摘要：物理化學是制藥工程專業(yè)一門重要的專業(yè)基礎課和核心課，它前承高等數(shù)學、大學物理，后接各專業(yè)課，對該專業(yè)的培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求有著重要的支撐作用.在OBE理念指導下，根據(jù)畢業(yè)要求確立了包含課程思政的課程目標：就是以學生為中心開展教學設計，以現(xiàn)代信息化教學工具加強教學互動，以具體實例討論多樣化考核和達成度分析，加強過程考核.

關鍵詞：物理化學; OBE理念; 制藥工程; 教學實踐

中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A

Teaching Practice of Physical Chemistry in

Pharmaceutical Engineering Specialty Based on OBE Concept

FENG Jian

（School of Material Science and Chemical Engineering， Chuzhou University， Chuzhou 239000， Anhui， China）

Abstract：Physical chemistry is an important professional foundation and core course in the pharmaceutical engineering specialty， which is preceded by advanced mathematics and university physics and followed by professional courses， and has an important supporting role for the training goals and graduation requirements of the specialty. Under the guidance of OBE concept， the course objectives including curriculum ideology and politics are established according to the graduation requirements， in which student-centered teaching design is carried out， modern information-based teaching tools are used to strengthen teaching interaction， and diversified assessment and achievement analysis are discussed with specific examples， as well as process assessment is strengthened.

Key words：physical chemistry; OBE concept; pharmaceutical engineering; teaching practice

物理化學是研究物質系統(tǒng)化學行為的原理、規(guī)律和方法，是制藥工程專業(yè)的一門重要的基礎課和核心課，是藥物合成工藝路線設計、選擇、優(yōu)化和反應歷程控制、速率控制的重要基礎.它在藥物新劑型研發(fā)、藥物儲存條件對穩(wěn)定性影響、藥物在體內轉運和代謝轉化等方面有著重要的應用^［1］.學習物理化學有助于邏輯思維能力、理論聯(lián)系實際能力的培養(yǎng)，也為后續(xù)藥物化學、藥劑學、天然藥物化學、藥理學、制藥分離工程和化學制藥工藝學等課程學習和理論指導打下堅實基礎.

滁州學院制藥工程專業(yè)2019版的人才培養(yǎng)方案是基于工程教育認證編制的，與此相適應的物理化學課程教學大綱按照成果導向教育（OBE）模式編寫.OBE的基本理念是“學生中心、成果導向、持續(xù)改進”.以OBE理念為指導的高等院校專業(yè)教育教學改革已然興起，它是目前工程教育認證依據(jù)的主要教學模式^［2］.基于OBE理念的物理化學課程的核心是需要根據(jù)畢業(yè)要求或專業(yè)需求確定課程目標，它是學生通過該課程學習獲得的知識、能力和素質的多方面目標的綜合.由畢業(yè)要求細化的課程目標還需要進一步凝練為學生的學習成果，進而給出具體的教學內容.按“學生中心”選擇達成課程目標的教學手段和措施，以及對培養(yǎng)目標達成度的量化分析，并通過多樣化的過程考核獲得“持續(xù)改進”的具體方向和內容，保障課程目標的達成.

1 課程目標

基于OBE理念的物理化學課程教學需要進行逆向設計，即首先需要根據(jù)畢業(yè)要求確立課程目標，再根據(jù)課程目標設計出評估課程目標達成的評價方法，最后制定出與評價方法相適應的教學策略.基于OBE理念的物理化學課程目標來自于它對專業(yè)培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求的支撐.作為專業(yè)基礎課的物理化學對畢業(yè)目標的支撐來自于實現(xiàn)專業(yè)培養(yǎng)目標的后續(xù)課程需求，即要考慮該課程的基礎性.物理化學是一門內部聯(lián)系緊密、邏輯嚴密的課程，確立課程目標和學習成果也需要考慮知識的系統(tǒng)性，如：不能只教學相平衡而不教學熱力學基本原理.物理化學承接高等數(shù)學和大學物理等課程，并為后續(xù)專業(yè)課的學習提供一套嚴密的邏輯思維方法，對學生未來的發(fā)展也將發(fā)揮重要的作用.

