食品類專業(yè)“物理化學(xué)”實驗教學(xué)方法改革

摘要：根據(jù)食品科學(xué)與工程類專業(yè)的培養(yǎng)要求，結(jié)合物理化學(xué)實驗教學(xué)過程中存在的問題，對食品類專業(yè)物理化學(xué)實驗課程進行教學(xué)改革探討。改變了傳統(tǒng)的實驗教學(xué)方法，搭建了物理化學(xué)仿真教學(xué)實驗平臺，增強了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，提升了學(xué)生的實驗效率和質(zhì)量，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新意識和能力，收到了良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：物理化學(xué)；實驗教學(xué)；教學(xué)改革

中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20240317

基金項目：食品科學(xué)與工程國家一流專業(yè)建設(shè)點項目；糧食工程江蘇省特色專業(yè)建設(shè)項目；南京財經(jīng)大學(xué)校級教學(xué)改革課題（JGY1847）。

Exploration on experimental teaching methods reform of physical chemistry for food specialty

Tai Jia， Peng Dongmei

（ School of Food Science and Engineering / Collaborative Innovation Center for Modern Grain Circulation and Safety / Key Laboratory of Grains and Oils Quality Control and Processing， Nanjing University of Finance and Economics， Nanjing， Jiangsu 210023 ）

Abstract： Physical chemistry experiment course，as an important part of the whole experiment teaching course，is the bridge that connecting the theory and practice of physical chemistry and an important way for cultivating the practical ability and innovation ability of students. According to the training requirements of food science and engineering specialty， combined with the main problems existing in physical chemistry experiments， and to explor food specialized physical chemistry experiments teaching. the traditional experimental teaching methods was changed，the simulation platform of physical chemistry experimental teaching was established. Through these measures， the learning go-aheadism was reinforced， and the efficiency and quality of experiment were enhanced of the students. The innovative consciousness， the innovative ability were cultivated， and good teaching effectiveness was got.

Key words： physical chemistry； experimental teaching； teaching reform

食品科學(xué)與工程類專業(yè)是以食品科學(xué)和工程學(xué)科為基礎(chǔ)，培養(yǎng)學(xué)生具有數(shù)學(xué)、自然科學(xué)、計算機與信息、機械工程基礎(chǔ)與食品專業(yè)知識，具有食品科學(xué)與工程的研究能力和創(chuàng)新能力，研究食品的營養(yǎng)健康、食品的加工貯藏、工藝設(shè)計與生產(chǎn)制造、質(zhì)量與安全控制、食品的物流與消費等科學(xué)與工程問題，具有理工結(jié)合、多學(xué)科交叉的特點，應(yīng)用型與綜合性強[1-3]。

南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院具有60多年的辦學(xué)歷史，是學(xué)校重點建設(shè)的優(yōu)勢學(xué)院，辦學(xué)實力雄厚。學(xué)院現(xiàn)擁有食品科學(xué)與工程一級碩士學(xué)位授權(quán)點、生物與醫(yī)藥專業(yè)碩士授權(quán)點，設(shè)有食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全、糧食工程3個本科專業(yè)。其中食品科學(xué)與工程入選國家一流專業(yè)建設(shè)點、國家特色專業(yè)、江蘇省品牌專業(yè)、江蘇省產(chǎn)教融合品牌專業(yè)，食品質(zhì)量與安全是江蘇省高等學(xué)校重點專業(yè)，糧食工程是江蘇省特色專業(yè)、江蘇省一流專業(yè)建設(shè)點。近年來，為不斷適應(yīng)學(xué)科發(fā)展和社會需要，學(xué)院以培養(yǎng)具有扎實自然科學(xué)基礎(chǔ)知識和學(xué)科基礎(chǔ)理論、專業(yè)知識和實踐技能，具有較高人文社會科學(xué)素養(yǎng)、創(chuàng)新意識和國際視野，德智體美勞全面發(fā)展的，兼具化學(xué)、生物、經(jīng)濟、管理和法律素養(yǎng)等復(fù)合知識結(jié)構(gòu)的復(fù)合創(chuàng)新應(yīng)用型專業(yè)技術(shù)人才為目標(biāo)，為用人單位輸送了大量優(yōu)秀人才，在社會上取得了良好的口碑[4-5]。

