基于项目驱动的多学科融合教学模式探索——以分析化学教学中《荧光分析法》的应用为例

闫力强 李建平 阮贵华

（桂林理工大学化学与生物工程学院 广西·桂林 541006）

随着科技的发展和知识的日新月异，学科交叉与融合的趋势越来越显著。学科交叉是指各学科间的界限不断被打破与重组，科学研究不再局限于单一的研究领域，而是不同学科之间相融合发展的状态。[1,2]学科交叉有利于学科间知识的相互借鉴、相互促进；有利于新理论的建立和新技术的产生；有利于科学研究向着更深层次和更好水平的发展，体现了科学向综合性发展的趋势。[3,4]因此，在本科人才培养过程中，多学科融合教学模式将会成为一种必然的趋势。然而，学科融合并不是学科间知识的生硬拼凑，而是有目的、有主次的有机融合。要实现多学科知识的有机融合，项目驱动教学模式是一种有效途径。[5]

1 基于项目驱动的多学科融合教学模式的特征

基于项目驱动的多学科融合教学法在建构理论基础上，把相关的多学科知识点融合到一个完整的项目中，通过项目的执行来完成教学活动。学生是项目完成者，老师是项目的引导者。项目教学法具有明确的目的、完善的实施方案和灵活的考核方式，既可以传授给学生多学科的基础知识，又能在小组讨论、协作学习的模式下培养学生的沟通协作能力、分析和解实际问题的能力、激发对科研的兴趣。[6-8]

2 教学的实施

基于项目驱动的多学科融合教学法主要适用于实践性强、理论知识涉及广的理工科课程。分析化学是化学、材料、物理等专业的重要基础课，是一门理论与实践联系非常密切的课程，具有学科交叉和集成创新的特质，因此在教学过程中探索、尝试应用基于项目驱动的多学科融合教学模式具有重要的意义。以《分析化学》（人民卫生出版社，第6 版，李发美主编）中第十一章《荧光分析法》为例。荧光分析法具有可视化检测、操作简便、检测成本低廉、特异性好和灵敏度高等优点，在环境分析，食品检验，医疗诊断和生物成像方面已经得到广泛的应用，也是分析化学领域科研的热点。主要的实施过程如下：

2.1 根据教学内容，设计实施计划

合理的实施计划是项目顺利进行的有力保障，是决定教学成败的关键。因此，首先要根据教学内容和学生的知识能力，确定项目实施的目的、实施的进度、质量评价要求和预期的结果等。本节课的学习要求：（1）理解分子荧光的基本原理、荧光激发光谱、发射光谱的含义（涉及光物理知识）；（2）掌握分子荧光发射光谱的特征（荧光与物质结构的关系，涉及有机化学的知识）；（3）了解荧光光谱仪的组成（涉及仪器相关知识）；（4）掌握荧光分析法的主要应用范围（根据检测对象的不同涉及环境、食品、生物等方面知识）。项目分三个周进行，第1 周：查阅文献和阅读参考书，了解基础知识，解答知识理解过程中的问题（集体进行）；第2 周：设计实验思路，确定实验路线（分组进行）；第3 周：实验的实施及总结（分组讨论后集体总结）。一般来说，大一和大二的学生由于基础的局限性实验耗时和耗费精力较多，大三和大四的学生实验技能积累较好，实验进展较为顺利。所以在设计项目时，要充分考虑学生的基础。

2.2 分配任务

根据项目计划，对学生进行分组，确定每组学生完成的环节，落实每个学生的目标任务，防止有些学生出现观望的情况。学生根据自己的任务，查阅参考资料，确定实验方案。本项目根据荧光分析法的基本原理、应用范围，并结合实验室的科研条件，分为金属离子荧光探针的设计与制备、阴离子荧光探针的设计与制备、氨基酸荧光探针的设计与制备、pH值荧光探针的设计与制备等几个热门的研究方向，学生根据自己的兴趣爱好自主选择，每个方向3 个学生。每个项目分为三个独立的模块，分别是荧光检测的原理、探针制备的路线、探针检测性能的表征。三个模块相对独立又逐步深化，最后组合成一个完整的项目。每组成员负责一个模块的内容，并查阅相关资料，以PPT的形式组内汇总，形成项目的完整实施方案。

