中醫(yī)藥院校物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的混合式教學(xué)改革 *

張文龍 任 蕾 賈瑞龍 溫建英 張韶紅 王穎莉

（山西中醫(yī)藥大學(xué)中藥與食品工程學(xué)院，山西 晉中 030619）

物理化學(xué)是中藥學(xué)等專業(yè)的基礎(chǔ)課程之一，其基礎(chǔ)理論與中藥有效成分的提取與分離、藥物合成最佳工藝的選擇以及藥物穩(wěn)定性等研究密切相關(guān)［1］。物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)是物理化學(xué)的配套實(shí)驗(yàn)課程，將為后續(xù)中藥學(xué)相關(guān)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)以及相關(guān)研究的開展奠定基礎(chǔ)。作為一門基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)具有其獨(dú)特之處，其實(shí)驗(yàn)測量儀器復(fù)雜且測量技術(shù)的基礎(chǔ)理論性強(qiáng)。因此，如何將物理化學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)有效結(jié)合，使得學(xué)生通過物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)提升綜合素質(zhì)，是我們一直思考的問題［1-3］。

針對物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn)，結(jié)合山西中醫(yī)藥大學(xué)作為中醫(yī)藥院校的辦學(xué)定位和人才培養(yǎng)目標(biāo)，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的開設(shè)要達(dá)到以下標(biāo)準(zhǔn)，即學(xué)生了解物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的思路，掌握物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本技術(shù)，具備用物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)思路分析問題、解決問題的能力，培養(yǎng)適應(yīng)多種崗位的綜合素質(zhì)。具體表現(xiàn)為縝密思維的培養(yǎng)，通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生加深對物理化學(xué)基本理論知識的理解，具備邏輯分析與推理能力；實(shí)踐能力的提升，通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用學(xué)科知識，分析和解決復(fù)雜問題；綜合能力的塑造，通過該課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生學(xué)會查閱資料，了解相關(guān)領(lǐng)域最新發(fā)展動態(tài)，受到科學(xué)研究的啟蒙訓(xùn)練，培養(yǎng)踏實(shí)求真的科學(xué)態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的實(shí)驗(yàn)作風(fēng)。

教學(xué)團(tuán)隊(duì)依據(jù)人才培養(yǎng)目標(biāo)、課程特點(diǎn)，結(jié)合山西中醫(yī)藥大學(xué)學(xué)情，選用操作便捷、互動性好的“超星學(xué)習(xí)通”作為主要的線上教學(xué)平臺，對物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)進(jìn)行了改革實(shí)踐，逐漸摸索出一種線上線下混合式教學(xué)模式，取得了較好的教學(xué)效果。

1 教學(xué)現(xiàn)狀與學(xué)情分析

1.1 教學(xué)現(xiàn)狀物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程是山西中醫(yī)藥大學(xué)制藥工程、生物制藥、藥學(xué)、中藥學(xué)、藥物分析以及食品科學(xué)與工程等專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，是一門獨(dú)立開設(shè)的實(shí)驗(yàn)課程，共22學(xué)時(shí)，開課學(xué)期為大二學(xué)年上或下學(xué)期。目前該課程已經(jīng)開課4輪，選課人數(shù)超過769人。學(xué)生前期已修過無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)與物理學(xué)等預(yù)備知識，物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)將為后續(xù)藥劑學(xué)與藥代動力學(xué)、中藥化學(xué)、藥物分析以及綜合實(shí)驗(yàn)等課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的突出特點(diǎn)是理論性強(qiáng)、操作復(fù)雜。在以往教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)存在以下問題：（1）前期預(yù)習(xí)不夠充分，以致部分學(xué)生對教師在課堂上講授的知識點(diǎn)難以理解，跟不上教學(xué)進(jìn)度，不會動手操作，學(xué)習(xí)效果欠佳。（2）課堂實(shí)操效果不佳。在課堂操作講解時(shí)，由于空間的局限，部分學(xué)生無法看清楚教師的示范，在實(shí)驗(yàn)操作過程中容易犯錯(cuò)。（3）課堂師生互動較少。由于多數(shù)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)原理較為復(fù)雜，而課堂時(shí)間有限，教師沒有時(shí)間與學(xué)生進(jìn)行充分的互動交流，以致不能及時(shí)了解學(xué)生對知識的掌握情況，從而影響實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練效果。（4）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理困難。對于物理化學(xué)理論基礎(chǔ)掌握不好、計(jì)算機(jī)辦公軟件操作能力不足的學(xué)生，后期實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理和分析難度較大。（5）考核方式單一。之前的課程考核主要由平時(shí)成績及實(shí)驗(yàn)報(bào)告構(gòu)成，其中實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績占很大的比重。而部分學(xué)生在完成報(bào)告時(shí)，只是簡單抄寫，并未真正理解內(nèi)涵。這種考核方式不能完全體現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

