1、    中美物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材內(nèi)容的比較研究    4.電導(dǎo)法測(cè)定乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)這是國內(nèi)教材普遍采用的一個(gè)化學(xué)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)，用電導(dǎo)法進(jìn)行測(cè)定，實(shí)驗(yàn)條件固定為反應(yīng)物乙酸乙酯和氫氧化鈉的初始濃度相等，以簡(jiǎn)化理論方程和計(jì)算過程。這個(gè)實(shí)驗(yàn)在近年出版的美國教材中已經(jīng)取消了，但是在早期的daniels實(shí)驗(yàn)教材中仍然是有的，即便如此，daniels教材中關(guān)于這個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的豐富復(fù)雜程度也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目前國內(nèi)教材。因?yàn)殡m然這是一個(gè)典型的二級(jí)反應(yīng)，但是二級(jí)反應(yīng)可以分為a+a型和a+b型，取決于反應(yīng)物初始濃度的相對(duì)大小，二者適用完全不同的理論方程，其中a+b型(即兩個(gè)反應(yīng)物

2、初始濃度不相等)的速率方程非常復(fù)雜，daniels教材中對(duì)這兩種類型都進(jìn)行了仔細(xì)討論，并要求學(xué)生設(shè)計(jì)不同的情況進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和數(shù)據(jù)處理。事實(shí)上，維持兩個(gè)反應(yīng)物初始濃度相等幾乎是不可能完成的任務(wù)，因?yàn)橐宜嵋阴ゾ哂袚]發(fā)性，而氫氧化鈉溶液也會(huì)不斷吸收空氣中的co2而改變濃度，只要實(shí)驗(yàn)試劑放置一段時(shí)間后就會(huì)偏離這個(gè)要求，因此國內(nèi)教材的簡(jiǎn)單化的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)往往導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果偏離所用的理論方程，造成學(xué)生的困惑。5.臨界膠束濃度測(cè)定實(shí)驗(yàn)國內(nèi)大部分教材中已經(jīng)取消了這個(gè)表面化學(xué)實(shí)驗(yàn)，僅少部分教材保留，因?yàn)榫蛯?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)來說該實(shí)驗(yàn)完全可有可無：實(shí)驗(yàn)采用電導(dǎo)法測(cè)定電導(dǎo)率與表面活性劑濃度關(guān)系，由濃度-電導(dǎo)率曲線的轉(zhuǎn)折點(diǎn)判讀臨界膠束濃

3、度(cmc)，教材中幾乎沒有任何關(guān)于膠束性質(zhì)的實(shí)驗(yàn)理論探討和定量分析過程。然而這個(gè)實(shí)驗(yàn)在美國教材中卻普遍采用，實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法類似，但是測(cè)算出cmc的目的是進(jìn)一步探討膠束離子團(tuán)的結(jié)構(gòu)，因此通過熱力學(xué)推導(dǎo)過程，并結(jié)合斯托克斯-愛因斯坦方程，得出臨界膠束濃度與膠束聚集度和電離程度的關(guān)系，最終得到表面活性劑膠束的微觀結(jié)構(gòu)信息，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理論水平和數(shù)據(jù)分析技巧非常高，實(shí)驗(yàn)理論的深度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過一般物理化學(xué)理論教科書。上面案例中，既有中美兩國都采用、且實(shí)驗(yàn)方法基本相同的(案例1和2)，也有中美兩國都采用、但是實(shí)驗(yàn)方法有異的(案例3)，還有中美兩國分別采用的(案例4和5)。無論哪種情況，國內(nèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本模式都是

4、“實(shí)驗(yàn)測(cè)定直接結(jié)果”，而美國的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)往往在“直接結(jié)果”之后還有進(jìn)一步研究拓展的內(nèi)容，這種差異正是對(duì)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程定位差異的體現(xiàn)，我們是要學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)技術(shù)、驗(yàn)證理論原理，而美國的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還要培養(yǎng)學(xué)生成為科學(xué)研究的人才，課程培養(yǎng)目標(biāo)顯然是有高低之分的。三、美國物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材的其他可借鑒之處除了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念以外，美國物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材還有以下幾個(gè)方面值得借鑒。1.重視融合生物化學(xué)和立體化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容傳統(tǒng)的化學(xué)動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)主要涉及無機(jī)物之間或者無機(jī)物與簡(jiǎn)單有機(jī)物之間的反應(yīng)；近年來美國物理化學(xué)教材中將生化反應(yīng)引入實(shí)驗(yàn)體系中，替代了部分傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，使得反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)過程變得更加復(fù)雜。比如涉及連續(xù)-可逆基

