基于OBE理念在制药工程综合实验教学中实施PBL教学法

刘华鼐，叶 勇

基于OBE理念在制药工程综合实验教学中实施PBL教学法

刘华鼐，叶 勇

（华南理工大学 化学与化工学院，广东 广州 510642）

在OBE理念的指导下，改革了制药工程专业的综合实验的内容，在教学中实施了PBL教学法，获得了良好的教学效果。改革成功的4个要素是转变教育理念、转变教师角色、合理划分实验小组、建立科学的评价体系。在教学实施过程中，激发了每位学生学习的积极性，发挥了学生的主观能动性，提升了综合运用知识分析和解决问题的能力，提高了批判思维的能力，促进了创新意识、团结协作意识和科学精神的养成。

OBE理念；PBL教学法；综合实验；制药工程

在《国家中长期教育改革和发展规划纲要 （2010—2020年）》中，特别强调要改革教学方式方法，倡导启发式、探究式、讨论式、参与式教学，帮助学生会学习。这样才能真正激发学生的好奇心，培养学生的兴趣爱好，营造独立思考、自由探索、勇于创新的良好环境，也才能培养造就数以亿计的高素质劳动者、数以千万计的专门人才和一大批拔尖创新人才，支撑科教兴国、人才强国战略的实施[1]。人才培养标准要与国际接轨，毕业生能参与国际竞争必将成为新时期人才培养的新常态。这必然对实验教学改革提出新的更高要求[2]。为此，我校制药工程专业在实验教学中进行了综合改革，本文着重介绍综合实验改革的思路和做法。

1 基于OBE理念创设制药工程专业综合实验内容

1.1 转变教育理念和改革管理模式

William G. Spady创建了基于产出/目标的教育（outcome-based education，OBE），也称为结果导向教育。也就是说教学方案制定者应当明确当前专业领域对学生应具备的技能要求，明确学生毕业后需要的知识和能力，并据此设计教学目标和教学任务。在此理念的指导下，将实验课内容由基于学科的设计转变为基于学生就业与发展需要的设计。将制药工程专业的实验教学的基本要求定位为“掌握制药工程专业实验基础知识、基本理论和基本技能，具有药物设计、开发能力，并体现创新意识，具有安全意识、环保意识和可持续发展理念，能够利用计算机与信息技术获取、处理和运用制药学及相关学科信息，具有文字与口头表达、交流能力，具有协调与团队合作能力；具有适应未来科学技术和社会经济发展的能力”。为实现这一目的，在基础实验完成后开设了综合实验，以学生的自主学习为主要特征，用心设计相关的条件和氛围，满足和适应学生的学习风格和需求的多样性，使学生成为国家和企业需要的新型制药工程师。

与此配套，我们改革了实验教学的管理模式。将原先固定的指导教师在固定时间内指导学生完成固定内容的实验形式改成了弹性实验模式。综合实验由多位相关教师共同承担，在综合实验进行期间，实验室每天开放14 h，学生可以根据自己的时间安排和实验进程提前预约实验时间和使用测试仪器。

1.2 创设符合OBE理念的实验教学内容

以OBE为指导，我们认为综合实验内容应该前沿化、系统化，同时增加安全、环保、绿色设计等内容，学生以小组进行实验，并集体进行数据处理，适当运用实验软件。因此，在实验设计和实践中贯彻以科研问题为导向，以体现教学内容的科学性、前沿性和开放性。例如“芦丁的提取鉴定及不同剂型与体内释放相关性的研究[3]”和“光响应茶皂苷元纳米囊的制备及其抗菌活性研究[4]”均来自任课教师的科研项目。按照图1所示的思路进行实验设计，每个实验根据药物开发流程分为3个模块，每个模块均由问题和任务构成。

图1 实验设计思路

2 基于OBE理念创设PBL教学法的实施方案

在具体实践环节中实施PBL教学法，探索提高课堂教学的效果。PBL是问题导向学习（problem-based learning）的简称，首先在加拿大医学教育领域兴起，是以“问题为中心、学生为主体、教师为引导”的教育方式。经过几十年的完善和发展，已经成为国际上普遍采纳的一种教学模式，在国内外有很多研究成功实施的案例[5-6]，在无机化学实验[7]、生物实验[8]、药理学实验[9]等实验教学中也有很多应用。其基本特征是由师生形成的“学习共同体”经历“提出问题、分组讨论、成果展示、多元评价和总结反思”5个环节。在这一过程中学生的学习积极性被充分调动，主动参与学习，通过查阅资料、分析问题和解决问题加深对知识的理解，同时提高自学能力，培养团队协作和创新能力。不仅捕获了“鱼”，也掌握了“渔”的技能，还学会了定位“鱼”以及了解了如何“养鱼”。