作為食品科學(xué)與工程類專業(yè)的重要學(xué)科基礎(chǔ)課，物理化學(xué)實驗課程是培養(yǎng)本專業(yè)人才整體知識結(jié)構(gòu)及能力結(jié)構(gòu)的重要組成部分[6-7]。這門基礎(chǔ)實驗課程的教學(xué)目的是使學(xué)生熟悉物理化學(xué)的研究方法，了解學(xué)科的研究現(xiàn)狀及未來發(fā)展方向[8]；培養(yǎng)學(xué)生基本的實操技能，掌握一般實驗儀器的使用方法，鍛煉學(xué)生用心仔細觀察實驗現(xiàn)象、及時正確做好實驗記錄、分析處理實驗數(shù)據(jù)的能力[9]；深化對無機與分析化學(xué)、有機化學(xué)、大學(xué)物理等已學(xué)課程基礎(chǔ)知識的理解與運用，最終達到提高發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題等綜合能力的目的[10]。

1 物理化學(xué)實驗課程現(xiàn)狀及存在問題分析

1.1 實驗教學(xué)內(nèi)容不能彰顯學(xué)科特色

作為一門基礎(chǔ)實驗課程，本著適用于一般理工科專業(yè)的宗旨，物理化學(xué)經(jīng)典實驗項目往往通用性和實用性較強，但與食品科學(xué)與工程類專業(yè)的契合度較低。主要有以下幾點原因：① 經(jīng)典物理化學(xué)實驗的開設(shè)沒有彰顯出專業(yè)特色。若不結(jié)合專業(yè)自身的培養(yǎng)模式進行精選，而是毫無變通地直接服務(wù)于食品科學(xué)與工程類專業(yè)的教學(xué)工作，會使學(xué)生缺乏專業(yè)歸屬感和認同感，覺得學(xué)而無用。② 那些經(jīng)典科學(xué)實驗跟不上這個科學(xué)技術(shù)突飛猛進的時代的腳步。各種不同版本的物理化學(xué)實驗教材中的實驗項目大同小異，整個實驗框架多年來并無顯著改變，尤其是那些經(jīng)典實驗更是鮮有變化，這對于近些年來蓬勃發(fā)展的食品科學(xué)與工程類專業(yè)來說利用價值較低，學(xué)生也會逐漸喪失對物理化學(xué)實驗課程的學(xué)習(xí)熱情。為滿足食品科學(xué)與工程這門學(xué)科飛速發(fā)展的需求，這類專業(yè)的物理化學(xué)實驗必須在原有的經(jīng)典實驗的基礎(chǔ)上進行大刀闊斧的改革，為食品科學(xué)與工程類專業(yè)的物理化學(xué)實驗課程帶來新的生機。③ 對于食品科學(xué)與工程類專業(yè)來說，經(jīng)典實驗的缺點明顯，主要表現(xiàn)在缺乏靈活性與創(chuàng)新性方面。所以食品科學(xué)與工程類專業(yè)的物理化學(xué)實驗必須在經(jīng)典物理化學(xué)實驗的基礎(chǔ)上，與自身學(xué)科互相融會貫通。

1.2 實驗作用不能進一步升華

物理化學(xué)實驗課程的實驗安排完全是參照其理論體系，是驗證和深化理論知識的內(nèi)容，在具體的設(shè)置上要盡量與理論課程內(nèi)容保持同步。因此，物理化學(xué)實驗課程也就成為了物理化學(xué)理論課程進一步的補充說明，而該實驗本身所包含的內(nèi)容和蘊含的規(guī)律卻沒有受到應(yīng)有的重視，其教學(xué)效果也就難以得到升華。學(xué)生對于該實驗的理解與探究，也就只是停留在對于理論知識的實踐性理解范疇，沒有更多的發(fā)散式思維，學(xué)習(xí)能動性得不到提高。

1.3 實驗質(zhì)量得不到保證

物理化學(xué)實驗因其獨特的課程特點而區(qū)別于其他基礎(chǔ)化學(xué)實驗，它的大多數(shù)實驗都要在光學(xué)、電學(xué)、磁力學(xué)等儀器的幫助下完成。這些實驗儀器結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，操作也較為繁瑣，縱使學(xué)生提前認真預(yù)習(xí)，提前觀看實驗儀器的介紹視頻，也只能做到對實驗基本理論進行熟悉，而不能充分了解并掌握實驗儀器的正確使用方法，無法達到實驗前的預(yù)習(xí)要求，致使不少學(xué)生在實驗過程中，操作失誤較多，嚴重影響實驗進度。

