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淺議物理化學(xué)實驗仿真軟件的作用論文
摘要:以物理化學(xué)“凝固點降低法測定物質(zhì)摩爾質(zhì)量”實驗為例，闡述了以Labview程序為基礎(chǔ)的仿真實驗在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力方面的應(yīng)用。通過對不同歷史時期實驗方法的仿真操作，使學(xué)生體會到隨著技術(shù)的進(jìn)步，實驗方法改進(jìn)的背景和思路，對啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維起到了積極作用。
關(guān)鍵詞:創(chuàng)新人才;物理化學(xué)實驗;仿真實驗
創(chuàng)新人才是指具有創(chuàng)新意識、創(chuàng)新思維、創(chuàng)新能力的人才［1］，其核心是不因循守舊，能在細(xì)微處發(fā)現(xiàn)問題、并解決問題。物理化學(xué)實驗是一門綜合性很強(qiáng)的實驗課程，其背后思維邏輯嚴(yán)密、方法多樣并緊隨時代技術(shù)不斷進(jìn)步，所以給學(xué)生提供了更多的思維和想象空間，對培養(yǎng)化學(xué)專業(yè)學(xué)生的創(chuàng)新思維具有不可或缺的作用，但在實踐過程中經(jīng)常會出現(xiàn)以下問題:①實驗儀器臺件數(shù)偏少，不能保證每個學(xué)生能夠掌握所有實驗細(xì)節(jié)。②有些實驗原理和設(shè)備與實驗要求存在偏差使實驗準(zhǔn)確度和重復(fù)性較差。③絕大多數(shù)物理化學(xué)實驗均涉及到儀器的使用和操作，給學(xué)生的預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)帶來了較大的困難。④傳統(tǒng)實驗教學(xué)方法難于突出培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的目的。鑒于以上情況，我們嘗試在教學(xué)模式上進(jìn)行改革，通過仿真實驗彌補(bǔ)以上缺陷。通過實踐證明，該方法有效的提高了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，并且使實驗器材的損耗降到最低。
1物理化學(xué)實驗仿真軟件的編寫方法
Labview是美國NI公司推出的基于圖形化的編程語言，主要用于編制虛擬儀器軟件。其編程方式是通過數(shù)據(jù)流實現(xiàn)的，編程的圖標(biāo)用來表示函數(shù)，數(shù)據(jù)流的流向則用連線表示。在仿真過程中，Lab-view強(qiáng)大的圖型化編程語言和直觀的圖形化環(huán)境，使程序開發(fā)更為快捷［2］，實現(xiàn)了計算機(jī)和仿真的一體化，實質(zhì)上計算機(jī)控制的是每個實驗儀器，通過后面板的程序框圖來實現(xiàn)對前面板可視化儀器的控制，從而達(dá)到我們所需的目的和要求，借助這一點可以實現(xiàn)物理化學(xué)實驗仿真程序的高度真實性和可操作性。
2在物理化學(xué)實驗仿真軟件中體現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的目的
在實驗中培養(yǎng)創(chuàng)新人才很重要的一點就是要讓學(xué)生在實驗中學(xué)會發(fā)現(xiàn)問題，而不僅僅是簡單的接受實驗事實。通過在仿真軟件中把不同時期和不同條件下的實驗方法和結(jié)果體現(xiàn)出來，可以給學(xué)生更多的思考空間，對創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)顯然可以起到有益的作用。下面以“凝固點降低法測定物質(zhì)摩爾質(zhì)量”實驗仿真軟件為例作進(jìn)一步說明。“凝固點降低法測定摩爾質(zhì)量”是物理化學(xué)中的經(jīng)典實驗，該實驗操作復(fù)雜，技術(shù)要求較高［3］，涉及溶液、相平衡(可逆與不可逆平衡、新相生成)、高精度溫度測定等諸多問題，學(xué)生初次實驗難度很大。為了解決這個問題我們編制了該實驗的三個仿真程序，操作界面如圖1、圖2和圖3所示。這三個仿真程序分別反映了上世紀(jì)90年代以前，2000年左右和目前最新的實驗方法，學(xué)生通過這幾個仿真實驗明白了圖1為什么要使用上下攪拌的方式，圖2相比圖1有哪些改進(jìn)但是又產(chǎn)生了哪些問題，為什么圖1和圖2的裝置測量結(jié)果總是偏低，圖3的裝置為什么通過阻止液體在樣品管壁上優(yōu)先結(jié)晶、同時當(dāng)體系中出現(xiàn)結(jié)晶時對樣品散熱進(jìn)行補(bǔ)償就可以得到精確的實驗結(jié)果，所有這些使學(xué)生更加勤于思考。
3結(jié)語
經(jīng)過仿真程序在教學(xué)上的應(yīng)用，學(xué)生對于即將做的實驗，產(chǎn)生了濃厚的興趣。加深了學(xué)生對實驗的理解和思考能力，對培養(yǎng)創(chuàng)新型人才具有較大的幫助。
參考文獻(xiàn):
［1］孫世志．研究性物理實驗與大學(xué)生創(chuàng)新素質(zhì)培養(yǎng)［D］．大連:大連理工大學(xué)，2006．
［3］梁碩，趙冉．基于Labview編程語言的圖像處理技術(shù)淺述［J］．信息技術(shù)，2012，10(11):78－79．
［4］牟維君．凝固點降低法測定摩爾質(zhì)量實驗的改進(jìn)［J］．中國西部科技，2009，25(8):22－23．
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