實驗教學模式,使之適應創(chuàng)新人才培養(yǎng)需求。
一、傳統(tǒng)物理化學教學模式的弊端
1.學生實驗積極性差
傳統(tǒng)的物理化學實驗教學模式,實驗課前,學生先按照物理化學實驗教材自己預習實驗,預習的內(nèi)容包括實驗原理、實驗步驟、儀器操作、注意事項等;實驗課上,先由實驗教師進行講解,講解部分包括實驗原理、實驗步驟、儀器操作、注意事項等,但是此時的講解要與之前的預習不同,要從教師教學的角度考慮重點,最后學生再按照教師的講解動手進行實驗。整個實驗過程的模式相對固定,學生要在講義與教師的指導下模擬實驗,學生對于實驗原理、操作步驟、注意事項等方面的理解都是從教材和教師的口中得知的,自己思維思考的方面很少,他們基本不動腦,基本沒有想過實驗為什么要用這個方法去做,用到某個實驗儀器的理由是什么,注意事項的原因等等。學生一味在教師的安排下機械地進行實驗的每一個步驟,沒有思考的空間。該方式導致學生的積極性很差,創(chuàng)新性極其欠缺,對于物理化學實驗提不起興趣,重視程度嚴重降低,主動性很差。
2.實驗題目類型相對單一,對于學生的手動性與創(chuàng)新性鍛煉不夠
物理化學實驗的題目雖然比較經(jīng)典,但是類型和題目的歷史相對較長,很多實驗題目做了很多年,且物理化學實驗題目相對單一,欠缺創(chuàng)新性與時代特點。經(jīng)典物理化學實驗題目在最初選擇時是合適的,符合當時的時代特點,但是時代在進步,化學在發(fā)展,已不適合目前化學學科的需要。因為物理化學實驗的內(nèi)容應該與化學的發(fā)展緊密相連、與時代一致,應既有橫向的也有縱向的。橫向方面,化學會與其他學科交叉延伸,這樣會產(chǎn)生很多交叉的邊緣學科,學科之間的發(fā)展也會相互促進;縱向方面,每一個化學學科的發(fā)展也越來越細致,越來越深刻,很多新穎的、尖端的論文如雨后春筍般涌現(xiàn)出來,在化學的各個分支、各個小領域中都涌現(xiàn)諸多嶄新的成果。但是這些成果卻沒有很好地滲透到物理化學實驗中,實驗的內(nèi)容依然沒有更新、沒有變化。這是物理化學實驗的一個很大的弊端,物理化學實驗的內(nèi)容應與時代同步、與時俱進。
3.儀器種類與數(shù)目有限,實驗操作訓練未收到良好效果
大部分物理化學實驗都需要大型儀器作支撐。由于大型儀器的規(guī)模與價格的限制,多數(shù)高校不可能做到人手一臺。因此物理化學實驗要分組進行。每個小組保證有一整套本實驗的有關器材。這樣的實驗安排與分組決定了不可能每個學生都可以完整地操作一次實驗,實驗過程中的操作必須分工進行。實驗操作的不完整性使學生實驗動手能力的訓練受到了限制。這是高校物理化學實驗的另一個很大的弊端,大部分高校都存在這樣的問題。
4.物理化學實驗多為驗證性實驗,理論數(shù)據(jù)都可以由原理推導獲得,這就嚴重影響了學生個人創(chuàng)新性的發(fā)揮
物理化學實驗多為驗證性實驗。由于學生們已經(jīng)大體了解了數(shù)據(jù)發(fā)展的趨勢,總是本能地希望數(shù)值按照理論的趨勢發(fā)展。在實驗數(shù)據(jù)與理論數(shù)據(jù)不一致時,總認為自己的數(shù)據(jù)是不可靠的。他們并沒有把實際環(huán)境、儀器的誤差以及在實驗過程中自己操作的影響考慮在內(nèi)。另外,在實驗過程中有意外發(fā)生時,學生們總喜歡把實驗從頭再來,完全否定之前的數(shù)據(jù),然后讓數(shù)據(jù)再重新按照理論的趨勢發(fā)展。也就是說,學生沒有處理意外的能力,不能從意外中獲得意外的驚喜。實際上,化學中有很多有重大意義的發(fā)現(xiàn)都是在實驗的意外中意外獲得的。
二、開放式物理化學教學模式的探索
隨著時代的發(fā)展,21世紀對高級人才素質(zhì)的要求已經(jīng)大大提高,本科教育的目標和方式也要隨之相應的提高和改進。物理化學實驗的傳統(tǒng)教學模式已經(jīng)很難適應當代教育的要求,因此必須進行新的物理化學實驗教學模式的探索和嘗試,以提高高校本科教學的質(zhì)量。
1.開放實驗內(nèi)容
為適應化學學科的發(fā)展,跟上時展的潮流,應該大膽修改舊的、不適于生產(chǎn)力發(fā)展的物理化學實驗教學內(nèi)容,減少驗證性實驗,把新的科研成果和研究技術(shù)引入到教學中來,讓科研成果充實實驗教學內(nèi)容,為培養(yǎng)科研人才打下堅實基礎。
