徐　涵，潘兆瑞

（1.黃山學院 化學化工學院，安徽 黃山245041；2.南京曉莊學院 環(huán)境科學學院，江蘇 南京211171）

制藥工程專業(yè)物理化學教學改革探討
——以黃山學院為例

徐涵1，潘兆瑞2

（1.黃山學院 化學化工學院，安徽 黃山245041；2.南京曉莊學院 環(huán)境科學學院，江蘇 南京211171）

針對物理化學課程的特點和在制藥工程專業(yè)的重要地位，從教學內(nèi)容、教學方法和考核方式3個方面對物理化學教學改革進行了探討。教學內(nèi)容上注重與制藥工程專業(yè)內(nèi)容和科研相銜接；教學方法上采用“學生為主體，教師為主導”的教學模式，采用啟發(fā)式和類比教學法，并注重多媒體教學與傳統(tǒng)教學手段的有機結(jié)合；考核方式上要多樣化。

物理化學；教學方法；教學內(nèi)容；教學效果

目前我校制藥工程專業(yè)的物理化學存在課時少，教學內(nèi)容多的矛盾，所以存在不同程度的滿堂灌現(xiàn)象。同時，物理化學是一門概念抽象、邏輯性強、學科交叉內(nèi)容多、推理和公式繁多且應用條件苛刻的課程。物理化學是連接化學與應用學科的橋梁，對學生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新思維能力的培養(yǎng)有至關重要的作用［1］。但是教學中學生普遍覺得深奧抽象、難以理解，因而學習興趣不高。因此，物理化學課程的教學面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。如何針對制藥工程專業(yè)物理化學的特點和學生實際情況，優(yōu)化教學效果，解決學生對物理化學學習困難，激發(fā)學習熱情，提高教學質(zhì)量，培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)具有重要的意義［2，3］。筆者結(jié)合自身教學經(jīng)驗，從教學內(nèi)容、教學方法和考核方式等方面提出了一些見解。

1　注重教學內(nèi)容與相關知識的銜接

1.1增加與制藥工程專業(yè)相關內(nèi)容

物理化學教學中，有針對性的增加課堂教學內(nèi)容與制藥工程專業(yè)實用應用的聯(lián)系，使專業(yè)知識在物理化學基礎知識中得到具體的反映，可以激發(fā)學生的求知欲和積極性，引導學生用所學的知識分析制藥學相關知識，做到真正的學以致用；并培養(yǎng)學生的專業(yè)思維，為以后專業(yè)課的學習奠定良好的基礎。如果相平衡這一章只講理論知識，學生會覺得內(nèi)容抽象、枯燥、空洞并缺乏應用。相平衡與制藥工程專業(yè)的分餾內(nèi)容聯(lián)系緊密［4］。前者提供理論基礎，后者是對其應用。在講授完“互溶雙液系氣液平衡相圖”可知，液體反復地部分冷凝和部分氣化，最終使低沸點的物質(zhì)以氣相形式揮發(fā)，而剩下的是高沸點的物質(zhì)，從而使完全互溶的雙液系分離。此時可以及時地用多媒體給學生講解工業(yè)上的精餾是按照上述原理工作，并且廣泛用于食品、石油、輕工、冶金、化工等行業(yè)。講解反應動力學，增加藥品的給藥時間和藥物的有效期；講解物質(zhì)的PVT狀態(tài)變化，增加超臨界萃取技術在天然藥物提取中的應用；講解稀溶液的依數(shù)性，增加低滲、等滲、高滲注射液的配制；講解電化學，增加利用電化學知識測定體液的pH值，為給藥的使用環(huán)境提供數(shù)據(jù)；講解表面化學，增加用乳化、消泡來提煉中草藥、應用鋪展與潤濕的知識介紹片劑輔料的選擇和軟膏劑基質(zhì)；講解膠體化學，增加電泳方法分離體液，判斷某器官是否病變、納米膠體粒子在藥物緩釋中的應用。在課堂上處理好物理化學與制藥工程專業(yè)相關知識的滲透和銜接，不但可以加深學生對物理化學知識的理解，還會使學生深切感受到物理化學是專業(yè)課學習中必須學好的基礎課程。