1.2 學(xué)情分析教學(xué)團(tuán)隊(duì)從教學(xué)內(nèi)容與相關(guān)學(xué)科的融合性出發(fā)，共設(shè)計(jì)了6組實(shí)驗(yàn)，見表1。學(xué)情分析主要通過超星學(xué)習(xí)通進(jìn)行問卷調(diào)查，分別從學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課的興趣以及對實(shí)驗(yàn)相應(yīng)理論部分理解的難易程度進(jìn)行了調(diào)查。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)課有較強(qiáng)的興趣，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)課教學(xué)是理論課教學(xué)的助動劑，實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)有利于內(nèi)化、鞏固理論課所學(xué)習(xí)的知識，可以培養(yǎng)自己的動手能力。對于6 個(gè)實(shí)驗(yàn)的難易程度的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生認(rèn)為最難理解的是二元體系相圖的繪制，其次是最大泡壓法測定溶液的表面張力；其他4個(gè)實(shí)驗(yàn)較容易掌握。

表1 物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容

基于上述課程現(xiàn)狀及學(xué)情分析，本教學(xué)團(tuán)隊(duì)利用超星學(xué)習(xí)通平臺，進(jìn)行了物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程線上線下混合式教學(xué)改革。

2 混合式教學(xué)改革實(shí)踐

混合式教學(xué)是將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)（線上）與課堂教學(xué)（線下）相結(jié)合，融合二者優(yōu)勢的教學(xué)模式［4，5］。對物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的具體過程為“課前預(yù)習(xí)（引導(dǎo)探究、小組協(xié)作、學(xué)習(xí)報(bào)告）-課中導(dǎo)學(xué)（動手操作）-課后思學(xué)”。即課前錄制實(shí)驗(yàn)原理講解、實(shí)驗(yàn)操作以及數(shù)據(jù)處理等視頻，將視頻資料上傳至學(xué)習(xí)通平臺，并布置學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生可以根據(jù)自己的時(shí)間與需求靈活學(xué)習(xí)并通過視頻中測試的引導(dǎo)進(jìn)行自主思考，或以小組為單位討論交流，制定實(shí)驗(yàn)方案，提交預(yù)習(xí)報(bào)告完成預(yù)習(xí)。線下的實(shí)驗(yàn)課上，教師可以通過學(xué)生測試與預(yù)習(xí)報(bào)告完成情況，提前了解學(xué)生對相關(guān)內(nèi)容的掌握程度，適當(dāng)精簡授課內(nèi)容，增加師生交流互動時(shí)間，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用理論知識解決實(shí)際問題，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐動手能力和分析解決問題的能力。課后通過處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)一步完善實(shí)驗(yàn)報(bào)告來梳理知識點(diǎn)，達(dá)到課后思學(xué)的效果。教學(xué)過程中，教師可以通過超星學(xué)習(xí)通平臺后臺查看學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，了解學(xué)習(xí)動態(tài)，監(jiān)控管理各個(gè)學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)，從而提升教學(xué)效率。學(xué)生通過整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作流程，包括實(shí)驗(yàn)條件的選擇與調(diào)試、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的記錄與觀察、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與分析以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的歸納與總結(jié)，可以進(jìn)一步鞏固和加深對物理化學(xué)理論的理解，提高應(yīng)用所學(xué)知識解決實(shí)際問題的能力。

2.1 課前預(yù)習(xí)預(yù)習(xí)的主要目的是使學(xué)生提前了解實(shí)驗(yàn)的基本原理與儀器的操作，以便后續(xù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)技能的訓(xùn)練；主要在超星學(xué)習(xí)通平臺進(jìn)行。因此混合式教學(xué)改革的第一步就是線上教學(xué)資源的建設(shè)。根據(jù)山西中醫(yī)藥大學(xué)的物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)大綱，教學(xué)團(tuán)隊(duì)在超星學(xué)習(xí)通平臺首先創(chuàng)建物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的小規(guī)模限制性在線課程（SPOC），制作相關(guān)視頻，并在平臺上線。其次布置學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生線上進(jìn)行課前預(yù)習(xí)并及時(shí)提交預(yù)習(xí)報(bào)告。學(xué)生一方面可以觀看視頻進(jìn)行課前預(yù)習(xí)，了解實(shí)驗(yàn)原理和操作；另一方面可以通過預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)中的測試部分了解自己的預(yù)習(xí)情況。測試任務(wù)不僅可以敦促學(xué)生在課前充分預(yù)習(xí)、激發(fā)學(xué)習(xí)主動性、促進(jìn)自主思考并培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣，而且可以幫助教師了解學(xué)生的預(yù)習(xí)情況，方便教師線下有針對性地進(jìn)行講解，在課前做到心中有數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)教學(xué)。

