1. 引言
物理化学是临床药学专业的一门重要专业基础课程，为后续课程如药剂学、药物动力学等的学习提供指导和打下基础。物理化学实验课程是利用物理化学原理和方法进行药学实验基本技能训练的一门重要课程，是临床药学专业培养体系的重要教学环节。物理化学实验的主要目的是使学生初步了解物理化学的研究方法，包括重要的物理化学性能的测量原理与方法、实验条件的选择、实验仪器的选择与操作、实验现象的观察、实验数据的记录、实验数据的处理与实验作图、实验结果的分析和讨论以及利用物理化学原理进行实验方案的设计，从而培养学生的实验综合素质以及分析、解决实际问题的能力。更重要的是物理化学实验内容较多，且需综合利用物理方法和化学方法，其有助于培养学生的创新能力。通过物理化学实验的教学，还能促进学生对物理化学原理和基本概念的理解，与物理化学理论课具有相互促进、协同育人的作用。
2. 传统临床药学专业物理化学实验教学的不足
我校临床药学专业物理化学实验课程按理论课章节内容分别开设了热力学、化学动力学、电化学、胶体化学、表面化学方面等共计12个实验，学时共48学时。我校传统上的实验教学方式是由带教老师讲解实验目的、实验原理、实验步骤、仪器的操作方法、实验注意事项等，在实验过程中由教师巡回指导学生实验操作，学生按照要求完成实验并撰写实验报告，教师批阅实验报告并给出实验成绩。通过教师的调查和学生的反馈，我校临床药学专业物理化学实验尚存在以下几个问题。
2.1. 实验内容比较传统，与临床药学专业联系不够紧密
我校原有的物理化学实验教材采用的是一般化学、化工类实验教材。从实验内容上看偏向普通化学、化工专业，从实验类型来看，原有的物理化学实验中基础性实验、传统性实验偏多，与临床药学专业的结合不够紧密。例如缺乏将物理化学实验方法用于药物动力学、药剂学、药物分析方面的实验内容。原有的实验重点在于培养学生的基本操作能力，缺乏将这些基本操作能力转化为药学相关实验的训练。因而，部分学生感到物理化学实验繁琐且与药学课程脱节，缺乏学习动力。
2.2. 学生实验预习自学能动性不足
物理化学实验课程一般需时较长，部分实验原理需要深刻理解才便于实际操作。因此要求在实验开始前预习并写出预习报告。预习报告需要对实验原理进行概括、对实验仪器操作的注意事项进行标注、对实验步骤中的关键因素进行总结、对实验思考题进行回答。但传统的预习报告存在着部分学生对实验目的、实验原理和实验步骤与注意事项知识简单机械地抄写，对实验思考部分难以正确回答。更有极少数学生并未预习而是简单抄写一份预习报告。在实验课堂提问与讨论时也发现不少同学并未按要求课前查阅相关文献，对实验项目在药学科研和生产中的可能应用茫然无知。
2.3. 实验学时不能满足培养学生系统化的实验与科研能力
物理化学理论课内容较多，每一章节包含的原理和公式比较多，这些理论的实验远超出实际实验学时。部分实验所需时间较长也限制了开设一些难度较大、综合性强、有利于培养学生创新能力的实验项目。由于学时有限，也难于深入开展系列化的实验，这也限制了对学生实验探索能力的系统化培养。例如我们开设了分光光度法测定硫酸链霉素的有效期，用于培养学生进行药物动力学和药理学研究的实验与科研能力。但是测定药物有效期有多种实验方法，可以用紫外分光光度法测定阿司匹林有效期、用滴定法测定青霉素钾(钠)有效期、用旋光度法测定注射用维生素C水溶液有效期等，这些实验所用方法不同，和临床药学专业结合紧密，深受学生欢迎。但由于学时限制只能选择性开设，对完善培养学生的创新思维产生了影响。
2.4. 利用现代软件处理实验数据和实验作图的能力较差