1.2理論聯(lián)系實際，教學科研互動

教學沒有科研做基礎，就是一種沒有靈魂，沒有觀點的教學。要不斷用新知識、新技術和新成果來充實課堂教學，讓學生深切感受到物理化學并不是枯燥的概念和公式，從而激發(fā)學生的學習興趣。例如，根據(jù)臭氧層空洞的最近研究成果來引入鏈反應和光化學反應的概念；根據(jù)在納米技術方面取得的成果來講解界面化學和膠體化學中的基本概念和原理，如表面活性劑、乳狀液、膠束、微乳和反相微乳、LB膜、氣溶膠、囊泡及作用、接觸角和潤濕作用；根據(jù)分子自裝和晶體結(jié)構(gòu)方面的最新研究成果來討論氣體的吸附與脫附、催化反應的分類、催化反應的一些機理和速率常數(shù)等基本知識和原理；通過綠色環(huán)保的鋰電池最新研究成果來引入電極電勢、電極的種類和原電池的設計等。通過介紹課程內(nèi)容與相關領域的前沿成果，將枯燥的理論知識與生動的科研內(nèi)容相結(jié)合，使學生發(fā)現(xiàn)所學知識在科研和實際中有很大作用，激發(fā)學習興趣，活躍課堂氣氛，拓寬視野和知識面，加深了對基本概念和原理的理解。教師首先應當積極踐行研究型教學，同時也應組織學生參加科研項目或研究課題。讓學生在科研的創(chuàng)新實踐中獨立的運用已學知識去發(fā)現(xiàn)問題，解決問題并取得創(chuàng)新性成果。

2　物理化學教學方法的改革

2.1構(gòu)建以學生為主體，教師為主導的教學模式

課堂教學要形成“教師講授重點和難點，學生自學其它”的模式，充分發(fā)揮教師的主導作用和學生的主體作用。通過組織學生課堂討論，促進師生之間的交流和互動，還有利于集中學生注意力，增加學生的主動性和積極性。對于常見的并可以用學過知識處理的問題，如化學平衡、表面物理化學、膠體化學，可以采用討論式教學法。在學習溶膠的穩(wěn)定與聚沉時，組織學生討論鹵水點豆腐的原理；在學習稀溶液的依數(shù)性時，組織學生討論北方冬天為防止下雪路滑，為什么要在雪地上撒鹽。這將物理化學的知識點與實際生活聯(lián)系起來，讓學生變被動為主動。

以學生為主體的教學模式，絲毫不會降低教師的指導作用，而是對教師提出了更高的要求。要求教師更加深入地掌握物理化學的相關知識，了解學科前沿動態(tài)，以便啟發(fā)和回答學生的質(zhì)疑和提問。教師要給學生創(chuàng)造寬松的課堂環(huán)境，讓學生自由地提出問題并充分討論。一個好的教師不應只是知識的傳授者，更是在和學生的討論中新問題的提出者、新視角的提出者和新思維的倡導者。

2.2擯棄填鴨式教學，倡導啟發(fā)式教學法

物理化學的教學要擯棄滿堂灌的填鴨式教學，教師營造獨立思考的課堂環(huán)境。教師根據(jù)教學內(nèi)容，備課時精心設計一系列問題，然后在課堂上通過師生共同討論將問題解決。問題的設計一定要采取生活中有趣并且常見的生活現(xiàn)象，以利于調(diào)動學生的好奇心和學習興趣。

