“藥物分析”教學中STEAM案例的設計與實施

楊慧

摘要：基于 STEAM 教育理念，以“對乙酰氨基酚含量測定”為主題創設真實情境，圍繞“紫外—可見分光光度法的應用”這一核心知識，設計具有“藥物分析”課程特色的STEAM 課程，對 STEAM 理念應用于實際課堂教學的策略進行探索，完成師生從被動式教與學到以能力培養為導向的教學的根本性轉變。

關鍵詞：STEAM;教學設計;藥物分析

中圖分類號：G712文獻標志碼：A文章編號：1673-9094-（2020）07C/08C-0080-03

“藥物分析”作為五年制高職藥學專業的專業核心課，旨在培養學生全面保障藥品質量安全的意識。隨著國家對藥品質量要求越來越嚴格，大量的新技術被廣泛應用，對檢驗人員的要求越來越高。檢驗人員不僅要具備扎實的理論基礎、熟練的實驗技能、規范嚴謹的工作態度，還要能靈活解決檢驗中的問題，發現并排除儀器故障。這種理論與實踐相結合的能力，是企業對員工的迫切要求，但也是現在教學模式下學生最缺乏的能力。這就需要我們進行教學改革，融合理論知識和操作技能，培養學生核心素養。

STEAM 是科學 （Science）、 技術 （Technology）、 工程（Engineering）、藝術 （Arts）和數學 （Mathematics）英語首字母的縮寫。[1]它將各學科的特點綜合，既強調理論知識的運用，又側重技術和工程能力的培養;既注重加強數學邏輯推理能力的培養，又突出藝術在其中的作用。STEAM作為一種綜合性的教育類型，側重于通過項目或問題的形式進行教學，利用各種教學資源，進行師生相互協作學習。[2]這種教學方法，非常適合既有理論又有實操、計算繁瑣、對技能要求很高的藥物分析課程。本文以“紫外—可見分光光度法的應用”為例，對STEAM在藥物分析課程中的應用進行探索和實踐。

一、傳統教學模式存在的問題

紫外—可見分光光度法是一種重要的藥品檢測方法，其課程標準的要求是能根據《中國藥典》的要求，規范使用紫外—可見分光光度計;并利用紫外—可見分光光度法的知識，合理對藥物進行定性和定量。

傳統的教學分別在第二章和第四章進行介紹。即在第二章藥物的鑒別技術這一章節復習紫外—可見分光光度法基礎知識，并安排藥品的鑒別實驗;再在第四章含量測定這一章節繼續理論上復習朗伯—比爾定律，完成實驗維生素B12注射液含量測定;最后通過計算題的練習，提高學生對含量測定的理解和實際使用能力。這樣的安排有其合理之處，但是在多年教學實踐中，仍然發現了一些問題。

（一）知識點分割，不便于學生綜合理解運用

紫外—可見分光光度法這一完整知識根據應用的不同分成了定性和定量兩個部分，彼此缺乏連續性，很多學生不能把兩個知識模塊融會貫通，導致講完含量測定后，部分學生依然不理解最大吸收波長的作用，忽略實驗條件的選擇等，忘記了前面的知識要點。

（二）學生學習熱情不高，更不會學習

本知識點理論部分主要講光的性質和應用，涉及物理、化學、數學等學科的知識，比較抽象難懂。部分學生因為基礎不好，有畏難情緒，學習熱情不高。再加上理論系統完整嚴謹，教師講授環環相扣，學生基本沒有自己探索思考的機會，因而參與感不強，課堂氣氛較沉悶。而在實驗環節，更明顯表現出學生對方法的理解和掌握不夠，思維受限，僅停留在知識層面，缺乏理論知識和應用能力的結合。

（三）傳統實驗模式達不到預想效果

傳統實驗教材對實驗的溶液配制、檢驗過程和結果計算等方面介紹得很詳細，學生習慣于看著教材實驗，很少思考為什么、怎么辦，導致實驗完成后大部分學生只停留在能使用儀器階段，不能達到通過實驗促進理論理解和應用的目的。尤其是結果計算，只能套用公式，再遇到相同類型的計算題，依然不知如何解答。

二、設計理念與教學過程

（一）設計理念

1.多知識點、跨學科整合。紫外—可見分光光度法不僅涉及“藥物分析”課程多個章節，還需要分析化學、儀器分析、數學等學科的知識，彼此相互聯系。而STEAM課程強調跨學科的學習，因此在教學設計中，我們沒有拘泥于特定知識點和技能的講授，而是把重心放在特定問題上，強調利用多學科相互關聯的知識來解決問題，實現跨越學科界限，從多學科知識綜合應用的角度提高學生解決實際問題的能力。[3]

2.創設情境，問題驅動。STEAM 教育是在真實情境中以基于項目或問題的方式培養學生素養的一種技術教育。[4]我們選取了真實工作環境中常見的問題“檢測某物質的含量”，難度適中，既讓學生有想法可參與，又涵蓋了“紫外—可見分光光度法應用”的各重要知識點，還會涉及檢驗技能、儀器操作和結果計算等環節，綜合性強。整個教學過程突出學生的主體地位，在教師的幫助引導下，他們自主查閱資料，進而提出方案并預期結果、實驗驗證、計算數據、交流成果。讓學生對知識的掌握在探究中加強和鞏固，對學習的參與性在成就感中逐漸加強，對學習的自信和方法在一次次討論和實驗中建立和掌握。

