网络系统评价学生物理化学实验探讨

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[摘要]应用MATLAB软件和ASP.NET混合编程，构建评价学生物理化学实验结果的平台，具有重要的现实意义。本文以物理化学实验“最大泡压法测定溶液的表面张力”和“电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数”为例，探讨了所构建网络系统在评价实验结果中的应用。该系统不仅能对实验数据进行分析和计算，还能直观地绘制出相应的图形，从而方便学生在完成实验后快捷、客观、准确地评价所获得的实验数据，有效提升了物理化学实验的质量。

[关键词]物理化学实验；MATLAB；混合编程；网络信息系统；实验数据评价

物理化学实验是高等院校化学、化工、应用化学、材料、生物、环境、药学等专业必不可少的基础课程。由于物理化学实验常涉及许多数据的测量、图表绘制和繁杂的计算，学生在完成实验后无法及时有效地判断所得原始数据的合理性，甚至总有学生向教师询问其测量数据是否准确可靠。同时，完成物理化学实验报告的过程中，普遍采用作图法或最小二乘法对大量离散数据进行线性拟合以求得指定的物理量。这些传统的数据处理方法计算量大且引入明显的绘图误差，导致实验报告中易于出现差错，往往精确度较差，教师批改实验报告时不得不花费较多时间核查其价物理化学实验结果，既方便学生在完成实验后快捷、客观、准确地评价所获得的实验数据，又减轻了教师批阅实验报告的工作量，实现多学科交叉、线上线下相结合的教学模式，取得了令人满意的效果。下面分别以“最大泡压法测定溶液的表面张力”和“电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数”为例，说明所构建的网络系统在评价物理化学实验结果中的应用。

1实现过程

1.1评价系统的建立

[6]计算结果[1-5]。MATLAB是Mathworks公司推出的适用于科学和工程计算的数学软件系统，提供了多种线性与非线性拟合手段，精确度高，编程语言简单，可视性强，接口实现方便，可以很好地进行数据处理和绘图，并通过ASP.NET编程以网页的形式呈现在用户面前[6]。应用MATLAB软件和ASP.NET技术编写网络平台，在线评评价系统按文献创建。通过MATLABWeb服务器，在Internet环境下调用MATLAB，充分发挥了Internet和MATLAB各自的优势。用户端应用IE浏览器，通过Internet将数据发送到MATLABWeb服务器，并借助MATLAB强大的计算与绘图功能、大量稳定可靠的算法库，获得计算结果或相应图形，又通过Internet将结果返回给用户。

1.2操作方法

学生完成实验后，要求对所获得实验数据进行现场评估与讨论。(1)用手机或电脑上网登录系统；(2)找到相应的实验(如：最大泡压法测定溶液的表面张力)；(3)在页面上输入原始实验数据，并点击“计算”(用户端数据输入界面如图1所示)。系统即自动给出计算结果并绘出相应图形，学生与教师对系统计算的结果和绘图进行讨论，并要求将相关结果附在学生手工撰写的实验报告之后，方便教师在批改实验报告时查阅。若讨论结果指示该原始数据存在明显问题，则要求学生认真分析实验失败原因并重新操作一次，从而有效提高了物理化学实验教学的质量。

1.3应用实例

1.3.1《最大泡压法测定溶液的表面张力》表1《最大泡压法测定溶液的表面张力》实验原始数据作c/Γ~c图，得一直线，由此直线的斜率和截距可求常数Γ∞和K。计算结果如图2所示。曲线拟合是依据最小二乘法原理拟合一条偏差平方和最小的曲线，R2值代表拟合曲线的确定系数，用来检验拟合方程是否符合变量间的规律及拟合曲线的精度如何。R2值越接近1，说明实测数据点越靠近拟合曲线，趋势线越可靠[8]。由图2A可以看出，R2=0.9938，γ~c关系曲线能很好地符合原始数据点的变化趋向，表明其能正确反映实验溶液浓度和表面张力的关系。拟合曲线是单调的，符合表面张力随溶液浓度增加而单调下降的事实。由图2B的结果可看出，R2=0.9382，线性相关性不高，需要学生仔细分析实验中可能存在的问题并作出改进。1.3.2《电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数》(4)(4)式中：a，b分别表示两反应物的初始浓度，x表示经过时间t后消耗的反应物浓度，k表示反应速率常数。本实验设计两种反应物的起始浓度相同，即a=b，此时积分上式可以得到：(5)由(5)式可知，只要测得t时刻某一组分的浓度就可求得反应速率常数。通过测量皂化反应进程中体系电导随时间的变化，可以跟踪反应物浓度随时间的变化。液体的表面张力与温度、纯度等因素密切相关。温度愈高，表面张力愈小；纯度发生变化时，表面张力也相应发生变化，其变化的大小决定于溶质的本性和加入量的多少[7]。在室温26.2℃，大气压99.0kPa条件下，某学生测得30.0℃时纯水和各浓度下正丁醇水溶液的最大泡压数据如表1所示。

2结语

物理化学实验数据网络评价系统的运用，实现了高效的计算机网络技术和实验教学的结合，开启了化学实验信息化教学的新模式。利用计算机网络技术来辅助物理化学实验教学，既能更好地服务学生、提高学生的思维能力和科学意识，又减轻了教师批216-217．[3]靖宇，王旭珍．应用Matlab处理物理化学实验数据[J]．大学化学，2011，26(4)：54-58．[4]范荫恒，高爱丽，杜洋，等．《物理化学实验》数据处理系统软件的开发及应用[J]．计算机与应用化学，2005，22(11)：1066-1069．[5]许映杰．互联网时代地方应用型本科院校物理化学实验教学手段的探索阅实验报告的工作量，从而有效提升物理化学实验的质量。本系统使用方便，操作简单，实用性强，特别是学生应用智能手机就可上网完成操作，大大提高了系统的易用性。该系统已在我校物理化学实验教学中使用，取得了良好的效果，深受师生的欢迎。

参考文献

[1]阎尤成．用计算器CASIOFX-702P评价学生的物理化学实验结果[J]．化学通报，1986，9：52-53．

[2]黄斯珉，黄巧婷．OBE教学模式在《物理化学实验》课程教学中的应用研究——以液体饱和蒸汽压的测定为例[J]．广东化工，2020，47(4)：与改革[J]．广东化工，2019，46(20)：191-192．

作者：樊友军 曾建强 陈卫 单位：广西师范大学 化学与药学学院