基于“翻轉課堂”教學模式的藥用物理化學實驗教學改革與實踐

張旭　欒澤柱　張明波

【摘要】基于“翻轉課堂”教學模式的優勢，采用“討論-探究-實驗” 三位一體的實驗教學模式。教學中教師充分調動學生在實驗過程中的主觀能動性，引導學生主動設計，主動思考，主動操作，認真總結，培養學生的實際動手操作能力和解決問題的能力。

【關鍵詞】物理化學;翻轉課堂;實驗教學;教學模式

【基金項目】遼寧中醫藥大學2015年教育科學研究課題，項目編號LNZYJG2015071。

物理化學是藥學相關專業學生必修的專業基礎課，在藥物研究領域如藥物合成、藥物生產、給藥方案制定、藥物穩定性等諸多方面發揮著重要的理論指導作用[1-2]。物理化學實驗是物理化學課程教學的必要環節。學生通過實驗，既可以直觀地了解物理化學實驗的原理、方法和測試手段，熟悉有關儀器的構造、原理和使用方法，又可以鞏固、加深、驗證和補充物理化學課堂教學中的基本理論知識，從而更深入地理解物理化學的原理和概念，并將其很好地應用在藥學研究實踐中。

教學模式改革一直是各高等院校進行教改的重要內容。體現藥學專業特色，探索最有效的物理化學實驗教學模式和教學方法，提高教學質量，培養學生的學習興趣、科研能力，是物理化學實驗教學的主旋律。雖然各所醫藥院校同行在培養學生科研能力和創新能力等方面開展了課題研究并取得了一些進展，但有些教學模式改革還只停留在教改課題的結題任務上，多數成果在真正的教學實踐中所發揮的作用比較弱。因此，有必要強化其實踐性，建立一個穩定可行、科學合理的教學模式，以激發學生的求知欲和科學探究的興趣，達到培養實事求是的科學態度和服務社會意識的目標。

一、物理化學傳統實驗教學存在的問題

傳統的物理化學實驗教學模式是，首先，學生在相關物理化學知識課堂教學完成后，預習實驗講義，然后教師在實驗現場講解實驗原理、具體的操作方法以及實驗中應注意的安全問題等，最后學生再進行實驗。實驗教學內容以驗證型實驗為主，且存在以下主要問題。第一，理論和實驗不同步，且有時實驗課提前于理論教學進度，學生對實驗原理的理解存在一定困難。第二，在教學過程中，教師講解占用的時間比例偏大，學生被動實驗，有時實驗結束了還不知所以然。第三，由于各院校的實驗設備更新快慢不同，但教材一致，導致所用儀器設備、實驗步驟與實驗教材不匹配，缺乏針對性。因此，教師常常感到整個實驗教學活動中難以發揮學生的主體作用，學生容易產生依賴心理，缺乏積極性，從而導致學生對實驗課的重視程度不夠，教學效果較差。

二、翻轉課堂的起源及教學優勢和弊端

翻轉課堂起源于美國林地公園高中。2007年，兩位化學老師——喬納森·伯爾曼和亞倫·薩姆斯利用錄屏軟件錄制演示文稿和講課視頻為缺課學生補課，而那些未缺課的學生也常來觀看，于是便形成了“課前觀看視頻講解，課上互動內化”的授課方式。2011年，喬納森·博格曼和亞倫·薩姆斯出版了《翻轉課堂：每天抵達每一個班的每一名學生》的研究翻轉課堂專著。在該書中，他們介紹了自己在翻轉課堂實踐教學中的實施策略。2011年，美國Lake Elmo小學將Moodle平臺引入翻轉課堂，學生觀看課程視頻后，在平臺上練習檢測題，教師則根據學生的自學情況，組織課堂教學。同年，翻轉課堂被《環球郵報》評為“影響課堂教學的重大技術變革”。2011年，翻轉課堂被引入我國，在重慶市聚奎中學率先實施，成為國內翻轉課堂應用實踐的典范。

翻轉課堂[3]教學模式是將教學任務中最容易的部分即知識的傳遞移到課堂外讓學生自主學習，重新調整課堂內外的時間，將學習的決定權從教師轉移給學生。在這種教學模式下，學生能夠在課堂上更專注于主動的基于項目的學習，從而獲得更深層次的理解;教師不再占用課堂的時間來講授信息，這些信息需要學生在課前通過看視頻講座、微課，閱讀相關文獻或在網絡上與別的同學討論完成自主學習。教師則采用講授法和協作法來滿足學生的需要和促成他們的個性化學習，從而使學生通過實踐獲得更真實的學習。在課后，學生自主規劃學習內容、學習節奏、風格和呈現知識的方式。翻轉課堂模式是大教育運動的一部分，它與混合式學習、探究性學習及其他教學方法和工具在含義上有所重疊，都是為了讓學習更加靈活、主動，讓學生的參與度更高。此外，翻轉課堂教學模式能夠加強師生、生生交流互動，有益于培養學生自主學習能力、協作學習能力和創新精神，提高實驗教學質量。

目前，翻轉課堂已成為全球教育界關注的熱點，該模式在全球多個國家的高等教育以及中小學教育中推廣使用[4]。雖然翻轉課堂具有多方面的優勢，但在一些院校一些課程中存在著只流于形式而走偏的情況，反而影響了教學效果。如課堂節奏過慢，學生準備不充分，或者準備內容與實際教學內容偏離很多，知識難易程度控制不當等等。因此，在實際教學環節中，教師要提前做出預判，及時處理和更正，而切實有效地完成教學任務。