教師如果按照填鴨式的講解，學生會覺得枯燥、抽象，根本提不起興趣。在講解恒溫恒壓、各相中物質(zhì)的量不變時的吉布斯能公式：

式中G為界面吉布斯函數(shù)，γ為表面張力，As為界面的比表面積。如何讓學生能理解和掌握這個公式呢？教師可以帶學生做了一個小實驗，將裝有水和油的透明玻璃瓶劇烈震蕩，觀察到油在水間以很小的顆粒混合，當放置一段時間后，水和油又分層了。這個現(xiàn)象在生活中很常見，很容易激發(fā)學生的學習興趣。有的學生會認為油和水相互不溶解所致，而有的學生認為是密度不同所致等等。這些答案雖然有一定的道理，但沒有確切的理論支撐。此時教師可以提示，油變成小顆粒后表面積會怎樣呢？此時，學生回憶起本章學過的內(nèi)容，表面張力γ恒溫恒壓下是常數(shù)，將水油混合物劇烈震蕩后變成大量的微小顆粒，并使界面的比表面積As急劇增加。而系統(tǒng)的吉布斯函數(shù)總是朝著減小的方向進行，而表面張力γ在恒溫恒壓下為常數(shù)，為了降低系統(tǒng)的吉布斯函數(shù)，只能通過降低兩相間的比表面積來達到目的。而兩相分層時，比表面積最小。這可以使學生掌握了決定吉布斯函數(shù)的兩個因素，即表面張力和比表面積。通過這樣一個生活中常見的現(xiàn)象，提高了學生的學習興趣并掌握了界面吉布斯函數(shù)表達式。

在講解開爾文公式時，教師花了很長時間推導，但公式繁瑣，涉及的物理量也多。學生理解起來有一定的難度，并沒有完全消化?？梢蕴岢鲞@樣一個問題讓學生思考：在一個封閉的鐘罩內(nèi)，有大小不等的兩個球形液滴，問長時間后會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？學生的答案五花八門，主要的原因是沒有掌握開爾文公式。教師可以引導學生回顧飽和蒸汽壓的概念，知道鐘罩內(nèi)的兩個球形液滴開始揮發(fā)，氣相中的壓力最大到其飽和蒸汽壓。根據(jù)開爾文公式：

式中Pr為小液滴的飽和蒸汽壓；P為平面液體飽和蒸汽壓；γ為液體的表面張力；M為小液滴的摩爾質(zhì)量；ρ為小液滴密度；r為小液滴半徑；R為理想氣體常數(shù)；T為開爾文溫度。由于液滴可以看做凸液面，液體半徑為正值，公式右邊也為正值。所以小液滴的飽和蒸汽壓Pr大于平面液體飽和蒸汽壓。并且半徑r越小，小液滴的飽和蒸汽壓Pr越大，因此，小液滴的飽和蒸汽壓大于大液滴的飽和蒸汽壓。因此在揮發(fā)過程中，大液滴先達到其飽和蒸汽壓，但尚未達到小液滴的飽和蒸汽壓，所以小液滴繼續(xù)揮發(fā)，導致氣相中的壓力超過了大液滴的飽和蒸汽壓，使得部分氣體凝結(jié)在大液滴上。致使大液滴的半徑變大，飽和蒸汽壓下降，而小液滴半徑變小，飽和蒸汽壓上升。該過程反復進行，導致小液滴完全消失，最終變?yōu)橐粋€大液滴。通過這個問題的講解，加深了學生對開爾文公式的理解，以后類似的問題也能迎刃而解，達到了良好的教學效果。

2.3采用類比法教學

物理化學課程公式多，知識點多，并且知識的邏輯性和關聯(lián)性強。教師在課堂講授中應當及時對所學知識進行總結(jié)，將已經(jīng)學過的知識和新知識橫向比較，增強知識間的關聯(lián)，從而達到觸類旁通、由此及彼的效果。

熱力學的中的焓和吉布斯函數(shù)是兩個重要的熱力學函數(shù)，可以用來計算化學反應的熱效應和判斷化學反應進行的方向。其中涉及了一些基礎熱數(shù)據(jù)，如標準摩爾生成焓、標準摩爾生成吉布斯函數(shù)和標準摩爾燃燒焓，學生很容易弄混淆，可以對這幾個概念進行對比，方便學生記憶和理解。它們的共同點是都用穩(wěn)定相態(tài)的單質(zhì)作為零點來確定其數(shù)值。而它們零點的規(guī)定則不同，標準摩爾生成焓和標準摩爾生成吉布斯函數(shù)規(guī)定標準態(tài)下，穩(wěn)定相態(tài)單質(zhì)的而規(guī)定標準摩爾燃燒焓在標準態(tài)下，完全氧化后產(chǎn)物的