1.1 課程目標的確立

化工制藥過程簡單而言是由原料經(jīng)過反應獲得產(chǎn)物，再分離成產(chǎn)品后制劑的過程，其中原料和產(chǎn)物都需要分離，而選擇的分離方法、分離裝置以及溫度、壓力等操作參數(shù)都涉及物理化學中的相平衡知識.化學反應的方向和限度問題是化學平衡解決的問題.利用溫度、濃度、壓力和催化劑等工藝參數(shù)控制反應速率、藥物降解動力學等需要宏觀化學動力學知識.反應器設計、操作的最佳溫度、壓力、反應物濃度等工藝條件需要綜合利用化學熱力學和化學動力學的知識來解決.產(chǎn)品制成藥物需要粉碎、制凝膠劑，加入表面活性劑增加溶解度或發(fā)揮緩釋效果，這涉及膠體與表面化學知識.圖1給出了物理化學各部分知識在制藥工程中的一些應用場景^［2-5］.

滁州學院制藥工程專業(yè)培養(yǎng)的是應用型人才，對物理化學知識的廣度和深度要求與學術性或研究型人才有很大差異.因此，這里所說的物理化學知識的系統(tǒng)性，僅是從支撐畢業(yè)要求的最低限度考慮.換句話說是從制藥工程專業(yè)后續(xù)課程用到的物理化學知識考慮，而非作為一門學科的整體性考慮.制藥工程專業(yè)的物理化學課程一般包括化學熱力學（熱力學第一定律、熱力學第二定律、相平衡、化學平衡）、統(tǒng)計熱力學、界面現(xiàn)象、化學動力學、電化學和膠體化學等6個部分.它們的內在邏輯聯(lián)系如圖2所示.該圖僅從基本理論和基本知識的聯(lián)系出發(fā).事實上，界面現(xiàn)象、電化學和膠體化學等盡管以熱力學為重要基礎，但它們有著自己的研究對象和研究問題.

1.2 課程目標的表述

根據(jù)物理化學在制藥工程專業(yè)教學中的基礎性、本課程的完整性以及學生未來的發(fā)展要求，本課程確定了3個課程目標，它們分別支撐畢業(yè)要求中的“1工程知識、2分析問題和12終身學習”，具體內容見表1.

作為專業(yè)基礎課程的物理化學，課程目標支撐“1工程知識”和“2問題分析”是其基本要求.當前國家要求在課程教學過程中大力推進課程思政教學，因此課程目標需要包含課程思政目標.盡管支撐每項畢業(yè)要求的每個課程目標都可以添加課程思政目標，但這樣做無法對課程思政目標進行更具體的考核.事實上，在12項畢業(yè)要求中“6工程與社會、7環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展、8職業(yè)規(guī)范”等與課程思政目標關系密切.本課程將課程“目標3”設定為支撐“12終身學習”就是基于專業(yè)類課程承擔育人的責任.這樣做的出發(fā)點是基于思維能力，是終身學習的保證，工作態(tài)度和遠大理想是終身學習的永恒動力.

課程目標是課程學習的總體表述，還需要按章節(jié)或模塊進一步細化，給出學生學習的具體預期學習成果.預期成果一般應表述為學會哪些知識、解決哪些問題，是知識和能力的具體表現(xiàn).如熱力學第一定律的預期學習成果是：準確理解系統(tǒng)與環(huán)境、狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)、過程與途徑等熱力學基本概念；掌握封閉體系熱力學第一定律的數(shù)學表達式及過程能量熱和功與狀態(tài)函數(shù)的區(qū)別，體積功計算公式和理想氣體內能僅是溫度函數(shù)等重要結論；掌握焓定義式和公式ΔH=Q_p或dH=δQ_p的適用條件與焓變的物理意義；掌握封閉系統(tǒng)、定壓、無膨脹功下過程熱的計算，重點理解并掌握反應進度，化學反應熱的意義、定義、測定、計算等；了解Joule-Thomson效應及節(jié)流膨脹在制冷工業(yè)中的應用，掌握非等溫反應及最高燃燒溫度估算；能夠解決化學過程中的熱、功、熱力學能變和焓變的計算，并能夠根據(jù)計算結果對過程做出評價.

