新工科背景下“超星学习通+奥尔堡PBL”模式在制药工程类课程教学中的改革与实践

孟繁钦,翟凤国,赵玉佳,张秀萍,李方娟

牡丹江医学院药学院, 黑龙江 牡丹江 157011

为了主动适应新的国际竞争形势,支撑“互联网+”“中国制造2025”等国家发展战略,建设工程教育强国,教育部于2017年开始大力推进新工科建设。其主要目标是深化工程教育改革、突出实践创新能力培养。新工科的教育模式要求高校要主动适应新经济、新产业的发展需要,着重培养具有较强实践能力和创新能力,并具有一定竞争力的复合应用型人才[1-4]。

制药工程专业是设立于工学门类中化工与制药类下,交叉融合化学、药学、工程学等学科而发展起来的,旨在培养能够适应中国药学事业发展需要,具备扎实的药学和工程学理论基础及设计实践能力,为社会输出药物研发制造、制药工艺、生产设计、质量控制等方面的高级工程技术人才[5-6]。制药工程专业通常将其专业课程分为化学类、药学类和工程类三个课程群,其中工程类课程群是体现其专业工程特征的重要课程,在制药人才的知识结构中发挥着至关重要的作用[7]。

该项目研究以新工科人才培养为目标,基于医药发展新业态对制药工程专业人才的需求,将奥尔堡PBL教学模式引入制药工程专业工程类课程群,利用交互式智慧教学软件“超星学习通”,对教学内容、教学方法和评价体系等进行教学改革,提升学生课堂参与度,激发学生主观学习的能动性,提高课堂教学效率和成效,全方位培养学生的创新能力、设计能力、分析和解决问题的能力,使学生的工程实践能力不断提升,尽快完成由学生向制药工程师的转变以及高等院校与现代工厂的“对接”。

1 制药工程专业工程类课程群的教学现状分析

制药工程专业的工程类课程群包含了化工设备机械基础、化工原理、化工仪表及自动化、制药工艺学、制药工程学等课程。每门课程都与制药过程中的某一个环节对应,工程类课程群是体现制药专业工程特征的重要课程,工程类知识在制药专业人才知识结构框架构成中发挥着至关重要的作用。

但是,目前制药工程类课程在教学过程中存在一些急需解决的问题。例如:在教材建设方面,大部分教材只强调基础、成熟和适用的知识,对课程前沿性未知领域知识关注过少,与企业的实际需求存在一定程度的脱节;在课程内容设置方面,课程群中各门课程为体现自身知识内容的系统性和全面性,致使工程类课程之间出现部分知识点重复讲解的现象,缺乏有机整合,浪费了一定的课时;在实验课设置方面,验证性实验居多,基本都是“依葫芦画瓢”,缺乏综合性、设计性的大实验,不利于培养学生的团结协作精神、自主学习能力、动手能力和创新思维;在生产实践教学方面,课程评价体系不完善,学生学习目的性较差,多以参观为主,学生对如何将所学理论知识与生产实践相结合、如何从工程和经济的角度去考虑工业化技术问题等方面知之甚少,能力不足。

2 奥尔堡PBL模式和超星学习通简介

奥尔堡PBL模式是由丹麦奥尔堡大学在PBL基础上探究出来的一种教学模式。它提倡以问题为导向、由项目来组织教学,即通过学生在小组合作的基础上,综合应用所学知识解决实际项目问题,并在此过程中建构知识体系[8-9]。通过开展综合实践项目,不仅可以培养学生对知识的自主学习和综合应用能力,还可以观察学生在项目学习中的整体表现,掌握学生课程学习的有效性,对学生做出更客观、真实的评价。由于PBL模式在激发学生学习热情和提高教学质量方面的显著效果,这一模式被越来越多的高校接受,已从早期的医科教育扩展到工程学科、社会学科以及人文学科等各个方面[10]。

超星学习通是利用移动终端的交互式智慧学习专业平台,在使用超星学习通平台授课过程中可以实现课前学习资源推送、课堂签到、随机点名、实时答题、答疑弹幕及数据分析等功能,覆盖了课前、课中、课后所有教学环节,可以充分发挥师生间的互动作用。因其强大的功能及鲜明的特点,目前已被众多高校应用于线上教学、混合式教学和翻转课堂教学[11-13]。