1.4 實驗教學(xué)場地、儀器數(shù)量與學(xué)生數(shù)量之間存在矛盾

作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，物理化學(xué)實驗對南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全、糧食工程3個本科專業(yè)的所有學(xué)生開設(shè)。在實驗教學(xué)過程中，由于學(xué)生數(shù)量與實驗場地大小以及實驗儀器數(shù)量之間存在著嚴重的供需矛盾，致使學(xué)生只能以小組為單位，而且是3～4個同學(xué)一組，在限定的時間做規(guī)定的實驗，不是每個學(xué)生都有親手操作儀器的意愿，往往是學(xué)習(xí)拔尖、善于動手的同學(xué)上手，小組其他成員則是走馬觀花，成了“南郭先生”，大多數(shù)學(xué)生的動手能力未能得到有效鍛煉，達不到預(yù)期的實驗效果。

1.5 實驗儀器設(shè)備更新難

既然物理化學(xué)是用物理學(xué)的方法來研究化學(xué)問題的一門科學(xué)，那么物理化學(xué)實驗就需要能測量各種物理量的儀器設(shè)備來為化學(xué)服務(wù)。物理化學(xué)實驗對儀器設(shè)備的要求較高，沒有性能穩(wěn)定的儀器設(shè)備，物理化學(xué)實驗很難正常進行，這有別于無機、有機和分析化學(xué)實驗。由于物理化學(xué)實驗儀器設(shè)備的要求高，投資高，使得實驗儀器的更新很難。一旦儀器長時間未能更新，就會造成儀器內(nèi)部元件模塊老化，再加上學(xué)生的莽撞或錯誤操作，整個實驗環(huán)節(jié)儀器問題頻出，嚴重影響實驗進度的現(xiàn)象屢見不鮮。

2 物理化學(xué)實驗課程教學(xué)改革方法

2.1 結(jié)合授課對象專業(yè)實際開設(shè)實驗

作為一門專業(yè)基礎(chǔ)課，南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院食品科學(xué)與工程、食品質(zhì)量與安全、糧食工程3個本科專業(yè)均開設(shè)了“物理化學(xué)”課程。該課程中的飽和蒸汽壓、燃燒熱、水解反應(yīng)、皂化反應(yīng)、電導(dǎo)率、電動勢、吸附作用和表面張力等知識點與以上3個專業(yè)均息息相關(guān)。為使物理化學(xué)實驗課程的開設(shè)有的放矢，緊密貼合專業(yè)實際，在借鑒和采用經(jīng)典物理化學(xué)實驗的同時，對實驗內(nèi)容進行了適當(dāng)變動。對物理化學(xué)實驗教學(xué)大綱中的十幾個實驗重新進行篩選，確定了液體飽和蒸汽壓的測定、燃燒熱的測定、揮發(fā)性雙液系T-X圖的繪制、蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測定、乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)的測定、電導(dǎo)的測定及其應(yīng)用、電動勢法測定化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)函數(shù)、溶液中的吸附作用和表面張力的測定等與專業(yè)緊密相關(guān)的8個實驗。然后對所選實驗的各個細節(jié)作進一步優(yōu)化。例如將燃燒熱的測定實驗中的常用燃燒對象萘改為食品防腐劑苯甲酸，使得實驗內(nèi)容的更改與專業(yè)實際緊密貼合，增強了學(xué)生的專業(yè)認同感，激發(fā)了學(xué)生對實驗內(nèi)容及相關(guān)理論知識的學(xué)習(xí)興趣。

2.2 豐富教學(xué)手段，確保實驗質(zhì)量

為確保實驗教學(xué)質(zhì)量，讓學(xué)生通過所開設(shè)的實驗掌握較多的知識和技能，采用以下方法：① 精心設(shè)計授課環(huán)節(jié)，在課堂上給學(xué)生全面講解實驗?zāi)康?、原理、現(xiàn)象、步驟、操作要點、注意事項、誤差原因等，不漏掉任何一個知識點；② 規(guī)范實驗報告的填寫，強調(diào)數(shù)據(jù)記錄與處理、結(jié)果分析與討論等，同時推薦并介紹作圖軟件 Origin 的使用方法，幫助學(xué)生提高數(shù)據(jù)處理能力和作圖水平；③ 不僅讓學(xué)生學(xué)到實驗項目應(yīng)掌握的知識，還介紹所開設(shè)實驗對后續(xù)課程學(xué)習(xí)及對從事食品專業(yè)的意義；④ 在實驗前詳細講解影響實驗結(jié)果準確性的因素及優(yōu)化措施，解釋實驗現(xiàn)象，并介紹一些分析測試儀器，以開闊學(xué)生視野；⑤ 在實驗課堂上嚴肅紀律、規(guī)范操作、勤查細糾；⑥ 嚴格要求并認真批閱預(yù)習(xí)報告與實驗報告，對存在的問題及時予以解答和糾正。通過以上種種措施，切實提高學(xué)生的規(guī)范化實驗操作技能及動手能力。

