基于项目驱动教学法的药物分析实验教学研究

刘 瑞,裴 科,景 玲,史静超,常银霞

(山西中医药大学中药与食品工程学院基础学部, 晋中 030619)

随着全球医药学教育的发展,学科间交叉融合力度加大,医药学人才教育模式也随之发生变革。以学科为中心的传统模式存在相关专业课程教学分离[1,2]、知识点交叉重复、知识体系不连贯等弊端,导致学生学习负担加重,同时出现专业视野狭窄、知识的融会贯通能力欠缺、实践能力不足等问题。

鉴于此,越来越多的学者提出了整合药学的概念、改革思路和设计。很多高校关于课程整合的理论与实践研究也在如火如荼地进行[3,4]。整合课程体系打破了学科界限[5,6],有助于学生构建系统、完整的知识框架,注重知识的融会贯通和综合运用,采用主动、探究、合作的学习方式,有利于发挥学生的主体性和学习的主动性,强化学生的核心素养,提升实践能力和创新能力。

我院制药工程专业在2019年修订人才培养方案时,选择将药物化学实验与药物分析实验整合,首先由学生按照药物合成工艺流程合成目标原料药,然后通过性状、鉴别、检查和含量测定等各种检验项目对合成的药物进行较全面的质量研究。该课程模式不仅可有效激发学生学习的积极性,而且有助于学生对药物质量原因进行溯源分析,将所学药物化学和药物分析知识融会贯通,有效地提升综合实践能力和创新思维能力。

课程整合改革后,药物分析实验教学中分析对象为学生自行合成的样品,样品纯度未知,杂质不明,含量不可控,分析难度加大,同时各组学生的样品不尽相同。因此,实验改革后课程整体难度加大,对参与药物分析实验的教师和学生都提出了更高的要求。基于此,我们开展了基于项目驱动教学法的药物分析实验教学改革研究与实践。

1 药物分析实验教学方法改革的背景和必要性

药物分析课程是制药工程专业一门非常重要的专业核心课,实践性很强。药物分析实验是药物分析课程理论教学的重要补充。传统的实验教学中,分析对象为市售的中西药原料药及其制剂,产品符合标准要求,质量稳定均一,杂质限量可控,且样品数量有保证,分析难度较小。教学模式为教师组织安排,学生课前预习,教师逐一讲解实验内容,解释实验原理、实验现象,并对可能影响实验结果的一些注意事项进行重点讲解和强调,学生只需按照实验讲义“按方抓药”,或者根据教师写好的步骤“照葫芦画瓢”进行实验,获取数据,验证规律。这种验证性实验教学模式,可初步培养学生实验动手能力,但由于学生的分析对象均一样,难免会有学生消极怠工,浑水摸鱼。同时以教师为主的教学模式使学生缺乏主动性,缺少独立解决问题的意识,不利于学生分析问题、解决问题能力的提高,更谈不上激发学生的兴趣和培养学生创新能力。

课程整合改革后,药物分析实验教学中分析对象变为学生自行合成的原料药。鉴于学生首次接触药物合成,认知有限,所以合成的样品会存在纯度低,杂质含量高,均一性差,且样品数量有限等问题,因此实验改革后整体实验难度加大,参与药物分析实验的教师和学生也都将面临诸多新的问题和挑战。教师要做好充分的教学设计,预判学生自行合成的样品分析检验中可能会出现的问题,引导学生分析问题、解决问题;同时实验过程中涉及分析化学、仪器分析等多个学科的相关知识,对学生前期的知识积累和基本操作技能要求较高。因此,如何统筹安排实验,做好实验教学设计,既能使学生顺利完成实验,又能使学生在实验过程中理论联系实际,将各学科知识融会贯通,提升专业能力和创新能力,成为思考和探索的课题。