3.分組合作，集體共享。STEAM教育是多元主體共同參與的教育。本次教學采取分組合作學習的形式，小組成員首先對藥物的定性和定量方法進行討論，明確問題解決的思路、方法和成員分工;然后搜集資料，就相關問題討論，設計合理實驗方案，通過教師提醒和全班討論，進行探索實驗，修改方案;進而開始小組實驗，得到數據，計算結果;最后通過小組報告的方式展示成果，各小組相互促進。

（二）教學過程

1.創設情境，提出問題。教師在上課之初，向學生展示一包白色粉末，說明這是我校其他專業同學合成的常用化學藥對乙酰氨基酚，他們迫切希望知道其含量，以改進自己的實驗工藝。提出問題：“我們能否利用紫外—可見分光光度法的知識測出對乙酰氨基酚的含量？”

2.分組討論，探索研究。學生分組討論，查找資料了解對乙酰氨基酚的性質，思考哪些參數可以利用。教師引導學生回顧定性的方法，大膽實驗嘗試驗證。有些組甚至掃描得到對乙酰氨基酚的吸收光譜。在教師的提醒下，為了確保數據的準確性，學生們再次查閱相關資料，進行核實。通過前期探索，不僅極大地提高了學生的參與熱情，也讓他們意識到理論知識應用于實踐的巨大作用，提高了學習自信。接著，教師利用學生已經查到的文獻資料，引導他們靈活運用朗伯-比爾定律計算出對乙酰氨基酚的含量。此時，學生關注的焦點轉移到如何配制一定濃度的溶液并測出其吸光度的值。

3.完善細節，改進方案。在教師的提醒下，學生發現要想把想法付諸實踐并得到結果，還有很多需要解決的問題。如何保障儀器的性能？如何讓吸光度在0.3—0.7之間？如何保證實驗的準確度和精密度？溫度和濕度對結果是否有影響？這些問題的解決，涉及多方面知識，考驗學生的綜合能力。它需要學生利用數學知識結合朗伯-比爾定律自己計算合適的溶液濃度，平時枯燥的公式成了解決當前問題的最好工具，提高了學生的解題興趣，效果遠超單純的計算題練習;它也需要學生查閱紫外—可見分光光度計的標準操作規程，認真按照要求調試儀器、進行吸收池的配對。通過這些過程，學生逐步了解儀器，規范按照步驟融會貫通，而不再死記硬背教材上的一行行操作步驟，知其然不知其所以然;它還通過實驗結果的比較，促使學生意識到實驗技能的重要性，更加專注于實驗技能的鍛煉和提高，從以前的“要我學”變成了“我要學”。經過這些，學生完善了方案、調試了儀器、磨練了技能，為含量測定操作做好了準備。

4.實踐操作，互評結果。在實踐操作環節，教師鼓勵學生多嘗試、多總結，最后把本組的報告放到討論區里，供全班同學參考。有的報告條理清晰、原始數據詳細、計算公式運用合理、有效數字使用規范，整篇報告沒有一處修改，字跡工整規范，雖是一篇檢驗報告，卻給人一種美的享受。這讓很多學生意識到，規范體現在實驗的每個方面，把每一個方面做好，就會讓人有不一樣的感受。學生們比較實驗結果、查看實驗細節、切磋對實驗的理解，為其他小組打分。同學們的相互點評，促使他們發現各自的不足，尋找提高的方法，在相互討論中，對本知識點的理解和應用逐漸加深。

三、教學效果分析

把STEAM教育的理念應用于紫外—可見分光光度法含量測定的學習，改變了傳統的教學模式，以“對乙酰氨基酚的含量測定”這個問題的探索為載體，各小組獨立完成設計實驗方案并進行討論。這個過程綜合了理論知識點的學習、文獻資料的搜集和閱讀、方案的設計和修改、儀器的調試和使用，尤其最后的檢驗報告要求語言精煉、邏輯清晰，設計計算和分析過程嚴謹準確。學生各小組在相互配合下，都很好地解決了這個問題。

各小組在老師的引導下，自主完成了整個實驗設計，對紫外—可見分光光度法的定量依據有了深刻理解，尤其是結果的計算，掌握了精髓，不再畏懼數學公式的使用。在實驗探索中，逐步摸清了紫外—可見分光光度計的結構和使用方法，不再死記硬背，對著筆記做實驗。通過各小組結果的對比，全班學生清楚地看到了相同條件下實驗技能對結果的巨大影響，體會到了鍛煉技能的重要性。與傳統教學相比，不僅實現了課程標準的要求，融合了跨章節的知識，運用了現代技術，提高了實驗技能，還培養了藝術情操和工程意識。本案例為STEAM教育應用于“藥物分析”教學模式改革提供了探索經驗。

參考文獻：

[1] 北京師范大學國際與比較教育研究院組.國際教育政策與發展趨勢年度報告（2013）[M].北京：北京師范大學出版社，2015.

[2] 趙洋洋.“創皂生活”——STEAM理念下的課程開發與教學設計[J].中國教育信息化， 2019（8）.

[3]余勝泉，胡翔. STEM 教育理念與跨學科整合模式[J].開放教育研究， 2015（4）.

[4] 彭敏， 郭夢嬌. STEAM教育的基本內涵與發展路徑研究[J]. 教育理論與實踐， 2018（25）.

責任編輯：章躍一