制药工程专业物理化学教学改革探讨——以黄山学院为例

徐　涵，潘兆瑞

（1.黄山学院 化学化工学院，安徽 黄山245041；2.南京晓庄学院 环境科学学院，江苏 南京211171）

制药工程专业物理化学教学改革探讨
——以黄山学院为例

徐涵1，潘兆瑞2

（1.黄山学院 化学化工学院，安徽 黄山245041；2.南京晓庄学院 环境科学学院，江苏 南京211171）

针对物理化学课程的特点和在制药工程专业的重要地位，从教学内容、教学方法和考核方式3个方面对物理化学教学改革进行了探讨。教学内容上注重与制药工程专业内容和科研相衔接；教学方法上采用“学生为主体，教师为主导”的教学模式，采用启发式和类比教学法，并注重多媒体教学与传统教学手段的有机结合；考核方式上要多样化。

物理化学；教学方法；教学内容；教学效果

目前我校制药工程专业的物理化学存在课时少，教学内容多的矛盾，所以存在不同程度的满堂灌现象。同时，物理化学是一门概念抽象、逻辑性强、学科交叉内容多、推理和公式繁多且应用条件苛刻的课程。物理化学是连接化学与应用学科的桥梁，对学生综合素质和创新思维能力的培养有至关重要的作用［1］。但是教学中学生普遍觉得深奥抽象、难以理解，因而学习兴趣不高。因此，物理化学课程的教学面临着严峻的挑战。如何针对制药工程专业物理化学的特点和学生实际情况，优化教学效果，解决学生对物理化学学习困难，激发学习热情，提高教学质量，培养学生的综合素质具有重要的意义［2，3］。笔者结合自身教学经验，从教学内容、教学方法和考核方式等方面提出了一些见解。

1　注重教学内容与相关知识的衔接

1.1增加与制药工程专业相关内容

物理化学教学中，有针对性的增加课堂教学内容与制药工程专业实用应用的联系，使专业知识在物理化学基础知识中得到具体的反映，可以激发学生的求知欲和积极性，引导学生用所学的知识分析制药学相关知识，做到真正的学以致用；并培养学生的专业思维，为以后专业课的学习奠定良好的基础。如果相平衡这一章只讲理论知识，学生会觉得内容抽象、枯燥、空洞并缺乏应用。相平衡与制药工程专业的分馏内容联系紧密［4］。前者提供理论基础，后者是对其应用。在讲授完“互溶双液系气液平衡相图”可知，液体反复地部分冷凝和部分气化，最终使低沸点的物质以气相形式挥发，而剩下的是高沸点的物质，从而使完全互溶的双液系分离。此时可以及时地用多媒体给学生讲解工业上的精馏是按照上述原理工作，并且广泛用于食品、石油、轻工、冶金、化工等行业。讲解反应动力学，增加药品的给药时间和药物的有效期；讲解物质的PVT状态变化，增加超临界萃取技术在天然药物提取中的应用；讲解稀溶液的依数性，增加低渗、等渗、高渗注射液的配制；讲解电化学，增加利用电化学知识测定体液的pH值，为给药的使用环境提供数据；讲解表面化学，增加用乳化、消泡来提炼中草药、应用铺展与润湿的知识介绍片剂辅料的选择和软膏剂基质；讲解胶体化学，增加电泳方法分离体液，判断某器官是否病变、纳米胶体粒子在药物缓释中的应用。在课堂上处理好物理化学与制药工程专业相关知识的渗透和衔接，不但可以加深学生对物理化学知识的理解，还会使学生深切感受到物理化学是专业课学习中必须学好的基础课程。

1.2理论联系实际，教学科研互动

教学没有科研做基础，就是一种没有灵魂，没有观点的教学。要不断用新知识、新技术和新成果来充实课堂教学，让学生深切感受到物理化学并不是枯燥的概念和公式，从而激发学生的学习兴趣。例如，根据臭氧层空洞的最近研究成果来引入链反应和光化学反应的概念；根据在纳米技术方面取得的成果来讲解界面化学和胶体化学中的基本概念和原理，如表面活性剂、乳状液、胶束、微乳和反相微乳、LB膜、气溶胶、囊泡及作用、接触角和润湿作用；根据分子自装和晶体结构方面的最新研究成果来讨论气体的吸附与脱附、催化反应的分类、催化反应的一些机理和速率常数等基本知识和原理；通过绿色环保的锂电池最新研究成果来引入电极电势、电极的种类和原电池的设计等。通过介绍课程内容与相关领域的前沿成果，将枯燥的理论知识与生动的科研内容相结合，使学生发现所学知识在科研和实际中有很大作用，激发学习兴趣，活跃课堂气氛，拓宽视野和知识面，加深了对基本概念和原理的理解。教师首先应当积极践行研究型教学，同时也应组织学生参加科研项目或研究课题。让学生在科研的创新实践中独立的运用已学知识去发现问题，解决问题并取得创新性成果。