三、“討論-探究-實驗”三位一體實驗教學模式的運行

鑒于傳統物理化學實驗教學存在的問題，并基于翻轉課堂的教學優勢，對物理化學實驗教學進行改革，采用 “討論-探究-實驗” 三位一體實驗教學模式。其基本思想是，以討論式教學為背景，科學實驗探究為主線，將討論式教學貫穿在課堂教學的始終，從而完成以實驗為基礎的探究與創造活動。充分發揮學生在實驗過程中的主觀能動性，使其積極參與實驗全過程，主動設計，主動思考，主動操作，認真總結。

（一）自主討論式教學活動

在進行實驗前，教師布置實驗內容，可提供相關的視頻講座、微課和參考文獻，讓學生根據現有的實驗條件制訂出具體的實驗方案，并且在小組內組織探討實驗方案的可行性，確定具體的實驗流程和實驗步驟，教師給予適當的指導和修正。

如表面現象這章開設了“電導法測定表面活性劑的臨界膠束濃度（CMC）”實驗，由于理論課還沒有講到，所以提前布置該實驗內容。教師提供給學生電導率儀的使用及操作的微課，并設置幾個相關的問題讓學生分組討論學習。設置問題如下。（1）什么是表面活性劑？其結構特征是什么？（2）表面活性劑都有哪些用途？在制藥工藝中都有哪些實際應用？（3）表面活性劑的哪些性質會在CMC處發生突變？（4）如何確定CMC？

學生進行自主分工，查找書籍文獻并在組內進行分享討論，同時根據實驗室現有的條件，制訂了具體的實驗方案和實施步驟。學生可通過《物理化學》教材直接獲得表面活性劑的概念以及結構特征?？赏ㄟ^查閱文獻得知表面活性劑在制藥工藝中的應用很多，如通過加入表面活性劑的方法，解決藥物的增溶、乳化、潤濕、分散、氣泡、消沫及有效成分的提取等實際生產問題，以提高中藥注射劑的澄清度和穩定性、中藥片劑栓劑的分散潤濕能力等。了解到測定CMC的方法有很多，如表面張力法、電導法、染料法、增溶法、滲透壓法、脈沖射解法、熒光法、超聲吸附法、濁度法、pH值法、流變法、離子選擇性電極法和循環伏安法等。其中很多內容都是教材上沒有的。這樣既能把教材的理論知識弄懂，又可以通過文獻的閱讀，擴展了知識點的實際應用。在分享討論的時候，鍛煉了語言表達能力、思辨能力以及團隊合作能力，從而增強了自信心。

（二）發揮學生的主觀能動性，進行探究式實驗教學活動

學生可以根據小組討論的方案步驟，自行設計、組合安裝后進行相應的實驗。同時，允許學生根據實驗室的現有條件，在完成教材內容設定的測定方法和內容外，增加另一種可行的測定方案。如有的小組自行設計了pH值法測定表面活性劑的CMC。實驗之前，教師對其進行了個別指導，提供必需的pH計，并對實驗適用對象進行了篩選。實驗結束后，要求學生認真書寫實驗報告，對實驗進行梳理和總結，關注點在于學會了什么，實驗應該注意什么等方面，并在下次實驗課前由教師進行點評，作為形成性成績評價的一部分。對于積極思考并參與實驗設計的學生，鼓勵他們進行大學生創新創業項目的申報，提高了學生探究的興趣和科研熱情。

四、結語

中醫藥院校中開設的物理化學實驗課程主要是培養學生運用物理化學基礎知識去解決制藥過程中實際問題的能力。因此，在設定實驗課內容時，根據學生的認知和理解水平，教師更應注意理論與生產實際相結合，選定合適的實驗項目讓學生進行“討論-探究-實驗”三位一體實驗活動。同時，課前問題的設置也是關鍵，使學生圍繞問題展開調研，拓寬知識面。開展這種教學模式的探討和實踐，既可以改變傳統教學模式下學生學習效率不高、效果不理想的現狀，也可以避免翻轉課堂教學中的師生關系失位、知識難度越位、適用對象錯位等局限性，使教學可以在教師的掌控中，真正實現學生知識的內化、遷移、應用和能力的提高。通過此種實驗模式的訓練，有的實驗小組學生申報了大學生創新創業項目，并獲得了省級立項。小組成員在協作中增進了友誼，提升了團隊協作能力，也為后繼專業課實驗、未來的研究生科研和工作培養了良好的科研精神和作風。

【參考文獻】

[1]田青平，丁紅，邢桂琴.物理化學在藥學中的作用[J].山西醫科大學學報（基礎醫學教育版），2003（04）：360-361.

[2]張彩云，董前年，汪佳鳳，等.物理化學在藥劑學領域的應用[J].化學教育，2016（08）：62-65.

[3]王娜，王建美，江峰，等.翻轉課堂特點及其在流行病學教學中的實踐[J].基礎醫學教育，2018（12）：1065-1067.

[4]容梅，彭雪紅.翻轉課堂的歷史、現狀及實踐策略探析[J].中國電化教育，2015（07）：108-115.