基于OBE理念在制藥工程綜合實驗教學中實施PBL教學法

劉華鼐，葉 勇

基于OBE理念在制藥工程綜合實驗教學中實施PBL教學法

劉華鼐，葉 勇

（華南理工大學 化學與化工學院，廣東 廣州 510642）

在OBE理念的指導(dǎo)下，改革了制藥工程專業(yè)的綜合實驗的內(nèi)容，在教學中實施了PBL教學法，獲得了良好的教學效果。改革成功的4個要素是轉(zhuǎn)變教育理念、轉(zhuǎn)變教師角色、合理劃分實驗小組、建立科學的評價體系。在教學實施過程中，激發(fā)了每位學生學習的積極性，發(fā)揮了學生的主觀能動性，提升了綜合運用知識分析和解決問題的能力，提高了批判思維的能力，促進了創(chuàng)新意識、團結(jié)協(xié)作意識和科學精神的養(yǎng)成。

OBE理念；PBL教學法；綜合實驗；制藥工程

在《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要 （2010—2020年）》中，特別強調(diào)要改革教學方式方法，倡導(dǎo)啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式教學，幫助學生會學習。這樣才能真正激發(fā)學生的好奇心，培養(yǎng)學生的興趣愛好，營造獨立思考、自由探索、勇于創(chuàng)新的良好環(huán)境，也才能培養(yǎng)造就數(shù)以億計的高素質(zhì)勞動者、數(shù)以千萬計的專門人才和一大批拔尖創(chuàng)新人才，支撐科教興國、人才強國戰(zhàn)略的實施[1]。人才培養(yǎng)標準要與國際接軌，畢業(yè)生能參與國際競爭必將成為新時期人才培養(yǎng)的新常態(tài)。這必然對實驗教學改革提出新的更高要求[2]。為此，我校制藥工程專業(yè)在實驗教學中進行了綜合改革，本文著重介紹綜合實驗改革的思路和做法。

1 基于OBE理念創(chuàng)設(shè)制藥工程專業(yè)綜合實驗內(nèi)容

1.1 轉(zhuǎn)變教育理念和改革管理模式

William G. Spady創(chuàng)建了基于產(chǎn)出/目標的教育（outcome-based education，OBE），也稱為結(jié)果導(dǎo)向教育。也就是說教學方案制定者應(yīng)當明確當前專業(yè)領(lǐng)域?qū)W生應(yīng)具備的技能要求，明確學生畢業(yè)后需要的知識和能力，并據(jù)此設(shè)計教學目標和教學任務(wù)。在此理念的指導(dǎo)下，將實驗課內(nèi)容由基于學科的設(shè)計轉(zhuǎn)變?yōu)榛趯W生就業(yè)與發(fā)展需要的設(shè)計。將制藥工程專業(yè)的實驗教學的基本要求定位為“掌握制藥工程專業(yè)實驗基礎(chǔ)知識、基本理論和基本技能，具有藥物設(shè)計、開發(fā)能力，并體現(xiàn)創(chuàng)新意識，具有安全意識、環(huán)保意識和可持續(xù)發(fā)展理念，能夠利用計算機與信息技術(shù)獲取、處理和運用制藥學及相關(guān)學科信息，具有文字與口頭表達、交流能力，具有協(xié)調(diào)與團隊合作能力；具有適應(yīng)未來科學技術(shù)和社會經(jīng)濟發(fā)展的能力”。為實現(xiàn)這一目的，在基礎(chǔ)實驗完成后開設(shè)了綜合實驗，以學生的自主學習為主要特征，用心設(shè)計相關(guān)的條件和氛圍，滿足和適應(yīng)學生的學習風格和需求的多樣性，使學生成為國家和企業(yè)需要的新型制藥工程師。

與此配套，我們改革了實驗教學的管理模式。將原先固定的指導(dǎo)教師在固定時間內(nèi)指導(dǎo)學生完成固定內(nèi)容的實驗形式改成了彈性實驗?zāi)Ｊ?。綜合實驗由多位相關(guān)教師共同承擔，在綜合實驗進行期間，實驗室每天開放14 h，學生可以根據(jù)自己的時間安排和實驗進程提前預(yù)約實驗時間和使用測試儀器。

