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1.1實驗儀器設備更新緩慢物理化學實驗主要是測定物質的理化性質,因此需要相應的儀器設備。近年來,隨著現代實驗科學技術的進步,涌現出了大量的智能數顯式儀器。這些新儀器的使用,不僅使測量過程更為便捷,而且提高了學生的學習興趣,也有助于他們畢業后更好地適應工作環境。但有些院校由于對基礎化學實驗不夠重視,實驗經費投入不足,致使儀器設備老舊,長年無更新換代,從而影響了實驗技術水平和教學質量的提高。
1.2實驗數據處理方法落后物理化學實驗結果得到的是一系列實驗數據,目前大多數學生仍采用傳統的數據處理方法,即通過計算器計算、用坐標紙手工作圖以獲取斜率、截距,或在手工繪制的曲線上作切線等。由于物理化學實驗數據量大,處理繁雜,這種方法不僅費時費力,而且處理結果易出現人為誤差,影響實驗結果的準確性。教師在批改實驗報告時也不得不花費大量時間核查其計算結果。因此,有必要選擇適當的計算機應用程序來輔助物理化學實驗教學。
2物理化學實驗教學改革探索
2.1構建理論教學與實驗教學并重的教學模式近年來,創新人才的培養越來越受到重視,而實驗教學是培養高素質創新人才的重要環節,是提高學生動手能力和科研能力的重要手段,有著課堂教學不可替代的作用。因此,要改變傳統觀念,重視實驗教學,建立理論教學與實驗教學并重的教學模式。筆者所在學院在專業人才培養方案中,經過論證適當減少物理化學理論課的學時,增加實驗課的學時,并將物理化學實驗從理論課中脫離出來,作為一門獨立課程列入專業教學計劃,單獨計算學分。同時,根據實驗課單設的要求,對物理化學實驗教學大綱進行了修訂,對實驗教學提出了更高的目標和要求,注重對學生綜合動手能力的培養,保證實驗教學質量。
2.2優化實驗項目與內容,突出專業特色藥學專業物理化學實驗在實驗項目選擇與內容設計上除了體現物理化學原理的應用外,還必須突出藥學專業特色,以便更好地在有限的實驗操作中鍛煉、培養學生,提高學生的能力。我們對原有的物理化學實驗教學內容體系重新進行了設計和調整。首先,對實驗進行整合,減少一些重復性的實驗內容和操作,多出的學時用于開設新的實驗項目。如“電解質水溶液電導的測定和應用”和“電導法測定臨界膠團濃度”這兩個實驗使用的儀器都是電導率儀,而且電導測定所需時間較短,于是將兩個實驗整合在一起同時開展。實驗中需要用到超級恒溫槽,恒溫槽的相關知識也在此實驗中一并講解。這樣做雖然需要學生提前了解表面活性劑的相關知識,但避免了儀器重復使用,提高了實驗效率,節省了學時。其次,對一些經典物理化學實驗項目測定內容進行了調整,盡可能地改用實際的藥物,使其更好地體現在藥學中的應用。如將凝固點降低法測定萘的摩爾質量改為測定中藥注射液的滲透壓;將三組分相圖繪制中的水-醋酸-氯仿體系改為吐溫-薄荷油-水體系制備藥物乳劑[9];將蔗糖水解速率常數的測定改為同樣符合一級降解動力學的硫酸鏈霉素水解速率常數的測定等。再者,新增一些與藥學密切相關的綜合性、設計性實驗。如藥物有效期的測定,給學生提供的藥品有鹽酸四環素、維生素C、金霉素、硫酸鏈霉素等,要求學生查閱相關資料,獨立設計實驗方案,提交教師審核后,安排實驗順序和時間,對實驗結果進行分析后再做出整體評價。在新的物理化學實驗教學體系下,不僅實驗項目數增加了,學生有機會接觸更多的實驗內容和儀器,鍛煉動手能力和創新能力,而且突出了知識點在藥學領域中的應用,讓學生明白物理化學和自己專業的相關性,提高物理化學及實驗的學習興趣。