2 教學策略

2.1 教學設計

采用適宜教學策略是學生獲得預期學習成果的重要舉措.物理化學課程首先由教師確立學生預期的學習成果，然后學生通過該課程學習獲得相應的學習成果，兩者必須吻合，因為課程目標和學習成果是所有學生都必須達到的.由于學習成果是面向學生，并由學生獲得，因而學生始終是學習的主體.傳統(tǒng)教學模式以教師為中心，OBE模式以學生為中心，不僅表現(xiàn)在成果確立的依據(jù)不同，而且還表現(xiàn)在獲得成果的過程和方式不同.以學生為中心的教學模式，教師以學生獲得預期的學習成果為目標，不是以傳授的內容為目標.教學過程中要調動學生的學習積極性，發(fā)揮學生的主觀能動性.教師要從學習者的角度考慮教學內容和教學過程，要善于引導學生學習.學生是課堂教學的重要參與者，是課下學習的負責人.

教師作為教學的主導者，首先需要對教學內容進行精心設計.最新版制藥工程專業(yè)物理化學是按制藥工程專業(yè)本科教學質量國家標準建議的64學時設置.顯然這個學時量對于物理化學教學并不寬裕，需要做出精心挑選.在不影響物理化學知識系統(tǒng)性的前提下將統(tǒng)計熱力學、化學動力學的微觀內容等作為學生的自學內容，在課堂上不予講授.課堂教學安排的學時為：緒論1學時、熱力學第一定律8學時、熱力學第二定律11學時、相平衡6學時、化學平衡4學時、界面現(xiàn)象8學時、化學動力學11學時、電化學9學時和膠體化學6學時.在內容選擇方面突出知識夠用即可，重在能力培養(yǎng).

在教學內容組織方面，突出重點知識點講授.對重點和難點內容花費更多的時間，并多舉一些與專業(yè)或生活相關的實例，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力.化學熱力學是該課程和后續(xù)課程的理論基礎，也是該課程的難點所在.在講授熱力學基本定律時，采取知識發(fā)現(xiàn)方式層層推進.知識發(fā)現(xiàn)方式有助于學生思考，提高學習興趣，加深對知識理解.但為了記憶深刻和牢固，能更有效地應用相關知識，必須要進行理論升華.

在熱力學第一定律和第二定律基礎上形成的熱力學基本方程構成了嚴密的熱力學理論體系.后續(xù)介紹相關的熱力學應用時，則從熱力學基本方程出發(fā)，按邏輯演繹方式進行講解.

在講授彎曲液面附加壓力時，讓學生嘗試分別從化學勢和微觀受力分析給出初步判斷.對于表面張力和接觸角等概念，通過具體的實例講解其特點.在講授彎曲液面飽和蒸汽壓時讓學生與彎曲液面附加壓力聯(lián)系起來思考.以具體實例講授Kelvin公式的應用，淡化這些公式的推導過程，加強固體吸附和潤濕現(xiàn)象的講授.對表面活性劑結構、性質及具體應用給予關注.

對于膠體化學中憎液溶膠和親液溶膠（大分子溶液），除性質和穩(wěn)定性介紹外，也突出其在藥劑學中的凝膠劑和藥物緩釋方面的應用.

化學動力學內容與反應器設計、藥物合成和降解反應密切相關.重點講授宏觀化學動力學，其核心是反應速率方程.對于簡單級數(shù)反應，結合乙酸乙酯皂化反應實驗以及藥物有效期等理解反應速率定義與測定、反應速率方程、濃度和溫度對反應速率的影響，以及活化能和阿倫尼烏斯經(jīng)驗式等.在此基礎上，介紹復合反應和近似處理法.

在電化學中讓學生理解電解質溶液，電極反應、電池反應的能斯特方程式，標準電極電勢以及電極電勢和電池電動勢計算，電化學腐蝕與防護等.