1.2 創(chuàng)設(shè)符合OBE理念的實驗教學內(nèi)容

以O(shè)BE為指導(dǎo)，我們認為綜合實驗內(nèi)容應(yīng)該前沿化、系統(tǒng)化，同時增加安全、環(huán)保、綠色設(shè)計等內(nèi)容，學生以小組進行實驗，并集體進行數(shù)據(jù)處理，適當運用實驗軟件。因此，在實驗設(shè)計和實踐中貫徹以科研問題為導(dǎo)向，以體現(xiàn)教學內(nèi)容的科學性、前沿性和開放性。例如“蘆丁的提取鑒定及不同劑型與體內(nèi)釋放相關(guān)性的研究[3]”和“光響應(yīng)茶皂苷元納米囊的制備及其抗菌活性研究[4]”均來自任課教師的科研項目。按照圖1所示的思路進行實驗設(shè)計，每個實驗根據(jù)藥物開發(fā)流程分為3個模塊，每個模塊均由問題和任務(wù)構(gòu)成。

圖1 實驗設(shè)計思路

2 基于OBE理念創(chuàng)設(shè)PBL教學法的實施方案

在具體實踐環(huán)節(jié)中實施PBL教學法，探索提高課堂教學的效果。PBL是問題導(dǎo)向?qū)W習（problem-based learning）的簡稱，首先在加拿大醫(yī)學教育領(lǐng)域興起，是以“問題為中心、學生為主體、教師為引導(dǎo)”的教育方式。經(jīng)過幾十年的完善和發(fā)展，已經(jīng)成為國際上普遍采納的一種教學模式，在國內(nèi)外有很多研究成功實施的案例[5-6]，在無機化學實驗[7]、生物實驗[8]、藥理學實驗[9]等實驗教學中也有很多應(yīng)用。其基本特征是由師生形成的“學習共同體”經(jīng)歷“提出問題、分組討論、成果展示、多元評價和總結(jié)反思”5個環(huán)節(jié)。在這一過程中學生的學習積極性被充分調(diào)動，主動參與學習，通過查閱資料、分析問題和解決問題加深對知識的理解，同時提高自學能力，培養(yǎng)團隊協(xié)作和創(chuàng)新能力。不僅捕獲了“魚”，也掌握了“漁”的技能，還學會了定位“魚”以及了解了如何“養(yǎng)魚”。

2.1 PBL教學的設(shè)計與目標

2016—2018年參加制藥工程綜合實驗的學生每屆為25~26人，人數(shù)剛好適合采用PBL教學法，以此為出發(fā)點設(shè)計了如表1的教學計劃與目標。

2.2 PBL教學法具體實施過程

2.2.1 實驗準備階段

（1）在開課前一周為輔導(dǎo)準備期。教師開設(shè)輔導(dǎo)課，將具體實驗?zāi)康?、要求和目標清晰地告知給學生，要求各組學生分工進行相關(guān)文獻的檢索、分析和總結(jié)、制訂出至少2個詳細的實驗方案，并制作PPT，準備開課前匯報。同時建立QQ群和微信群，在群里發(fā)布相關(guān)問題，讓學生查閱文獻、利用互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)資源進行學習和解決問題，任課教師則用速課平臺來考查學生的學習情況，提高教學效率和效果。

表1 PBL教學計劃與目標

（2）開課后第一天為課前準備。各組用PPT分別向教師及學生報告實驗方案及設(shè)想，必須包括可能遇到的困難及解決預(yù)案、可行性論證等。每組報告時間10 min。之后，由其他小組成員提問，報告人共同回答，若遇到疑難問題答不出來或不確定，教師給予提示和引導(dǎo)。在學生之間的討論、師生互動的過程中，學生變成了主體，學生的自主學習為提升教學效果提供了保障。最后，教師可從資料的檢索、方案的可行性、PPT制作技術(shù)、小組成員的協(xié)作效果等方面進行點評和總結(jié)。所有小組報告結(jié)束后，教師將本次課程所涉及的知識點進行系統(tǒng)全面的梳理和串講，從而加深學生對知識的理解和把握；根據(jù)實驗安全要求、試劑管理等實驗室的具體情況，提出方案的修改建議，各組開始準備實驗所需試劑、儀器設(shè)備等。