5、元反應(yīng)步驟組合的化學(xué)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程，以及不符合經(jīng)典米開利-蒙頓酶催化模型的酶反應(yīng)動(dòng)力學(xué)過程等。除此以外，手性分子的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變過程研究也被引入基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中。這些項(xiàng)目大大拓展了傳統(tǒng)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的范圍，而且大部分并不涉及復(fù)雜昂貴的儀器，非常有創(chuàng)新性。國內(nèi)教材在這方面需要加強(qiáng)。2.重視計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)處理能力的培養(yǎng)美國物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)程度較深，計(jì)算過程繁雜，已經(jīng)不是簡(jiǎn)單的手工計(jì)算能夠完成，因此非常強(qiáng)調(diào)采用商業(yè)化的科學(xué)計(jì)算程序完成相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和圖譜繪制工作，比如線性回歸擬合、非線性回歸擬合、數(shù)據(jù)剝離等，而這方面也是現(xiàn)代研究工作的常規(guī)做法，學(xué)生通過這樣的實(shí)踐，能夠獲得很好的科研素質(zhì)訓(xùn)練。國內(nèi)教

6、材在這方面很少專門強(qiáng)調(diào)，仍然以手工數(shù)據(jù)處理為主，這也反映出國內(nèi)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目總體的設(shè)計(jì)水平仍有待提高。3.重視化學(xué)實(shí)驗(yàn)過程的安全性美國物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中，每個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都列有單獨(dú)的章節(jié)，用于說明本實(shí)驗(yàn)可能涉及的安全問題，包括試劑的毒性與人體防護(hù)、儀器的安全操作和廢棄物品回收等，以保證參加實(shí)驗(yàn)學(xué)生的人身安全。國內(nèi)教材在這方面也較為欠缺，一般就是在緒論中泛泛談一下實(shí)驗(yàn)室安全注意事項(xiàng)等，并沒有針對(duì)每個(gè)具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的安全指南。同時(shí)，出于安全需要，近年來國內(nèi)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中大量減少了有毒有害化學(xué)試劑的使用，代之以毒性程度較低的試劑，或者干脆取消了一部分實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。這當(dāng)然有利于學(xué)生的健康和環(huán)境保護(hù)，但是

7、化學(xué)自從誕生的那天起，就與毒性、燃燒、爆炸等危險(xiǎn)字眼聯(lián)系在一起，解決這些問題以保證實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行，應(yīng)該在實(shí)驗(yàn)室建設(shè)和安全防護(hù)上加大投入，而不是采用目前這種辦法。如果教材里都不涉及這些包含化學(xué)特質(zhì)的東西，學(xué)生也沒有嘗試這方面的規(guī)范操作，是否也不利于化學(xué)專門人才的培養(yǎng)呢？4.重視實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫美國物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材非常重視指導(dǎo)學(xué)生如何撰寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告，并將其當(dāng)做學(xué)生科研能力培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。實(shí)驗(yàn)報(bào)告的內(nèi)容、章節(jié)安排、圖表繪制標(biāo)準(zhǔn)、結(jié)果討論和文獻(xiàn)引用等環(huán)節(jié)均以美國化學(xué)會(huì)(acs)和美國物理學(xué)會(huì)(aip)論文寫作指南為依據(jù)，并且在教材中專門列出章節(jié)詳細(xì)說明。shoemaker在其教材中甚至舉例說明某句話應(yīng)該怎樣

8、寫、某個(gè)物理量應(yīng)該如何表示才算符合科學(xué)論文的寫作規(guī)范，并用一篇實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)例進(jìn)行逐頁評(píng)論。按照halpern的說法，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程要教會(huì)學(xué)生像科學(xué)家或者工程師那樣進(jìn)行寫作，而不是像學(xué)生那樣去寫作。這種寫作的要求當(dāng)然是與其教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)理念相符合的。反觀國內(nèi)的同類教材，由于涉及理論深度不夠，實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的廣度和深度都很小，即使學(xué)生想把實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫成科學(xué)論文形式，也是“巧婦難為無米之炊”。對(duì)比中美兩國的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材可以看出，美國教材更加注重實(shí)驗(yàn)本身包含的科研模式，將物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程與物理化學(xué)理論課程同等看待，并且將物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程看做是學(xué)習(xí)物理化學(xué)原理的重要途徑之一；而國內(nèi)教材仍然將物理化學(xué)實(shí)

9、驗(yàn)當(dāng)做理論課的附屬，做實(shí)驗(yàn)是為了鞏固理論課堂學(xué)習(xí)的知識(shí)。這種教學(xué)理念上的差異導(dǎo)致國內(nèi)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材的理論部分非常簡(jiǎn)略，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的層次不高，僅能達(dá)成有限的完成學(xué)習(xí)的教學(xué)目的；而美國教材則力求將每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目都當(dāng)做學(xué)生進(jìn)行科研訓(xùn)練的一個(gè)過程，所希望達(dá)成的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)出專業(yè)科學(xué)家和工程師。由此可見，國內(nèi)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材的編寫水平與國際化學(xué)界的主流尚有差距，必須加強(qiáng)教學(xué)改革和研究，迎頭趕上。參考文獻(xiàn)：1劉永梅，張晉芬，戴維林，等.新形勢(shì)下物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)與思考j.中國大學(xué)教學(xué)，2014(10)：88-91.2鄧玲娟，徐維霞，魏永生.物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程中學(xué)生科研素養(yǎng)的培養(yǎng)j.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2014

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