我校开设的每一个物理化学实验都涉及到实验数据处理和实验作图。从交回的实验报告和学生的调查来看，在涉及到相关系数与标准方差的计算时，学生大多采用计算器进行计算，费时费力。在实验作图时，学生普遍采用坐标纸作图，但在坐标单位选择时缺乏准确性，导致做出的图形不能准确地反映实验结果。调查发现学生对Excel、Origin、Matlab等数据处理和作图软件缺乏了解，更缺乏熟练使用的能力，这种情况显然不利于培养学生的科研素养和创新能力。
3. 基于OBE理念的物理化学实验教学探索与实践
OBE (Outcome Based Education, OBE)教育理念，又称为成果导向教育、能力导向教育、目标导向教育或需求导向教育。在课程建设中，OBE理念强调以学生学习成果为核心，采用逆向思维的方式进行课程体系的建设；教学模式由“以教师为中心”向“以学生为中心”转变[1]-[3]。结合我校药学专业培养目标对学生知识理解能力、创新能力和素质养成的要求，针对以上存在的问题，在OBE理念指导下，对我校的物理化学实验进行了优化实验内容、利用超星学习通平台进行实验课程建设、课程思政教学、对比式和延伸式的实验教学、以毕业论文为任务驱动培养学生的研究能力、开设仿真模拟实验扩大学生的实验视野、引入实验数据处理和作图软件培养学生严谨、科学的数据处理能力和实验报告处理能力、建立综合性的实验成绩评定方法、引入模糊综合评价和因子分析等方法对教师的实验教学和学生的实验学习进行评价等方面进行探索和改革实践。
3.1. 优化实验内容，凸显临床药学特色
临床药学专业的培养目标要求学生掌握药学学科的基本理论、基本知识和实验技能，培养具备创新能力，能从事药物化学、药物分析、新药研究与开发的能力。为更好地实现培养要求，提高物理化学实验对学生后续课程学习的帮助，对物理化学实验进行了优化调整。在内容上减少了热力学部分的实验，增加了化学动力学、电化学、胶体化学和表面化学方面紧密联系药物动力学、药物分析和药剂学等药学专业密切相关的实验内容。
如动力学部分，将丙酮碘化反应速率方程测定改为链霉素有效期测定、盐酸四环素水溶液有效期的加速测定。在胶体化学部分，将胶体的制备、净化和电泳改为中药离子的透析和等电聚焦电泳法鉴别中药材及其混伪品。在表面化学部分，将表面张力测定调整为表面活性剂对布洛芬的增溶作用、将活性炭比表面积测定调整为活性炭对布洛芬废水吸附的测定。在电化学部分，将电导滴定调整为电导法测定食品与药物含量等。此外，还增加了乳状液的制备和凝胶的制备实验。后续证明，这些实验很受学生欢迎，在培养学生药学专业素质和药学职业道德方面具有较强的促进作用。其次，在实验类型上，以“实验知识–实验综合能力–创新能力”为主线[4]，开设基础实验–综合实验–创新设计型实验课程。增加综合实验数量，消减验证性实验，新增加计算机模拟实验。通过综合性实验和模拟实验的开展有利于培养学生的实验综合能力和探索创新精神。表1为实验调整前后的实验类型和实验内容对比情况。
Table 1. Comparison of physical chemistry experiment types and content before and after adjustment
表1. 物理化学实验类型与实验内容调整前后对比
实验类型 |
调整前实验 |
调整后实验 |
实验类型 |
基础型 |
甲基橙解离平衡常数测定 |
水杨酸油水分配系数的测定 |
创新型 |
基础型 |
过氧化氢分解速率常数测定 |
过氧化氢酶米氏常数的测定 |
创新型 |
验证型 |
电解质摩尔电导率测定 |
电导法测定难溶药物溶解度 |