將之前單一的驗證性傳統(tǒng)實驗進行擴充,除了“基本內(nèi)容”的實驗外,還增加了“選做內(nèi)容”以及“提高和擴展內(nèi)容”?!盎緝?nèi)容”的實驗是傳統(tǒng)物理化學實驗的縮減版,將傳統(tǒng)的實驗內(nèi)容進行縮減,取其精華,去其糟粕,構(gòu)建基礎驗證性實驗模塊;“選做內(nèi)容”是“基本內(nèi)容”的延續(xù),每個綜合實驗都會包含多個知識點,可以將不同的實驗技能與知識點結(jié)合起來,從而有效地培養(yǎng)學生綜合思考和分解實驗的能力;“提高和擴展內(nèi)容”是三個部分中難度最大的部分,在進行該部分實驗時,學生需要首先進行文獻查閱,將查閱好的相關文獻仔細閱讀、整理后,要模仿文獻自行設計出一套相關的實驗方案。之后將設計好的實驗方案交給物理化學實驗教師審查。審查的內(nèi)容主要包括:實驗原理的正確性、實驗路線的可行性以及實驗室條件的允許性等等。如果以上條件都滿足要求,實驗方案即算合格,學生就可通過預約進入開放實驗室進行實驗。該部分被稱之為設計性實驗模塊。
2.開放實驗選題
傳統(tǒng)的物理化學實驗所做選題都是由院系與教師決定的,所有的學生都做相同的實驗題目,不能調(diào)動學生的自主性、能動性,不能發(fā)揮學生的特長。在內(nèi)容進行開放和變換之后,有三個方面的內(nèi)容,其中基礎驗證性實驗模塊部分為必選必做內(nèi)容;而綜合性實驗模塊、設計性實驗模塊部分是選做內(nèi)容,學生可以按照自己的特點、喜好、特長選做實驗,這樣可以調(diào)動學生的積極性與創(chuàng)造能力。
3.開放實驗方法
實驗方法的開放包括實驗操作步驟的開放與實驗數(shù)據(jù)處理方法的開放。傳統(tǒng)的實驗操作步驟循規(guī)蹈矩,還是多年前總結(jié)出來的方法,多年后并沒有把最新的化學前沿的成果和方法融合在里面。因此,應該就每個具體的實驗進行研究,盡量將化學前沿成果融合在物理化學實驗中,開放并改進傳統(tǒng)物理化學實驗的操作方法。在加強學生動手能力培養(yǎng)的同時,也應注重學生使用計算機處理數(shù)據(jù)、進行曲線模擬和分析實驗結(jié)果的能力,以及實施實驗數(shù)據(jù)處理方法的開放性。
隨著計算機技術(shù)的發(fā)展,應該把計算機技術(shù)滲透在數(shù)據(jù)處理過程中。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理是在獲得實驗數(shù)據(jù)的基礎上,按照每個實驗的原理進行手動計算,以獲得最終的結(jié)果數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)處理方法步驟麻煩、過程繁瑣且容易出現(xiàn)計算錯誤,極為浪費時間。因此,可以應用先進的計算機技術(shù),使用計算機處理數(shù)據(jù)、繪制表格、描點畫線、模擬曲線,把先進的計算機技術(shù)融合到實驗數(shù)據(jù)處理中,這樣既可以節(jié)省時間,又可以提高精度。
4.開放實驗過程
傳統(tǒng)的物理化學實驗采用固定的時間、固定的地點、固定的實驗、固定的人員。所有的內(nèi)容都是由教務系統(tǒng)與院系事先確定的。采用開放性實驗模式之后,這種固定的模式應該有所改進。對于必做部分的基礎驗證性實驗模塊,依然是采用之前固定的形式。但是綜合性實驗模塊、設計性實驗模塊由于本身的靈活性和不確定性,導致不能對其形式進行特別的固定,為此可以把物理化學實驗室每周固定出幾天對學生進行開放。開放并不是隨意實驗,而是要提前預約。學生要在實驗前整理好實驗思路并與物理化學實驗教師討論,教師認為可實施之后,學生才能到實驗室預約登記,且學生應該按照預約的時間到實驗室去實踐。
三、結(jié)論
改革傳統(tǒng)的物理化學實驗模式,初步探索開放性的物理化學實驗模式,可以使學生在其基本實驗技能、基本實驗方法得到訓練的同時,獲得很多書本上學不到的知識。開放性的物理化學實驗模式可以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。
參考文獻:
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