奥尔堡PBL模式在大学生科研训练中的应用

舒朋华, 魏夏兰, 孙梦圆, 徐海畅, 杨 雪, 唐荣平, 易文翰

(1. 许昌学院 化学化工学院, 河南 许昌 461000； 2. 许昌学院 信息工程学院, 河南 许昌 461000)

作为本科教育的重要组成部分之一,大学生科研训练(student research training, SRT)是本科生实践学习的重要环节,在夯实学生知识结构,培养学生创新能力、应用能力及综合素质等方面发挥着重要作用[1-2]。然而,目前很多高校的SRT教学尚存在诸多不足。探究新的SRT教学模式,对提升SRT实施效果,提高应用型和创新型人才培养水平意义重大。本文以许昌学院的一项SRT项目为例,论述了基于奥尔堡PBL模式的SRT项目实施情况及成果,为实践类课程教学改革提供借鉴。

1 奥尔堡PBL模式简介

奥尔堡PBL模式是丹麦奥尔堡大学经过四十多年的探索与实践,摸索出来的一种“以问题为导向、由项目来组织”的教学模式[3-4]。该教学模式的主要特色在于问题导向下的项目式教学(见图1)。首先由学生自主提出或者在教师的引导下提出现实问题,然后学生按个人兴趣自由组建3～6人的PBL学习小组,每小组分派1、2名指导教师。在教师引导下,学生通过文献阅读、小组学习、实验实践和实地考察等方式,分析问题和解决问题,完成知识建构与能力培养。最后,学生以书面报告和口头汇报等方式,展示各小组的学习成果。指导教师结合各小组及各成员在整个项目实施过程中的具体表现,对项目做出评价和反馈。为了确保学生能够顺利地解决问题和完成项目,学校会同步开设一些项目课程,讲述团队协作技巧及项目中常用的基本技术和理论等[5-6]。

图1 奥尔堡PBL模式下的项目式教学

目前,我国高校SRT的大致实施流程是:学生结合本专业或个人兴趣自主选题,然后组建5人左右的研究小组,并请1、2名教师作为指导教师,最后由团队协作完成项目的申报、立项、实施和结题。该流程与奥尔堡PBL模式的项目教学流程极为相似,因此将奥尔堡PBL模式应用到我们的SRT教学中具有很好的可行性。此外,在我国SRT项目执行过程中存在诸多问题,如学生参加项目的动机不纯,项目选题上缺乏独立思考能力,综合运用知识的能力欠缺,学习主动性不强,知识储备和项目参与时间不足等[7-8]。奥尔堡PBL模式主张以学生为中心,由学生自主提出问题,在教师指导及课程支撑下分析问题、解决问题,同时培养应用能力、创新能力及综合能力。奥尔堡PBL模式的优势恰好能够弥补我国SRT教学中的不足,因此将奥尔堡PBL模式应用于SRT项目教学很有必要。

2 奥尔堡PBL模式在SRT教学中的应用

2.1 许昌学院SRT项目概况

许昌学院的SRT项目根据来源不同,主要分为国家级、省级和校级三大类,资助对象为学习成绩优良、学有余力的在校本科学生。学生以项目组的形式进行申报,项目组人数最多不超过5人,每个学生同时只能申报和参加1个项目,每个项目组邀请1、2名教师作为指导教师。校级项目通过专家审核、遴选,可进一步推荐为河南省大学生创新创业项目,甚至国家级大学生创新创业项目。自实施SRT项目以来,学生的参与热情稳步增长,实践能力、动手能力等也得到了有效提升,但同时也暴露了许多问题。主要体现在以下方面。

(1) 学生对SRT缺乏正确的认识,部分学生参加SRT项目只是为了跟风,而非出于真正的研究兴趣。有些人在进入项目组后,出现消极怠工、缺乏学习主动性等现象,项目任务落在个别学生肩上。