综合型 |
基础型 |
电导滴定 |
电导法测定药物含量 |
创新型 |
验证型 |
原盐效应 |
硫酸链霉素有效期测定 |
综合型 |
验证型 |
皂化反应 |
加速法测定金霉素水溶液的有效期 |
综合型 |
基础型 |
活性炭对水中铬离子的吸附 |
活性炭对布洛芬废水吸附的测定 |
综合型 |
基础型 |
活性炭比表面积的测定 |
表面活性剂对布洛芬的增溶作用 |
创新型 |
基础型 |
最大泡压法测定表面活性剂表面张力 |
最大泡压法测定表面活性剂表面张力与HLB值 |
综合型 |
基础型 |
氢氧化铁胶体的制备、纯化、聚沉 |
中药溶液提取与离子的透析 |
创新型 |
基础型 |
溶胶的电泳 |
等电聚焦电泳法鉴别中药材及其混伪品 |
创新型 |
传统型 |
丙酮碘化反应活化能测定 |
振荡反应 |
模拟型 |
3.2. 利用超星学习通进行物理化学实验的课程建设
超星学习通是面向智能手机、平板电脑等移动终端的移动学习专业平台，也是开展线上教学的重要资源[5] [6]。教师可以在平台上授课、布置作业、与学生交流互动和安排测试，学生可以在平台上学习学校课程、观看教学视频、进行小组讨论，完成作业和考试等。为更好地完成物理化学实验教学，我们将超星学习通作为物理化学实验教学的第二课堂。在上课之前将实验教案、实验讲稿、实验课件、实验要求、实验注意事项、预习思考题、仪器操作视频、实验在药学科研、生产中的应用介绍、实验课程思政元素与案例等课程资源提供在平台上供学生提前学习。学生在平台上完成预习报告和预习思考题的回答，通过超星学习通平台上的统计功能考核学生观看视频、交流互动的情况，从而实施对学生预习的监督。学生在实验结束后若有实验中相关问题可通过平台提问，老师指导解答，确保学生能够得到全过程的指导。为解决实验学时不足和系统化地培养学生实验能力，教师在学习通上除了安排的实验外还提供相关的系列化实验资源供学生学习。
3.3. 开展实验课程思政，促进实验教学与思政教育协同发展
新药科背景下，要求培养的学生既要有扎实的药学专业知识和实验能力，又要有从事药学工作的法律和职业道德。因此，在物理化学实验中开展课程思政教学。根据课程思政教学要求，修订实验教学大纲。完善原有的实验知识目标、实验能力目标，增加思政教育目标。遵循“符合专业培养要求、突出药学特色和发挥价值引领”三大原则[7]，在每个实验的原理、实验遵守的条件、实验数据的记录与处理、实验在药物科研生产上的应用、相关药学家的事迹等方面挖掘思政元素并进行案例建设。表2为部分药学物理化学实验中思政元素示例。通过物理化学课程思政的教学，使学生深刻理解了实验的重要性，端正了实验学习态度。一些实验的思政元素使学生对实验形成了较为长久的记忆印象，避免了以往一些同学实验课程结束后就很快遗忘的现象，达到了以思政教育提高实验教学效果的目的。
Table 2. Case studies on ideological and political education in some physical chemistry experimental courses
表2. 部分物理化学实验课程思政案例
实验项目 |
思政目标 |
课程思政结合点 |
加速法测定金霉素水溶液有效期 |
团结协作的工作作风， 严格认真的职业素质，
为药学事业奉献的精神。 |
实验需要团队分工合作测定多个温度下的水解速率。实验要求严格控制温度和取样时间，以确保有效期的准确。有效期的测定是药物研究生产的重要工作，应具有为研究开发新药的担当和责任。 |
活性炭对布洛芬废水的吸附 |
