1提高学生对物理化学理论课程知识的理解和掌握
物理化学实验过程中可以很好地将理论课程上所学习到的定律、公式应用到解决实际问题上．以蔗糖水解反应的速率常数为例，第一组同学按照传统教学过程，首先学习一级反应动力学方程ln［A］0［A］=kt，讨论一级反应动力学的特点以及半衰期等．学会利用动力学方程求算时间、物质浓度、速率常数、半衰期等数据，然后按照给定的实验步骤进行蔗糖水解反应速率常数的测定实验．第二组同学参照实验设计教学过程，首先提出目标，需要测定蔗糖水解反应的反应速率常数k，然后学习一级反应动力学方程的推导过程，介绍一级反应动力学的特点．学生讨论如何设计实验测蔗糖水解反应的反应速率常数k:蔗糖在酸的催化下的水解反应可看作准一级反应，利用一级反应动力学的公式ln［A］0［A］=kt，从公式ln［A］=－kt+ln［A］0中可以看出以ln［A］对t作图得到一条直线，斜率为－k，因此需要测量不同t时刻［A］的浓度，然后以ln［A］对t作图得到一条直线，通过斜率即可求得反应速率常数．此时教师可提出测量某一时刻物质的浓度一般有两种方法:化学法与物理法，其中物理法更方便操作．
所谓物理方法就是利用某些物理性质与物质浓度的依赖关系，使用物理仪器快速准确测定出某一时刻的物理性质，再转换成物质浓度与时间的关系．根据蔗糖水解反应中反应物和产物都是有旋光性的，可以选择旋光度这个物理性质作为浓度和时间之间关系式的桥梁．利用旋光度与浓度的关系将反应动力学方程中浓度和时间的关系转换成旋光度和时间的关系，因此只需要测定不同时刻体系的旋光度值就可以求算出反应速率常数k．学生选择需要的实验仪器和实验材料，设计具体的实验步骤，教师对整个流程进行评价和改进，最后在具体的实验过程中验证结果．实验结束后讨论问题:为什么要进行零点校正，可用什么物质进行零点校正，蔗糖的初始浓度对实验测定有没有影响等等．在学完二级反应动力学以后，教师还可提出延伸问题:如何利用电导率测定乙酸乙酯皂化反应(二级反应)的速率常数?第二组同学大致可以提出相应的实验过程，而第一组同学则大都不知道该如何处理．两组学生比较，第二组学生对公式的利用、实验过程的处理等都较第一组学生要好．通过整个实验设计流程，学生可牢牢记住相应的动力学方程公式，同时会对具体的实验操作过程进行积极探索，对以后理论知识的学习也有很好的促进作用．
2激发学生自我学习和自我思考的兴趣
很多时候，学生不知道物理化学中的理论和定律有什么具体用途，因此学习起来没有兴趣，只是被动地背诵公式定律．物理化学实验设计过程的教学环节能够激发学生的主观能动性，提高学生自我学习和思考的能力．以燃烧热的实验测定为例，两组学生首先学习理论课程中燃烧热的定义，理解恒压热效应与恒容热效应的区别．利用氧弹式量热器分别测定待测样品和基准物质在量热器中完全燃烧引起的温度升高值，再利用基准物质已知的燃烧热来计算待测物质的燃烧热．现在的实验装置大都采用自动化和计算机处理，第一组学生除了简单掌握量热器和压片机的使用方法外，对物性燃烧热方面的信息知之甚少，学生也没有太大兴趣去深入讨论和研究．第二组学生采用实验设计过程的教学方法，首先指导教师介绍燃烧热在实际生活中的各种应用，例如燃烧焓的测定广泛应用于各种热化学计算中，测定有机物的燃烧焓，可计算相应的生成焓数据，从而可以了解其稳定性、反应性、生成机理、分子结构、能量规律等特点，对于掌握该化合物特定组成等有重要意义．氧弹量热法也广泛应用于污泥、废物、煤发热量的测定等等方面，对于泥煤的深度开发和综合利用有广泛意义．通过这些知识的讲解，让学生首先对即将学习的实验有一个背景认识，知道将来在哪些方面可以有广泛的用途，从而激发学生的主动学习兴趣．然后再介绍氧弹技术的原理和燃烧热测定实验的基本过程，这时学生对实验课程的理解和掌握就会有明显提高．采用这种教学过程的第二组学生与第一组学生相比，首先在听课过程中注意力就有明显提高，思维也能随着教学内容灵活转换，在实验过程中也能够自己分析和处理一些常见问题，这些都是学习兴趣被激发出来的结果．因此，实验设计教学过程可以激发学生的学习兴趣．
