摘要：物理化学实验是本科高校化工类专业普遍开设的一门基础必修课程，文章针对该课程传统的教学方法存在的问题，从可视化实验教学、专业计算机软件的应用、虚拟仿真教学、线上辅助教学四个方面进行了分析与探讨，提出了充分利用现代信息技术的优势，进一步优化教学方法等措施，提高了教师团队的专业教学水平，调动了学生的学习积极性，拓宽了学生的知识面，增强了分析和解决专业问题的能力。

　　关键词：物理化学实验；教学改革；信息技术；高等院校

　　0引言

　　近年来，我国的经济和社会得到了快速发展，人民生活水平持续提高。其中，以煤炭、石油、冶金、能源、材料、医药等为代表的化学工业发挥了关键作用。在此背景之下，大力培养化工方面的专业人才是目前乃至今后高校的重点工作之一[1]。

　　本科生是高校教学工作的主要对象，本科阶段的专业教学是化工人才培养的重要环节。在众多的专业课程当中，物理化学实验是化学工程、应用化学、材料化学、环境工程等化工本科专业的基础必修课程之一[2]。与其他专业课相比，物理化学实验更侧重于理论与实践的有机结合，从化学反应和化工生产角度出发，借助于物理学的理论与方法，从微观层次上研究并揭示化学变化过程中所具备的普遍规律[3]。所以，物理化学实验是一门将微观与宏观相互联系、将认识上升到理论、推动技术进步与应用的重要专业课程。长期以来，物理化学实验相关的教学和研究工作得到了高校的普遍重视，取得了积极的成果。另一方面，随着社会进步和生产发展，人们对化工人才的专业素质提出了更高的要求，客观上需要继续提高该课程的教学水平[4]。

　　物理化学实验课程的有关知识与自然科学和人类实践密切相关，教学过程离不开有关理论与方法的支撑。可以说，物理化学实验教学与理论的传授相辅相成，缺一不可。在努力推进理论教学水平的同时，需要重点加强实验课程的研究与实践。在以往的实验教学中，任课教师一般采用演示、探究、案例和小组合作等传统方法开展工作，教学模式相对单一，授课效率有待提高[5]。近年来，随着科学技术的不断进步，以网络、软件、视频、虚拟仿真、多媒体、在线课程平台等为代表的信息技术得到广泛应用，为实验教学的改革和创新奠定了良好的基础[6]。

　　本文从上述背景出发，针对物理化学实验课程内容、目标和发展趋势，重点探讨了信息技术在实验教学中的应用，同时对取得的实践成果进行了分析总结。

　　1教学现状与存在问题

　　物理化学实验的教学内容主要来源于理论课的有关知识，大多包含了热力学、化学平衡、相平衡、电化学和动力学等相关内容。由于物理化学课程较强的逻辑性、抽象性和理论性，学生普遍对有关实验原理认识不足，理解不够深入。例如，在原电池电动势测定实验中，部分学生不了解原电池的反应规律和内部结构，为实验教学的顺利开展带来了一定困难。与其他化工类专业课程实验相比，物理化学实验侧重于物质性质的测试、化学反应规律的研究，实验设备的构造和操作大多较为复杂。教师在传统模式和有限的授课过程中，难以让所有学生充分掌握设备的工作原理与操作方法。例如，燃烧热的测定实验包含了量热计、压片机、万用电表、充氧器等设备，需要在完成样品称量、压片、装样、充氧的基础上，利用量热装置测量体系温度与反应时间的关系，这对学生的操作和协作能力提出了较高的要求。另外，学生需借助化学、物理、数学等相关学科知识和方法进行实验数据处理、分析。由于专业基础水平参差不齐，部分学生无法独立完成并获得正确结论，影响了实际授课效果。从上述教学现状的研究和分析可以发现，传统的教学方法与模式不能充分调动学生的积极性，难以全方位传达课程理论知识。另一方面，传统的教学过程往往局限于课堂时间，无法有效利用课余时间开展教学工作，很多学生把做实验当成了走过场，教学效率较低。