(2) 项目组成员搭配不够合理。他们大多数为大一或大二学生,且来自同一班级，甚至同一宿舍,缺乏学科多样性。低年级学生在文献检索和阅读、科技论文写作等方面缺乏经验,实验动手能力和团队协调能力也比较薄弱。为了使项目能够顺利获批与结项,指导教师往往不得不越俎代庖,在申请书和结题报告撰写阶段包办代替,学生的相关能力并未得到充分锻炼和提升。

(3) 教学体制有待完善。一方面,由于项目参与人多为低年级在校本科生,他们的基础较为薄弱,需要借助一些针对性比较强的专题培训才能快速融入项目工作,但学校缺乏相关的培训机制。另一方面,由于学生的课程学习任务重,上课、写作业、撰写实验报告等往往已使学生负担很重,参与SRT项目的时间和精力非常有限。

(4) 考核体制不完善。照搬常规科研项目管理模式,重立项结题,轻过程管理。过分注重论文和专利的产出量,而较少关注学生是否在该项目中提升了自身的综合能力,忽视了对学生参与研究过程、自主学习、思路拓展等方面的关注。

2.2 奥尔堡PBL模式融入SRT教学

针对上述问题,我们结合奥尔堡PBL模式对SRT项目教学进行了改革。以下以禹白附项目为例,具体阐述如下。

2.2.1 以问题为导向,鼓励跨专业跨年级组建团队

在SRT项目申报开始前,由院系负责人耐心地向学生讲解申报要求及时间节点,并鼓励学生跨专业、跨年级甚至跨院系组建3～5人的PBL学习小组。学生可以结合自身的研究兴趣及专业特点,从现实问题出发,寻求志同道合的队友。这种跨专业、跨年级的组合方式,不仅可以让高年级学生发挥“传”“帮”“带”的引领作用,还能实现学科间的交叉融合,有助于项目顺利实施。另外,不同班级和不同专业的学生在课程安排上,通常会有所不同,进入实验室开展研究的时间也会自然错开,这对项目实施的连续性有很大帮助。

许昌学院地处河南许昌,许昌市禹州素有“中华药都”之美誉。禹州所产的中药材白附子因质量佳而被定为道地药材,称之为“禹白附”[9]。那么,禹白附有什么临床用途？发挥药理作用的成分有哪些？出于对上述问题的好奇心和研究兴趣,5位分别来自15级化学(制药方向)、16级制药工程及17级制药工程三个不同专业、不同班级的学生组成PBL研究团队,进行SRT项目申报,并邀请2位教师作为项目指导教师。

2.2.2 分析问题,完成SRT项目申报

禹白附小组在2位指导教师的引导下,运用从“文献检索与利用”和“科技信息检索与论文写作”等课程里所学的知识,检索有关禹白附的文献。通过整理和分析文献,该小组得知禹白附具有祛风痰、定惊搐、解毒散结、止痛、抗肿瘤和抗粉刺等多种药理作用[10-12]。但同时也了解到,迄今为止,有关禹白附化学成分的报道十分罕见,其药理作用的物质基础尚不清楚。因此,该小组将“禹白附中到底含有哪些具体的化学成分？”这一问题作为研究重点,并以“河南道地药材禹白附化学成分研究”作为项目名称,进行SRT项目申请书撰写。在申请书撰写初期,项目组成员多次召开小组会议,共同探讨申请书协作的整体思路,包括研究目的、研究方案、进度安排、项目分工及预期成果等,然后由项目负责人结合小组成员的专业特点及个人特长进行写作分工。在规定时间内,各成员完成各自任务,并定期召开会议进行沟通商讨。最后,汇总各成员准备好的书面材料,完成申请书初稿。再经过反复讨论、推敲,并结合指导教师建议进行修改,确定SRT项目申请书终稿,提交至院系负责人。

