新工科背景下“超星學習通+奧爾堡PBL”模式在制藥工程類課程教學中的改革與實踐

孟繁欽,翟鳳國,趙玉佳,張秀萍,李方娟

牡丹江醫學院藥學院, 黑龍江 牡丹江 157011

為了主動適應新的國際競爭形勢,支撐“互聯網+”“中國制造2025”等國家發展戰略,建設工程教育強國,教育部于2017年開始大力推進新工科建設。其主要目標是深化工程教育改革、突出實踐創新能力培養。新工科的教育模式要求高校要主動適應新經濟、新產業的發展需要,著重培養具有較強實踐能力和創新能力,并具有一定競爭力的復合應用型人才[1-4]。

制藥工程專業是設立于工學門類中化工與制藥類下,交叉融合化學、藥學、工程學等學科而發展起來的,旨在培養能夠適應中國藥學事業發展需要,具備扎實的藥學和工程學理論基礎及設計實踐能力,為社會輸出藥物研發制造、制藥工藝、生產設計、質量控制等方面的高級工程技術人才[5-6]。制藥工程專業通常將其專業課程分為化學類、藥學類和工程類三個課程群,其中工程類課程群是體現其專業工程特征的重要課程,在制藥人才的知識結構中發揮著至關重要的作用[7]。

該項目研究以新工科人才培養為目標,基于醫藥發展新業態對制藥工程專業人才的需求,將奧爾堡PBL教學模式引入制藥工程專業工程類課程群,利用交互式智慧教學軟件“超星學習通”,對教學內容、教學方法和評價體系等進行教學改革,提升學生課堂參與度,激發學生主觀學習的能動性,提高課堂教學效率和成效,全方位培養學生的創新能力、設計能力、分析和解決問題的能力,使學生的工程實踐能力不斷提升,盡快完成由學生向制藥工程師的轉變以及高等院校與現代工廠的“對接”。

1 制藥工程專業工程類課程群的教學現狀分析

制藥工程專業的工程類課程群包含了化工設備機械基礎、化工原理、化工儀表及自動化、制藥工藝學、制藥工程學等課程。每門課程都與制藥過程中的某一個環節對應,工程類課程群是體現制藥專業工程特征的重要課程,工程類知識在制藥專業人才知識結構框架構成中發揮著至關重要的作用。

但是,目前制藥工程類課程在教學過程中存在一些急需解決的問題。例如:在教材建設方面,大部分教材只強調基礎、成熟和適用的知識,對課程前沿性未知領域知識關注過少,與企業的實際需求存在一定程度的脫節;在課程內容設置方面,課程群中各門課程為體現自身知識內容的系統性和全面性,致使工程類課程之間出現部分知識點重復講解的現象,缺乏有機整合,浪費了一定的課時;在實驗課設置方面,驗證性實驗居多,基本都是“依葫蘆畫瓢”,缺乏綜合性、設計性的大實驗,不利于培養學生的團結協作精神、自主學習能力、動手能力和創新思維;在生產實踐教學方面,課程評價體系不完善,學生學習目的性較差,多以參觀為主,學生對如何將所學理論知識與生產實踐相結合、如何從工程和經濟的角度去考慮工業化技術問題等方面知之甚少,能力不足。

2 奧爾堡PBL模式和超星學習通簡介

奧爾堡PBL模式是由丹麥奧爾堡大學在PBL基礎上探究出來的一種教學模式。它提倡以問題為導向、由項目來組織教學,即通過學生在小組合作的基礎上,綜合應用所學知識解決實際項目問題,并在此過程中建構知識體系[8-9]。通過開展綜合實踐項目,不僅可以培養學生對知識的自主學習和綜合應用能力,還可以觀察學生在項目學習中的整體表現,掌握學生課程學習的有效性,對學生做出更客觀、真實的評價。由于PBL模式在激發學生學習熱情和提高教學質量方面的顯著效果,這一模式被越來越多的高校接受,已從早期的醫科教育擴展到工程學科、社會學科以及人文學科等各個方面[10]。

超星學習通是利用移動終端的交互式智慧學習專業平臺,在使用超星學習通平臺授課過程中可以實現課前學習資源推送、課堂簽到、隨機點名、實時答題、答疑彈幕及數據分析等功能,覆蓋了課前、課中、課后所有教學環節,可以充分發揮師生間的互動作用。因其強大的功能及鮮明的特點,目前已被眾多高校應用于線上教學、混合式教學和翻轉課堂教學[11-13]。

