應(yīng)用型人才培養(yǎng)背景下物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革

郭麗麗，武小滿，張洪浩，劉春輝，燕小然，楊 洋，楊振東

(許昌學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，河南 許昌 461000)

隨著高等教育的大眾化和多樣化趨勢的發(fā)展和改革，許昌學(xué)院作為河南省示范性應(yīng)用技術(shù)類型本科院校，把建設(shè)成為培養(yǎng)應(yīng)用型人才的綜合性大學(xué)作為自己的定位，并把服務(wù)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動(dòng)和適應(yīng)社會(huì)發(fā)展實(shí)際需要作為目標(biāo)。應(yīng)用型人才是指能把所學(xué)知識和技能直接應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展實(shí)際需求的、有創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力的、對具體的社會(huì)發(fā)展實(shí)際需求比較熟悉的人才[1]。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要環(huán)節(jié)，高校實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要目標(biāo)就是培養(yǎng)學(xué)生的應(yīng)用能力和創(chuàng)新能力[2]。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為本科院?；瘜W(xué)、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與工藝、制藥、材料以及食品科學(xué)與工程等專業(yè)大學(xué)期間必修的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，具備涉及設(shè)備多和探索性強(qiáng)等特點(diǎn)，對于提升學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)能力和科研思維的培養(yǎng)具有重要作用[3]?，F(xiàn)行的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大多數(shù)都是驗(yàn)證型實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)是在教材和教師的指導(dǎo)下操作的。傳統(tǒng)觀念中，過分強(qiáng)調(diào)理論教學(xué)，只是把實(shí)驗(yàn)教學(xué)視為輔助手段，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課就是對所學(xué)知識的驗(yàn)證，學(xué)生在規(guī)定的課時(shí)內(nèi)，根據(jù)現(xiàn)成的步驟對理論教學(xué)知識進(jìn)行驗(yàn)證，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理最終寫出實(shí)驗(yàn)報(bào)告。這是一種講深、講透、講全、講細(xì)的傳統(tǒng)的“保姆式”的教學(xué)方法[4]。在這個(gè)過程中，學(xué)生不需要思考，只需要按方抓藥，不能提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，不能培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力和創(chuàng)新能力。為了增強(qiáng)學(xué)生解決實(shí)際化學(xué)問題的能力，培養(yǎng)實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，為社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)培養(yǎng)應(yīng)用型人才，我們對物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了下列幾方面的改革：

1 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)內(nèi)容改革

以前物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容以經(jīng)典的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，與生活生產(chǎn)沒有聯(lián)系，不能滿足應(yīng)用型人才的培養(yǎng)目標(biāo)。我們著重解決以下幾個(gè)方面的問題：

1.1 測量對象生活化

例如測量米飯、饅頭、干果以及平時(shí)愛吃的零食等食品以及汽油的燃燒熱；檢測白醋、陳醋、米醋和保健醋等食用醋的導(dǎo)電性能；測定市售品牌洗衣粉、肥皂、洗潔精以及洗衣液等多種洗滌劑的表面張力。測量對象由學(xué)生自己準(zhǔn)備，都是自己吃的用的，測量對象不再是一個(gè)個(gè)的化學(xué)名稱，而是來源于生活，從而引起學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣。而且能夠使學(xué)生將所學(xué)到的理論知識，去解決生活中的問題，能更貼近生活，學(xué)以致用，鍛煉學(xué)生的動(dòng)手動(dòng)腦能力。

1.2 實(shí)際生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)化

在以往的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教學(xué)內(nèi)容只是為了讓學(xué)生掌握一種儀器使用方法或一種測試方法，幾乎不與生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系，學(xué)生不能感受所學(xué)知識的應(yīng)用性和重要性，因此對物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)沒有興趣，只是為了拿到課程學(xué)分，因此需要改革實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如許昌已成為全球最大的發(fā)制品生產(chǎn)基地和出口基地，為了使假發(fā)的外觀和手感更加接近人發(fā)并增加佩戴效果，假發(fā)后處理工藝中需要使用專業(yè)的滑爽劑和柔軟劑進(jìn)行打理和保養(yǎng)?，F(xiàn)用的假發(fā)滑爽劑和柔軟劑是一種有機(jī)硅油乳液，大多以十六烷基三甲基溴化銨作為抗靜電劑，以氨基硅油和二甲基硅油作為調(diào)理劑，以司盤、吐溫或脂肪醇聚氧乙烯醚 AEO等作為乳化劑。我們可以選用氨基硅油和二甲基硅油中的的乳化作為實(shí)驗(yàn)，乳化方法可以選擇轉(zhuǎn)向乳化法、均質(zhì)法或機(jī)械攪拌，這樣就能使物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與許昌本地的生產(chǎn)技術(shù)相聯(lián)系，初步實(shí)現(xiàn)產(chǎn)教融合。