2.2 課中導(dǎo)學(xué)實(shí)驗(yàn)的操作部分是整個(gè)課程的核心。線下實(shí)驗(yàn)的講解可以結(jié)合學(xué)生課前的預(yù)習(xí)、測試情況以及預(yù)習(xí)報(bào)告完成情況進(jìn)行，簡要講解實(shí)驗(yàn)過程，著重強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)，以便學(xué)生快速開展實(shí)驗(yàn)，將更多的時(shí)間留給學(xué)生進(jìn)行動手實(shí)踐訓(xùn)練。在講解過程中，可以進(jìn)行課堂提問，對講解內(nèi)容進(jìn)行拓展，啟發(fā)學(xué)生的高階思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。例如固液界面上的吸附實(shí)驗(yàn)，通過水溶液中活性炭吸附醋酸的吸附等溫線，求出Freundlich 等溫式中經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。這里可以提問學(xué)生活性炭作為一種高分散的多孔吸附劑，吸附量和活性炭的含水量、溶液的極性、溶質(zhì)的溶解度以及溫度有關(guān)，使用過程中應(yīng)注意哪些事項(xiàng)？另外活性炭是否可以重復(fù)使用？學(xué)生可以進(jìn)行課堂小組討論給出答案，比如稱量活性炭時(shí)要快速；稱完立刻放回干燥器中，盡量減少活性炭暴露在空氣中的時(shí)間。另外，由于活性炭吸附醋酸是可逆吸附，使用過的活性炭用蒸餾水浸泡數(shù)次，烘干后可重復(fù)使用。通過這些討論可以使學(xué)生對所學(xué)知識有更深的理解，開闊學(xué)生的思維。在學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的過程中，教師巡回指導(dǎo)，查看學(xué)生的操作是否正確，就學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的不正確操作予以及時(shí)糾正。

另外，實(shí)驗(yàn)開始前，應(yīng)要求學(xué)生仔細(xì)檢查實(shí)驗(yàn)儀器是否正常，實(shí)驗(yàn)試劑是否符合實(shí)驗(yàn)要求。實(shí)驗(yàn)過程中，要嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件、認(rèn)真觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、準(zhǔn)確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，及時(shí)關(guān)閉實(shí)驗(yàn)儀器。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，要求學(xué)生始終保持實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，團(tuán)結(jié)合作，積極主動地探求科學(xué)規(guī)律。

2.3 課后思學(xué)物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)旨在讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與分析，理解化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)與規(guī)律。因此教學(xué)過程中不僅要讓學(xué)生掌握實(shí)驗(yàn)技能，還要注重學(xué)生實(shí)驗(yàn)后的數(shù)據(jù)處理分析與歸納總結(jié)訓(xùn)練，應(yīng)要求學(xué)生認(rèn)真仔細(xì)地按照要求處理、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，從而養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)作風(fēng)，為進(jìn)入下一階段綜合化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

另外，由于課堂時(shí)間的限制，可以將學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的典型問題或共性問題發(fā)布在SPOC 的討論區(qū)，鼓勵(lì)學(xué)生在討論區(qū)參與討論。例如在電導(dǎo)法測定乙酸乙酯皂化反應(yīng)速率常數(shù)中，只要測得某時(shí)刻某組分的濃度就可以求得反應(yīng)的速率常數(shù)。那么如何測定反應(yīng)體系中組分的濃度呢？方法有很多種。除了實(shí)驗(yàn)過程中使用的電導(dǎo)法測量體系的電導(dǎo)外，還可以使用哪些辦法？有學(xué)生給出答案，除了物理方法，還可以通過分析化學(xué)法，即利用標(biāo)準(zhǔn)酸滴定體系中OH-離子的濃度來測得反應(yīng)體系中組分的濃度。這部分拓展性討論可以進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識，使學(xué)生能夠?qū)⑽锢砘瘜W(xué)課程與其他學(xué)科結(jié)合，更好地理論聯(lián)系實(shí)際，培養(yǎng)學(xué)生用所學(xué)知識來解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、處理實(shí)際問題的能力，提升學(xué)生的綜合能力。

