多媒體輔助CDIO模式提升天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果的探索

李 燕，魏英勤，張永春，萬文珠，劉 瑜

(齊魯工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與制藥工程學(xué)院，山東 濟(jì)南 250353)

天然藥物化學(xué)是制藥工程專業(yè)的主要課程之一，該學(xué)科的主要研究內(nèi)容為各類天然藥物的化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)特征、物理化學(xué)性質(zhì)、提取分離方法和結(jié)構(gòu)鑒定等方面[1]。在天然藥物化學(xué)課程的教學(xué)過程中有許多實(shí)踐性的內(nèi)容需要通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行，通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅能夠幫助學(xué)生鞏固和驗(yàn)證理論知識，掌握實(shí)驗(yàn)操作技能，加深知識點(diǎn)的理解，更重要的是通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)可以鍛煉學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、提出問題以及運(yùn)用所學(xué)專業(yè)知識分析問題、解決問題的能力，也是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和研究性學(xué)習(xí)能力的重要途徑。

天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程傳統(tǒng)的教學(xué)方法，首先教師在教室里將理論知識點(diǎn)從具體到抽象進(jìn)行講解，然后在組織學(xué)生課程實(shí)驗(yàn)時，要求學(xué)生按實(shí)驗(yàn)講義進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果早有預(yù)料，因此是在“一切現(xiàn)象和變化都在意料之中”的思想狀態(tài)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的。傳統(tǒng)的教學(xué)方法會導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容流于書本，不能積極的調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性；另一方面學(xué)生不能自由發(fā)揮，不能體現(xiàn)學(xué)生積極思考主動設(shè)計(jì)的過程。因此，傳統(tǒng)教學(xué)方法已很難滿足新時代制藥工程專業(yè)學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)的要求。

CDIO即構(gòu)思(Conceive)、設(shè)計(jì)(Design)、實(shí)現(xiàn)(Implement)和運(yùn)行(Operate)，代表了工程教育的四個重要環(huán)節(jié)，是一種創(chuàng)新的工科教育理念，該模式下要求工程師在產(chǎn)品研發(fā)過程中應(yīng)具備從構(gòu)思、研究到運(yùn)行、改良的全過程所必需擁有的基本能力[2]。該教學(xué)模式要求，教學(xué)與實(shí)踐要以學(xué)生為主教師為輔的觀念，學(xué)生為主體，指導(dǎo)教師主要起引導(dǎo)作用。在教學(xué)中注意啟發(fā)學(xué)生從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)和提出問題，引導(dǎo)學(xué)生分析問題、解決問題，在此過程中注意實(shí)驗(yàn)小組成員間的相互協(xié)作，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考能力、實(shí)踐能力、分析問題、解決問題以及團(tuán)隊(duì)合作和創(chuàng)新等多方面的能力。而制藥工程專業(yè)的教育與其它工程教育一樣，面臨著如何在規(guī)定的有限學(xué)時內(nèi)讓學(xué)生獲得更深理論知識的同時，也要具備實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、運(yùn)行的能力以及團(tuán)隊(duì)合作和創(chuàng)新能力等多方面的素質(zhì)[2]。因此，我們在制藥工程專業(yè)的天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入CDIO模式，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中做到以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，鼓勵學(xué)生從實(shí)際中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，促進(jìn)學(xué)生由被動學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向主動學(xué)習(xí)；另外，我們在教學(xué)方式上進(jìn)行了改革，學(xué)生可以根據(jù)自身的興趣選擇不同的設(shè)計(jì)性及綜合性很強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，通過學(xué)習(xí)小組的共同努力完成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、執(zhí)行能力、分析問題解決問題的能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作等多方面素質(zhì)的目標(biāo)[3]。多媒體技術(shù)是運(yùn)用信息技術(shù)和專業(yè)知識充分結(jié)合起來的新教學(xué)方法，具有直觀、生動、信息量大、交互性好的特點(diǎn)，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性并提高教學(xué)質(zhì)量。因此，為滿足制藥工程專業(yè)學(xué)生培養(yǎng)的目標(biāo)要求，我們在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中積極進(jìn)行教學(xué)方法的改革，引入多媒體輔助CDIO教學(xué)模式，通過試運(yùn)行取得了良好的教學(xué)效果。

1 多媒體課件的制作

多媒體技術(shù)可以圖文聲情并茂、形象直觀的展示教學(xué)內(nèi)容。因此，我們選擇天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一些基本常規(guī)的操作以及較為抽象的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容作為多媒體課件的基本素材。在多媒體課件制作過程用，課題組教師用到了大量的軟件，比如利用Power-Point制作圖文并茂的幻燈片演示課件，利用Phtoshop軟件對采集的原始材料進(jìn)行圖片的裁切、連接等，利用ACD/Chemsketch展示各種類型化合物的結(jié)構(gòu)式并輕易的實(shí)現(xiàn)二維到三維的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化，利用flash CS制作柱層析的分離過程，利用microsoft video錄制實(shí)驗(yàn)操作視頻，利用Authorware Profesional軟件制作CAI課件“中藥有效成分的提取分離及結(jié)構(gòu)鑒定”并應(yīng)用于教學(xué)中。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