　　2研究内容与教学方法

　　针对物理化学实验教学现状和存在问题，在传统教学方法的基础上，充分利用现代信息技术的优势，进一步优化了研究内容与教学方法，具体如下。

　　(1)实验教学视频的制作与应用。根据物理化学课程内容和教学目标，教师充分利用实验教学资源、设备和实践经验，录制了燃烧热的测定、液相反应平衡常数的测定、二组分体系金属相图的绘制、原电池电动势的测定、电导法测定弱电解质的电离常数、旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数等实验教学视频。有关视频涵盖了实验原理、操作方法和注意事项，通过视频演示与讲解向学生更为直观、具体地传达学习内容。

　　(2)绘图软件的优化与教学。针对实验教学过程中涉及的物质组成、设备构造和数据处理问题，重点研究了ChemDraw、AutoCAD、Origin等相关绘图软件的优化和使用方法。从学生的学习基础和习惯出发，将这些软件系统融入分子结构式、反应流程、装置设计、线性拟合等关键绘图教学环节。在制图过程中锻炼学生的逻辑思维、空间想象、专业设计的能力。

　　(3)虚拟仿真实验的利用与开展。在教学过程中，根据实际情况需要，采用合作开发、市场采购等形式引进物理化学课程相关的虚拟仿真实验项目。首先，安排教师参与虚拟仿真实验的操作和管理方法的学习，优化课程内容与教学环节。其次，向学生系统传授仿真实验的原理、操作、数据的采集和处理方法。同时，完善相应的监督、考核体制，提高学生的学习主动性和效率。

　　(4)网络课程平台的建设与运行。在传统课堂教学的基础上，将网络、多媒体等信息技术和教学资源深入融合并用于网络课程平台的建设。在课前，通过网络课件、教案、讲义等平台资源加强实验原理和方法的传授，激励学生提前做好预习工作；在上课时，利用在线平台的投票、测验、留言等方式加强师生互动，及时掌握学生的学习情况；在课后，通过课程平台发布作业，及时完成实验报告的在线批改，将存在问题及时反馈给学生，做好课程后续的改进和提高。

　　3教学实践与成效

　　通过近年来的教学研究与实践，在基于信息技术的物理化学实验教学方面取得了积极的进展和成效，以下从可视化实验教学、专业计算机软件的应用、虚拟仿真教学、线上辅助教学四个方面进行总结。

　　3.1可视化实验教学

　　在传统的教学过程中，教师一般都采用课堂讲授和手动演示的形式为学生讲解实验原理与操作方法。受到有限空间、时间的影响，很多学生难以理解并掌握有关知识和方法。例如，教师使用仪器进行现场演示时，部分学生由于位置距离较远而无法看清楚操作细节，没有及时进入学习状态。考虑到这些现实问题，本教师首先根据课程教学大纲和人才培养方案，策划了并编写了教学任务内所有8个物理化学实验的视频脚本。这些实验包括燃烧热的测定、液相反应平衡常数的测定、乙醇-环己烷气-液平衡相图、二组分体系金属相图的绘制、原电池电动势的测定、电导法测定弱电解质的电离常数、乙酸乙酯皂化反应速率常数的测定、旋光法测定蔗糖转化反应的速率常数。在数字化拍摄过程中，教师围绕实验的重点和难点内容进行详细讲解、演示，并且通过数字虚拟背景对授课过程予以美化。同时，借助于多机位拍摄手段，从不同角度还原实验的现场细节，对仪器按键、接口、显示屏等关键部位画面进行放大、特写处理。另外，对于部分重要的操作视频，例如样品的称量、溶液的配制、设备的运行和数据的采集等，放慢其播放速度并添加相应的字幕、动态效果进行提示。在所有实验视频中，均录制了原声讲解音频，方便学生从视觉和听觉的不同角度来进行学习。

