基于項目驅動的多學科融合教學模式探索
——以分析化學教學中《熒光分析法》的應用為例

閆力強 李建平 阮貴華

（桂林理工大學化學與生物工程學院 廣西·桂林 541006）

隨著科技的發展和知識的日新月異，學科交叉與融合的趨勢越來越顯著。學科交叉是指各學科間的界限不斷被打破與重組，科學研究不再局限于單一的研究領域，而是不同學科之間相融合發展的狀態。[1,2]學科交叉有利于學科間知識的相互借鑒、相互促進；有利于新理論的建立和新技術的產生；有利于科學研究向著更深層次和更好水平的發展，體現了科學向綜合性發展的趨勢。[3,4]因此，在本科人才培養過程中，多學科融合教學模式將會成為一種必然的趨勢。然而，學科融合并不是學科間知識的生硬拼湊，而是有目的、有主次的有機融合。要實現多學科知識的有機融合，項目驅動教學模式是一種有效途徑。[5]

1 基于項目驅動的多學科融合教學模式的特征

基于項目驅動的多學科融合教學法在建構理論基礎上，把相關的多學科知識點融合到一個完整的項目中，通過項目的執行來完成教學活動。學生是項目完成者，老師是項目的引導者。項目教學法具有明確的目的、完善的實施方案和靈活的考核方式，既可以傳授給學生多學科的基礎知識，又能在小組討論、協作學習的模式下培養學生的溝通協作能力、分析和解實際問題的能力、激發對科研的興趣。[6-8]

2 教學的實施

基于項目驅動的多學科融合教學法主要適用于實踐性強、理論知識涉及廣的理工科課程。分析化學是化學、材料、物理等專業的重要基礎課，是一門理論與實踐聯系非常密切的課程，具有學科交叉和集成創新的特質，因此在教學過程中探索、嘗試應用基于項目驅動的多學科融合教學模式具有重要的意義。以《分析化學》（人民衛生出版社，第6 版，李發美主編）中第十一章《熒光分析法》為例。熒光分析法具有可視化檢測、操作簡便、檢測成本低廉、特異性好和靈敏度高等優點，在環境分析，食品檢驗，醫療診斷和生物成像方面已經得到廣泛的應用，也是分析化學領域科研的熱點。主要的實施過程如下：

2.1 根據教學內容，設計實施計劃

合理的實施計劃是項目順利進行的有力保障，是決定教學成敗的關鍵。因此，首先要根據教學內容和學生的知識能力，確定項目實施的目的、實施的進度、質量評價要求和預期的結果等。本節課的學習要求：（1）理解分子熒光的基本原理、熒光激發光譜、發射光譜的含義（涉及光物理知識）；（2）掌握分子熒光發射光譜的特征（熒光與物質結構的關系，涉及有機化學的知識）；（3）了解熒光光譜儀的組成（涉及儀器相關知識）；（4）掌握熒光分析法的主要應用范圍（根據檢測對象的不同涉及環境、食品、生物等方面知識）。項目分三個周進行，第1 周：查閱文獻和閱讀參考書，了解基礎知識，解答知識理解過程中的問題（集體進行）；第2 周：設計實驗思路，確定實驗路線（分組進行）；第3 周：實驗的實施及總結（分組討論后集體總結）。一般來說，大一和大二的學生由于基礎的局限性實驗耗時和耗費精力較多，大三和大四的學生實驗技能積累較好，實驗進展較為順利。所以在設計項目時，要充分考慮學生的基礎。

2.2 分配任務

根據項目計劃，對學生進行分組，確定每組學生完成的環節，落實每個學生的目標任務，防止有些學生出現觀望的情況。學生根據自己的任務，查閱參考資料，確定實驗方案。本項目根據熒光分析法的基本原理、應用范圍，并結合實驗室的科研條件，分為金屬離子熒光探針的設計與制備、陰離子熒光探針的設計與制備、氨基酸熒光探針的設計與制備、pH值熒光探針的設計與制備等幾個熱門的研究方向，學生根據自己的興趣愛好自主選擇，每個方向3 個學生。每個項目分為三個獨立的模塊，分別是熒光檢測的原理、探針制備的路線、探針檢測性能的表征。三個模塊相對獨立又逐步深化，最后組合成一個完整的項目。每組成員負責一個模塊的內容，并查閱相關資料，以PPT的形式組內匯總，形成項目的完整實施方案。