2　物理化学教学方法的改革

2.1构建以学生为主体，教师为主导的教学模式

课堂教学要形成“教师讲授重点和难点，学生自学其它”的模式，充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用。通过组织学生课堂讨论，促进师生之间的交流和互动，还有利于集中学生注意力，增加学生的主动性和积极性。对于常见的并可以用学过知识处理的问题，如化学平衡、表面物理化学、胶体化学，可以采用讨论式教学法。在学习溶胶的稳定与聚沉时，组织学生讨论卤水点豆腐的原理；在学习稀溶液的依数性时，组织学生讨论北方冬天为防止下雪路滑，为什么要在雪地上撒盐。这将物理化学的知识点与实际生活联系起来，让学生变被动为主动。

以学生为主体的教学模式，丝毫不会降低教师的指导作用，而是对教师提出了更高的要求。要求教师更加深入地掌握物理化学的相关知识，了解学科前沿动态，以便启发和回答学生的质疑和提问。教师要给学生创造宽松的课堂环境，让学生自由地提出问题并充分讨论。一个好的教师不应只是知识的传授者，更是在和学生的讨论中新问题的提出者、新视角的提出者和新思维的倡导者。

2.2摈弃填鸭式教学，倡导启发式教学法

物理化学的教学要摈弃满堂灌的填鸭式教学，教师营造独立思考的课堂环境。教师根据教学内容，备课时精心设计一系列问题，然后在课堂上通过师生共同讨论将问题解决。问题的设计一定要采取生活中有趣并且常见的生活现象，以利于调动学生的好奇心和学习兴趣。

教师如果按照填鸭式的讲解，学生会觉得枯燥、抽象，根本提不起兴趣。在讲解恒温恒压、各相中物质的量不变时的吉布斯能公式：

式中G为界面吉布斯函数，γ为表面张力，As为界面的比表面积。如何让学生能理解和掌握这个公式呢？教师可以带学生做了一个小实验，将装有水和油的透明玻璃瓶剧烈震荡，观察到油在水间以很小的颗粒混合，当放置一段时间后，水和油又分层了。这个现象在生活中很常见，很容易激发学生的学习兴趣。有的学生会认为油和水相互不溶解所致，而有的学生认为是密度不同所致等等。这些答案虽然有一定的道理，但没有确切的理论支撑。此时教师可以提示，油变成小颗粒后表面积会怎样呢？此时，学生回忆起本章学过的内容，表面张力γ恒温恒压下是常数，将水油混合物剧烈震荡后变成大量的微小颗粒，并使界面的比表面积As急剧增加。而系统的吉布斯函数总是朝着减小的方向进行，而表面张力γ在恒温恒压下为常数，为了降低系统的吉布斯函数，只能通过降低两相间的比表面积来达到目的。而两相分层时，比表面积最小。这可以使学生掌握了决定吉布斯函数的两个因素，即表面张力和比表面积。通过这样一个生活中常见的现象，提高了学生的学习兴趣并掌握了界面吉布斯函数表达式。

在讲解开尔文公式时，教师花了很长时间推导，但公式繁琐，涉及的物理量也多。学生理解起来有一定的难度，并没有完全消化。可以提出这样一个问题让学生思考：在一个封闭的钟罩内，有大小不等的两个球形液滴，问长时间后会出现什么现象？学生的答案五花八门，主要的原因是没有掌握开尔文公式。教师可以引导学生回顾饱和蒸汽压的概念，知道钟罩内的两个球形液滴开始挥发，气相中的压力最大到其饱和蒸汽压。根据开尔文公式：