熱力學相平衡中的克勞修斯-克拉佩龍方程：

熱力學化學平衡中的范特霍夫方程：

化學動力學中的阿倫尼烏斯方程：

上述3個方程有類似的形式，可以將它們聯(lián)系起來記憶，便于學生理解和掌握。

2.4多媒體課件和板書相結(jié)合

目前多媒體教學是大學課堂常用的一種教學手段。多媒體通過形象、生動、直觀的圖像、動畫等形式將枯燥乏味的理論知識變得具體和容易接受，增加了知識的趣味性，調(diào)動了學生的積極性，同時節(jié)省了大量的板書時間。物理化學中的相平衡、界面現(xiàn)象和膠體化學可以采用多媒體手段。如在講解勢能面與過渡狀態(tài)理論時，勢能面立體圖可以讓學生很容易理解反應的“最低能量途徑”、“馬鞍點”等抽象概念。板書是比較傳統(tǒng)的教學模式，其合理應用也不容忽視。物理化學中的熱力學第二定律中，熱力學函數(shù)（U，H，S，A，G）的相互關系以及計算內(nèi)容抽象，公式繁瑣。如全用多媒體教學，學生會覺得記憶困難。教師可以將這些重要公式列在黑板上，并用彩色粉筆標注。使學生有足夠的時間不斷思考，有助于學生理清思路，更好的理解知識點。

3　注重能力的多樣化考核方式

確采用平時成績和期終成績相結(jié)合，平時成績占課程考核成績的40%-60%，期終成績占課程考核成績的60%-40%。平時成績的考核包括作業(yè)成績、課堂筆記、課堂紀律、出勤率和平時小測驗等。在整個學期中，至少要有2-3次的小測驗，這可以有效地讓學生進行階段性復習，教師能了解教學效果和學生對所學知識的掌握情況。

期終考試要盡量避免死記硬背，多涉及一些應用問題，讓學生用學過的知識和技能來解決實際問題?？荚嚂r可提供必要的常數(shù)和公式。題量雖不是很大，但有較強的靈活性、實驗性和綜合性，注重提高理論與實際問題的聯(lián)系。

4總　結(jié)

制藥工程專業(yè)的物理化學教學應該基于物理化學的特點，并從學生專業(yè)背景出發(fā)，將制藥工程專業(yè)知識和科研融入到物理化學教學中，有助于建立物理化學與制藥工程的緊密聯(lián)系。引導學生對物理化學的興趣，加強學生的獨立思考和自主學習能力，探索適應學生全面發(fā)展的教學方法。

［1］田彥文，翟秀靜，劉奎仁.冶金物理化學簡明教程［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2011：15-18.

［2］朱志昂.物理化學課程教學內(nèi)容和教學方法的改革［J］.大學化學，2012，27（5）：9-13.

［3］侯文華，姚天揚.物理化學課程教學探索與實踐［J］.中國大學教學，2012，11（7）：38-40.

［4］天津大學物理化學教研室.物理化學［M］.北京：高等教育出版社，2009：247-248.

責任編輯：胡德明

2.School of Environmental Sciences，Nanjing Xiaozhuang University，Nanjing 211171，China）Abstract:Based on the characteristics of physical chemistry and an important position it occupies in pharmaceutical engineering，physical chemistry teaching is explored from the teaching content，teaching method and assessment system.The teaching content should be connected with pharmaceutical engineering specialty and scientific research；the“student-centered，teacher-led”teaching mode，and the heuristic and analogy teaching methods should be employed；multi-media instructions and traditional teaching methods should be combined；the assessment mode should be diversified.

Research on the Teaching Reform of Physical Chemistry for Pharmaceutical Engineering——A Case Study of Huangshan University

Xu Han1，Pan Zhaorui2
（1.School of Chemistry and Chemical Engineering，Huangshan University，Huangshan 245041，China；

physical chemistry；teaching method；teaching content；teaching effect

G642.0

A

1672-447X（2016）03-0122-004

2016-01-10

國家自然科學青年基金項目（21301094）；安徽省高等學校自然科學研究項目（KJHS2016B10）

徐涵（1980-），山東濰坊人，黃山學院化學化工學院講師，研究方向為功能配合物。