3 制药工程类课程群的教学改革举措

3.1 制药工程类课程理论教学内容模块化

在制药工程专业以往的工程类课程设置中,课程设置欠合理,如化工原理、化工仪表及自动化、化工设备机械基础、制药工艺学、制药工程学等课程在学生学习各阶段分散式分布,课程内容多而繁复,学生在学习时很难将各门课程的知识点有效衔接,形成系统学习。因此,该教改项目以课程内容为依据,将制药工程类课程进行模块划分,提升理论教学效果,使学生将繁杂的理论知识学习变得系统、有条理。经梳理分析,该研究的教学模式将制药工程类课程主要划分为5个知识模块,即工艺流程、单元操作、过程控制、设备选择及车间布置设计。提炼学生在每个模块学习中普遍存在的问题和疑惑,以问题为导向,对教学内容进行系统设计,将每个模块的知识点进行整合,通过核心知识建立模块之间的联系和支撑,从而满足制药工程专业人才培养要求,提升学生科学素养和综合运用能力。

3.2 课程教学项目的选取与设计

课程教学项目的选取,首先从制药行业整体出发,并结合学校制药工程专业培养目标,选定四个方向,如表1所示。其次,根据项目规模和涉及课程范围将其划分为三级:一级项目为涉及单门课程的掌握与应用而设立的项目,例如化工原理课程项目“采用精馏方式,分离甲醇合成产品中含有的乙醇”;二级项目为基于某一核心课程构建“1+X”课程交叉项目,以培养学生课程间知识综合利用解决工程问题能力,例如“制药工艺学+化工仪表及自动化”结合项目——某化学原料药反应器选型及自控系统设计;三级项目为制药工程综合设计,在设计的过程中,学生通过分析选题→文献查阅→设计方案确定→设计计算→绘制设计图纸→完成设计说明,全方位训练学生自主研发、创新和工业设计等多项技能,培养学生跨学科思维与多元综合的工程能力。

表1 课程教学项目的选题方向及内容

3.3 “超星学习通+奥尔堡PBL”教学模式的构建与实施

奥尔堡PBL教学模式的教学特色是以学生为中心,让学生在基于设定项目的工作中开展学习[14]。整体设计主要分为“提出问题—分析问题—解决问题—汇报展示”4个环节,如图1所示。

图1 奥尔堡PBL教学模式设计

第一环节:基于项目,提出问题

根据工程类具体课程需要,结合所划分的5个知识模块提出具体问题。例如,在化工仪表及自动化教学过程中,以绘制原料药生产过程带控制点的工艺流程图为具体项目,根据给定的生产工艺提出问题,如怎样划分工艺过程中的单元操作、实现单元操作具体的工业化方法及各单元操作如何连接等。

课前借助超星学习通平台,下达学习项目任务书,明确学习目标,布置课程项目问题并上传辅助学习资料,如参考视频、文献和电子书籍。学生需在上课前完成自行分组工作。

第二环节:基于讨论,分析问题

教师结合课程知识点在线下课堂对项目问题做具体介绍,引导学生学习小组进行组内讨论。结合讨论情况,教师可进一步启发学生思考解决问题所须掌握的知识要点,使其明确该节课学习目标和重点。在此环节中,应以学生为主体,教师作为引导者,主要营造轻松融洽的课堂讨论氛围,鼓励学生畅所欲言地参与讨论。在讨论课结束后,要求各小组将讨论内容进行总结,并以作业形式上传超星学习通。

第三环节:基于合作,解决问题

学生学习小组围绕具体项目问题,开展小组观点展示和组间质询,彼此互相启发。在该环节学习和讨论过程中,需要教师一方面在课堂引导学生开展协作,自行补充查找相关学习资料;另一方面,通过超星学习通在线答疑解惑,将课堂教学延伸至线上。学生在探索的过程中最终解决问题。

第四环节:基于结果,汇报展示

成果展示形式可以灵活多样,如借助超星学习通线上平台上传文档报告或线下课堂小组陈述,由学生相互学习评分,完成优秀评选。最后教师进行知识点评,对知识点进行梳理,及时补充和纠正学生某些特定知识点存在的认知和思维盲点,帮助学生建立系统的知识体系。

3.4 建立多维动态的评价体系

构建形成性评价与终结性评价相结合的多维评价体系,采用“平时成绩+项目完成评价+期末考试”相结合的评价模式。平时成绩借助超星学习通提供的课前预习情况、课堂考勤、课程互动情况及阶段测试成绩等完整教学数据,进行加权求和。项目完成评价通过全过程非标准答案学业考核的手段,对学生在工程项目学习过程中的独立思考能力、动手能力及团队协作能力等进行多角度、全方位评价,更客观、全面地给出成绩。

4 教学改革成效

4.1 教学反馈

为了深入了解“超星学习通+奥尔堡PBL模式”在制药工程类课程教学中的应用情况,课题组借助超星学习通软件面向开展教学改革实践的牡丹江医学院药学院制药工程专业本科生进行了问卷调查。调查问卷从学习兴趣、自主学习能力、团队意识和对教学模式的实施态度等方面进行编制,调查结果如图2所示。