2.1 PBL教学的设计与目标

2016—2018年参加制药工程综合实验的学生每届为25~26人，人数刚好适合采用PBL教学法，以此为出发点设计了如表1的教学计划与目标。

2.2 PBL教学法具体实施过程

2.2.1 实验准备阶段

（1）在开课前一周为辅导准备期。教师开设辅导课，将具体实验目的、要求和目标清晰地告知给学生，要求各组学生分工进行相关文献的检索、分析和总结、制订出至少2个详细的实验方案，并制作PPT，准备开课前汇报。同时建立QQ群和微信群，在群里发布相关问题，让学生查阅文献、利用互联网相关资源进行学习和解决问题，任课教师则用速课平台来考查学生的学习情况，提高教学效率和效果。

表1 PBL教学计划与目标

（2）开课后第一天为课前准备。各组用PPT分别向教师及学生报告实验方案及设想，必须包括可能遇到的困难及解决预案、可行性论证等。每组报告时间10 min。之后，由其他小组成员提问，报告人共同回答，若遇到疑难问题答不出来或不确定，教师给予提示和引导。在学生之间的讨论、师生互动的过程中，学生变成了主体，学生的自主学习为提升教学效果提供了保障。最后，教师可从资料的检索、方案的可行性、PPT制作技术、小组成员的协作效果等方面进行点评和总结。所有小组报告结束后，教师将本次课程所涉及的知识点进行系统全面的梳理和串讲，从而加深学生对知识的理解和把握；根据实验安全要求、试剂管理等实验室的具体情况，提出方案的修改建议，各组开始准备实验所需试剂、仪器设备等。

2.2.2 实验实施阶段

实验课堂教学的内容重点在于每组学生基于本组实验方案进行严谨的操作、进行仔细全面的观察、翔实地记录真实的现象和准确的数据，然后进行全面的表征测试。同时要求学生特别注意安全、卫生、环保、科学精神、学术道德等意识的养成。教师巡回式观察每组学生的操作，随时纠正学生的一些不合理操作，并探讨实验现象和提出问题。学生每完成一个重要环节，教师引导小组进行及时的讨论总结。如果有严重不足，可适时调整方案，更好地进行下一阶段的工作。在此阶段，课余畅通有效的信息反馈是极为重要的。因综合实验耗时较长（2~3周），学生需要尝试多种方案，实验过程中遇到困难或问题有可能停下来进行文献检索、小组讨论等，教师不可能随时在学生身边。非工作时间教师会通过QQ、微信、电话等方式与学生进行互动交流，学生也可以直接去办公室找教师进行探讨。教师根据学生反馈及时进行反思，了解学生的学习情况，同时总结经验，不断完善实验教学环节和方案。

2.2.3 实验总结阶段

整个实验完成后，每个小组集体进行数据处理和分析，每个学生独立撰写科研论文式的实验报告。然后每组制作PPT，进行第二次课堂总结，包括报告、提问和教师点评等环节。根据学生的实验情况，举办学术交流会，学生制作墙报，选定主讲成员，人人都是科研工作者，交流自己的学术成果，交流互动，共同提高。这一过程更重要的收获是批判性思维和组织、交流沟通能力的提升。最后，发放调查问卷，全面了解学生的感受和体会，以便更进一步改进教学。

2.3 基于PBL教学法的评价体系

传统的考核方法过分强调测试结果的准确度、精密度及实验报告的书写情况，即过分注重实验结果的考核，忽视了考查学生的创新意识和综合素质。从OBE理念出发，我们认为考核方式的改革势在必行。在设定考核指标时，不仅要考查学生实验的基本知识和基本技能以及实验报告的撰写能力，更要注重考察实验素养和能力的养成，要重视过程目标和情感目标的达成。从综合实验的课程特点考虑，首先考查学生的实验方案的设计和实验方法的选择能力，要特别鼓励其中体现的创新意识、绿色环保意识和安全意识；其次考查学生的操作技能，特别鼓励自学仪器设备的使用方法；再次要重视实验报告的写作表达，不仅要考查学生应用数据库检索中英文文献、处理数据的能力和分析问题的能力，也要着重考查学生的学术道德、学术规范。表2是综合实验考核指标体系及权重。首先小组成员互评，主要考查成员在整个实验过程中的贡献度，占50%；然后是小组间互评，主要考查各小组的成果展示，占20%；最后指导教师评价，主要从实验报告和团队合作方面进行考查，占30%；指导教师可根据学生的具体表现，对于表现出色的学生可以给予1~10分的额外奖励分数，以鼓励创新设计、绿色环保方案和外语沟通交流能力。