2 项目驱动式教学方法的内涵

项目驱动教学是建立在建构主义教学理论基础之上的一种教学方法[7],以实际项目的构建过程为线索,教师把相关的知识点巧妙地融入项目的各个环节中,引导学生对项目进行分析、讨论,通过师生的互动和学生间的相互协作,设计方案并合作完成一个完整的项目而进行教学的教学模式。在整个教学过程中[8],教师仅作为项目的组织者和指导者,学生则是项目完成的主体和中心,参与项目的设计和实施的全过程。在教师的引导下,随着项目的不断推进和层层深入,学生通过不断探索和自主解决问题,自然而然地进行知识点的学习、复习和综合应用,既调动了自主学习的主动性、积极性,又培养和锻炼了分析问题、解决问题的能力。

近年来,项目驱动教学法在医学、药学、地理等各专业课程的教学中都得到了广泛的应用[9,10],被认为是一种行之有效的教学方法,可用于高效地组织和开展课程教学。

3 课程整合后药物分析实验课程改革和实践

3.1 重构和整合开设实验项目和内容

课程整合改革后,实践教学中分析对象改为学生自行合成的样品,样品纯度未知,含量不可控。为降低分析难度,保证教学效果,教师确定选取药典品种为合成对象,并结合实验室现有条件,确定了实验开设项目;进行实验内容设计时,既要考虑到各个药物自身的质量控制特点和要求,又需考虑课程本身教学内容的系统性、完整性以及教学学时的有限性。因此,将实验过程涉及的药物化学-分析化学-药物分析等多学科相关的知识点通过项目的分解和模块化进行重组整合,既使学生能完成对各个药物的分析,又使每次实验课重点不同,在完成教学任务的同时,通过与其他学科的交叉融合,提高对知识的深入理解和综合应用能力。

3.2 优化教学方法,提升学生专业能力

在实验教学中,我们以学生为主体、教师为主导,实施项目驱动教学法。以药物化学实验教学中学生自行合成药物的质量分析为实际项目,学生4-5人一组,根据药典标准课前拟订实验方案,制定较为详细的实验步骤。教师根据教学经验提醒学生在实验中一般或者可能会遇到什么问题,引导学生思考以及寻找解决问题的方法,做好预案。学生在课中实施方案,并根据具体情况调整方案;课后撰写实验报告,进行实验总结,反思实验方案制定的不足之处,综合评价药品的质量,并与药物化学中药物合成路线、纯化过程等相关联,分析药品质量优劣的原因。为了顺利完成项目,学生需不断地根据“项目”的需求来学习,变被动地接受知识为主动地寻求知识,潜移默化中改变了传统的学习观,由“学了、学过”到“会学、会用”,并把各学科知识加以引伸拓展,实现了专业知识的融会贯通和触类旁通。在完成“项目”的过程中,小组内每个人或者小组间的思路、想法不尽相同,教师可引导他们进行讨论和交流,并适当地给予点评和鼓励,使他们相互取长补短,既调动了学生的积极性,又培养了他们的创新精神和合作意识。

3.3 优化和细化课程教学设计

在学生拟定方案和实施方案的过程中,教师通过抛出问题,引导学生对实验项目各子模块的实验细节进行细化和分析,使学生在实践中进一步理解和验证理论知识,加深对专业知识的理解和运用能力。如在硝苯地平质量分析的实验中,按照药典标准,鉴别项下要求取样品适量,加三氯甲烷2 ml使溶解,加无水乙醇制成每1 ml约含15 μg的溶液。那15 μg·ml-1的样品溶液,应当如何配置呢?适量,应称取样品多少,应该选用什么精度的天平;要用何溶剂溶解,溶剂的种类和纯度如何确定;如果样品不溶解,应当进行怎样的前处理,以满足测定紫外吸收光谱的要求。配置好样品后,学生应思考紫外分光光度计应该怎么用,如何进行校正和检定,仪器的状态对检测结果有何影响,什么是溶剂的截止波长,溶剂的纯度是否影响测定结果等问题。教学中教师通过选人提问和课堂指导等多种方式引导学生对实验细节的剖析,启发学生在实验过程中理论联系实际,将各学科知识融会贯通,提升专业能力和创新能力。