　　通过上述实验视频的录制和应用，学生对实验的操作方法和步骤有了更为直观、深入的认识。例如，在原电池电动势的测定实验中，学生通过观看视频演示、收听音频讲解，进一步系统了解原电池的工作原理、电解质溶液的配制、电极的使用以及数字电位差计的测试方法。在此基础上，显著改变了以往实验教学过程中学生参与度低、积极性不高和效率低的不利局面。另一方面，在疫情防控期间无法正常开展线下实验教学的情况下，教师将实验视频资源上传至网络供学生远程观看学习，克服了疫情带来的不利影响，顺利完成了教学任务，取得了较好的成效。

　　3.2专业计算机软件的应用

　　物理化学实验与化学化工专业的相关知识和实践密切相关，也涉及到数学、物理等理工科内容。在现代教学过程中，仅仅依靠传统的讲授和演示方法难以全面提升教学效率。因此，根据课程特点和计算机技术，教师重点研究了专业计算机软件在教学中的应用。

　　针对部分结构较为复杂的物质，教师采用ChemDraw、Chem3D、GaussView等专业计算机软件对分子结构进行了绘制，获得了相应的平面和立体结构图并用于教学中。通过软件绘制蔗糖、葡萄糖等糖类化合物的分子结构，学生对这些物质的化学组成和空间形状有了更为深入的认识，为后续的数据处理和分析提供了便利。

　　使用AutoCAD、Visio、Aspen等专业计算机软件对实验过程中涉及的反应流程和设备结构图进行了绘制。例如，重点绘制了燃烧热的测定流程、分光光度计的光学系统、气液平衡相图实验中的沸点测定仪、原电池电动势测定中的铜锌电池、旋光仪等实验流程图和装置图。通过在讲授、演示等关键教学环节中引入上述制图，让学生更加形象、生动地了解和学习反应过程、操作步骤、设备构造与工作原理，扩宽了学生的知识面。

　　数据图的绘制是物理化学实验的重点和难点。传统的手绘虽然简便，但普遍存在着误差大、精度低的问题。近年来，教师大力研究并采用Origin、Excel等软件进行数据图的绘制教学。其中，主要开展了数据的线性拟合和曲线图的教学工作。例如，在燃烧热的测定实验中，通过软件制作雷诺曲线图；在二组分相图实验中，利用软件绘制平面相图；在液相反应平衡常数的测定实验中，采用软件对不同浓度下的吸光度数据进行线性拟合，获得相应的吸收方程参数。在此基础上，进一步提高了数据处理和分析效率，增大了数据的准确度。

　　3.3虚拟仿真教学

　　虚拟仿真是一种新兴的教学方法，通常在实践经验和计算机技术的基础上，将实验内容与虚拟现实技术相结合。通过计算机和网络呈现出贴近实际的虚拟操作环境，从而进一步提高学生的学习兴趣和参与实验教学活动的积极性。在信息技术发展和应用型人才培养的趋势下，为了不断提高教学水平与学习效率，教师通过合作、采购等方式引进了物理化学实验的相关虚拟仿真教学课程。

　　根据实验室现场教学环境，在虚拟仿真平台中融入实验台、通风橱、实验设备、药品、耗材等必要实验硬件条件。同时，在每次实验开始前，通过文字、图表和动画等方式向学生讲授实验安全、反应原理以及操作方法。其中，重点对实验室用电、防火和药品安全进行讲解，增强学生的安全责任意识。

　　根据化工类不同专业的人才培养需要，同时针对学生的学业特点，在课程虚拟仿真教学过程中安排个性化、多样化的环节。例如，对于化学工程与工艺专业的学生，在实验教学中设置了反应物料和能量的衡算任务，考查并培养学生的工程应用能力；对于环境工程专业的学生，设置了实验废弃物处理和环境评价内容，激发了学生的环境保护意识，培养了分析和解决环保问题的能力。

　　完善虚拟仿真教学的监督和考核办法，获得了较好的效果。例如，利用计算机程序对学生的操作过程进行全程监督，及时发现问题并做提醒，从而更正错误、提高操作水平。同时，在实验结束后，及时向学生反馈成绩，督促其做好后续的改进工作。