2.3 交流與討論

項目實施方案確定后，每個項目組的學生對項目的原理、路線進行詳細的匯報。每個項目匯報結束后，學生采用集體討論、互教互學、點評對比、質疑與解答等方式進行交流，以加深學生對基本理論知識的理解。通過交流與討論，學生提出的問題基本能夠全部覆蓋熒光分析法這一章節的主要內容。比如分子熒光是如何產生的（熒光產生的機理）？為什么結構相似的分子結構，熒光強度和波長反差很大（構效關系）？為什么有些物質在不同的溶液中具有不同的熒光特征（熒光的影響因素）？熒光為什么能用于定量分析（強度與濃度的關系）？熒光分析法有哪些特點，為什么在分析中有這么廣泛的應用（熒光分析法的應用）？等這些問題均有學生提出，而學生通過查閱參考書和文獻，能夠全面地回答出來，而且學生聯系自己檢測的對象，理解起來更加輕松、深刻。最后老師對學生存在的理論問題進行重點講解及糾正，對沒有提及的問題進行補充和完善，最后對實驗方案的可行性進行論證把關。一次交流與討論后，基本上解決了理論部分的問題。然后學生再對項目進行修改和完善，重點確認項目的可行性。在交流與討論環節，為了防止有學生不積極參與，對沒有發言的同學進行隨機抽查提問。

2.4 實驗的實施

根據實驗方案和實驗路線，小組成員利用課余時間進行實驗操作。在項目實施階段，由于學生人數較多，實驗平臺和成本是兩個不得不考慮的因素。根據我們的實驗條件，每次可以容納3 組學生實驗，所以學生們采取錯峰時間的方式進行實驗。為了控制實驗成本，我們主要制備小分子熒光探針。因為小分子熒光探針具有合成簡單，成本低，應用范圍廣的特點，能夠在可承受的成本范圍內達到實驗的效果和教學的目的。實驗過程一般包括探針的制備和性能檢測兩個過程，每個過程大約需要一周的時間。實驗過程中，嚴格要求學生做好實驗記錄和詳細的實驗現象。記錄采取簡單靈活的方式，比如可以筆記，也可以拍照和小視頻。雖然實驗過程可能占用了學生們不少的課余時間，然而大多數學生還是對實驗充滿熱情，能夠做到認真對待，實驗結果基本理想。

2.5 考核與總結

項目驅動模式是以學生為主題，團隊協作完成教學任務和實踐能力的培養。因此在成績評訂時，采用多種形式相結合。考核內容不但包括考試成績和課堂成績部分，而且更加突出包括團隊協作、技能操作和職業素養等方面。從而達到過程與結果兼顧、理論與實踐結合的目的。項目完成后，要求每位學生撰寫項目報告，明確個人在項目中的收獲，包括學習到的理論知識和操作技能，查閱文獻和解決問題的能力，溝通交流能力，以及個人所發揮的作用，讓大家意識到協作交流的重要性。

3 教學成效

教學過程中，學生能夠系統地了解學科知識，拓展科學視野，認識理論學習的重要意義，激發起濃厚的學習興趣和科研熱情，學習目的明確，學習積極性高，把被動接受變為主動學習，鍛煉了動手能力，提高了對科研的認識。有不少學生在項目實施過程中培養了濃厚的科研興趣，課程結束后加入到老師課題組利用課余時間開展科研實驗。對效果較好的項目，我們進行進一步的修改和完善，組織學生申請“大學生創新項目”計劃。項目驅動教學法實施一年來，學生已經獲得大學生創新項目立項2 項，發表SCI 收錄論文2 篇。

4 存在的問題

（1）項目的選擇與設計。項目是為教學服務的，項目的選擇不需要很強的創新型，只要能夠達到教學的目的即可。實施形式是靈活多樣的，可以是理論的研究，也可以是實驗的執行。項目的設計要區分主次，把需要掌握的知識點作為項目關注的重點部分。

（2）課時的安排。項目的設計和執行需要大量的時間，而講授課時往往只有幾個小時，這么短的時間內完成一個項目是不可能的。課堂時間主要用來講解基本的理論知識，其他任務需要在課外進行。一般，項目周期為3 至4 周，每學期可執行3 到4 個項目。

（3）學生考核方式。項目驅動的多學科融合教學需要引入多樣性的考核評價方式，如參與的積極性評價、文獻查詢的廣度評價、理論理解的深度評價、實踐動手能力評價、項目成果的評價等。這些評價方式的很多時候很難有一個具體的量化，這就需要制定更加詳細、多樣和靈活的考核指標。

（4）科研條件。項目的執行需要完善的科研平臺，而常規的本科教學條件十分有限。在設計項目的時候，要充分考慮項目的可行性和項目的實施成本。

（5）教師跨學科知識的積累。項目的成功設計離不開教師知識的積累和科研實踐的經驗。老師要積極開展科學研究，了解學科發展的趨勢與熱點。

5 結語

基于項目驅動的多學科融合教學方式以學生為主體，以實踐為導向，以項目為依托，將知識融合和能力培養貫穿于教學實踐中，克服了傳統教學模式中的學生被動學習，缺乏實踐的弊端，對培養學生的學習興趣，提高學習的積極主動性，擴展學生的知識視野，提高學生的交流協作能力具有重要意義。然而，在項目實施過程中仍面臨不少問題，需要進一步克服與完善。