工程化学电化学实验的改革与创新
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摘 要：针对工程化学电化学实验教学出现的问题，对实验装置、实验方法和实验思路进行改革与创新。结果表明，改革与创新取得了良好的教学效果。
关键词：工程化学；电化学实验；改革；创新
在兰州交通大学，工程化学既是土木工程等学院学生的必修课，也是其他学院学生的选修课，在大学生知识体系的构建中起着重要作用。部分学院的工程化学实验安排了四个必做实验，此外还安排了一些选做实验，电化学实验是必做实验之一。在实验教学中笔者发现，学生对电化学实验的兴趣最浓，实验中提出的问题最多。笔者将多年来收集的实验信息加以提炼，对实验装置、实验方法和实验思路进行改革与创新，提出了新的实验方法和实验思路，进行改革与创新，取得了良好的教学效果。
一、实验装置的改革和创新
工程化学实验指导书和很多教材都以双缸式原电池装置解释原电池的工作原理并以此为基础安排工程化学实验。实验中学生经常会问：为什么我们日常见到的电池与双缸式原电池有很大差别？原电池还有什么样的结构？盐桥的作用是什么？盐桥能不能去掉？什么样的物质可以做盐桥？针对实验教学中的问题，笔者改革了实验装置（如图1），并对盐桥的作用进行了验证，其中多孔隔板的设计能够充分验证盐桥的性质。在实验中，让学生用棉花、玻璃纤维、玻璃纸、高分子材料、生物材料塞住或蒙住多孔隔板，实验原电池的性质，发现这些物质都能起到盐桥的作用。如果用聚乙烯等塑料塞住或蒙住多孔隔板，发现聚乙烯等塑料没有盐桥的性质。经过试验，很容易得出结论：凡是能让离子穿过，产生定向运动的物质，都具有盐桥的作用。实验装置的改革使学生对原电池的结构和工作原理有了更清晰的认识，对前面提出的问题也能进行较好的解释。
二、实验方法的改革和创新
工程化学实验教学大纲要求完成实验指导书中规定的实验内容。笔者在教学中除了完成教学大纲规定的实验项目外，在不增加实验工作人员准备工作量的条件下，进一步改革实验方法，让学生进行研究性实验和创新性实验。例如：采用不同的材料进行实验，研究盐桥的作用和工作原理；采用不同的金属实验电极的性质；将几个组的学生制作的原电池串联起来，用串联电池组给收音机供电或收听广播电台的节目；测量不同电极材料的原电池的电动势和内阻，等等。学生可以超出实验指导书的内容和步骤去设计和实现自己的想法，通过动手、观察、思考和讨论，加深对理论知识的理解，完成对实验现象的解释。实验方法的改革将学习、生活、探索和创新结合在一起，提高了学生对电化学的兴趣，激发了学生的创新动机，加强了实验效果。
三、实验思路的改革和创新
实验指导书中，氧化还原反应与电极电位的测定设置了原电池电动势的测定及浓度对电极电位的影响实验，通过定性的方式验证了浓度对原电池电动势的影响。虽然实验设置满足了工程化学教学大纲的要求，但在对工程化学原理的灵活运用方面还是略显不足。针对这个问题，笔者提出了实验思路的改革方法，将定性验证浓度对原电池电动势的影响与定量验证浓度对原电池电动势的影响结合起来，在验证过程中引入Nernst方程计算。首先要求学生从理论上计算出原电池电动势的变化值，再做实验，比较理论值和实际值的差别。例如：在验证浓度对铜锌原电池电动势的影响时，实验前要求学生计算出电动势的理论变化值，再安装原电池Zn（s）"ZnSO4（0.1mol/L）||CuSO4（0.1mol/L）|Cu（s），在原电池的一个电极中加入一定浓度氨水或硫化钠溶液，分别测量加入前后原电池的电动势，计算出电动势的实际变化值，将理论值与实际值进行比较。如果理论值与实际值相差过大，就找出存在的问题。由于计算过程中涉及了Nernst方程计算、沉淀平衡计算和配位平衡计算，所以这种实验思路的改革，不仅圆满地解释了实验现象，还加深了学生对电化学理论的理解，使工程化学的各个章节之间有机地联系起来并和工程化学实验构成一个整体，理论教学和实验教学都得到了加强。
总之，电化学不论在物理学还是化学中都扮演着十分重要的角色。大胆地对工程化学电化学实验装置、实验方法和实验思路进行改革与创新，对推动工程化学实验的发展，加强工程化学实验与生活及生产的联系，提高学生的学习兴趣和工程化学实验的效果有着重要的促进作用。
参考文献：
[1]韩相恩.大学化学实验[M].兰州：兰州大学出版社，2006.
[2]袁书玉.无机化学实验[M].北京：清华大学出版社，2004.
[3]冯辉霞.工程化学实验[M].北京：科学出版社，2009.
[4]王懿萍.工程化学实验 [M].成都：西南交通大学出版社，2009.
作者简介：许力（1965— ），男，湖北武汉人，教授，研究方向：基础化学教学。