3 制藥工程類課程群的教學改革舉措

3.1 制藥工程類課程理論教學內容模塊化

在制藥工程專業以往的工程類課程設置中,課程設置欠合理,如化工原理、化工儀表及自動化、化工設備機械基礎、制藥工藝學、制藥工程學等課程在學生學習各階段分散式分布,課程內容多而繁復,學生在學習時很難將各門課程的知識點有效銜接,形成系統學習。因此,該教改項目以課程內容為依據,將制藥工程類課程進行模塊劃分,提升理論教學效果,使學生將繁雜的理論知識學習變得系統、有條理。經梳理分析,該研究的教學模式將制藥工程類課程主要劃分為5個知識模塊,即工藝流程、單元操作、過程控制、設備選擇及車間布置設計。提煉學生在每個模塊學習中普遍存在的問題和疑惑,以問題為導向,對教學內容進行系統設計,將每個模塊的知識點進行整合,通過核心知識建立模塊之間的聯系和支撐,從而滿足制藥工程專業人才培養要求,提升學生科學素養和綜合運用能力。

3.2 課程教學項目的選取與設計

課程教學項目的選取,首先從制藥行業整體出發,并結合學校制藥工程專業培養目標,選定四個方向,如表1所示。其次,根據項目規模和涉及課程范圍將其劃分為三級:一級項目為涉及單門課程的掌握與應用而設立的項目,例如化工原理課程項目“采用精餾方式,分離甲醇合成產品中含有的乙醇”;二級項目為基于某一核心課程構建“1+X”課程交叉項目,以培養學生課程間知識綜合利用解決工程問題能力,例如“制藥工藝學+化工儀表及自動化”結合項目——某化學原料藥反應器選型及自控系統設計;三級項目為制藥工程綜合設計,在設計的過程中,學生通過分析選題→文獻查閱→設計方案確定→設計計算→繪制設計圖紙→完成設計說明,全方位訓練學生自主研發、創新和工業設計等多項技能,培養學生跨學科思維與多元綜合的工程能力。

表1 課程教學項目的選題方向及內容

3.3 “超星學習通+奧爾堡PBL”教學模式的構建與實施

奧爾堡PBL教學模式的教學特色是以學生為中心,讓學生在基于設定項目的工作中開展學習[14]。整體設計主要分為“提出問題—分析問題—解決問題—匯報展示”4個環節,如圖1所示。

圖1 奧爾堡PBL教學模式設計

第一環節:基于項目,提出問題

根據工程類具體課程需要,結合所劃分的5個知識模塊提出具體問題。例如,在化工儀表及自動化教學過程中,以繪制原料藥生產過程帶控制點的工藝流程圖為具體項目,根據給定的生產工藝提出問題,如怎樣劃分工藝過程中的單元操作、實現單元操作具體的工業化方法及各單元操作如何連接等。

課前借助超星學習通平臺,下達學習項目任務書,明確學習目標,布置課程項目問題并上傳輔助學習資料,如參考視頻、文獻和電子書籍。學生需在上課前完成自行分組工作。

第二環節:基于討論,分析問題

教師結合課程知識點在線下課堂對項目問題做具體介紹,引導學生學習小組進行組內討論。結合討論情況,教師可進一步啟發學生思考解決問題所須掌握的知識要點,使其明確該節課學習目標和重點。在此環節中,應以學生為主體,教師作為引導者,主要營造輕松融洽的課堂討論氛圍,鼓勵學生暢所欲言地參與討論。在討論課結束后,要求各小組將討論內容進行總結,并以作業形式上傳超星學習通。

第三環節:基于合作,解決問題

學生學習小組圍繞具體項目問題,開展小組觀點展示和組間質詢,彼此互相啟發。在該環節學習和討論過程中,需要教師一方面在課堂引導學生開展協作,自行補充查找相關學習資料;另一方面,通過超星學習通在線答疑解惑,將課堂教學延伸至線上。學生在探索的過程中最終解決問題。

第四環節:基于結果,匯報展示

成果展示形式可以靈活多樣,如借助超星學習通線上平臺上傳文檔報告或線下課堂小組陳述,由學生相互學習評分,完成優秀評選。最后教師進行知識點評,對知識點進行梳理,及時補充和糾正學生某些特定知識點存在的認知和思維盲點,幫助學生建立系統的知識體系。

3.4 建立多維動態的評價體系

構建形成性評價與終結性評價相結合的多維評價體系,采用“平時成績+項目完成評價+期末考試”相結合的評價模式。平時成績借助超星學習通提供的課前預習情況、課堂考勤、課程互動情況及階段測試成績等完整教學數據,進行加權求和。項目完成評價通過全過程非標準答案學業考核的手段,對學生在工程項目學習過程中的獨立思考能力、動手能力及團隊協作能力等進行多角度、全方位評價,更客觀、全面地給出成績。

4 教學改革成效

4.1 教學反饋

為了深入了解“超星學習通+奧爾堡PBL模式”在制藥工程類課程教學中的應用情況,課題組借助超星學習通軟件面向開展教學改革實踐的牡丹江醫學院藥學院制藥工程專業本科生進行了問卷調查。調查問卷從學習興趣、自主學習能力、團隊意識和對教學模式的實施態度等方面進行編制,調查結果如圖2所示。