物理化學是傳授化學反應和過程的基本原理和研究方法的課程，它前承高等數(shù)學、大學物理，后接各專業(yè)課.與其他課程相比，可以導入更多的課程思政元素，如熵在社會學方面的應用就曾長期受到過關注.已有很多教師開展了這方面的教學實踐，如融入社會主義核心價值觀和傳統(tǒng)文化^［5］，思考力培養(yǎng)和感受原理發(fā)現(xiàn)背后的故事^［6］，等等.在物理化學課程中引入課程思政教學內容，堅持立德樹人的根本任務，有助于學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，實現(xiàn)全員全程全方位育人目標.如從科學發(fā)現(xiàn)角度，介紹熱力學基本定律等理論的形成過程和科學家貢獻，讓學生了解生產(chǎn)實踐和科學實驗在科技發(fā)展中的重要作用，樹立腳踏實地的工作態(tài)度.在講授第一、二類永動機及不可能實現(xiàn)的根源時，深刻認識熱力學定律，善于利用專業(yè)知識解決實際問題，并能發(fā)現(xiàn)身邊違反科學常識的錯誤觀念，堅持理論聯(lián)系實際的工作作風，培養(yǎng)專業(yè)精神.化學熱力學是在少數(shù)定律基礎上演繹出的具有普遍適用性的一門學科，它不僅可解決化學過程中的能量變化、方向和限度，還有助于提高學生的數(shù)理演繹和邏輯思維能力.不重視概念的準確性、理論的嚴密性，則失之毫厘，謬之千里.通過列舉一些實例，提醒學生要勤學善思，養(yǎng)成嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度.

2.2 教學方法

基于OBE理念的教學方法與常規(guī)教學方法區(qū)別顯著.“成果導向”要求教師必須讓學生清楚在物理化學課程中能學到什么，能做些什么.這不僅僅是課程大綱中的課程目標和預期成果，還需要對學習成果進一步細化，甚至于細化到每節(jié)課，即每節(jié)課前要讓學生明白這節(jié)課要了解、理解或掌握的知識，能夠解決的問題.

“學生中心”在課堂教學中體現(xiàn)在學生的參與教學程度.學生對知識不再是被動地接受，而是在教師引導下學習，整個教學活動是在師生協(xié)作下完成.學生參與度越高，師生協(xié)作度就越大，就越能體現(xiàn)“學生中心”.在課堂上，根據(jù)教學內容采用啟發(fā)式、探究式或案例教學等多種課堂互動方式.由于課時限制，傳統(tǒng)互動模式很難讓每個學生獲得機會，這會造成課堂互動環(huán)節(jié)的得分偏差較大，很難反映學生的真實水平.利用現(xiàn)代信息化教學工具如雨課堂、學習通等手機端的智慧應用可以較好地解決這個問題.使用這些手機端應用，每個學生都有大量的機會開展課堂互動，幾十次課堂互動的平均成績遠比過去不到一次的成績合理得多.有些班級課前會收手機，對于此種情況，雨課堂、學習通等互動環(huán)節(jié)可以安排在課間休息時間開展.

有了現(xiàn)代智慧教學工具，教師可以更方便引導學生課下學習，充分發(fā)揮學生學習的主體作用.如在教學過程中，每次課前要求學生完成手機端作業(yè)，內容涉及上節(jié)課和本節(jié)課，其作用是督促學生復習和預習.每次課前的練習作業(yè)是在八至十道題中隨機抽取五道題，每個學生收到的題目和序號不盡相同，有效降低了抄襲現(xiàn)象.學習通也用于布置計算題等章節(jié)習題，學生收到的題目及序號也不完全相同，學生不僅要完成習題，還需要上傳與題目順序以及答案完全一致的解題紙照片，這樣做既降低了作業(yè)批閱的難度，也使評分更加客觀.

3 評價與改進

3.1 考核與達成度分析

考核是評價學生學習成果的手段.本課程針對3個課程目標給出具體的考核方式和權重，學習成果通過總評成績來體現(xiàn).總評成績由權重占40%的平時成績和權重占60%的期末考試組成.在平時成績中，考勤占30%，課堂表現(xiàn)（互動）占30%，（章節(jié)）作業(yè)占40%.課堂表現(xiàn)使用雨課堂和學習通開展：主要檢驗基本理論、基本知識的掌握，支撐課程目標1；章節(jié)作業(yè)主要是計算題，支撐課程目標2；考勤檢驗學生對規(guī)則的遵守以及自律，支撐課程目標3；考勤的基礎分為85分，曠課、遲到按次扣分，坐在前排按次適當加分.期末考試中的選擇題、判斷題和簡答題累計48分，考核基本理論和基本知識的掌握，支撐課程目標1；計算題40分，支撐課程目標2；證明題12分，考查數(shù)理演繹能力，支撐課程目標3.