课程改革后,学生虽然目的合成样品一致,但由于认知不一,实验操作水平不一,实验细节不同,导致各组学生样品都不一样,甚至出现合成过程中没有得到产物的情况。因此,教师需做好充分的实验设计,预判学生自行合成的样品分析检验中可能会出现的问题,引导学生分析问题、解决问题。例如在进行硝苯地平原料药的分析过程中,部分学生由于药物合成制备过程中样品纯化不够,导致药品纯度不够,杂质较多。在采用铈量法进行含量测定时,滴定过程中溶液颜色变化不明显,滴定终点难以确定,实验无法进行。故在实验中教师安排学生分析备用的市售硝苯地平原料药,使实验得以顺利进行。备用药品的储备,一方面使学生得以完成实验,不至于因缺少样品或者样品纯度等问题影响实验;另一方面通过与市售样品的比较,更使学生意识到自身学识的不足和差距,激发学习的主动性和内在动力。

3.4 线上资源建设,有效辅助线下教学

为帮助学生课前设计实验方案、课中顺利实施实验方案,同时为避免部分学生由于基础不扎实,仪器不熟悉,导致实验无法顺利进行,自信心受挫和产生畏难情绪等,教师依托学习通平台,以现有的药物分析课程线上资源为基础,进一步完善线上课程资源,同时有效整合和充分利用药物化学和仪器分析等其他课程的教学资源,方便学生系统学习,提高学生自主学习能力和学习效果。目前,学习通平台中上传了如天平使用、精密称定、移液管和刻度吸管使用、重结晶等基础操作视频;紫外分光光度计、红外分光光度计、气相色谱仪、高效液相色谱仪、液相六通阀原理等分析仪器使用视频,以及质量研究中涉及到的杂质限量检查、制剂通则检查、含量测定计算等教学视频等,为学生学习提供多元化帮助。同时依托平台,教师进行在线答疑,增强了师生互动,提高了学生参与课程的积极性和主动性。

3.5 注重课程思政

实验教学中,教师不仅注重培养学生的实践能力和专业能力,更注意在教学过程中通过设计小组协作、难题解决和师生互动等环节,潜移默化地培养学生实事求是和细致严谨的科学精神,独立思考和勇于探索的创新精神,集智攻关和团结合作的协同精神等,加强课程思政建设,增强课堂育人功能。

3.6 评价方法及时化,考核方法多元化

课程考核方式为过程性评价(40%)和终结性评价(60%)相结合。过程性评价包括出勤(5%)+课堂提问(10%)+课堂表现(15%)+实验报告(10%)四部分组成。教师首先通过上课时抽查、点评实验方案以及依托学习通平台随机选人提问等方式,了解学生实验方案的制定情况,及时诊断学情,给予必要的指导和矫正,确保学习目标的达成;其次,通过课堂巡视、指导、观察,将学生态度是否端正、实验方案是否熟悉、基本操作是否规范、实验现象是否认真分析,实验结果是否按要求处理并登记等多项指标纳入考核指标;最后考核学生实验报告的书写是否规范,实验内容是否完整,是否对合成药物进行质量评价及原因分析。通过对学生全过程多元化监督管理和评价,注重学生在整个学习过程中的学习体验和整体表现,有利于激发学生的学习热情,提高学生的综合能力。

课程整合有助于学生专业知识体系的系统构建以及对专业知识的融会贯通和综合应用能力、学生自主学习能力的培养,进而有效发展和提升大学生的核心素养,推动我国高等教育高质量发展。

经过两年的教学实践,我院药物化学及药物分析实验的整合课程已经取得了初步成效,得到学生的认可和好评。但在实施过程中,我们也发现一些问题,比如实验资源的多元化还需进一步完善、实验后的教学反思如何更及时和深入等。未来,我们应积极总结经验,发现和解决存在的问题和不足,从而获得更好的实验教学效果。