中医药院校物理化学实验课程的混合式教学改革 *

张文龙 任 蕾 贾瑞龙 温建英 张韶红 王颖莉

（山西中医药大学中药与食品工程学院，山西 晋中 030619）

物理化学是中药学等专业的基础课程之一，其基础理论与中药有效成分的提取与分离、药物合成最佳工艺的选择以及药物稳定性等研究密切相关［1］。物理化学实验是物理化学的配套实验课程，将为后续中药学相关专业课程的学习以及相关研究的开展奠定基础。作为一门基础化学实验课程，物理化学实验具有其独特之处，其实验测量仪器复杂且测量技术的基础理论性强。因此，如何将物理化学理论和实验有效结合，使得学生通过物理化学实验的学习提升综合素质，是我们一直思考的问题［1-3］。

针对物理化学实验的特点，结合山西中医药大学作为中医药院校的办学定位和人才培养目标，物理化学实验的开设要达到以下标准，即学生了解物理化学实验的思路，掌握物理化学实验的基本技术，具备用物理化学实验思路分析问题、解决问题的能力，培养适应多种岗位的综合素质。具体表现为缜密思维的培养，通过该课程的学习，使学生加深对物理化学基本理论知识的理解，具备逻辑分析与推理能力；实践能力的提升，通过该课程的学习，使学生能够综合运用学科知识，分析和解决复杂问题；综合能力的塑造，通过该课程的学习，使学生学会查阅资料，了解相关领域最新发展动态，受到科学研究的启蒙训练，培养踏实求真的科学态度和严谨细致的实验作风。

教学团队依据人才培养目标、课程特点，结合山西中医药大学学情，选用操作便捷、互动性好的“超星学习通”作为主要的线上教学平台，对物理化学实验的教学进行了改革实践，逐渐摸索出一种线上线下混合式教学模式，取得了较好的教学效果。

1 教学现状与学情分析

1.1 教学现状物理化学实验课程是山西中医药大学制药工程、生物制药、药学、中药学、药物分析以及食品科学与工程等专业的基础必修课，是一门独立开设的实验课程，共22学时，开课学期为大二学年上或下学期。目前该课程已经开课4轮，选课人数超过769人。学生前期已修过无机化学、分析化学、有机化学与物理学等预备知识，物理化学实验将为后续药剂学与药代动力学、中药化学、药物分析以及综合实验等课程的学习奠定基础。

物理化学实验课程的突出特点是理论性强、操作复杂。在以往教学过程中发现存在以下问题：（1）前期预习不够充分，以致部分学生对教师在课堂上讲授的知识点难以理解，跟不上教学进度，不会动手操作，学习效果欠佳。（2）课堂实操效果不佳。在课堂操作讲解时，由于空间的局限，部分学生无法看清楚教师的示范，在实验操作过程中容易犯错。（3）课堂师生互动较少。由于多数物理化学实验原理较为复杂，而课堂时间有限，教师没有时间与学生进行充分的互动交流，以致不能及时了解学生对知识的掌握情况，从而影响实验技能的训练效果。（4）实验数据处理困难。对于物理化学理论基础掌握不好、计算机办公软件操作能力不足的学生，后期实验数据的处理和分析难度较大。（5）考核方式单一。之前的课程考核主要由平时成绩及实验报告构成，其中实验报告成绩占很大的比重。而部分学生在完成报告时，只是简单抄写，并未真正理解内涵。这种考核方式不能完全体现学生的学习效果。

1.2 学情分析教学团队从教学内容与相关学科的融合性出发，共设计了6组实验，见表1。学情分析主要通过超星学习通进行问卷调查，分别从学生对实验课的兴趣以及对实验相应理论部分理解的难易程度进行了调查。调查发现，大多数学生对实验课有较强的兴趣，认为实验课教学是理论课教学的助动剂，实验课的学习有利于内化、巩固理论课所学习的知识，可以培养自己的动手能力。对于6 个实验的难易程度的调查发现，学生认为最难理解的是二元体系相图的绘制，其次是最大泡压法测定溶液的表面张力；其他4个实验较容易掌握。

