计算机在基础化学实验当中的应用

【摘 要】随着科学技术的进步,教学手段得到不断地更新,计算机应用到基础化学实验当中,使教学效果得到大幅提高,实验劳动强度大幅降低.采用计算机采集和处理实验数据,已成为未来基础化学实验的大势所趋.

【关 键 词】计算机教学效果采集处理基础化学

中图分类号：G642424文献标识码：A文章编号：

随着科学技术的进步,教学手段得到不断地更新,网络技术和计算机技术应用于教学之中,使教学效果得到较大幅度的提高.当前,利用计算机技术进行实验数据的采集和处理是化学实验方法和手段改革的一个重要方向[1]-[2].它将大幅度提高实验教学效果,降低实验劳动强度.因此,计算机技术应用于实验教学是当今科学发展的趋势.

我校基础化学实验数据采集和处理中心2012年立项,依靠地方共建项目资助,2013年9月建成使用.任课教师编写《物理化学实验指导》,该书后附实验数据处理程序,在辅助物理化学实验课的教学中发挥了重要作用.

1计算机应用在基础化学实验当中的依据

基础化学实验,如：物理化学实验由于实验仪器使用量大,许多实验装置现在都具备了计算机数据采集条件,同时,物理化学实验（个别无机与分析化学实验）数据处理多数是作图取直线的斜率、截距,学生一直是手工采集和绘制,既不准确,又费时费力.在一定程度上影响了学生学习实验课程的积极性,也浪费了学生大量的宝贵学习时间.应用计算机进行绘图、处理实验数据,对学生也是另一种能力的培养.在学生的毕业环节、研究成果的学术论文的撰写中都是有实际意义,可以说这方面的能力也是学生实验技能中的重要部分之一.

由于我校每个学期学习无机与分析化学实验、有机化学实验、物理化学实验、化工原理实验的学生有70多个班近2000余人,如果每个班的学生都浪费大量的时间进行实验数据采集和数据处理,对学生学习将是一个较大的负担,会花费掉学生大量的宝贵学习时间,也会影响其对学习其它课程的学习.因此,使用计算机进行数据采集和数据处理,使其在教学中发挥最大作用,变得十分重要.

1.1硬件资源

依靠地方共建项目支持电脑六十台,用于建设基础化学实验数据处理和采集中心.这些电脑一部分和实验设备相连,用于数据采集；一部分作为学生处理实验数据用.保证学生有足够的电脑进行实验操作和数据处理.

1.2软件资源

购写了南京大学应用物理研究所研制的合金相图等软件,支持数据采集系统.任课教师编写《物理化学实验指导》,并在该书后面附如何使用计算机进行数据处理的内容.简便易懂的实验操作和实验处理方法,保证学生在实验过程中快速而独立完成.

2计算机应用在基础化学实验当中的优越性

传统基础化学实验,学生用于采集实验数据和处理实验数据的时间较长,且往往得出的数据准确性和可靠性也不高.因此,为了提高实验数据的准确性和可靠性,我校建成基础化学实验数据采集和处理中心.这不仅改善了学生的实验操作条件,还调动了学生动手操作实验仪器的能力,为以后做专业实验,以及做毕业设计论文,都有不小的帮助.

2.1有无计算机操作环境下实验数据处理对比

学生在计算操作环境下,Excel绘制实验数据曲线和学生在无计算机操作环境下,采用手绘实验数据曲线,见图1-图2.从图中可以看出,有数据采集系统以后,学生只要按照指导老师的讲解,做出数据,数据采集系统就会自动绘制出理想曲线,这样,即降低了学生实验操作难度,还大大提高了实验准确性；而手绘的曲线有些实验数据点不合理,学生也无法看出,导致最后整个实验得出结论有很大偏差.因此,计算机绘图,对学生的实验操作显得越来越重要.

2.2提高学生实验操作积极性

传统基础化学实验操作时间长,学生在做完实验以后还得进行手绘实验数据图,而且由于受实验条件,以及操作不当等因素的影响,实验数据往往很不准确,绘制出的数据图形往往误差很大,日积月累造成学生厌学的倾向.引进数据采集系统以及计算机处理实验数据以后,大大调动了学生的实验积极性.老师在对学生进行实验指导,以及仪器操作以后,学生可以快速而准确地操作实验仪器,并得出较理想数据.然后再到实验数据处理中心进行数据处理,从而得出理想曲线.学生不仅节约了大量的实验操作时间,还熟练了Excel软件使用,使复杂而枯燥的化学实验,变得既简单又快捷.

2.3提高学生的计算机应用能力

学生在进行实验数据的处理时,要采用Excel2000和Origin6.0等软件进行数据处理和绘制曲线.每个学期,学生的物理化学实验项目均在4到8个,学生往往在掌握了前两个实验项目实验数据处理的方法以后,后面几个实验的数据处理学生自己设计公式,主动上机处理实验数据,从而能够最短的时间内得到所求结果,在第一时间内学生了解自己实验结果的优劣.这不仅提高了学生的计算机应用能力[3],还增强了学生对处理实验数据的乐趣和兴趣,可谓一举两得.

3.计算机应用在基础化学实验当中的推广

2013年下半年开始,物理化学实验就率先开始采用计算机处理和采集实验数据.先后有12级、13级共计约70余个班级,近2000余名学生使用计算机处理和采集实验数据.这些学生所在专业包括轻化工程、无机与非金属材料、应用化学、食品科学与工程、生物工程等12个专业（见表1）.只要学习物理化学的学生,已经全部使用了计算机采集和处理实验数据.

4.展望

计算机应用到基础化学实验当中,是未来基础化学实验的大势所趋.目前,我校的基础化学实验还未能做到,所有需要数据采集的实验,均有数据采集设备.另外,计算机应用到基础化学实验,也为计算机应用到其他专业实验提供了参考.更为学生今后做毕业设计论文打下了夯实的基础.

计算机采集和处理数据,不仅可以应用到基础化学的实验当中,也可以应用到其他实验课当中.学生有了基础化学计算机操作的基础,再做其他实验,只要明白计算机操作原理,就能轻松而熟练的操作,并能准确得到理想数据.可以说,应用前景十分广泛.

【参考文献】

[1]徐维清,孙尔康,吴奕,等.溶解热测定实验的自动测控系统[J].大学化学,2000,15（5）：41-42.

[2]孙虹,陈红,王章彪,等.基础化学实验教学体系教学改革的实践与探讨[J].合肥学院学报,2007,17（4）：87-90.

[3]梁世强,陆益民.模拟化学实验室的创建与教学效果初探[J].实验室研究与探索,2005,24（2）：8-9、16.