式中Pr为小液滴的饱和蒸汽压；P为平面液体饱和蒸汽压；γ为液体的表面张力；M为小液滴的摩尔质量；ρ为小液滴密度；r为小液滴半径；R为理想气体常数；T为开尔文温度。由于液滴可以看做凸液面，液体半径为正值，公式右边也为正值。所以小液滴的饱和蒸汽压Pr大于平面液体饱和蒸汽压。并且半径r越小，小液滴的饱和蒸汽压Pr越大，因此，小液滴的饱和蒸汽压大于大液滴的饱和蒸汽压。因此在挥发过程中，大液滴先达到其饱和蒸汽压，但尚未达到小液滴的饱和蒸汽压，所以小液滴继续挥发，导致气相中的压力超过了大液滴的饱和蒸汽压，使得部分气体凝结在大液滴上。致使大液滴的半径变大，饱和蒸汽压下降，而小液滴半径变小，饱和蒸汽压上升。该过程反复进行，导致小液滴完全消失，最终变为一个大液滴。通过这个问题的讲解，加深了学生对开尔文公式的理解，以后类似的问题也能迎刃而解，达到了良好的教学效果。

2.3采用类比法教学

物理化学课程公式多，知识点多，并且知识的逻辑性和关联性强。教师在课堂讲授中应当及时对所学知识进行总结，将已经学过的知识和新知识横向比较，增强知识间的关联，从而达到触类旁通、由此及彼的效果。

热力学的中的焓和吉布斯函数是两个重要的热力学函数，可以用来计算化学反应的热效应和判断化学反应进行的方向。其中涉及了一些基础热数据，如标准摩尔生成焓、标准摩尔生成吉布斯函数和标准摩尔燃烧焓，学生很容易弄混淆，可以对这几个概念进行对比，方便学生记忆和理解。它们的共同点是都用稳定相态的单质作为零点来确定其数值。而它们零点的规定则不同，标准摩尔生成焓和标准摩尔生成吉布斯函数规定标准态下，稳定相态单质的而规定标准摩尔燃烧焓在标准态下，完全氧化后产物的

热力学相平衡中的克劳修斯-克拉佩龙方程：

热力学化学平衡中的范特霍夫方程：

化学动力学中的阿伦尼乌斯方程：

上述3个方程有类似的形式，可以将它们联系起来记忆，便于学生理解和掌握。

2.4多媒体课件和板书相结合

目前多媒体教学是大学课堂常用的一种教学手段。多媒体通过形象、生动、直观的图像、动画等形式将枯燥乏味的理论知识变得具体和容易接受，增加了知识的趣味性，调动了学生的积极性，同时节省了大量的板书时间。物理化学中的相平衡、界面现象和胶体化学可以采用多媒体手段。如在讲解势能面与过渡状态理论时，势能面立体图可以让学生很容易理解反应的“最低能量途径”、“马鞍点”等抽象概念。板书是比较传统的教学模式，其合理应用也不容忽视。物理化学中的热力学第二定律中，热力学函数（U，H，S，A，G）的相互关系以及计算内容抽象，公式繁琐。如全用多媒体教学，学生会觉得记忆困难。教师可以将这些重要公式列在黑板上，并用彩色粉笔标注。使学生有足够的时间不断思考，有助于学生理清思路，更好的理解知识点。

3　注重能力的多样化考核方式

确采用平时成绩和期终成绩相结合，平时成绩占课程考核成绩的40%-60%，期终成绩占课程考核成绩的60%-40%。平时成绩的考核包括作业成绩、课堂笔记、课堂纪律、出勤率和平时小测验等。在整个学期中，至少要有2-3次的小测验，这可以有效地让学生进行阶段性复习，教师能了解教学效果和学生对所学知识的掌握情况。

期终考试要尽量避免死记硬背，多涉及一些应用问题，让学生用学过的知识和技能来解决实际问题。考试时可提供必要的常数和公式。题量虽不是很大，但有较强的灵活性、实验性和综合性，注重提高理论与实际问题的联系。

4总　结

制药工程专业的物理化学教学应该基于物理化学的特点，并从学生专业背景出发，将制药工程专业知识和科研融入到物理化学教学中，有助于建立物理化学与制药工程的紧密联系。引导学生对物理化学的兴趣，加强学生的独立思考和自主学习能力，探索适应学生全面发展的教学方法。

［1］田彦文，翟秀静，刘奎仁.冶金物理化学简明教程［M］.北京：化学工业出版社，2011：15-18.

［2］朱志昂.物理化学课程教学内容和教学方法的改革［J］.大学化学，2012，27（5）：9-13.

［3］侯文华，姚天扬.物理化学课程教学探索与实践［J］.中国大学教学，2012，11（7）：38-40.

［4］天津大学物理化学教研室.物理化学［M］.北京：高等教育出版社，2009：247-248.

责任编辑：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

国家自然科学青年基金项目（21301094）；安徽省高等学校自然科学研究项目（KJHS2016B10）

徐涵（1980-），山东潍坊人，黄山学院化学化工学院讲师，研究方向为功能配合物。