珍惜爱护环境的意识， 将废弃物进行转化利用的绿色生产。 |
用图片展示制药废水对土壤、水质、农业生产的危害，强调保护环境的重要性；稻草、花生壳等废弃物加工后可作为吸附剂净化废水，引导学生废物循环利用的绿色生产意识。 |
表面活性剂对布洛芬的增溶作用 |
外因通过内因影响物质的性质，要善于利用外因；严格按规定做事的工作作风。 |
布洛芬在水中溶解度由其结构和性质决定，但加入吐温形成胶束可使布洛芬的溶解度显著增大。增溶质和增溶剂加入顺序不同对布洛芬的增溶效果不同。 |
临界胶束浓度测定 |
具体问题具体分析。 |
阐述不同类型表面活性剂其临界胶束浓度的测定方法不同，引导学生善于思考，根据问题的具体特征和性质提出解决问题的可行方案。 |
电导滴定测定药物含量 |
量变引起质变；理论联系实际； 具体问题具体分析。 |
电导率在终点前后的显著变化体现出量变到质变的辩证唯物主义观点；电导滴定优势明显，但不适合氧化还原滴定和络合滴定，引导学生培养理论联系实际、具体问题具体分析的唯物主义方法。 |
在课程思政教学上，除课堂讲授外。主要的教学形式是在超星学习通平台上，在OBE理念指导下以学生为主，教师安排思政作业，由学生撰写小论文、制作素材、图片和视频的形式进行学习。学习内容针对具体的实验引发的相关思政问题，也可以是与实验相关的社会热点事件。学生的思政学习计入实验平时成绩。
3.4. 进行对比式、延伸式实验教学
药物有效期的测定对于药物动力学和药理学研究十分重要。为了使学生系统掌握药物有效期的测定方法，在实验教材编写时，对药物有效期的测定编写了多种方法的测定实验。在同一实验室，将学生分成三个小组，分别做分光光度法测定硫酸链霉素有效期、紫外分光光度法测定阿司匹林有效期、滴定法测定青霉素钾(钠)有效期。各组成员可以在实验间隙期间了解观看其它方法的测定，实验完毕组织各组同学交流，这样使学生在短时间内可以学习了解多种有效期的测定方法。对于表面活性剂张力和HLB值的测定实验，为了使学生进一步了解HLB值在药物生产中的应用，开展了实验的延伸式教学，即提出质量比例法测定农药助剂的HLB值。将实验视频提供给学生课后观看、要求学生学习测定原理和实验步骤，这样使学生深化了解HLB值测定的应用价值。在不显著增加教学课时的前提下，有效促进了实验资源对学生实验能力的培养利用度。既实现了实验教学内容的延伸与拓展，又激发了对实验探索的热情[8]。
3.5. 在实验教学中开展以毕业论文为任务驱动的教学，培养学生的研究能力
临床药学专业学生在毕业前都必须完成有一定质量的毕业论文，学校规定讲师职称以上的教师都有指导本科生毕业论文的责任和义务。一些准备考研的同学也希望能够较早地掌握毕业论文研究的相关流程和实验能力，这就为将毕业论文作为任务驱动力引入物理化学实验教学提供了很好的契机。几年来，实验带习教师在物理化学实验教学过程中为相关学生提供了物理化学实验中药物油水分配系数的测定实验、药物有效期测定实验、表面活性剂对制药废水的吸附实验作为本科生毕业论文选题基础、实验研究过程和实验能力培养的机会。在这些实验教学过程中，实验教师为相关学生进行了实验文献查阅、实验选题、实验过程设计、实验仪器操作和实验结果分析的特别指导，深受准备考研学生的欢迎，提高了物理化学实验的价值内涵和外在吸引力。
3.6. 开设仿真模拟实验，扩大实验学时
虚拟仿真实验是指借助于多媒体、虚拟和仿真等技术在计算机上营造可辅助、部分替代甚至全部替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境，实验者可以像在真实的环境中一样完成各种实验项目，所取得的实验效果等价于甚至优于在真实环境中所取得的效果。
