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1提高學(xué)生對物理化學(xué)理論課程知識的理解和掌握

物理化學(xué)實(shí)驗過程中可以很好地將理論課程上所學(xué)習(xí)到的定律、公式應(yīng)用到解決實(shí)際問題上．以蔗糖水解反應(yīng)的速率常數(shù)為例，第一組同學(xué)按照傳統(tǒng)教學(xué)過程，首先學(xué)習(xí)一級反應(yīng)動力學(xué)方程ln［A］0［A］=kt，討論一級反應(yīng)動力學(xué)的特點(diǎn)以及半衰期等．學(xué)會利用動力學(xué)方程求算時間、物質(zhì)濃度、速率常數(shù)、半衰期等數(shù)據(jù)，然后按照給定的實(shí)驗步驟進(jìn)行蔗糖水解反應(yīng)速率常數(shù)的測定實(shí)驗．第二組同學(xué)參照實(shí)驗設(shè)計教學(xué)過程，首先提出目標(biāo)，需要測定蔗糖水解反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)k，然后學(xué)習(xí)一級反應(yīng)動力學(xué)方程的推導(dǎo)過程，介紹一級反應(yīng)動力學(xué)的特點(diǎn)．學(xué)生討論如何設(shè)計實(shí)驗測蔗糖水解反應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)k:蔗糖在酸的催化下的水解反應(yīng)可看作準(zhǔn)一級反應(yīng)，利用一級反應(yīng)動力學(xué)的公式ln［A］0［A］=kt，從公式ln［A］=－kt+ln［A］0中可以看出以ln［A］對t作圖得到一條直線，斜率為－k，因此需要測量不同t時刻［A］的濃度，然后以ln［A］對t作圖得到一條直線，通過斜率即可求得反應(yīng)速率常數(shù)．此時教師可提出測量某一時刻物質(zhì)的濃度一般有兩種方法:化學(xué)法與物理法，其中物理法更方便操作．

所謂物理方法就是利用某些物理性質(zhì)與物質(zhì)濃度的依賴關(guān)系，使用物理儀器快速準(zhǔn)確測定出某一時刻的物理性質(zhì)，再轉(zhuǎn)換成物質(zhì)濃度與時間的關(guān)系．根據(jù)蔗糖水解反應(yīng)中反應(yīng)物和產(chǎn)物都是有旋光性的，可以選擇旋光度這個物理性質(zhì)作為濃度和時間之間關(guān)系式的橋梁．利用旋光度與濃度的關(guān)系將反應(yīng)動力學(xué)方程中濃度和時間的關(guān)系轉(zhuǎn)換成旋光度和時間的關(guān)系，因此只需要測定不同時刻體系的旋光度值就可以求算出反應(yīng)速率常數(shù)k．學(xué)生選擇需要的實(shí)驗儀器和實(shí)驗材料，設(shè)計具體的實(shí)驗步驟，教師對整個流程進(jìn)行評價和改進(jìn)，最后在具體的實(shí)驗過程中驗證結(jié)果．實(shí)驗結(jié)束后討論問題:為什么要進(jìn)行零點(diǎn)校正，可用什么物質(zhì)進(jìn)行零點(diǎn)校正，蔗糖的初始濃度對實(shí)驗測定有沒有影響等等．在學(xué)完二級反應(yīng)動力學(xué)以后，教師還可提出延伸問題:如何利用電導(dǎo)率測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)(二級反應(yīng))的速率常數(shù)?第二組同學(xué)大致可以提出相應(yīng)的實(shí)驗過程，而第一組同學(xué)則大都不知道該如何處理．兩組學(xué)生比較，第二組學(xué)生對公式的利用、實(shí)驗過程的處理等都較第一組學(xué)生要好．通過整個實(shí)驗設(shè)計流程，學(xué)生可牢牢記住相應(yīng)的動力學(xué)方程公式，同時會對具體的實(shí)驗操作過程進(jìn)行積極探索，對以后理論知識的學(xué)習(xí)也有很好的促進(jìn)作用．