2.3 構(gòu)建物理化學(xué)仿真教學(xué)實驗平臺

構(gòu)建物理化學(xué)仿真教學(xué)實驗平臺，打造虛擬教學(xué)實驗環(huán)境，使學(xué)生通過人機交互完成一個教學(xué)實驗過程的各個環(huán)節(jié)。每一個仿真實驗項目包含實驗原理、儀器簡介、三維仿真、虛擬考核、數(shù)據(jù)處理和思考題。學(xué)生在上課之前可以通過仿真實驗來學(xué)習(xí)實驗原理、熟悉實驗儀器。通過三維仿真來練習(xí)實驗操作。三維仿真通過三維圖像來模擬實驗過程，右邊菜單是實驗用到的儀器和試劑，中間是實驗操作部分，下邊有文字提示每一步操作。學(xué)生可以在文字的提示下完成整個實驗過程。實驗操作完成后，學(xué)生可以進行虛擬考核，檢查自己對操作的掌握程度。虛擬考核成績可以作為學(xué)生實驗考核成績的一部分。幫助學(xué)生更好地預(yù)習(xí)實驗，有助于提高課堂效率和教學(xué)效果。

2.4 優(yōu)化實驗教學(xué)分組

為響應(yīng)國家的擴招政策，近幾年來南京財經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院各專業(yè)的招生人數(shù)都有大幅提升，作為食品科學(xué)與工程類專業(yè)的重要學(xué)科基礎(chǔ)課，物理化學(xué)實驗課勢必會受到較大影響。受實驗場地和實驗儀器數(shù)量的制約，如果還是按照以往的實驗方案，每個實驗小組的學(xué)生數(shù)量將會從原來的2位變成3～4位，這就造成了那些缺乏實驗興趣，沒有親手操作儀器意愿的小組成員在整個實驗過程中走馬觀花，等著最后與別人共享實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)，這種學(xué)生的動手能力未能得到有效鍛煉，達不到預(yù)期的實驗效果。所以要保證教學(xué)質(zhì)量，就必須最多2名學(xué)生共用一臺儀器，大家通過分工協(xié)作來完成實驗。改進方法拉長了實驗間隔，延長了實驗時間，將原來的2個實驗合并在一起開設(shè)。每個班級先分成2個大組，分別做2個不同的實驗，進入對應(yīng)的實驗場地后，再進行每個實驗小組的細分，這樣就可以確保每臺實驗儀器不超過2名同學(xué)。2個大組同學(xué)均做完各自的實驗之后，再進行實驗交換。

2.5 做好實驗儀器的日常保養(yǎng)工作

既然物理化學(xué)實驗儀器不能及時更新，那就要在平時做好實驗儀器的養(yǎng)護工作?？偨Y(jié)實驗過程中儀器容易出現(xiàn)的問題，并分析其產(chǎn)生原因。例如燃燒熱的測定實驗中點火設(shè)備的連線很容易被學(xué)生不小心拔斷，需要準備好小型電焊槍及時焊接；氧彈中的墊圈老化后容易漏氣，造成氧彈中的藥片未完全燃燒，要準備好墊圈配件及時更換；液體飽和蒸汽壓的測定實驗中壓強測試儀器的部件一旦老化，讀數(shù)就會難以穩(wěn)定，造成很大誤差，要及時備好部件；循環(huán)真空泵的真空管一旦老化，會大大降低真空泵的輸出功率，要及時做好排查。在實驗儀器日常維護方面要化被動為主動，跟儀器生產(chǎn)商和修理商做好溝通，學(xué)習(xí)基本的儀器構(gòu)造和保養(yǎng)知識，掌握實驗儀器常見問題的解決方法，準備好充足的備用儀器和儀器備件，做到小問題自己解決，這樣可以節(jié)省大量時間，不會造成實驗教學(xué)進度受到很大影響。

3 結(jié) 語

物理化學(xué)實驗課程是培養(yǎng)食品科學(xué)與工程類專業(yè)人才整體知識結(jié)構(gòu)及能力結(jié)構(gòu)的重要組成部分。根據(jù)食品科學(xué)與工程類專業(yè)的培養(yǎng)要求，結(jié)合物理化學(xué)實驗教學(xué)過程中存在的一些問題，本文對食品類專業(yè)物理化學(xué)實驗課程的教學(xué)方法進行改革和探討，以期提高專業(yè)教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生實踐技能，培養(yǎng)高素質(zhì)的科創(chuàng)人才。

參 考 文 獻

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