　　3.4线上辅助教学

　　在新工科建设和应用型人才培养的背景下，需要全面加强化工类专业学生的培养，开发新型的教学模式是高等教育工作的重点。近年来，信息技术的快速发展为教学模式的改革创新带来了宝贵的机遇。广大教育和科技工作者借助信息技术、网络和计算机等媒介，开发了超星学习通、雨课堂、智慧树等在线教学平台，促进了线上教学工作的开展。本课程教师十分重视线上教学工作，取得了较好的成效。

　　(1)积极参加校内外学术交流，广泛学习国内外线上课程的先进教学方法和经验，丰富了专业理论知识，提高了在线平台的建设能力。在此基础上，依托中国大学MOOC、超星学习通、雨课堂等平台，建立了物理化学实验在线课程，为线上辅助教学奠定了基础。

　　(2)系统整理并修订了相关人才培养方案、教学大纲、教案、课件、试题等课程材料，同时将上述资源上传至线上平台并进行了优化配置。例如，把所有实验课程资源按照热力学、电化学、动力学、相平衡等主要知识板块进行了分类，加强了知识点和实验方法的关联。突出实验原理，简化操作过程，使学生更容易掌握学习中的重点，从而达到节约时间、提高效率的目的。同时，在平台上开通师生在线互动模块，方便师生在课堂内外随时进行互动交流。一方面及时为学生答疑解惑，另一方面也拉近了师生之间的距离，营造了更为和谐的教学气氛。

　　(3)利用在线平台在课前发布预习资料，提醒学生做好预习工作，减少实验过程中的盲目操作和主观误差。同时，在课后督促学生及时完成数据处理、实验报告等学习任务，保障了教学工作的顺利开展。除此之外，教师还通过在线平台进行了问卷调查、安全知识测验、案例宣讲等教学辅助工作，形成了适用于本课程的线上线下混合式教学新模式。

　　4结语

　　本文从化工类专业物理化学实验课程的教学内容、目标和发展趋势出发，针对传统教学方法存在的问题，重点探讨了信息技术在实验教学中的应用。首先，通过数字化技术拍摄并制作了教学任务内所有8个实验教学视频，使学生对实验的操作方法和步骤有了更为直观、深入的认识。有关视频为远程教学提供了便利，在疫情防控期间发挥了重要作用。其次，将专业计算机软件应用于绘制物质分子结构、反应流程、仪器设备、数据图等实验教学过程中，拓宽了学生的知识面，提高了数据处理和分析能力。再次，通过计算机和网络还原实验环境与操作过程，如物理化学实验的相关虚拟仿真教学课程，进一步提高了学生的学习积极性。最后，依托中国大学MOOC、超星学习通、雨课堂等平台，建立了在线实验课程，为线上辅助教学奠定了良好的基础，形成了适用于本课程的线上线下混合式教学新模式。

　　在下一步的教学工作中，还需要进一步深入探索物理化学理论与实验方法，更为系统、全面地挖掘信息技术的潜力，做好教学与技术的融合。同时，着眼于化工类应用型人才的培养，不断提高学生的理论和实践能力，更好地服务于社会和经济发展的需要。

　　参考文献：

　　[1]郝海刚，郭艳，张晓红，等.新工科背景下化工专业人才培养模式的构建与探索[J].化工高等教育，2022，39(2)：53-60.

　　[2]赵洪波，尉靖，赵东江，等.产出应用为导向的物理化学实验思政教学的改革与探索[J].化工管理，2023(22)：48-51.

　　[3]苗常青，赵二劳.理论与实践相结合的物理化学实验教学改革策略[J].轻工科技，2019，35(12)：192-193.

　　[4]李金辉，王燕，王瑞祥，等.工科院校物理化学实验课程教学改革探讨[J].广东化工，2021，48(23)：210-212.

　　[5]张丹，杨奇超，程治国.物理化学实验教学探究[J].山东化工，2021，50(7)：205，208.

　　[6]谢爱娟，刘文杰，孔泳，等.新工科视域下虚实结合的物理化学实验教学改革探索[J].化工高等教育，2022，39(4)：68-73，115.