表1 物理化学实验教学内容

基于上述课程现状及学情分析，本教学团队利用超星学习通平台，进行了物理化学实验课程线上线下混合式教学改革。

2 混合式教学改革实践

混合式教学是将网络教学（线上）与课堂教学（线下）相结合，融合二者优势的教学模式［4，5］。对物理化学实验教学改革的具体过程为“课前预习（引导探究、小组协作、学习报告）-课中导学（动手操作）-课后思学”。即课前录制实验原理讲解、实验操作以及数据处理等视频，将视频资料上传至学习通平台，并布置学习任务，学生可以根据自己的时间与需求灵活学习并通过视频中测试的引导进行自主思考，或以小组为单位讨论交流，制定实验方案，提交预习报告完成预习。线下的实验课上，教师可以通过学生测试与预习报告完成情况，提前了解学生对相关内容的掌握程度，适当精简授课内容，增加师生交流互动时间，引导学生应用理论知识解决实际问题，培养学生实践动手能力和分析解决问题的能力。课后通过处理实验数据，进一步完善实验报告来梳理知识点，达到课后思学的效果。教学过程中，教师可以通过超星学习通平台后台查看学习数据，了解学习动态，监控管理各个学习环节，从而提升教学效率。学生通过整个实验操作流程，包括实验条件的选择与调试、实验现象的记录与观察、实验数据的处理与分析以及实验结果的归纳与总结，可以进一步巩固和加深对物理化学理论的理解，提高应用所学知识解决实际问题的能力。

2.1 课前预习预习的主要目的是使学生提前了解实验的基本原理与仪器的操作，以便后续进行实验技能的训练；主要在超星学习通平台进行。因此混合式教学改革的第一步就是线上教学资源的建设。根据山西中医药大学的物理化学实验大纲，教学团队在超星学习通平台首先创建物理化学实验课程的小规模限制性在线课程（SPOC），制作相关视频，并在平台上线。其次布置学习任务，学生线上进行课前预习并及时提交预习报告。学生一方面可以观看视频进行课前预习，了解实验原理和操作；另一方面可以通过预习环节中的测试部分了解自己的预习情况。测试任务不仅可以敦促学生在课前充分预习、激发学习主动性、促进自主思考并培养自主学习的习惯，而且可以帮助教师了解学生的预习情况，方便教师线下有针对性地进行讲解，在课前做到心中有数，从而实现精准教学。

2.2 课中导学实验的操作部分是整个课程的核心。线下实验的讲解可以结合学生课前的预习、测试情况以及预习报告完成情况进行，简要讲解实验过程，着重强调实验过程中的注意事项，以便学生快速开展实验，将更多的时间留给学生进行动手实践训练。在讲解过程中，可以进行课堂提问，对讲解内容进行拓展，启发学生的高阶思维，培养学生的创新能力。例如固液界面上的吸附实验，通过水溶液中活性炭吸附醋酸的吸附等温线，求出Freundlich 等温式中经验常数。这里可以提问学生活性炭作为一种高分散的多孔吸附剂，吸附量和活性炭的含水量、溶液的极性、溶质的溶解度以及温度有关，使用过程中应注意哪些事项？另外活性炭是否可以重复使用？学生可以进行课堂小组讨论给出答案，比如称量活性炭时要快速；称完立刻放回干燥器中，尽量减少活性炭暴露在空气中的时间。另外，由于活性炭吸附醋酸是可逆吸附，使用过的活性炭用蒸馏水浸泡数次，烘干后可重复使用。通过这些讨论可以使学生对所学知识有更深的理解，开阔学生的思维。在学生分组实验的过程中，教师巡回指导，查看学生的操作是否正确，就学生实验中出现的不正确操作予以及时纠正。

另外，实验开始前，应要求学生仔细检查实验仪器是否正常，实验试剂是否符合实验要求。实验过程中，要严格控制实验条件、认真观察实验现象、准确记录实验数据。实验结束后，及时关闭实验仪器。整个实验过程中，要求学生始终保持实事求是的科学态度，团结合作，积极主动地探求科学规律。

2.3 课后思学物理化学实验教学旨在让学生通过实验现象的观察与分析，理解化学反应的本质与规律。因此教学过程中不仅要让学生掌握实验技能，还要注重学生实验后的数据处理分析与归纳总结训练，应要求学生认真仔细地按照要求处理、分析实验数据，得出实验结论，从而养成严谨求实的科学作风，为进入下一阶段综合化学实验课程学习奠定基础。