2激發(fā)學(xué)生自我學(xué)習(xí)和自我思考的興趣

很多時候，學(xué)生不知道物理化學(xué)中的理論和定律有什么具體用途，因此學(xué)習(xí)起來沒有興趣，只是被動地背誦公式定律．物理化學(xué)實(shí)驗設(shè)計過程的教學(xué)環(huán)節(jié)能夠激發(fā)學(xué)生的主觀能動性，提高學(xué)生自我學(xué)習(xí)和思考的能力．以燃燒熱的實(shí)驗測定為例，兩組學(xué)生首先學(xué)習(xí)理論課程中燃燒熱的定義，理解恒壓熱效應(yīng)與恒容熱效應(yīng)的區(qū)別．利用氧彈式量熱器分別測定待測樣品和基準(zhǔn)物質(zhì)在量熱器中完全燃燒引起的溫度升高值，再利用基準(zhǔn)物質(zhì)已知的燃燒熱來計算待測物質(zhì)的燃燒熱．現(xiàn)在的實(shí)驗裝置大都采用自動化和計算機(jī)處理，第一組學(xué)生除了簡單掌握量熱器和壓片機(jī)的使用方法外，對物性燃燒熱方面的信息知之甚少，學(xué)生也沒有太大興趣去深入討論和研究．第二組學(xué)生采用實(shí)驗設(shè)計過程的教學(xué)方法，首先指導(dǎo)教師介紹燃燒熱在實(shí)際生活中的各種應(yīng)用，例如燃燒焓的測定廣泛應(yīng)用于各種熱化學(xué)計算中，測定有機(jī)物的燃燒焓，可計算相應(yīng)的生成焓數(shù)據(jù)，從而可以了解其穩(wěn)定性、反應(yīng)性、生成機(jī)理、分子結(jié)構(gòu)、能量規(guī)律等特點(diǎn)，對于掌握該化合物特定組成等有重要意義．氧彈量熱法也廣泛應(yīng)用于污泥、廢物、煤發(fā)熱量的測定等等方面，對于泥煤的深度開發(fā)和綜合利用有廣泛意義．通過這些知識的講解，讓學(xué)生首先對即將學(xué)習(xí)的實(shí)驗有一個背景認(rèn)識，知道將來在哪些方面可以有廣泛的用途，從而激發(fā)學(xué)生的主動學(xué)習(xí)興趣．然后再介紹氧彈技術(shù)的原理和燃燒熱測定實(shí)驗的基本過程，這時學(xué)生對實(shí)驗課程的理解和掌握就會有明顯提高．采用這種教學(xué)過程的第二組學(xué)生與第一組學(xué)生相比，首先在聽課過程中注意力就有明顯提高，思維也能隨著教學(xué)內(nèi)容靈活轉(zhuǎn)換，在實(shí)驗過程中也能夠自己分析和處理一些常見問題，這些都是學(xué)習(xí)興趣被激發(fā)出來的結(jié)果．因此，實(shí)驗設(shè)計教學(xué)過程可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣．

3提高學(xué)生的科研創(chuàng)新和分析解決具體問題的能力

創(chuàng)新是科研工作的靈魂，教學(xué)過程中應(yīng)加強(qiáng)培養(yǎng)和提高學(xué)生的科研創(chuàng)新能力．對于物理化學(xué)的各個研究方向來說，物理化學(xué)的實(shí)驗設(shè)計過程在不同程度上會對學(xué)生的創(chuàng)新精神和分析解決實(shí)際問題的能力具有積極的作用．以凝固點(diǎn)降低法測物質(zhì)相對分子質(zhì)量實(shí)驗為例，兩組同學(xué)首先同時學(xué)習(xí)稀溶液的依數(shù)性:加入少量溶質(zhì)引起溶劑性質(zhì)的改變，例如蒸氣壓下降、凝固點(diǎn)降低、沸點(diǎn)升高以及滲透壓的改變．這些性質(zhì)的改變值只與溶質(zhì)的數(shù)量有關(guān)，而與溶劑的性質(zhì)無關(guān)．利用一相為純物質(zhì)時兩相平衡溫度與組成的關(guān)系可以推導(dǎo)出相應(yīng)的定量關(guān)系式．其中，凝固點(diǎn)降低這個依數(shù)性質(zhì)是一種常用的測量相對分子質(zhì)量的實(shí)驗方法．第一組同學(xué)學(xué)習(xí)凝固點(diǎn)降低公式，知道凝固點(diǎn)降低的改變值與溶質(zhì)的質(zhì)量摩爾濃度成正比，能夠通過題意利用公式求解出相應(yīng)的數(shù)值．第二組同學(xué)在學(xué)習(xí)完凝固點(diǎn)降低公式后，引導(dǎo)學(xué)生利用此公式進(jìn)行溶質(zhì)相對分子質(zhì)量測定的實(shí)驗設(shè)計．