2.2.2 實驗實施階段

實驗課堂教學的內(nèi)容重點在于每組學生基于本組實驗方案進行嚴謹?shù)牟僮?、進行仔細全面的觀察、翔實地記錄真實的現(xiàn)象和準確的數(shù)據(jù)，然后進行全面的表征測試。同時要求學生特別注意安全、衛(wèi)生、環(huán)保、科學精神、學術(shù)道德等意識的養(yǎng)成。教師巡回式觀察每組學生的操作，隨時糾正學生的一些不合理操作，并探討實驗現(xiàn)象和提出問題。學生每完成一個重要環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)小組進行及時的討論總結(jié)。如果有嚴重不足，可適時調(diào)整方案，更好地進行下一階段的工作。在此階段，課余暢通有效的信息反饋是極為重要的。因綜合實驗耗時較長（2~3周），學生需要嘗試多種方案，實驗過程中遇到困難或問題有可能停下來進行文獻檢索、小組討論等，教師不可能隨時在學生身邊。非工作時間教師會通過QQ、微信、電話等方式與學生進行互動交流，學生也可以直接去辦公室找教師進行探討。教師根據(jù)學生反饋及時進行反思，了解學生的學習情況，同時總結(jié)經(jīng)驗，不斷完善實驗教學環(huán)節(jié)和方案。

2.2.3 實驗總結(jié)階段

整個實驗完成后，每個小組集體進行數(shù)據(jù)處理和分析，每個學生獨立撰寫科研論文式的實驗報告。然后每組制作PPT，進行第二次課堂總結(jié)，包括報告、提問和教師點評等環(huán)節(jié)。根據(jù)學生的實驗情況，舉辦學術(shù)交流會，學生制作墻報，選定主講成員，人人都是科研工作者，交流自己的學術(shù)成果，交流互動，共同提高。這一過程更重要的收獲是批判性思維和組織、交流溝通能力的提升。最后，發(fā)放調(diào)查問卷，全面了解學生的感受和體會，以便更進一步改進教學。

2.3 基于PBL教學法的評價體系

傳統(tǒng)的考核方法過分強調(diào)測試結(jié)果的準確度、精密度及實驗報告的書寫情況，即過分注重實驗結(jié)果的考核，忽視了考查學生的創(chuàng)新意識和綜合素質(zhì)。從OBE理念出發(fā)，我們認為考核方式的改革勢在必行。在設(shè)定考核指標時，不僅要考查學生實驗的基本知識和基本技能以及實驗報告的撰寫能力，更要注重考察實驗素養(yǎng)和能力的養(yǎng)成，要重視過程目標和情感目標的達成。從綜合實驗的課程特點考慮，首先考查學生的實驗方案的設(shè)計和實驗方法的選擇能力，要特別鼓勵其中體現(xiàn)的創(chuàng)新意識、綠色環(huán)保意識和安全意識；其次考查學生的操作技能，特別鼓勵自學儀器設(shè)備的使用方法；再次要重視實驗報告的寫作表達，不僅要考查學生應(yīng)用數(shù)據(jù)庫檢索中英文文獻、處理數(shù)據(jù)的能力和分析問題的能力，也要著重考查學生的學術(shù)道德、學術(shù)規(guī)范。表2是綜合實驗考核指標體系及權(quán)重。首先小組成員互評，主要考查成員在整個實驗過程中的貢獻度，占50%；然后是小組間互評，主要考查各小組的成果展示，占20%；最后指導(dǎo)教師評價，主要從實驗報告和團隊合作方面進行考查，占30%；指導(dǎo)教師可根據(jù)學生的具體表現(xiàn)，對于表現(xiàn)出色的學生可以給予1~10分的額外獎勵分數(shù)，以鼓勵創(chuàng)新設(shè)計、綠色環(huán)保方案和外語溝通交流能力。

表2 綜合實驗考核評價體系及權(quán)重表

3 改革的效果和體會

3.1 改革效果

每屆學生完成實驗后，進行問卷調(diào)查，根據(jù)學生反饋的意見，及時總結(jié)，不斷完善教學的具體實施步驟和節(jié)奏。從2016年開始采用PBL教學法，已逐步建立一套適合本專業(yè)綜合實驗的PBL教學模式。最近6年連續(xù)的調(diào)查結(jié)果表明，2011—2013級三屆學生共76人，對綜合實驗教學的滿意度為80.54%，而2014—2016級三屆學生采用了PBL教學法，77名學生對本課程的教學滿意度為86.37%，有了大幅的提高。