在新的教學(xué)模式下，堅(jiān)持以學(xué)生為主體的原則，實(shí)現(xiàn)學(xué)生由被動學(xué)習(xí)向主動學(xué)習(xí)的轉(zhuǎn)換，實(shí)驗(yàn)方案以理論教學(xué)內(nèi)容為基礎(chǔ)，根據(jù)學(xué)生的興趣，開展個性化實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)，將學(xué)生被動驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ睫D(zhuǎn)變成學(xué)生個性化主動實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ健Ｔ趯?shí)驗(yàn)內(nèi)容上安排設(shè)計(jì)性及綜合性要求較高的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并告知學(xué)生該項(xiàng)目的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)內(nèi)容及需要達(dá)到的實(shí)驗(yàn)要求，但具體的實(shí)驗(yàn)方案需要學(xué)生自己設(shè)計(jì)。在此過程中需要學(xué)生熟悉所設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中成分類型的結(jié)構(gòu)特征、理化性質(zhì)、可選擇的提取分離方法以及結(jié)構(gòu)鑒定所用到的技術(shù)等內(nèi)容，學(xué)生可以通過豐富的多媒體課件進(jìn)行學(xué)習(xí)。接下來，根據(jù)學(xué)生自己設(shè)計(jì)的多種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行可行性分析，不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，得出最佳實(shí)驗(yàn)方案并實(shí)施該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。待實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目結(jié)束后，指導(dǎo)教師要對整個過程進(jìn)行評價，同時歸納總結(jié)各實(shí)驗(yàn)小組所用到的實(shí)驗(yàn)方案、技術(shù)路線與實(shí)驗(yàn)操作，并對各個項(xiàng)目組在實(shí)驗(yàn)過程中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行點(diǎn)評，對在各個環(huán)節(jié)表現(xiàn)優(yōu)異的同學(xué)進(jìn)行表揚(yáng)。在教學(xué)過程中，教師要充分利用多媒體課件來輔助CDIO教學(xué)方法的實(shí)施。

3 教學(xué)實(shí)施

以黃酮類化合物的提取分離及結(jié)構(gòu)鑒定實(shí)驗(yàn)為例，給學(xué)生提供的原料為槐米，由學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)來了解槐米中的有效成分為黃酮類化合物蘆丁和槲皮素，進(jìn)而對以上黃酮類成分的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、提取方法以及鑒定方法等內(nèi)容進(jìn)行綜述，初步設(shè)計(jì)出幾種實(shí)驗(yàn)方案，再進(jìn)行合理性和可行性分析，綜合討論后設(shè)計(jì)出最佳實(shí)驗(yàn)方案。在設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)時，學(xué)生可根據(jù)需要參考多媒體課件中黃酮類化合物的結(jié)構(gòu)特征、性質(zhì)等內(nèi)容，也可以通過課件中錄制的視頻文件熟悉所設(shè)計(jì)工藝中用到的實(shí)驗(yàn)操作，有利于學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時進(jìn)行規(guī)范的操作。在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生要記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并對以上數(shù)據(jù)進(jìn)行分析進(jìn)而得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，最后提交實(shí)驗(yàn)報告。教師批改后，再對整個實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行綜合點(diǎn)評。

4 教學(xué)效果

在成績評價中實(shí)驗(yàn)總評成績設(shè)為100分，由實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、專業(yè)技能和分析討論三部分成績構(gòu)成，各項(xiàng)成績占比分別為30%、40%和30%。本教改模式已連續(xù)3年在本校制藥工程專業(yè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中推廣，并取得了良好的效果。通過多媒體課件輔助CDIO教學(xué)方法，學(xué)生通過多媒體資料的學(xué)習(xí)能夠很快的理解抽象的理論知識和復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)操作，顯著提高學(xué)生在實(shí)驗(yàn)研究方面的學(xué)習(xí)效果。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，在教學(xué)改革前實(shí)驗(yàn)平均成績?yōu)?5.05分，改革后平均成績提至81.57分，兩者相比成績有明顯提升，經(jīng)統(tǒng)計(jì)P<0.05。

5 教學(xué)體會

CDIO教學(xué)模式要求在教學(xué)過程中以學(xué)生為中心，注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，以達(dá)到使學(xué)生全面協(xié)調(diào)發(fā)展的目的；而多媒體技術(shù)具有直觀、生動、信息量大、交互性好等特點(diǎn)，有助于提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性并促進(jìn)學(xué)生對知識的理解和記憶，提高學(xué)習(xí)效率。我們在制藥工程專業(yè)的天然藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入多媒體輔助CDIO的教學(xué)模式，真正做到"以學(xué)生為中心"，融知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)教育全面協(xié)調(diào)發(fā)展。不僅使學(xué)生有效的理解理論知識、快速的掌握各種實(shí)驗(yàn)技能、擴(kuò)展了學(xué)生對本學(xué)科實(shí)驗(yàn)研究技術(shù)與學(xué)科進(jìn)展的視野，還有助于學(xué)生創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、執(zhí)行能力、分析問題解決問題的能力以及團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力等多方面綜合素質(zhì)的提升。

但在實(shí)施過程中也遇到一些問題，如整個實(shí)驗(yàn)過程耗時長、難度加大、實(shí)驗(yàn)器材不足，并且對指導(dǎo)教師的素質(zhì)要求更高。因此，要想順利推動實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的改革還需加大實(shí)驗(yàn)室開放力度、資金投入和重視師資考核，以確保教學(xué)改革順利進(jìn)行。