首先從公式推導(dǎo)中可以看出，公式中有我們需要最后求的MB，凝固點(diǎn)降低常數(shù)Kf可以查得．所需要的就是純?nèi)軇┑哪厅c(diǎn)和加入少量溶質(zhì)后溶液的凝固點(diǎn)Tf的值．所以整個實(shí)驗設(shè)計的關(guān)鍵就在于如何測定液體的凝固點(diǎn)．所謂凝固點(diǎn)是指一定壓力下，隨著溫度的降低，液體中逐漸出現(xiàn)凝固現(xiàn)象，固液兩相平衡時的溫度．引導(dǎo)學(xué)生自己選擇實(shí)驗器材設(shè)計實(shí)驗:要想測得凝固點(diǎn)，就需要將待測液體放到一定的冷卻介質(zhì)中，例如冰水混合物，還需要精密溫度計隨時監(jiān)測液體中溫度的變化．此時教師給出提示:凝固點(diǎn)的準(zhǔn)確測定并不容易，包括固液平衡的判斷以及凝固熱的放出對測量的影響等等，因此采用步冷曲線法測定相應(yīng)的凝固點(diǎn)更為常用．學(xué)生討論具體的實(shí)驗步驟，教師進(jìn)行指導(dǎo)修正，完成實(shí)驗設(shè)計過程．兩組同學(xué)同時開展凝固點(diǎn)降低法測定溶質(zhì)相對分子質(zhì)量的實(shí)驗，通過實(shí)驗過程中的比較可以看出，第一組同學(xué)大都只能按照書上的步驟進(jìn)行機(jī)械操作，在操作過程中不知道何種因素會對實(shí)驗產(chǎn)生影響，更不明白怎樣對實(shí)驗進(jìn)行改進(jìn)．而經(jīng)過實(shí)驗設(shè)計過程的第二組同學(xué)大都對實(shí)驗細(xì)節(jié)比較注意，例如為什么需要冷凍管和空氣套管，冷凍管要豎直放置，不要靠在空氣套管上，還有冰浴槽的溫度、磁子的攪拌速度對實(shí)驗測定的影響等等．在實(shí)驗結(jié)束后，第二組同學(xué)在實(shí)驗數(shù)據(jù)的分析處理上也較第一組好，能夠利用步冷曲線法合適地得到相對準(zhǔn)確的凝固點(diǎn)數(shù)值．第一組同學(xué)在思考題的解答上也與第二組同學(xué)有明顯差距，大都不明白一些針對實(shí)驗過程的問題如何進(jìn)行分析解答:例如溶質(zhì)的量是否加入的越多越好，冰浴槽的溫度過高或過低對實(shí)驗數(shù)據(jù)有什么影響，高溫高濕季節(jié)做此實(shí)驗是否會影響準(zhǔn)確度等等．

4結(jié)語

物理化學(xué)實(shí)驗設(shè)計過程對物理化學(xué)的學(xué)習(xí)是能夠起到積極作用的，主要體現(xiàn)在以下一些方面:1)學(xué)生對理論知識更能深刻記憶，且能夠熟練應(yīng)用相應(yīng)公式;2)學(xué)生對物理化學(xué)的研究方法和實(shí)驗的具體操作過程更加理解和熟練;3)能夠分析設(shè)計實(shí)驗過程，對實(shí)驗過程中出現(xiàn)的問題能夠發(fā)現(xiàn)和合理解決．這些方面都會激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐創(chuàng)新能力，為以后的科研工作奠定良好的基礎(chǔ)．物理化學(xué)實(shí)驗的設(shè)計過程對學(xué)生的學(xué)習(xí)能力具有很好的培養(yǎng)促進(jìn)作用，既可以促進(jìn)理論課程知識的深刻掌握，又可以培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐創(chuàng)新能力，同時實(shí)現(xiàn)理論課與實(shí)驗課的完整對接．當(dāng)然，如何能使更多的知識點(diǎn)聯(lián)系到具體的實(shí)驗設(shè)計過程中，如何能更好地引導(dǎo)學(xué)生創(chuàng)新思維，如何選擇合適的內(nèi)容進(jìn)行理論與實(shí)驗設(shè)計結(jié)合等等內(nèi)容，都是值得進(jìn)一步探討的問題．

作者：趙偉 單位：南陽師范學(xué)院化學(xué)與制藥工程學(xué)院