學生在完成實驗時這樣總結(jié)，“這是我第一次自己設(shè)計實驗方案，操作大型儀器表征實驗結(jié)果，分析自己的實驗數(shù)據(jù)，并參加學術(shù)報告，好像自己是科學家一樣。在這個過程中學到了很多知識，也有很多體會。最初的感覺是設(shè)計一個實驗并不難，但是在查閱文獻和與組員的討論過程中，發(fā)現(xiàn)首先必須將實驗?zāi)康暮涂偰繕思毣⒎纸鉃橐粋€個小目標和單個實驗過程，而且有很多原理需要進一步深入理解，有很多參數(shù)要查詢，每個測試的方法和儀器操作方法要確認，然后要制定詳盡的實驗規(guī)劃和試劑、儀器用品清單。要與組員確認和溝通實驗方案、各自的分工，也要跟實驗室教師溝通試劑和儀器。在實驗過程中還得隨時觀察、發(fā)現(xiàn)問題，及時修正方案，克服一些沒有預(yù)測到的困難，高效完成目標。最有趣的是在學術(shù)交流會上報告自己的研究成果，通過這樣的交流可以看到不同組設(shè)計的不同方案，可以得到不同的結(jié)果。最深刻的體會是作為一個科學工作者，應(yīng)該有批判精神，對搜集的信息、資料，甚至是實驗獲得的數(shù)據(jù)也不能全盤接受，有選擇性的、有懷疑性的應(yīng)用，用多個表征和檢驗去印證結(jié)果判斷的準確性。深刻領(lǐng)悟了‘大膽假設(shè)，小心求證’的含義”。

學生的總結(jié)很全面深刻，感受也很真摯，可見改革是有成效的?？偨Y(jié)起來主要體現(xiàn)在以下3個方面：

（1）增強了學生的學習積極性。雖然是“985工程”學校的學生，入學成績都很高，但是如果不給予引導(dǎo)，也極少有學生會主動深究實驗的內(nèi)涵，絕大多數(shù)學生只是根據(jù)實驗要求按部就班地完成所有步驟，區(qū)別僅在于分析討論時有的深刻些、有的膚淺些。這種現(xiàn)象不能簡單地歸結(jié)為學生懶惰不作為，而是應(yīng)該反思我們的教學環(huán)節(jié)是否給學生提供了獨立研究和思考的機會，是否存在允許學生發(fā)揮創(chuàng)意和質(zhì)疑的條件、環(huán)境和氛圍。張樹永[10]介紹了美國伊利諾伊州立大學中難以見到我們所謂的基本操作實驗，都是開設(shè)綜合實驗，這樣容易引發(fā)學生的興趣，教師講的少，主要由學生自己準備和動手做。PBL教學法以問題為導(dǎo)向，學生從準備階段就需要針對問題，瞄準任務(wù)目標主動去收集資料、整理并提出自己的觀點看法，從被動學習變?yōu)橹鲃訉W習；而且在整個過程中學生都以小組形式對所面臨的問題進行討論，針對他人的觀點提出自己的疑問，在團隊中發(fā)揮自己的作用，從個體學習變成合作學習。通過這一過程，學生一步一步地解決了問題，學習積極性和主動性、合作意識和溝通能力也逐漸得到增強。

（2）提升了綜合運用知識的能力。PBL教學法能使學生構(gòu)建靈活的基礎(chǔ)知識，這種知識不是源于學生的死記硬背或表層理解，而是出自個性化的深層理解而構(gòu)建起來的知識資源庫，具有可遷移性，能夠為綜合應(yīng)用知識能力的提升奠定基礎(chǔ)[11]。PBL教學法以學生為中心，在整個實踐過程中，學生必須擔負起主要責任，表現(xiàn)為主動查閱資料、整合知識，親自動手參與實驗，還要隨時和小組成員、教師建立起多方位的溝通交流，實現(xiàn)觀點碰撞，這一過程能調(diào)動學生的參與意識，再加上自主思維，促進了學生綜合應(yīng)用知識的能力。

（3）提高批判性思維能力。有研究表明，與傳統(tǒng)教學相比，PBL教學法在實驗教學中對培養(yǎng)學生的批判性思維能力有顯著效果[12]。PBL教學法側(cè)重于小組合作，小組成員各自提出不同的想法，彼此討論，促使學生進行自主而積極的思考。在廣泛搜集證據(jù)和嚴謹實驗的基礎(chǔ)上，形成支持自己的觀點證據(jù)鏈，不做出超出證據(jù)的結(jié)論，在思想火花的碰撞中，也要學會關(guān)注他人的觀點及理由，考慮不同思路，整合觀點，潛移默化地提高了學生對問題或觀點的分析能力和系統(tǒng)整理能力。