3提高学生的科研创新和分析解决具体问题的能力
创新是科研工作的灵魂，教学过程中应加强培养和提高学生的科研创新能力．对于物理化学的各个研究方向来说，物理化学的实验设计过程在不同程度上会对学生的创新精神和分析解决实际问题的能力具有积极的作用．以凝固点降低法测物质相对分子质量实验为例，两组同学首先同时学习稀溶液的依数性:加入少量溶质引起溶剂性质的改变，例如蒸气压下降、凝固点降低、沸点升高以及渗透压的改变．这些性质的改变值只与溶质的数量有关，而与溶剂的性质无关．利用一相为纯物质时两相平衡温度与组成的关系可以推导出相应的定量关系式．其中，凝固点降低这个依数性质是一种常用的测量相对分子质量的实验方法．第一组同学学习凝固点降低公式，知道凝固点降低的改变值与溶质的质量摩尔浓度成正比，能够通过题意利用公式求解出相应的数值．第二组同学在学习完凝固点降低公式后，引导学生利用此公式进行溶质相对分子质量测定的实验设计．
首先从公式推导中可以看出，公式中有我们需要最后求的MB，凝固点降低常数Kf可以查得．所需要的就是纯溶剂的凝固点和加入少量溶质后溶液的凝固点Tf的值．所以整个实验设计的关键就在于如何测定液体的凝固点．所谓凝固点是指一定压力下，随着温度的降低，液体中逐渐出现凝固现象，固液两相平衡时的温度．引导学生自己选择实验器材设计实验:要想测得凝固点，就需要将待测液体放到一定的冷却介质中，例如冰水混合物，还需要精密温度计随时监测液体中温度的变化．此时教师给出提示:凝固点的准确测定并不容易，包括固液平衡的判断以及凝固热的放出对测量的影响等等，因此采用步冷曲线法测定相应的凝固点更为常用．学生讨论具体的实验步骤，教师进行指导修正，完成实验设计过程．两组同学同时开展凝固点降低法测定溶质相对分子质量的实验，通过实验过程中的比较可以看出，第一组同学大都只能按照书上的步骤进行机械操作，在操作过程中不知道何种因素会对实验产生影响，更不明白怎样对实验进行改进．而经过实验设计过程的第二组同学大都对实验细节比较注意，例如为什么需要冷冻管和空气套管，冷冻管要竖直放置，不要靠在空气套管上，还有冰浴槽的温度、磁子的搅拌速度对实验测定的影响等等．在实验结束后，第二组同学在实验数据的分析处理上也较第一组好，能够利用步冷曲线法合适地得到相对准确的凝固点数值．第一组同学在思考题的解答上也与第二组同学有明显差距，大都不明白一些针对实验过程的问题如何进行分析解答:例如溶质的量是否加入的越多越好，冰浴槽的温度过高或过低对实验数据有什么影响，高温高湿季节做此实验是否会影响准确度等等．
4结语
物理化学实验设计过程对物理化学的学习是能够起到积极作用的，主要体现在以下一些方面:1)学生对理论知识更能深刻记忆，且能够熟练应用相应公式;2)学生对物理化学的研究方法和实验的具体操作过程更加理解和熟练;3)能够分析设计实验过程，对实验过程中出现的问题能够发现和合理解决．这些方面都会激发学生的学习兴趣，培养学生实践创新能力，为以后的科研工作奠定良好的基础．物理化学实验的设计过程对学生的学习能力具有很好的培养促进作用，既可以促进理论课程知识的深刻掌握，又可以培养学生的实践创新能力，同时实现理论课与实验课的完整对接．当然，如何能使更多的知识点联系到具体的实验设计过程中，如何能更好地引导学生创新思维，如何选择合适的内容进行理论与实验设计结合等等内容，都是值得进一步探讨的问题．
作者：赵伟 单位：南阳师范学院化学与制药工程学院