2.3更新升級實驗儀器設備物理化學實驗需要較多的儀器設備,這些儀器設備的好壞直接影響著實驗結果。隨著技術的發展,儀器推陳出新。筆者所在的學院近年來就投入經費逐步對一些儀器設備進行了更新換代。如更新了電子天平、數字式壓力計、數字溫度溫差儀、數字貝克曼溫度計、自動指示旋光儀、數顯式恒溫槽、數字電導率儀等常規儀器,同時也添置紫外、紅外、熒光光譜儀及氣相、液相色譜儀和原子吸收分光光度計等大型儀器。這些儀器極大地提高了實驗室裝備水平,滿足了各種實驗需求。現代實驗儀器價格昂貴,為避免浪費,合理高效利用資源,物理化學實驗在項目選擇和內容設計上,也充分考慮到藥學專業特色,所開設的實驗內容盡可能與藥學專業融合,充分利用現有藥學實驗儀器設備。在經費允許的條件下,結合藥學專業課程實驗教學的需要,共同添置現代實驗儀器,供物理化學實驗及后續專業課程實驗使用。
2.4計算機處理實驗數據目前計算機應用逐步普及。計算機除了采集實驗數據外,還可對大量的、繁瑣的物理化學實驗數據進行快速而準確的處理。現階段大學生群體中計算機普及率較高,我們提倡學生使用計算機軟件來處理實驗數據和繪制圖表。Excel、Origin等是使用最多的數據分析軟件,學生利用這些軟件可以方便地進行數據批量處理、作圖、線性擬合、非線性曲線擬合等步驟處理,快捷準確。筆者曾在所教授的班級進行試點,先向學生詳細講授軟件的使用方法,然后要求他們用軟件處理數據和作圖,再打印出來。由于避免了繁瑣的人工處理過程,這一要求受到學生的一致歡迎,學生的積極性很高,所得表格和圖形整潔美觀,有的學生甚至用word軟件來寫實驗報告。經過幾輪試點,逐步推進,現在計算機軟件處理實驗數據已成為物理化學實驗的教學要求之一。隨著數字化校園的發展,我們更期待有一天能實現“無紙化實驗報告”,即學生網上提交報告,教師網上批改并反饋結果給學生。此外,學生在物理化學實驗過程中,獲得了一系列的實驗數據,通過實驗數據一般不能馬上得知學生的實驗是否成功,往往是在實驗結束后的數據處理作圖過程中才發現問題,而此時,為時已晚,只能另找時間進實驗室補做。為解決此問題,我們利用計算機將相應實驗項目數據處理的有關公式和流程編寫成一個系統程序,學生做完實驗后,把數據輸入程序中,可立即得出實驗結果并繪出相應的圖形,從而判斷實驗成功與否。若不符合要求,立即查找實驗失敗的原因并當場改正。
2.5開放實驗室實驗室開放為學生創造了自主學習、自主探索的環境和條件,有利于培養學生綜合實驗能力和創新意識。除了正常的實驗教學,我們物理化學實驗室部分時間定期對學生開放。目前情況下,實驗室開放的目的主要有兩個:一是給實驗課上數據不理想或實驗失敗的學生提供重新做實驗的機會;二是對一部分學有余力且感興趣的學生,根據所學過的內容及實驗操作自行設計實驗方案,在教師的協助下完成實驗。比如學生學習過電導率的相關知識,知道電導測定的一個重要應用是水的純度檢驗,也做過電導法測定弱酸的電離度及難溶鹽的溶解度實驗,懂得電導率儀如何使用,有的學生會想到收集學校及周邊的自來水、井水、雨水、河水、海水、山泉水等用電導率儀進行水質檢測,有的學生會更進一步想到設計電導滴定的實驗來測定這些水樣本中離子的濃度,如用氯化鋇溶液滴定來測定水中硫酸根離子的濃度。學生的這些創新性、發散性思維非常值得鼓勵,而實驗室開放給他們提供了付諸實踐的機會,極大地提升了學習興趣,也鍛煉了他們獨立的學習能力和動手能力。
3結語
通過對物理化學實驗教學中存在的問題進行初步的研究和改革探索,取得了一定的成果,不僅實驗教學質量提升了,學生的綜合實驗能力也得到了提高。物理化學實驗課程一改往日的沉悶形象,越來越受到學生的歡迎。今后,我們將結合專業的特點,繼續深化實驗教學改革,著重培養學生的實驗素質和能力,以更好地滿足高素質藥學領域人才培養的需要。
作者:傅賢明魏金婷阮麗琴朱昱單位:莆田學院藥學與醫學技術學院