3.2 改革的思考與體會

（1）理念轉(zhuǎn)變是關(guān)鍵。在深入了解和理解OBE教育理念的過程中，充分認識到其實質(zhì)是一切教學活動都圍繞學生實現(xiàn)預(yù)期學習成果而開展的，強調(diào)學生的主體性。在國內(nèi)進行的多種實驗教學改革中，OBE也是成功應(yīng)用的理念之一[13-14]。將其應(yīng)用在綜合實驗教學中，指導(dǎo)實驗課程中的各個環(huán)節(jié)都圍繞學生進行設(shè)計和實施，將卓越工程師的認證標準作為指導(dǎo)性綱領(lǐng)，以學生到藥企參與研發(fā)的需求為導(dǎo)向，力求培養(yǎng)學生把學術(shù)知識轉(zhuǎn)化為解決實際問題的能力。只有轉(zhuǎn)變教育教學理念，才有動力主動地改革教學內(nèi)容和教學方法。

（2）角色的轉(zhuǎn)變是基礎(chǔ)。在PBL教學過程中，教師首先要認識到自己角色的重大轉(zhuǎn)變，從思想到行動都要由以“教”為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐浴皩?dǎo)”為主，才能花更多時間查閱文獻，從提高學生興趣和符合工程實踐的角度來設(shè)計實驗。這就要求教師時刻了解學科領(lǐng)域前沿動態(tài)，掌握過硬的工程實踐專業(yè)知識；課后及時總結(jié)經(jīng)驗教訓，不斷對教學方法進行修正，建立更適合本專業(yè)的PBL教學方式，在這個過程中教師的綜合能力得到提升。這個教育理念和教學方法也要滲入學生的意識中，只有學生清楚地意識到自己是學習實踐的主體，才能主動地參與學習和討論，而不是被動地接受知識，能夠根據(jù)問題獲取相關(guān)知識，歸納總結(jié)并應(yīng)用于實踐；同時也能理解教師是解決問題時的工作伙伴和解決問題過程中的指導(dǎo)者，是監(jiān)控整個實驗過程和評估學習效果的負責人。

（3）合理的分組是關(guān)鍵。小組是完成整個實踐過程的基本單元，必須進行合理的分組。小組內(nèi)部成員之間要有能力上的互補性，同時又能相互協(xié)作，團隊必須團結(jié)、有凝聚力，小組成員能夠取長補短，在探索中相互幫助、共同進步。具體而言就是，既要考慮學習基礎(chǔ)的均衡性，又要考慮平時組織實驗實施的方便性。每個小組以4~5人為宜，推選1人為組長，負責本小組的召集工作。分組原則是學生自愿，教師再做個別調(diào)整。主要綜合考慮學生的男女比例、性格特長等因素，保持每組中均有擅長組織、協(xié)調(diào)、匯報或總結(jié)的成員，也有擅長執(zhí)行、解決問題的成員。

（4）科學的評價是動力。應(yīng)用PBL教學模式之前，學生評價方式單一，由實驗態(tài)度、實驗報告的撰寫和考勤組成。學生相互抄襲嚴重，達不到培養(yǎng)學生綜合能力的目的。應(yīng)用PBL教學模式后，采用了多元化評價體系，學生必須積極主動地參與PBL每一教學環(huán)節(jié)，才能獲取理想成績。教師評分也更加全面客觀地反映學生綜合能力，如批判性思維、創(chuàng)造性思維等高層次思維能力，整合知識及運用知識解決問題的實踐能力，與人團結(jié)合作能力和語言表達能力等。

4 結(jié)語

在OBE理念的指導(dǎo)下，改革了制藥工程專業(yè)的綜合實驗內(nèi)容，在教學中實施了PBL教學法，獲得了良好的教學效果。改革成功的4個要素是轉(zhuǎn)變教育理念、轉(zhuǎn)變教師角色、合理劃分實驗小組、建立科學的評價體系。在教學實施過程中，切實激發(fā)了學生學習的積極性，發(fā)揮了學生的主觀能動性，提升了學生綜合運用知識分析和解決問題的能力，提高了學生批判思維的能力，切實促進了學生的創(chuàng)新意識、團結(jié)協(xié)作意識和科學精神的養(yǎng)成，達到了制藥工程實驗課程的培養(yǎng)目標；使學生扎實掌握藥物制備的操作技能，培養(yǎng)學生具有深入分析藥物相關(guān)生產(chǎn)實際問題的能力，為制藥行業(yè)培養(yǎng)高素質(zhì)的科技人才提供了保證。

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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

華南理工大學教研教改重點項目（Y9160490）

劉華鼐（1974—），女，山西太原，碩士，高級實驗師，主要從事制藥工程專業(yè)實驗教學和藥物合成設(shè)計研究。E-mail: liuhn@scut.edu.cn