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中医药院校物理化学实验

发布时间:2020-06-12   |  所属分类:医学校验:论文发表  |  浏览:  |  加入收藏

  目的完善中医药院校的物理化学实验课程体系,适应专业多样性。方法充分考虑物理化学内容的基础性和科研性的特点,不断引入国内外教材改革成果,主要从原理验证、现象对比、探索研究、数据处理等几个方面设计实验课程内容,并构建相应的评价体系,以满足现代化中医药人才的培养要求。结果所构建的物理化学实验课程体系能够满足现有的教学工作的要求,并在教学实践中不断改进和完善.

中医药院校物理化学实验

  关键词:物理化学实验;专业多样性;中医药思维;现代科学思维

  一引言

  中医药作为我国独特的医药资源和技术,与人民的健康生活水平休戚相关[1]。中医药事业和产业的现代化发展,需要兼具中医药和现代科学的思维和知识的复合型人才队伍[2,3]。物理化学作为中药学类专业的必修基础课之一,理论课程主要介绍物质和能量(化学热力学)、物质与变化(化学动力学)、物质与性质(表面与界面、胶体等)等内容的定量规律[4],实验课主要通过实验数据的获得加深学生对理论课中部分重要内容的直观理解。物理化学实验课程与其他基础化学实验课程有所不同,不涉及物质合成与性质验证等基础实验操作,实验内容主要是验证某一原理或者学习定量测量某一现象的方法,需要学生综合运用所学过的实验操作来完成实验项目。实验操作在物理化学实验课程的学习目标及评价体系中占比相对降低,更为重要的是原理的再学习和巩固、以及数据的定量处理及分析过程,不仅从现代科学的角度综合训练学生的抽象思维和数据分析等能力,还能够为后续的专业课(药剂学、药代动力学等)的学习奠定基础。为了适应学校不同专业类别(中药学类、药学类等)的不同专业培养要求,以及对物理化学实验课程的不同课时安排,整合原有的物理化学实验课程体系进行重新配置,主要基于以下几点考虑:(1)建立实验项目库:针对专业多样化的现状,考虑物理化学理论课程在不同专业的共性和个性,建立物理化学实验项目库,即化学热力学、化学动力学等重点内容作为共同项目入库,表面物理化学和胶体化学部分针对不同专业的特点作为个性项目入库,并且在课程的具体实施过程中对项目库实行动态管理,即根据实施效果和学生反馈情况对实验项目及时增减;(2)强化理论学习:针对物理化学理论课抽象难懂的特点,结合具体直观的实验现象加深对理论课程的理解;(3)鼓励计算机数据处理:向学生介绍计算机数据拟合的方法,鼓励学生通过现代化的数据分析方法处理实验数据;(4)完善评价体系:综合考虑实验操作、理论学习、数据处理等方面对学生进行综合评价。物理化学实验课程在我校开设的时间不长,在不断积累教学经验的基础上,充分借鉴其他学校的教学经验[5-8],现将笔者近3年的教学实践总结如下。

  二实验项目库的建立

  物理化学实验课程是抽象理论具体化的重要学习手段。物理化学实验课程体系的建设与完善,不仅需要配合理论课程的教学进度和教学要求,还应考虑各个专业不同培养目标的共性和个性、现有实验条件、学校办学理念等多方面因素。通过初步查阅物理化学实验教材发现,物理化学实验中的部分验证性实验,通常需要的仪器要求精度较高,且操作繁琐,故不适合放入学生实验课程中,采用发放学习资料、精品实验课程的视频资料等方式让学生作为课后阅读材料较为妥当。而部分操作性强的现象观察的实验,实验现象新颖有趣,可以通过直观的实验现象使学生加深对抽象理论的理解。因此,原理验证性实验不宜过多,而新增实验应关注现象观察的实验,特别是和中医药关系紧密的,或者结合科技前沿的简单实验,充分调动学生的动手能力,训练综合实验能力。1.必做实验项目的拟定:现在物理化学理论课程中,化学热力学和化学动力学是核心内容,是后续课程相关内容(如生物化学中的生物能量代谢、药代动力学中的血药浓度曲线等内容)的基础知识,因此应当作为重点实验项目选入实验课程体系。考虑到现有实验条件、这两部分内容本身的难度,目前的项目,热力学实验为乙醇-水的偏摩尔体积的测定,动力学实验为丙酮溴化反应速率常数的测定。此外,通过理论学习,学生会了解到温度会影响到诸多的热力学和动力学的参数,在实验过程中,提示学生注意室温变化对实验结果的影响,并根据冬夏不同学期的实验数据结果对实验内容进行微调,如丙酮溴化反应速率常数测定的实验,夏天的反应体系应当适当提高浓度(同时提醒学生注意溴水的取用安全),否则会由于反应过快而无法收集足够拟合的数据点,此外,在完成基本实验内容的基础上,鼓励学生根据所学的理论知识,自由设计该动力学实验的反应体系各成分的用量,通过收集不同组成的数据进行多组实验数据的拟合,在此基础上进行多角度的对比,在重点实验项目中渗透研究性实验的内容,达到根据不同层次学生因材施教的多元化教学目的。乙醇-水的偏摩尔体积的测定的项目中,使用比重瓶作为比体积的测量方法,教学中需要详细说明比重瓶的使用原理和多种用途,如测量密度、孔隙率等,鼓励学生依次为拓展点进行延伸性阅读,或者开展大学生创新创业项目的研究内容。2.选做实验项目的筛选:物理化学理论课程中还有物质与性质(表面与界面、胶体化学等)的内容,该部分内容的实验项目多为现象观察和分析,因此可以根据不同专业的培养方向设置不同的选做项目,目前选做的实验项目包括乳状液的制备与性质、溶胶的制备与性质、测定吸附容量实验等,根据不同专业的课时灵活调整。同时,注意到部分实验内容的理论知识的复杂性,在数据处理部分做好相应的简化,有助于学生理解实验数据所对应的理论知识,又能适应不同专业的学习难度的要求。如涉及吸附的实验,虽然实验现象十分明显,部分吸附的效果可以通过肉眼直接观察获得,但是吸附等温曲线的内容是学生较难理解的部分,可在数据拟合部分做适当的简化。3.研究性项目:对于实验课时较多的工程类专业(如制药工程、生物工程等),考虑增设研究性实验,并且至少分2次进行。充分利用实验分组完成多参数的实验,然后汇总数据进行分析,引导学生总结规律。目前设置的研究性项目为纳米二氧化硅的制备及其吸附性能。研究性实验的实验内容中,适当删除具体的试剂用量,改为由学生根据实验原理自行设计,通过让不同组别的学生选取不同的试剂用量,达到在一次实验课程中收集不同实验数据的目的,节省重复性实验操作,引导学生在集体完成较大实验项目的基础上,进一步进行综合比对实验数据,深入理解理论知识的目的。另外,研究性项目在实验讨论部分,引入科研论文作为辅助学习资料,让学生通过实践操作更好地深入阅读科研文献,培养学生的研究兴趣。4.动态调整:充分体现以学生为中心的教学理念,在实验项目的实施过程中,根据学生的实操效果、感兴趣程度等反馈对实验项目进行动态调整。