目前，我们做了电化学振荡指纹图谱鉴别中药材的虚拟实验。该实验涉及到中药的提取、电化学测试等方面的相关知识。实验在
-Mn2+-H+-丙酮振荡体系中，调整振荡体系中各物质浓度，中药参与电化学振荡反应并作为振荡耗散底物，获得电位随时间变化的振荡波形。在保持振荡系统中各物质浓度不变的情况下只改变中药种类，因其所含化学成分不同而具有形状迥异的电化学指纹图谱。同种中药，因其产地不同，相同成分的含量存在差异，其电化学指纹图谱形状相似但特征参数不同。由于电化学指纹图谱具有重现性好，指纹特征性强、专属性好的特点，十分适合培养学生对中药的研究能力。虚拟实验注重的是实验操作的交互性和实验结果的仿真性，教师和学生都可以自由上网进入虚拟实验室操作仪器，进行各种实验，能有效缓解场地、经费、器材、学时等方面的限制，有助于培养学生独立思考、解决问题的能力和创新思维[9]。
3.7. 引入实验软件，提高实验报告处理水平
为提高实验报告数据处理和作图水平，在实验教材中编列了数据处理和作图方法。分别介绍了Excel、Origin、Matlab计算一元回归方程、相关系数、标准方差的计算方法和作图方法。在第一次实验过程中，教师利用时间给学生作了实验数据处理与作图软件的演示使用。同时，在实验报告评分上，对用软件处理数据和作图作了要求。几年实践下来，对学生毕业论文的数据处理起到了很好的作用。
3.8. 建立综合性的实验成绩评价体系和教学评价
我们在原有实验评价标准基础上建立形成性评价体系。每位学生的物理化学实验教学成绩由四个部分构成。学习通上提交的实验平时作业占15%，实验平时作业包含实验预习、实验课程思政作业和平台上的实验讨论等。实验完成情况评判成绩包括课堂实验操作情况、实验报告完成情况等。其中，难度较大实验成绩占45%，难度一般实验成绩占30%，学习通上的实验知识测试占比10%。由于学生的实验成绩具有动态变化的特点，部分学生可能在某个实验上的操作情况较好，在另外一个实验上的操作较差，因此实验成绩并不是单凭实验报告决定的。教师在实验巡回指导过程中，对不规范或错误操作进行记录，在该实验完成的成绩评分中进行扣减。对在课堂实验讨论和问答中表现优异的给予加分。这样把过程性评价和结果性评价结合起来的方法，使实验考核得到了全方位、全过程的综合考核，使学生的实验成绩更加客观可靠，也促使学生全面认真地对待实验课程的学习。在教学过程中，教师及时采用多种数学评价方法如模糊综合评价、因子分析等，对教师的教学和学生的学习情况进行综合评价和分析[10] [11]，根据评价结果反馈的信息采取相应的教学改进措施，促进物理化学实验教学质量的持续提高。
4. 结语
培养具有创新精神和跨学科视野的高素质应用型药学人才是新药科背景下的教学要求[12]。物理化学实验紧密联系物理、化学、药物动力学和药剂学的原理和知识，是满足培养具有创新精神和跨学科视野的高素质应用型药学人才的重要课程。在临床药学专业的物理化学实验教学中，要始终立足于专业特色，在教学过程中让学生充分获得实验知识并实现临床药学专业所需要的实验能力和创新思维能力。针对物理化学实验教学中存在的问题，以OBE教学理念为指导进行了改革探索。以能力达成目标为导向，以学生为中心，优化实验教学内容、引入实验课程思政、实行线上线下混合教学、完善课程的监督和全过程评价，有效地提高了物理化学实验的教学水平和教学效果。
基金项目
川北医学院2024年度课程思政教学教改课题项目(kcszjg202422)；南充市社科研究“十四五”规划2024年度项目(NC24B204)。