2.4 考核完善此次改革減少了考核中實(shí)驗(yàn)報(bào)告所占比重，側(cè)重平時(shí)的形成性考核，具體考核形式與考核結(jié)果的評定見表2。為了鼓勵(lì)學(xué)生參與討論和互動，在考核時(shí)增加了討論與互動部分的權(quán)重，對于積極參與討論的學(xué)生給予平時(shí)成績加分的獎(jiǎng)勵(lì)。該考核方式旨在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性，培養(yǎng)良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，更加全面地測評學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

表2 考核形式與考核結(jié)果評定

3 混合式教學(xué)實(shí)踐的成效

為了了解此次混合式教學(xué)改革實(shí)踐的效果，在課程結(jié)束后，采用問卷調(diào)查的形式對教學(xué)效果進(jìn)行評價(jià)。本次調(diào)查樣本來自2020級制藥工程、2020級中藥學(xué)、2020級食品科學(xué)與工程、2020級臨床中藥學(xué)、2020級中藥資源與開發(fā)、2020 級食品科學(xué)與工程（藥茶班）、2020 級藥學(xué)和2020級藥物分析的學(xué)生，調(diào)查通過超星學(xué)習(xí)通完成。調(diào)查問卷共發(fā)放448 份，有效收回448 份，有效回收率為100%；問卷調(diào)查匿名進(jìn)行，不會影響學(xué)生的成績，請學(xué)生如實(shí)填寫。本次調(diào)查問卷內(nèi)容涉及學(xué)生學(xué)習(xí)的參與度、學(xué)習(xí)效果、滿意度等方面，見表3。調(diào)查問卷的結(jié)果使用Excel 收集并處理，結(jié)果用百分?jǐn)?shù)及柱狀圖表示，見圖1。

圖1 混合式教學(xué)模式實(shí)踐的效果調(diào)查

表3 混合式教學(xué)模式問題匯總

針對預(yù)習(xí)部分（問題1～3）的調(diào)查表明，98%（439∕448）的學(xué)生認(rèn)為課前預(yù)習(xí)很有必要，能做到每次實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行預(yù)習(xí)；92%（412∕448）的學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)視頻中原理與操作的講解有助于后續(xù)實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)，能幫助學(xué)生更好地預(yù)習(xí)，以及消化課堂內(nèi)容和實(shí)踐操作，提升學(xué)習(xí)效果；全部學(xué)生認(rèn)為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理與分析的講解很有必要，說明學(xué)生對于學(xué)習(xí)的參與度與積極性較高。

對于混合式教學(xué)的效果（問題4～7）的調(diào)查表明，超過90%的學(xué)生更喜歡混合式教學(xué)方式，認(rèn)為比單一教學(xué)模式更好，對于學(xué)習(xí)效果的提升很有幫助，并不認(rèn)為學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)會增加。另外，90%（403∕448）的學(xué)生認(rèn)為該教學(xué)模式的實(shí)踐可以進(jìn)一步鞏固對物理化學(xué)理論知識的理解，可見學(xué)生對于混合式教學(xué)模式較為滿意。

對于學(xué)生綜合能力影響（問題8～10）的調(diào)查表明，超過70%的學(xué)生認(rèn)為該模式在一定程度上激發(fā)了自己的學(xué)習(xí)興趣，提高了自己的學(xué)習(xí)能力，并愿意進(jìn)一步參與相關(guān)科研實(shí)驗(yàn)。

此外，從課程結(jié)束后學(xué)生的綜合成績來看，98%（439∕448）的學(xué)生達(dá)到了預(yù)期考核要求，這表明該混合式教學(xué)模式的構(gòu)建較為成功。通過該模式的實(shí)踐，可以讓每位學(xué)生都參與到教學(xué)活動中來，引導(dǎo)學(xué)生形成一種興趣學(xué)習(xí)、主動學(xué)習(xí)、團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的氛圍，提高了課程的教學(xué)質(zhì)量與學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。

4 結(jié)語

根據(jù)學(xué)情分析，在超星學(xué)習(xí)通平臺構(gòu)建教學(xué)資源，開展了物理化學(xué)實(shí)驗(yàn)混合式教學(xué)模式的改革實(shí)踐，且學(xué)生調(diào)查問卷反饋確有實(shí)效。結(jié)果表明，該模式既能體現(xiàn)學(xué)生作為教學(xué)活動主體的主動性，又可以發(fā)揮教師在教學(xué)過程中引導(dǎo)與監(jiān)督的作用，達(dá)到了課程的最佳教學(xué)效果。今后，教學(xué)團(tuán)隊(duì)將繼續(xù)借鑒其他兄弟院校的成功經(jīng)驗(yàn)，利用好智慧教學(xué)工具，不斷探索提高教學(xué)質(zhì)量的途徑和方法，為培養(yǎng)優(yōu)秀的中醫(yī)藥人才而努力。