多媒體輔助CDIO模式提升天然藥物化學實驗教學效果的探索

李 燕，魏英勤，張永春，萬文珠，劉 瑜

(齊魯工業大學 化學與制藥工程學院，山東 濟南 250353)

天然藥物化學是制藥工程專業的主要課程之一，該學科的主要研究內容為各類天然藥物的化學成分的結構特征、物理化學性質、提取分離方法和結構鑒定等方面[1]。在天然藥物化學課程的教學過程中有許多實踐性的內容需要通過實驗教學進行，通過實驗教學不僅能夠幫助學生鞏固和驗證理論知識，掌握實驗操作技能，加深知識點的理解，更重要的是通過實驗教學可以鍛煉學生發現問題、提出問題以及運用所學專業知識分析問題、解決問題的能力，也是培養學生的創新意識和研究性學習能力的重要途徑。

天然藥物化學實驗課程傳統的教學方法，首先教師在教室里將理論知識點從具體到抽象進行講解，然后在組織學生課程實驗時，要求學生按實驗講義進行實驗，學生對實驗的現象以及實驗結果早有預料，因此是在“一切現象和變化都在意料之中”的思想狀態下進行實驗的。傳統的教學方法會導致教學內容流于書本，不能積極的調動學生的學習積極性；另一方面學生不能自由發揮，不能體現學生積極思考主動設計的過程。因此，傳統教學方法已很難滿足新時代制藥工程專業學生的培養目標的要求。

CDIO即構思(Conceive)、設計(Design)、實現(Implement)和運行(Operate)，代表了工程教育的四個重要環節，是一種創新的工科教育理念，該模式下要求工程師在產品研發過程中應具備從構思、研究到運行、改良的全過程所必需擁有的基本能力[2]。該教學模式要求，教學與實踐要以學生為主教師為輔的觀念，學生為主體，指導教師主要起引導作用。在教學中注意啟發學生從實踐中發現和提出問題，引導學生分析問題、解決問題，在此過程中注意實驗小組成員間的相互協作，以達到培養學生的獨立思考能力、實踐能力、分析問題、解決問題以及團隊合作和創新等多方面的能力。而制藥工程專業的教育與其它工程教育一樣，面臨著如何在規定的有限學時內讓學生獲得更深理論知識的同時，也要具備實驗項目的設計、實現、運行的能力以及團隊合作和創新能力等多方面的素質[2]。因此，我們在制藥工程專業的天然藥物化學實驗教學中引入CDIO模式，在實驗教學中做到以學生為主體、教師為主導，鼓勵學生從實際中發現問題、解決問題，促進學生由被動學習轉向主動學習；另外，我們在教學方式上進行了改革，學生可以根據自身的興趣選擇不同的設計性及綜合性很強的實驗項目，通過學習小組的共同努力完成實驗項目，達到培養學生創新能力、實踐能力、執行能力、分析問題解決問題的能力以及團隊協作等多方面素質的目標[3]。多媒體技術是運用信息技術和專業知識充分結合起來的新教學方法，具有直觀、生動、信息量大、交互性好的特點，有助于提高學生學習的積極性并提高教學質量。因此，為滿足制藥工程專業學生培養的目標要求，我們在實驗教學中積極進行教學方法的改革，引入多媒體輔助CDIO教學模式，通過試運行取得了良好的教學效果。

1 多媒體課件的制作

多媒體技術可以圖文聲情并茂、形象直觀的展示教學內容。因此，我們選擇天然藥物化學實驗中的一些基本常規的操作以及較為抽象的實驗內容作為多媒體課件的基本素材。在多媒體課件制作過程用，課題組教師用到了大量的軟件，比如利用Power-Point制作圖文并茂的幻燈片演示課件，利用Phtoshop軟件對采集的原始材料進行圖片的裁切、連接等，利用ACD/Chemsketch展示各種類型化合物的結構式并輕易的實現二維到三維的結構轉化，利用flash CS制作柱層析的分離過程，利用microsoft video錄制實驗操作視頻，利用Authorware Profesional軟件制作CAI課件“中藥有效成分的提取分離及結構鑒定”并應用于教學中。