图2 调查问卷内容及结果统计 (%)

1.为了准备“超星学习通+奥尔堡PBL”教学模式下的课堂教学,您在课前做了哪些工作?(多选)

( )

A.阅读了项目材料和教材中与其学习要求相关的内容,并查阅了其他的教材和参考书

B.与小组成员讨论了学习要求中的相关问题

C.通过网络借助百度、搜狗等引擎搜索了相关问题

D.通过知网、维普等数据库进行了文献查阅

2.您对“超星学习通+奧尔堡PBL”教学模式的教学实践所持态度是什么?(多选)

( )

A.“学习通+奥尔堡PBL”教学模式挺好的,但需要适应过程

B.不喜欢“学习通+奥尔堡PBL”教学模式,给学生增加了学习负担

C.传统课堂和“学习通+奧尔堡PBL”教学模式课堂交叉进行比较好

D.喜欢“学习通+奥尔堡PBL”教学模式课堂,紧张但更容易集中注意力

3.学习中的导向问题对您来说难易程度如何?(多选)

( )

A.比较困难,书本上没有现成的答案

B.不容易,但通过阅读教材都能回答

C.很容易,书本上都能找到答案D.有些题容易,有些题不容易

4.通过“超星学习通+奧尔堡PBL”教学模式的课程教学,您觉得可以锻炼您哪方面的能力?(多选)

( )

A.自主学习能力B.创新能力

C.分析和解决问题的能力D.工程实践能力

调查结果显示:

① “超星学习通+奥尔堡PBL”教学模式的实施基本得到了所有学生的认可。教师区别于传统教学模式,很好地改变了呆板的说教模式,使学生有机会更多地参与课堂教学活动。与此同时,学生的学习积极性在较为紧张的课堂氛围中得到充分调动。由于传统课堂具有其自身的特点,因而仍有48%的学生希望将传统课堂与“超星学习通+奥尔堡PBL”教学模式相结合进行教学。

②为了完成超星学习通推送的课前学习任务,学生通过多种途径搜集资料。所有学生都阅读了项目材料和教材中的相关内容,有95%的学生借助网络解决问题。该教学模式的实施充分调动了学生学习的主观能动性,提高了学生分析问题和解决问题的能力。此外,有78%的学生与小组成员间讨论了学习要求中相关的问题,小组学习模式中组员间多种思维的碰撞相较于传统的独自学习模式可使学习变得不那么枯燥和艰难。

③超过88%的学生认为该教学模式能有效提升自己的自主学习、分析和解决问题的能力;70%以上的学生认为自身创新能力和工程实践能力均得到了锻炼。这些表现正好吻合实施该教学模式的目标。

④78%的学生认为学习过程中的问题难度适中,一部分问题可以通过阅读教材获得有效解决;而另一部分问题,迫使学生充分借助自身的批判思维能力,通过知识的合理整合来解决难题。

4.2 教学效果

通过在牡丹江医学院药学院2019级和2020级制药工程专业本科生工程类课程开展“超星学习通+奥尔堡PBL模式” 的教学改革与实践,取得了较为显著的成效,学生的工程能力得到明显提升,课题组组织采用新教学模式授课培养的学生参加了第十届全国大学生制药工程设计竞赛,取得了全国第二名的好成绩,此次竞赛所取得的成绩验证了此次课程改革的成效,也进一步增强了课题组深入开展教学改革的信心。

尽管该项目取得了一定的成效,但由于项目实验时间有限等原因,该课题的研究还有不完善和不足之处。例如:在课程教学项目设计方面,教师对教学项目的创设难度把握还须提高;在教改实验对象取样方面,只进行了两届学生对于工程类课程一轮完整授课教学改革实验,课题组在今后的教学实践中会继续探索,使教学效果得到进一步提高。

5 结束语

该项目根据教育部“新工科”教育理念,对现有制药专业工程类课程教学模式进行调整和改革,打破传统授课方法,确定了以问题为导向、以工程能力培养为目标的制药工程类课程“超星学习通+奥尔堡PBL”教学模式,通过具体项目及教学内容模块化,将整个课程体系系统、有机地结合起来,从而解决了传统教学中制药工程类课程内容重复、陈旧,课堂教学效率低,学生参与度不够等问题,大大提升了制药工程类课程的课堂教学效果,激发了学生的主观能动性,实现对制药人才培养的预期。因此,该研究的新教学模式对其他本科院校的制药工程专业工程类课程教学发展也起到借鉴作用。