圖2 調查問卷內容及結果統計 (%)

1.為了準備“超星學習通+奧爾堡PBL”教學模式下的課堂教學,您在課前做了哪些工作?(多選)

( )

A.閱讀了項目材料和教材中與其學習要求相關的內容,并查閱了其他的教材和參考書

B.與小組成員討論了學習要求中的相關問題

C.通過網絡借助百度、搜狗等引擎搜索了相關問題

D.通過知網、維普等數據庫進行了文獻查閱

2.您對“超星學習通+奧爾堡PBL”教學模式的教學實踐所持態度是什么?(多選)

( )

A.“學習通+奧爾堡PBL”教學模式挺好的,但需要適應過程

B.不喜歡“學習通+奧爾堡PBL”教學模式,給學生增加了學習負擔

C.傳統課堂和“學習通+奧爾堡PBL”教學模式課堂交叉進行比較好

D.喜歡“學習通+奧爾堡PBL”教學模式課堂,緊張但更容易集中注意力

3.學習中的導向問題對您來說難易程度如何?(多選)

( )

A.比較困難,書本上沒有現成的答案

B.不容易,但通過閱讀教材都能回答

C.很容易,書本上都能找到答案D.有些題容易,有些題不容易

4.通過“超星學習通+奧爾堡PBL”教學模式的課程教學,您覺得可以鍛煉您哪方面的能力?(多選)

( )

A.自主學習能力B.創新能力

C.分析和解決問題的能力D.工程實踐能力

調查結果顯示:

① “超星學習通+奧爾堡PBL”教學模式的實施基本得到了所有學生的認可。教師區別于傳統教學模式,很好地改變了呆板的說教模式,使學生有機會更多地參與課堂教學活動。與此同時,學生的學習積極性在較為緊張的課堂氛圍中得到充分調動。由于傳統課堂具有其自身的特點,因而仍有48%的學生希望將傳統課堂與“超星學習通+奧爾堡PBL”教學模式相結合進行教學。

②為了完成超星學習通推送的課前學習任務,學生通過多種途徑搜集資料。所有學生都閱讀了項目材料和教材中的相關內容,有95%的學生借助網絡解決問題。該教學模式的實施充分調動了學生學習的主觀能動性,提高了學生分析問題和解決問題的能力。此外,有78%的學生與小組成員間討論了學習要求中相關的問題,小組學習模式中組員間多種思維的碰撞相較于傳統的獨自學習模式可使學習變得不那么枯燥和艱難。

③超過88%的學生認為該教學模式能有效提升自己的自主學習、分析和解決問題的能力;70%以上的學生認為自身創新能力和工程實踐能力均得到了鍛煉。這些表現正好吻合實施該教學模式的目標。

④78%的學生認為學習過程中的問題難度適中,一部分問題可以通過閱讀教材獲得有效解決;而另一部分問題,迫使學生充分借助自身的批判思維能力,通過知識的合理整合來解決難題。

4.2 教學效果

通過在牡丹江醫學院藥學院2019級和2020級制藥工程專業本科生工程類課程開展“超星學習通+奧爾堡PBL模式” 的教學改革與實踐,取得了較為顯著的成效,學生的工程能力得到明顯提升,課題組組織采用新教學模式授課培養的學生參加了第十屆全國大學生制藥工程設計競賽,取得了全國第二名的好成績,此次競賽所取得的成績驗證了此次課程改革的成效,也進一步增強了課題組深入開展教學改革的信心。

盡管該項目取得了一定的成效,但由于項目實驗時間有限等原因,該課題的研究還有不完善和不足之處。例如:在課程教學項目設計方面,教師對教學項目的創設難度把握還須提高;在教改實驗對象取樣方面,只進行了兩屆學生對于工程類課程一輪完整授課教學改革實驗,課題組在今后的教學實踐中會繼續探索,使教學效果得到進一步提高。

5 結束語

該項目根據教育部“新工科”教育理念,對現有制藥專業工程類課程教學模式進行調整和改革,打破傳統授課方法,確定了以問題為導向、以工程能力培養為目標的制藥工程類課程“超星學習通+奧爾堡PBL”教學模式,通過具體項目及教學內容模塊化,將整個課程體系系統、有機地結合起來,從而解決了傳統教學中制藥工程類課程內容重復、陳舊,課堂教學效率低,學生參與度不夠等問題,大大提升了制藥工程類課程的課堂教學效果,激發了學生的主觀能動性,實現對制藥人才培養的預期。因此,該研究的新教學模式對其他本科院校的制藥工程專業工程類課程教學發展也起到借鑒作用。