2.3 交流与讨论

项目实施方案确定后，每个项目组的学生对项目的原理、路线进行详细的汇报。每个项目汇报结束后，学生采用集体讨论、互教互学、点评对比、质疑与解答等方式进行交流，以加深学生对基本理论知识的理解。通过交流与讨论，学生提出的问题基本能够全部覆盖荧光分析法这一章节的主要内容。比如分子荧光是如何产生的（荧光产生的机理）？为什么结构相似的分子结构，荧光强度和波长反差很大（构效关系）？为什么有些物质在不同的溶液中具有不同的荧光特征（荧光的影响因素）？荧光为什么能用于定量分析（强度与浓度的关系）？荧光分析法有哪些特点，为什么在分析中有这么广泛的应用（荧光分析法的应用）？等这些问题均有学生提出，而学生通过查阅参考书和文献，能够全面地回答出来，而且学生联系自己检测的对象，理解起来更加轻松、深刻。最后老师对学生存在的理论问题进行重点讲解及纠正，对没有提及的问题进行补充和完善，最后对实验方案的可行性进行论证把关。一次交流与讨论后，基本上解决了理论部分的问题。然后学生再对项目进行修改和完善，重点确认项目的可行性。在交流与讨论环节，为了防止有学生不积极参与，对没有发言的同学进行随机抽查提问。

2.4 实验的实施

根据实验方案和实验路线，小组成员利用课余时间进行实验操作。在项目实施阶段，由于学生人数较多，实验平台和成本是两个不得不考虑的因素。根据我们的实验条件，每次可以容纳3 组学生实验，所以学生们采取错峰时间的方式进行实验。为了控制实验成本，我们主要制备小分子荧光探针。因为小分子荧光探针具有合成简单，成本低，应用范围广的特点，能够在可承受的成本范围内达到实验的效果和教学的目的。实验过程一般包括探针的制备和性能检测两个过程，每个过程大约需要一周的时间。实验过程中，严格要求学生做好实验记录和详细的实验现象。记录采取简单灵活的方式，比如可以笔记，也可以拍照和小视频。虽然实验过程可能占用了学生们不少的课余时间，然而大多数学生还是对实验充满热情，能够做到认真对待，实验结果基本理想。

2.5 考核与总结

项目驱动模式是以学生为主题，团队协作完成教学任务和实践能力的培养。因此在成绩评订时，采用多种形式相结合。考核内容不但包括考试成绩和课堂成绩部分，而且更加突出包括团队协作、技能操作和职业素养等方面。从而达到过程与结果兼顾、理论与实践结合的目的。项目完成后，要求每位学生撰写项目报告，明确个人在项目中的收获，包括学习到的理论知识和操作技能，查阅文献和解决问题的能力，沟通交流能力，以及个人所发挥的作用，让大家意识到协作交流的重要性。

3 教学成效

教学过程中，学生能够系统地了解学科知识，拓展科学视野，认识理论学习的重要意义，激发起浓厚的学习兴趣和科研热情，学习目的明确，学习积极性高，把被动接受变为主动学习，锻炼了动手能力，提高了对科研的认识。有不少学生在项目实施过程中培养了浓厚的科研兴趣，课程结束后加入到老师课题组利用课余时间开展科研实验。对效果较好的项目，我们进行进一步的修改和完善，组织学生申请“大学生创新项目”计划。项目驱动教学法实施一年来，学生已经获得大学生创新项目立项2 项，发表SCI 收录论文2 篇。

4 存在的问题

（1）项目的选择与设计。项目是为教学服务的，项目的选择不需要很强的创新型，只要能够达到教学的目的即可。实施形式是灵活多样的，可以是理论的研究，也可以是实验的执行。项目的设计要区分主次，把需要掌握的知识点作为项目关注的重点部分。

（2）课时的安排。项目的设计和执行需要大量的时间，而讲授课时往往只有几个小时，这么短的时间内完成一个项目是不可能的。课堂时间主要用来讲解基本的理论知识，其他任务需要在课外进行。一般，项目周期为3 至4 周，每学期可执行3 到4 个项目。

（3）学生考核方式。项目驱动的多学科融合教学需要引入多样性的考核评价方式，如参与的积极性评价、文献查询的广度评价、理论理解的深度评价、实践动手能力评价、项目成果的评价等。这些评价方式的很多时候很难有一个具体的量化，这就需要制定更加详细、多样和灵活的考核指标。

（4）科研条件。项目的执行需要完善的科研平台，而常规的本科教学条件十分有限。在设计项目的时候，要充分考虑项目的可行性和项目的实施成本。

（5）教师跨学科知识的积累。项目的成功设计离不开教师知识的积累和科研实践的经验。老师要积极开展科学研究，了解学科发展的趋势与热点。

5 结语

基于项目驱动的多学科融合教学方式以学生为主体，以实践为导向，以项目为依托，将知识融合和能力培养贯穿于教学实践中，克服了传统教学模式中的学生被动学习，缺乏实践的弊端，对培养学生的学习兴趣，提高学习的积极主动性，扩展学生的知识视野，提高学生的交流协作能力具有重要意义。然而，在项目实施过程中仍面临不少问题，需要进一步克服与完善。