表2 综合实验考核评价体系及权重表

3 改革的效果和体会

3.1 改革效果

每届学生完成实验后，进行问卷调查，根据学生反馈的意见，及时总结，不断完善教学的具体实施步骤和节奏。从2016年开始采用PBL教学法，已逐步建立一套适合本专业综合实验的PBL教学模式。最近6年连续的调查结果表明，2011—2013级三届学生共76人，对综合实验教学的满意度为80.54%，而2014—2016级三届学生采用了PBL教学法，77名学生对本课程的教学满意度为86.37%，有了大幅的提高。

学生在完成实验时这样总结，“这是我第一次自己设计实验方案，操作大型仪器表征实验结果，分析自己的实验数据，并参加学术报告，好像自己是科学家一样。在这个过程中学到了很多知识，也有很多体会。最初的感觉是设计一个实验并不难，但是在查阅文献和与组员的讨论过程中，发现首先必须将实验目的和总目标细化并分解为一个个小目标和单个实验过程，而且有很多原理需要进一步深入理解，有很多参数要查询，每个测试的方法和仪器操作方法要确认，然后要制定详尽的实验规划和试剂、仪器用品清单。要与组员确认和沟通实验方案、各自的分工，也要跟实验室教师沟通试剂和仪器。在实验过程中还得随时观察、发现问题，及时修正方案，克服一些没有预测到的困难，高效完成目标。最有趣的是在学术交流会上报告自己的研究成果，通过这样的交流可以看到不同组设计的不同方案，可以得到不同的结果。最深刻的体会是作为一个科学工作者，应该有批判精神，对搜集的信息、资料，甚至是实验获得的数据也不能全盘接受，有选择性的、有怀疑性的应用，用多个表征和检验去印证结果判断的准确性。深刻领悟了‘大胆假设，小心求证’的含义”。

学生的总结很全面深刻，感受也很真挚，可见改革是有成效的。总结起来主要体现在以下3个方面：

（1）增强了学生的学习积极性。虽然是“985工程”学校的学生，入学成绩都很高，但是如果不给予引导，也极少有学生会主动深究实验的内涵，绝大多数学生只是根据实验要求按部就班地完成所有步骤，区别仅在于分析讨论时有的深刻些、有的肤浅些。这种现象不能简单地归结为学生懒惰不作为，而是应该反思我们的教学环节是否给学生提供了独立研究和思考的机会，是否存在允许学生发挥创意和质疑的条件、环境和氛围。张树永[10]介绍了美国伊利诺伊州立大学中难以见到我们所谓的基本操作实验，都是开设综合实验，这样容易引发学生的兴趣，教师讲的少，主要由学生自己准备和动手做。PBL教学法以问题为导向，学生从准备阶段就需要针对问题，瞄准任务目标主动去收集资料、整理并提出自己的观点看法，从被动学习变为主动学习；而且在整个过程中学生都以小组形式对所面临的问题进行讨论，针对他人的观点提出自己的疑问，在团队中发挥自己的作用，从个体学习变成合作学习。通过这一过程，学生一步一步地解决了问题，学习积极性和主动性、合作意识和沟通能力也逐渐得到增强。

（2）提升了综合运用知识的能力。PBL教学法能使学生构建灵活的基础知识，这种知识不是源于学生的死记硬背或表层理解，而是出自个性化的深层理解而构建起来的知识资源库，具有可迁移性，能够为综合应用知识能力的提升奠定基础[11]。PBL教学法以学生为中心，在整个实践过程中，学生必须担负起主要责任，表现为主动查阅资料、整合知识，亲自动手参与实验，还要随时和小组成员、教师建立起多方位的沟通交流，实现观点碰撞，这一过程能调动学生的参与意识，再加上自主思维，促进了学生综合应用知识的能力。

（3）提高批判性思维能力。有研究表明，与传统教学相比，PBL教学法在实验教学中对培养学生的批判性思维能力有显著效果[12]。PBL教学法侧重于小组合作，小组成员各自提出不同的想法，彼此讨论，促使学生进行自主而积极的思考。在广泛搜集证据和严谨实验的基础上，形成支持自己的观点证据链，不做出超出证据的结论，在思想火花的碰撞中，也要学会关注他人的观点及理由，考虑不同思路，整合观点，潜移默化地提高了学生对问题或观点的分析能力和系统整理能力。