  三数据分析示范

  现代科学的发展离不来对精巧设计的实验所呈现的现象进行归纳总结,特别是采用数学方法进行定量研究。物理化学实验课中就涉及定量数据分析的内容,以化学动力学实验最为典型。通过介绍Excel、OriginLab等常用的科研数据分析软件,示范误差作图、数据拟合(或添加数据趋势线)等基础操作,引导学生进行定量数据分析的初步学习。此部分考虑到与其他实验课程的对接,保留传统的做图纸作图的方式,让学生自行选择做图纸、计算机等作图方式完成实验报告。

  四评价体系

  与分析化学、有机化学等操作性强的实验不同,物理化学实验更加关注对实验原理的深入理解,对数据的定量分析,对实验结果的客观评价等诸多方面。因此,在评定实验课成绩时,以实验报告为主要依据,特别是涉及数据处理和实验结果的分析,引导学生多进行深入分析,并鼓励学生充分利用教材、知网等网络资源查阅实验过程中遇到的各种问题、对实验内容感兴趣的拓展性内容进行讨论,在传统的实验报告格式的基础上,引导学生逐步采用科研论文的形式,如引用文献或者网络资源时标明出处等,养成及时处理数据、规范记录数据和实验现象等,并学会自行分析问题的研究习惯。在课程评分时,要提前向学生说明评分细则的内容,充分发挥形成性评价指挥棒作用,使课程的指导思想和教学理论落地有声。此外,由于在实验项目中多处引入的研究性的内容,经过教学实践,不适合将实验时间进行过于死板地规定,要求学生在时限内完成,教师需要根据具体学生的学习情况进行灵活掌握。总而言之,物理化学实验课需要充分考虑物理化学内容的基础性和科研性的特点,不断引入国内外教材改革成果,主要从原理验证、现象对比、探索研究、数据处理等几个方面设计实验课程内容,并构建相应的评价体系,以满足笔者所在学校多个专业的物理化学实验课程需求,适应河北中医学院快速发展的步伐,为现代化中医药人才的培养提供良性环境。

  参考文献

  [1]中医药发展战略规划纲要(2016—2030年),国发〔2016〕15号.

  [2]本科中药学类专业教学质量国家标准,教育部高等学校中药学类专业教学指导委员会制定,2015-12.

  [3]张伯礼.将中医药原创思维与现代科技结合[J].中国科技奖励,2017(02):6.

  [4]毕晓东,王迎春,郭慧,等.形成性评价在中药学类专业物理化学理论课程中的探索性实践[J].教育教学论坛,2018(03):162-163.

  [5]喻林萍,童海霞,张雄飞,等.团队合作模式在物理化学实验教学中的探究[J].广州化工,2018,46(22):151-153.

  [6]过家好,陈俊明,刘磊,等.物理化学实验“问题导向式教学”改革的探索[J].广州化工,2018,46(23):168-170.

  [7]管清梅,刘俊龙,师瑞娟.浅析物理化学实验课对理论课教学的促进作用——以蔗糖水解反应数据处理为例[J].宁德师范学院学报(自然科学版),2018,30(04):438-442.

  [8]田喜强,董艳萍,赵东江.物理化学设计性实验教学的研究与应用[J].广州化工,2019,47(05):163-164.

  [9]张盼良,孙碧珠,熊碧权,等.浅谈当前大学物理化学实验教学中的问题及教学改革的探讨[J].教育现代化,2018,5(08):48-50.

  [10]敏世雄.科研创新型物理化学实验教学模式的构建和实践[J].教育现代化,2018,5(09):160-161.

  作者:毕晓东 王相 郭慧 王迎春 王梦 牛丽颖

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