1.3 增加綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

傳統(tǒng)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)，只要求學(xué)生掌握一種基本的實(shí)驗(yàn)技能，一次實(shí)驗(yàn)只使用一種儀器反復(fù)測量，學(xué)生會(huì)感到厭煩，教學(xué)效果不好。減少驗(yàn)證性基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，增開綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以培養(yǎng)學(xué)生勇于探索和善于發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力。綜合性實(shí)驗(yàn)是指實(shí)驗(yàn)內(nèi)容涉及到本課程多個(gè)知識點(diǎn)、多種儀器使用的實(shí)驗(yàn)，目的是達(dá)到基本技能的融會(huì)貫通，培養(yǎng)學(xué)生技能的綜合應(yīng)用[5]。綜合性實(shí)驗(yàn)也可以指打破原來專門化的實(shí)驗(yàn)，在化學(xué)一級學(xué)科層面上建立的內(nèi)容交叉、技術(shù)綜合的實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目跨兩個(gè)以上二級學(xué)科或跨兩個(gè)以上一級學(xué)科，將比較多的基本理論、基本實(shí)驗(yàn)技能融合在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中，使實(shí)驗(yàn)內(nèi)容綜合聯(lián)系化學(xué)、化工、材料、環(huán)境等學(xué)科[6]。綜合性實(shí)驗(yàn)選題的原則要求貼近教師的科研方向或者許昌本地的特色，符合各個(gè)不同專業(yè)學(xué)生的特點(diǎn)。

例如可以開設(shè)《表面活性劑臨界膠束濃度的測定》實(shí)驗(yàn)。我們采用最大氣泡壓力法測表面張力、接觸角法及電導(dǎo)率法對不同濃度的十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)水溶液進(jìn)行測量。分別用接觸角法、電導(dǎo)率法、表面張力法測量值與濃度的關(guān)系求得 CTAB 的臨界膠束濃度(CMC)，且對三種方法測得的結(jié)果進(jìn)行對比，三種方法的結(jié)果基本相同，與文獻(xiàn)值一致。表明同時(shí)用電導(dǎo)率法、表面張力法和接觸角法測定CTAB的CMC，并且可以相互驗(yàn)證。

比如對于食品科學(xué)與工程和食品質(zhì)量與安全專業(yè)，我們可以開設(shè)《地溝油的鑒定》綜合實(shí)驗(yàn)。近年來地溝油事件的頻頻發(fā)生，一些不法分子為了牟取暴利，將地溝油進(jìn)行回收，經(jīng)過粗略的加工再次流入人民的餐桌，危害群眾健康，讓大家對自己天天都在吃的食用油產(chǎn)生了懷疑與擔(dān)憂。我們對合格食用油與地溝油進(jìn)行電導(dǎo)率、分光光度、折射率、凝固點(diǎn)以及電容等五個(gè)方面進(jìn)行檢測，可以鑒別合格食用油與地溝油。實(shí)驗(yàn)的完成需要學(xué)生綜合運(yùn)用步冷曲線法測凝固點(diǎn)、電導(dǎo)率儀、分光光度計(jì)、阿貝折光儀以及小電容測試儀的使用，涉及熱力學(xué)、電化學(xué)和結(jié)構(gòu)化學(xué)等方面知識和技能。其中，電導(dǎo)率法和電容法的鑒別效果最好。

再如《固體酒精的制備及其燃燒熱的測定》，首先制備固體酒精，再測定其燃燒熱，這一過程可使學(xué)生將固體酒精的制備和它的物理化學(xué)性質(zhì)結(jié)合起來，提高了學(xué)生綜合運(yùn)用知識的能力和動(dòng)手能力。