3.2 改革的思考与体会

（1）理念转变是关键。在深入了解和理解OBE教育理念的过程中，充分认识到其实质是一切教学活动都围绕学生实现预期学习成果而开展的，强调学生的主体性。在国内进行的多种实验教学改革中，OBE也是成功应用的理念之一[13-14]。将其应用在综合实验教学中，指导实验课程中的各个环节都围绕学生进行设计和实施，将卓越工程师的认证标准作为指导性纲领，以学生到药企参与研发的需求为导向，力求培养学生把学术知识转化为解决实际问题的能力。只有转变教育教学理念，才有动力主动地改革教学内容和教学方法。

（2）角色的转变是基础。在PBL教学过程中，教师首先要认识到自己角色的重大转变，从思想到行动都要由以“教”为主转变为以“导”为主，才能花更多时间查阅文献，从提高学生兴趣和符合工程实践的角度来设计实验。这就要求教师时刻了解学科领域前沿动态，掌握过硬的工程实践专业知识；课后及时总结经验教训，不断对教学方法进行修正，建立更适合本专业的PBL教学方式，在这个过程中教师的综合能力得到提升。这个教育理念和教学方法也要渗入学生的意识中，只有学生清楚地意识到自己是学习实践的主体，才能主动地参与学习和讨论，而不是被动地接受知识，能够根据问题获取相关知识，归纳总结并应用于实践；同时也能理解教师是解决问题时的工作伙伴和解决问题过程中的指导者，是监控整个实验过程和评估学习效果的负责人。

（3）合理的分组是关键。小组是完成整个实践过程的基本单元，必须进行合理的分组。小组内部成员之间要有能力上的互补性，同时又能相互协作，团队必须团结、有凝聚力，小组成员能够取长补短，在探索中相互帮助、共同进步。具体而言就是，既要考虑学习基础的均衡性，又要考虑平时组织实验实施的方便性。每个小组以4~5人为宜，推选1人为组长，负责本小组的召集工作。分组原则是学生自愿，教师再做个别调整。主要综合考虑学生的男女比例、性格特长等因素，保持每组中均有擅长组织、协调、汇报或总结的成员，也有擅长执行、解决问题的成员。

（4）科学的评价是动力。应用PBL教学模式之前，学生评价方式单一，由实验态度、实验报告的撰写和考勤组成。学生相互抄袭严重，达不到培养学生综合能力的目的。应用PBL教学模式后，采用了多元化评价体系，学生必须积极主动地参与PBL每一教学环节，才能获取理想成绩。教师评分也更加全面客观地反映学生综合能力，如批判性思维、创造性思维等高层次思维能力，整合知识及运用知识解决问题的实践能力，与人团结合作能力和语言表达能力等。

4 结语

在OBE理念的指导下，改革了制药工程专业的综合实验内容，在教学中实施了PBL教学法，获得了良好的教学效果。改革成功的4个要素是转变教育理念、转变教师角色、合理划分实验小组、建立科学的评价体系。在教学实施过程中，切实激发了学生学习的积极性，发挥了学生的主观能动性，提升了学生综合运用知识分析和解决问题的能力，提高了学生批判思维的能力，切实促进了学生的创新意识、团结协作意识和科学精神的养成，达到了制药工程实验课程的培养目标；使学生扎实掌握药物制备的操作技能，培养学生具有深入分析药物相关生产实际问题的能力，为制药行业培养高素质的科技人才提供了保证。

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PBL teaching method applied to pharmaceutical engineering comprehensive experiment teaching based on OBE idea

LIU Huanai, YE Yong

(School of Chemistry and Chemical Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510642, China)

Under the guidance of OBE (outcome-based education) idea, the content of the comprehensive experiment for the Pharmaceutical Engineering specialty is reformed, and PBL (problem-based learning) teaching method ii implemented, which has achieved good teaching effect. The four elements of the successful reform are to change educational ideas, change the role of teachers, divide experimental groups rationally and establish a scientific evaluation system. In the process of teaching implementation, it stimulates student’s enthusiasm for learning, exerts their subjective initiative, improves their ability of using knowledge comprehensively to analyze and solve problems, enhances their ability of critical thinking, and promotes the training of their innovation awareness, solidarity and cooperation consciousness and scientific spirit.

OBE idea; PBL teaching method; comprehensive experiment; pharmaceutical engineering

10.16791/j.cnki.sjg.2019.10.010

G642.0

A

1002-4956(2019)10-0040-06

2019-03-06

华南理工大学教研教改重点项目（Y9160490）

刘华鼐（1974—），女，山西太原，硕士，高级实验师，主要从事制药工程专业实验教学和药物合成设计研究。E-mail: liuhn@scut.edu.cn