另外，由于课堂时间的限制，可以将学生实验过程中出现的典型问题或共性问题发布在SPOC 的讨论区，鼓励学生在讨论区参与讨论。例如在电导法测定乙酸乙酯皂化反应速率常数中，只要测得某时刻某组分的浓度就可以求得反应的速率常数。那么如何测定反应体系中组分的浓度呢？方法有很多种。除了实验过程中使用的电导法测量体系的电导外，还可以使用哪些办法？有学生给出答案，除了物理方法，还可以通过分析化学法，即利用标准酸滴定体系中OH-离子的浓度来测得反应体系中组分的浓度。这部分拓展性讨论可以进一步激发学生的创新意识，使学生能够将物理化学课程与其他学科结合，更好地理论联系实际，培养学生用所学知识来解释实验现象、处理实际问题的能力，提升学生的综合能力。

2.4 考核完善此次改革减少了考核中实验报告所占比重，侧重平时的形成性考核，具体考核形式与考核结果的评定见表2。为了鼓励学生参与讨论和互动，在考核时增加了讨论与互动部分的权重，对于积极参与讨论的学生给予平时成绩加分的奖励。该考核方式旨在激发学生学习的主动性，培养良好的学习习惯，更加全面地测评学生的学习效果。

表2 考核形式与考核结果评定

3 混合式教学实践的成效

为了了解此次混合式教学改革实践的效果，在课程结束后，采用问卷调查的形式对教学效果进行评价。本次调查样本来自2020级制药工程、2020级中药学、2020级食品科学与工程、2020级临床中药学、2020级中药资源与开发、2020 级食品科学与工程（药茶班）、2020 级药学和2020级药物分析的学生，调查通过超星学习通完成。调查问卷共发放448 份，有效收回448 份，有效回收率为100%；问卷调查匿名进行，不会影响学生的成绩，请学生如实填写。本次调查问卷内容涉及学生学习的参与度、学习效果、满意度等方面，见表3。调查问卷的结果使用Excel 收集并处理，结果用百分数及柱状图表示，见图1。

图1 混合式教学模式实践的效果调查

表3 混合式教学模式问题汇总

针对预习部分（问题1～3）的调查表明，98%（439∕448）的学生认为课前预习很有必要，能做到每次实验前进行预习；92%（412∕448）的学生认为实验视频中原理与操作的讲解有助于后续实验课的学习，能帮助学生更好地预习，以及消化课堂内容和实践操作，提升学习效果；全部学生认为实验数据处理与分析的讲解很有必要，说明学生对于学习的参与度与积极性较高。

对于混合式教学的效果（问题4～7）的调查表明，超过90%的学生更喜欢混合式教学方式，认为比单一教学模式更好，对于学习效果的提升很有帮助，并不认为学习负担会增加。另外，90%（403∕448）的学生认为该教学模式的实践可以进一步巩固对物理化学理论知识的理解，可见学生对于混合式教学模式较为满意。

对于学生综合能力影响（问题8～10）的调查表明，超过70%的学生认为该模式在一定程度上激发了自己的学习兴趣，提高了自己的学习能力，并愿意进一步参与相关科研实验。

此外，从课程结束后学生的综合成绩来看，98%（439∕448）的学生达到了预期考核要求，这表明该混合式教学模式的构建较为成功。通过该模式的实践，可以让每位学生都参与到教学活动中来，引导学生形成一种兴趣学习、主动学习、团队学习的氛围，提高了课程的教学质量与学生的学习效果。

4 结语

根据学情分析，在超星学习通平台构建教学资源，开展了物理化学实验混合式教学模式的改革实践，且学生调查问卷反馈确有实效。结果表明，该模式既能体现学生作为教学活动主体的主动性，又可以发挥教师在教学过程中引导与监督的作用，达到了课程的最佳教学效果。今后，教学团队将继续借鉴其他兄弟院校的成功经验，利用好智慧教学工具，不断探索提高教学质量的途径和方法，为培养优秀的中医药人才而努力。