1.4 增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的最大弊病，就是開設(shè)大量驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)很少，結(jié)果只是培養(yǎng)了一群操作工，不能提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力和創(chuàng)新能力。所以物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)必須進(jìn)行改革，減少傳統(tǒng)的驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，增加設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是指教師給定實(shí)驗(yàn)的目的和要求，由學(xué)生查閱文獻(xiàn)，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并完成的實(shí)驗(yàn)?？梢赃x取食品質(zhì)量、節(jié)能減排、生活用品以及降解工業(yè)廢水等方面的問題，用物理化學(xué)方法和設(shè)備來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。首先教師把設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的題目給學(xué)生，讓他們在課后查閱相關(guān)資料和文獻(xiàn)，選取合適的實(shí)驗(yàn)步驟，經(jīng)過教師的篩選，學(xué)生做實(shí)驗(yàn)，最終以小論文的形式提交。

例如設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)《牛奶中酪蛋白和乳糖的分離及純度測定》的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：通過調(diào)節(jié)牛奶酸度和離心法分離酪蛋白，經(jīng)無水乙醚和無水乙醇脫脂后用雙縮脲法測定其純度。在濾液中加入適量95%乙醇溶液使乳糖結(jié)晶析出，測量乳糖溶液的旋光度來測其純度。結(jié)果測得不同牛奶產(chǎn)品中所含酪蛋白和乳糖的量不同，并且純度有明顯差異。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容豐富，趣味性強(qiáng)，適用于食品等專業(yè)的學(xué)生。實(shí)驗(yàn)過程中以學(xué)生為主導(dǎo)，和指導(dǎo)教師探討后，可以大膽嘗試。此外還可以開設(shè)《蜂蜜中有效成分的測定》、《鋁的著色》和《氧化鋅納米材料制備》等設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)。

2 課堂教學(xué)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式的探索

任務(wù)驅(qū)動(dòng)法以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)，用特定的“任務(wù)”來培養(yǎng)學(xué)生的知識與技能，提升學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識，尤其適用于實(shí)踐性較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)課程。與傳統(tǒng)的教學(xué)模式相比，“以特定的情景任務(wù)為主線、以培養(yǎng)學(xué)生的知識與技能為暗線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣和激情，提高教學(xué)質(zhì)量，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新能力[7]，符合物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程對學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的教學(xué)流程為：設(shè)置驅(qū)動(dòng)任務(wù)→分析任務(wù)→探索完成任務(wù)→評價(jià)、總結(jié)[8]，具體流程如圖1所示。

圖1 任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式實(shí)施流程圖

譬如物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的燃燒熱的測定，我們可以設(shè)計(jì)成一個(gè)大的任務(wù)，下面分成測量原理、需要用到的儀器和實(shí)驗(yàn)步驟三個(gè)任務(wù)，這三個(gè)任務(wù)可以在分解成多個(gè)小的任務(wù)，如圖2所示。

圖2 燃燒熱測定教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)示意圖

3 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課外教學(xué)改革

課堂教學(xué)的時(shí)間是有限的，教師向?qū)W生全面開放物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)室和科研室。通過學(xué)生自己找課題，或教師拿出企業(yè)項(xiàng)目，例如與許昌盛邦生物科技有限公司合作的滑爽劑和柔軟劑項(xiàng)目，與許昌恒源發(fā)制品有限公司等合作的假發(fā)漂白等項(xiàng)目。借助大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目、魔法城堡項(xiàng)目、化學(xué)化工相關(guān)比賽以及校園科技創(chuàng)意大賽等平臺(tái)，支持學(xué)生將課堂的興趣延續(xù)到課外，讓學(xué)生自主化、個(gè)性化、多元化發(fā)展。通過校企合作培養(yǎng)生產(chǎn)一線的高層次技能人才，逐步實(shí)現(xiàn)高校人才培養(yǎng)和就業(yè)需求的無縫對接。

4 結(jié)論

我們以培養(yǎng)應(yīng)用型人才為目標(biāo)，針對物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，進(jìn)行了教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)模式和課外教學(xué)等方面的改革，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、應(yīng)用能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。