2 教學設計

在新的教學模式下，堅持以學生為主體的原則，實現學生由被動學習向主動學習的轉換，實驗方案以理論教學內容為基礎，根據學生的興趣，開展個性化實驗方案設計，將學生被動驗證實驗模式轉變成學生個性化主動實驗模式。在實驗內容上安排設計性及綜合性要求較高的實驗項目，并告知學生該項目的實驗目的、實驗內容及需要達到的實驗要求，但具體的實驗方案需要學生自己設計。在此過程中需要學生熟悉所設計實驗中成分類型的結構特征、理化性質、可選擇的提取分離方法以及結構鑒定所用到的技術等內容，學生可以通過豐富的多媒體課件進行學習。接下來，根據學生自己設計的多種實驗方案進行可行性分析，不斷優化實驗方案，得出最佳實驗方案并實施該實驗項目。待實驗項目結束后，指導教師要對整個過程進行評價，同時歸納總結各實驗小組所用到的實驗方案、技術路線與實驗操作，并對各個項目組在實驗過程中的優缺點進行點評，對在各個環節表現優異的同學進行表揚。在教學過程中，教師要充分利用多媒體課件來輔助CDIO教學方法的實施。

3 教學實施

以黃酮類化合物的提取分離及結構鑒定實驗為例，給學生提供的原料為槐米，由學生通過查閱文獻來了解槐米中的有效成分為黃酮類化合物蘆丁和槲皮素，進而對以上黃酮類成分的結構、性質、提取方法以及鑒定方法等內容進行綜述，初步設計出幾種實驗方案，再進行合理性和可行性分析，綜合討論后設計出最佳實驗方案。在設計方案設計時，學生可根據需要參考多媒體課件中黃酮類化合物的結構特征、性質等內容，也可以通過課件中錄制的視頻文件熟悉所設計工藝中用到的實驗操作，有利于學生在實驗時進行規范的操作。在實驗過程中學生要記錄實驗數據、實驗現象，并對以上數據進行分析進而得出實驗結果，最后提交實驗報告。教師批改后，再對整個實驗過程進行綜合點評。

4 教學效果

在成績評價中實驗總評成績設為100分，由實驗設計、專業技能和分析討論三部分成績構成，各項成績占比分別為30%、40%和30%。本教改模式已連續3年在本校制藥工程專業學生的實驗教學中推廣，并取得了良好的效果。通過多媒體課件輔助CDIO教學方法，學生通過多媒體資料的學習能夠很快的理解抽象的理論知識和復雜的實驗操作，顯著提高學生在實驗研究方面的學習效果。經統計分析，在教學改革前實驗平均成績為75.05分，改革后平均成績提至81.57分，兩者相比成績有明顯提升，經統計P<0.05。

5 教學體會

CDIO教學模式要求在教學過程中以學生為中心，注重培養學生的綜合素質，以達到使學生全面協調發展的目的；而多媒體技術具有直觀、生動、信息量大、交互性好等特點，有助于提高學生學習的積極性并促進學生對知識的理解和記憶，提高學習效率。我們在制藥工程專業的天然藥物化學實驗教學中引入多媒體輔助CDIO的教學模式，真正做到"以學生為中心"，融知識傳授、能力培養、素質教育全面協調發展。不僅使學生有效的理解理論知識、快速的掌握各種實驗技能、擴展了學生對本學科實驗研究技術與學科進展的視野，還有助于學生創新能力、實踐能力、執行能力、分析問題解決問題的能力以及團隊協作能力等多方面綜合素質的提升。

但在實施過程中也遇到一些問題，如整個實驗過程耗時長、難度加大、實驗器材不足，并且對指導教師的素質要求更高。因此，要想順利推動實驗教學模式的改革還需加大實驗室開放力度、資金投入和重視師資考核，以確保教學改革順利進行。