2.2.3 通过小组合作,解决问题,完成项目

由于该课题具有较强的创新性和可行性,且申请书撰写完整规范,最终在全校22项课题中脱颖而出,成为河南省大学生创新创业项目推荐项目。小组成员赴河南禹州市采集禹白附,并由兰州理工大学杨林副教授鉴定。项目组将药材洗净、晾干、粉碎后,通过提取、萃取等步骤得到不同极性部位的浸膏,再通过硅胶柱色谱、凝胶柱色谱、聚酰胺色谱和高效液相色谱等分离手段,分离得到单体化合物。结合现有的分析测试条件及所学的波谱分析理论知识,项目组对分离所得的单体化合物进行分析检测,确定单体化合物的结构,阐明禹白附的化学成分。值得注意的是,从药材采集到最后的结构鉴定,所有工作均由5位小组成员共同完成。例如,当分离出单体化合物时,小组成员一起商讨应采用什么类型的分析手段对该化合物进行分析检测；拿到测试结果后,小组成员共同解析数据或图谱,最终确定单体化合物结构。当小组在研究过程中遇到难题时,他们可随时向指导教师咨询。通过小组成员间的高效协作,禹白附小组已经分离鉴定出5个单体化合物。

为了解决SRT项目参与人员基础知识欠缺与时间投入不足等问题,化学化工学院采取了一系列改革措施。首先,对培养方案进行了修改,在原本开设四大基础化学及其实验课的基础上,增设文献检索与利用、英文科技论文写作和波谱解析等选修课程。对SRT感兴趣的学生,可自主选择相应选修课程,从中汲取关键知识和技能,满足SRT项目需求。其次,院系还开设了化学创新与实践、创新科研训练等实践类选修课程。参与SRT项目的学生,可借助选修此类课程来获得更多的项目学习时间,同时还可取得相应学分,一举两得。最后,院系还实现了大学生暑期社会实践活动与实验室科研训练之间的互通。学生可通过在实验室做项目的方式来完成暑期实践,获取实践类学分。对于成功获批校级暑期实践项目的团队,学院还给予一定的经费支持和课时补助,学生和教师参与SRT的积极性明显提高。

2.2.4 撰写项目结题材料,汇报展示

在项目进行的过程中,项目组需要共同完成项目季度汇报和中期检查报告,项目完成后,还需要撰写结题报告,并以PPT形式向院系进行汇报和展示。在院系审核阶段,改变了以往照搬科研项目的考核方式,将SRT项目的考核重心由科研成果转移到科研训练上来。着重考查学生在项目实施全过程的表现,关注学生通过该项目学到了哪些知识,提升了哪些能力。毕竟SRT的根本属性是教学而非科研,二者不能混为一谈。在重过程轻结果的考核体制下,学生可以尽情发挥自己的创造力和想象力,哪怕屡遭失败,只要能够从失败中汲取经验教训,学到知识,提升能力,就能达到SRT项目的考核要求。过程考核关注学生在整个项目实施过程中的表现,更能对学生做出真实客观的评价。相应地,指导教师所面临的压力也会减小,这样才敢于放手,让学生自己去不断尝试,而不再包办代替。

3 教学效果

在SRT教学中引入奥尔堡PBL模式后,学生和教师参与SRT项目的积极性明显提高,项目实施效率大幅提升。从选题内容来看,问题(项目)由学生结合专业特点及个人兴趣提出,从源头上更能吸引学生的研究兴趣。从项目参与成员来看,专业和年级分布趋于多样化,有利于实现学科之间的交叉融合。不同专业、不同年级的学生有着不同的特点和长处,强强联合,更能促进项目的顺利实施。在小组合作完成项目的过程中,学生的团队协作能力及沟通表达能力明显增强。此外,通过打造配套的课程体系,学生及教师在SRT项目上的时间投入增加,项目进展加快,成果更加丰富。以“教”促“研”,以“研”促“学”,教学和科研实现了双轨并进。在提出问题、分析问题和解决问题的过程中,学生应用理论知识解决实际问题的能力得到了切实锻炼,实现了从“会学”到“会用”的转变。事实证明,将奥尔堡PBL模式应用到SRT教学过程中,是一次大胆而又成功的尝试,有助于提高学生的科研能力、创新能力与应用能力,有助于提升创新型、应用型人才培养水平。