課程目標達成度分析中要計算每個課程目標的分值和每名學生各課程目標的得分.課程目標的分值=平時成績中單項目分值（100分）×該項目權重×總評權重（40%）+試卷中課程目標分值×總評權重（60%）.由此可得，課程目標1分值為40.8（100×30%×40%+48×60%），課程目標2分值為40（100×40%×40%+40×60%），課程目標3分值為19.2（100×30%×40%+12×60%）.每名學生的課程目標得分是將計算公式中的單項分值換成相應的考核得分即可計算出來.再用該學生的課程目標得分除以課程目標分值得出該學生相應課程目標的達成度.

圖3是某班級75名學生課程目標2的達成度.其中數(shù)據(jù)點為學生的達成度，實線是該項目的目標達成度（60%），劃線是平均達成度（66.7%）.由圖3可知，盡管學生的平均達成度高于目標達成度，但依然有23名學生課程目標2未達到要求.課程目標2評價來源于考試的計算題和平時成績中的作業(yè).由此可見該班的部分學生的計算能力薄弱，難以解決相關的復雜工程問題.

該班級物理化學總評成績有1人不及格.按傳統(tǒng)教學模式，這不是一個失敗的案例.按OBE模式，則有31%的學生課程目標2沒有達成.由此可見，OBE理念確實有助于開展教育教學改革，提高教學質量.

3.2 改進

達成度分析的目的是評價課程目標的達成情況，以便進行針對性的改進.前述實例中的班級課程目標2達成度較差，進一步分析發(fā)現(xiàn)，該班的計算能力較為薄弱，這是不是意味著在今后的教學過程中要加強學生計算能力培養(yǎng)？回答這個問題需要看在整個教學過程中是否進行了有效的考核.這是因為達成度分析是事后評價，其結果有重要的參考價值，對后續(xù)教學質量的改進指出方向，但對當前課程教學過程中出現(xiàn)的問題，已難以彌補.如果在教學過程中沒有使用多種評估手段，進行多次評估僅通過課程結束后的達成度分析這種事后一次評價方式來查找問題的做法，依然屬于傳統(tǒng)教學模式，未體現(xiàn)“持續(xù)改進”精髓.而且，因每屆學生的基礎不一樣，班級學風不一樣，在同樣的教學模式下，課程目標的達成度也不一樣.

OBE理念要求時刻關注學生的學習動態(tài)，在學習過程中不斷開展形成性評價，及時發(fā)現(xiàn)并解決教學過程中存在的問題，以“持續(xù)改進”提高課程目標達成度.因此，提高課程目標達成度的重要舉措就是開展多樣化的過程考核.過程考核是動態(tài)的，其考核結果可以作為判斷課程目標能否達成的重要依據(jù)，以便在教學過程中及時改進，實現(xiàn)事中評價.圖4是前述班級期末成績與課堂表現(xiàn)評價（成績數(shù)據(jù)來自于學習通布置的練習和習題），將學生期末考試成績按高低順序繪圖，同時繪制出每名學生的學習通的過程評價成績.其中點劃線是考試成績較高的一半人的平均成績，劃線是考試成績較低一半人的平均成績.可以清楚看出期末成績高的學生過程考核成績更高，期末成績低的學生過程考核成績更低.

以上只給出了一種過程評價方式.基于OBE理念的過程評價，需要針對課程目標給出不同的評價方式.由于課程目標多個，因此評價手段多樣.有了過程評價成績，可以及時掌握學生的學習情況.對于過程評價成績較低的學生及時給予成績預警，同時查找教學過程中的問題，并予以改正.

傳統(tǒng)教學模式中的評價手段在基于OBE理念的考核中依然有效，如成績分布圖可以查看學生成績分布，檢查是否存在兩級分化等問題，試卷的信度和效度分析，評價試卷的出題質量以及是否有猜題、押題等現(xiàn)象.對于試卷各題型可以進行得分率計算，分析、查找具體原因.

4 結語

基于OBE理念的制藥工程專業(yè)物理化學教學與傳統(tǒng)教學模式有著根本區(qū)別，它根據(jù)制藥工程專業(yè)的培養(yǎng)目標和畢業(yè)要求確立課程目標和學習成果.發(fā)揮學生在教學過程中的主體作用，鼓勵學習參與教學，自主學習.采用多樣化的考核手段，加強過程考核，及時發(fā)現(xiàn)影響課程目標達成的問題和因素，并不斷予以改進，從而提高人才培養(yǎng)質量，實現(xiàn)人才培養(yǎng)目標.

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［責任編輯：紀彩虹］