基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的多學(xué)科融合教學(xué)模式探索
——以分析化學(xué)教學(xué)中《熒光分析法》的應(yīng)用為例

閆力強(qiáng) 李建平 阮貴華

（桂林理工大學(xué)化學(xué)與生物工程學(xué)院 廣西·桂林 541006）

隨著科技的發(fā)展和知識(shí)的日新月異，學(xué)科交叉與融合的趨勢(shì)越來(lái)越顯著。學(xué)科交叉是指各學(xué)科間的界限不斷被打破與重組，科學(xué)研究不再局限于單一的研究領(lǐng)域，而是不同學(xué)科之間相融合發(fā)展的狀態(tài)。[1,2]學(xué)科交叉有利于學(xué)科間知識(shí)的相互借鑒、相互促進(jìn)；有利于新理論的建立和新技術(shù)的產(chǎn)生；有利于科學(xué)研究向著更深層次和更好水平的發(fā)展，體現(xiàn)了科學(xué)向綜合性發(fā)展的趨勢(shì)。[3,4]因此，在本科人才培養(yǎng)過程中，多學(xué)科融合教學(xué)模式將會(huì)成為一種必然的趨勢(shì)。然而，學(xué)科融合并不是學(xué)科間知識(shí)的生硬拼湊，而是有目的、有主次的有機(jī)融合。要實(shí)現(xiàn)多學(xué)科知識(shí)的有機(jī)融合，項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式是一種有效途徑。[5]

1 基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的多學(xué)科融合教學(xué)模式的特征

基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的多學(xué)科融合教學(xué)法在建構(gòu)理論基礎(chǔ)上，把相關(guān)的多學(xué)科知識(shí)點(diǎn)融合到一個(gè)完整的項(xiàng)目中，通過項(xiàng)目的執(zhí)行來(lái)完成教學(xué)活動(dòng)。學(xué)生是項(xiàng)目完成者，老師是項(xiàng)目的引導(dǎo)者。項(xiàng)目教學(xué)法具有明確的目的、完善的實(shí)施方案和靈活的考核方式，既可以傳授給學(xué)生多學(xué)科的基礎(chǔ)知識(shí)，又能在小組討論、協(xié)作學(xué)習(xí)的模式下培養(yǎng)學(xué)生的溝通協(xié)作能力、分析和解實(shí)際問題的能力、激發(fā)對(duì)科研的興趣。[6-8]

2 教學(xué)的實(shí)施

基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的多學(xué)科融合教學(xué)法主要適用于實(shí)踐性強(qiáng)、理論知識(shí)涉及廣的理工科課程。分析化學(xué)是化學(xué)、材料、物理等專業(yè)的重要基礎(chǔ)課，是一門理論與實(shí)踐聯(lián)系非常密切的課程，具有學(xué)科交叉和集成創(chuàng)新的特質(zhì)，因此在教學(xué)過程中探索、嘗試應(yīng)用基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的多學(xué)科融合教學(xué)模式具有重要的意義。以《分析化學(xué)》（人民衛(wèi)生出版社，第6 版，李發(fā)美主編）中第十一章《熒光分析法》為例。熒光分析法具有可視化檢測(cè)、操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)成本低廉、特異性好和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境分析，食品檢驗(yàn)，醫(yī)療診斷和生物成像方面已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用，也是分析化學(xué)領(lǐng)域科研的熱點(diǎn)。主要的實(shí)施過程如下：

2.1 根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)實(shí)施計(jì)劃

合理的實(shí)施計(jì)劃是項(xiàng)目順利進(jìn)行的有力保障，是決定教學(xué)成敗的關(guān)鍵。因此，首先要根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的知識(shí)能力，確定項(xiàng)目實(shí)施的目的、實(shí)施的進(jìn)度、質(zhì)量評(píng)價(jià)要求和預(yù)期的結(jié)果等。本節(jié)課的學(xué)習(xí)要求：（1）理解分子熒光的基本原理、熒光激發(fā)光譜、發(fā)射光譜的含義（涉及光物理知識(shí)）；（2）掌握分子熒光發(fā)射光譜的特征（熒光與物質(zhì)結(jié)構(gòu)的關(guān)系，涉及有機(jī)化學(xué)的知識(shí)）；（3）了解熒光光譜儀的組成（涉及儀器相關(guān)知識(shí)）；（4）掌握熒光分析法的主要應(yīng)用范圍（根據(jù)檢測(cè)對(duì)象的不同涉及環(huán)境、食品、生物等方面知識(shí)）。項(xiàng)目分三個(gè)周進(jìn)行，第1 周：查閱文獻(xiàn)和閱讀參考書，了解基礎(chǔ)知識(shí)，解答知識(shí)理解過程中的問題（集體進(jìn)行）；第2 周：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)思路，確定實(shí)驗(yàn)路線（分組進(jìn)行）；第3 周：實(shí)驗(yàn)的實(shí)施及總結(jié)（分組討論后集體總結(jié)）。一般來(lái)說，大一和大二的學(xué)生由于基礎(chǔ)的局限性實(shí)驗(yàn)耗時(shí)和耗費(fèi)精力較多，大三和大四的學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能積累較好，實(shí)驗(yàn)進(jìn)展較為順利。所以在設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)，要充分考慮學(xué)生的基礎(chǔ)。

2.2 分配任務(wù)

根據(jù)項(xiàng)目計(jì)劃，對(duì)學(xué)生進(jìn)行分組，確定每組學(xué)生完成的環(huán)節(jié)，落實(shí)每個(gè)學(xué)生的目標(biāo)任務(wù)，防止有些學(xué)生出現(xiàn)觀望的情況。學(xué)生根據(jù)自己的任務(wù)，查閱參考資料，確定實(shí)驗(yàn)方案。本項(xiàng)目根據(jù)熒光分析法的基本原理、應(yīng)用范圍，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室的科研條件，分為金屬離子熒光探針的設(shè)計(jì)與制備、陰離子熒光探針的設(shè)計(jì)與制備、氨基酸熒光探針的設(shè)計(jì)與制備、pH值熒光探針的設(shè)計(jì)與制備等幾個(gè)熱門的研究方向，學(xué)生根據(jù)自己的興趣愛好自主選擇，每個(gè)方向3 個(gè)學(xué)生。每個(gè)項(xiàng)目分為三個(gè)獨(dú)立的模塊，分別是熒光檢測(cè)的原理、探針制備的路線、探針檢測(cè)性能的表征。三個(gè)模塊相對(duì)獨(dú)立又逐步深化，最后組合成一個(gè)完整的項(xiàng)目。每組成員負(fù)責(zé)一個(gè)模塊的內(nèi)容，并查閱相關(guān)資料，以PPT的形式組內(nèi)匯總，形成項(xiàng)目的完整實(shí)施方案。

2.3 交流與討論

項(xiàng)目實(shí)施方案確定后，每個(gè)項(xiàng)目組的學(xué)生對(duì)項(xiàng)目的原理、路線進(jìn)行詳細(xì)的匯報(bào)。每個(gè)項(xiàng)目匯報(bào)結(jié)束后，學(xué)生采用集體討論、互教互學(xué)、點(diǎn)評(píng)對(duì)比、質(zhì)疑與解答等方式進(jìn)行交流，以加深學(xué)生對(duì)基本理論知識(shí)的理解。通過交流與討論，學(xué)生提出的問題基本能夠全部覆蓋熒光分析法這一章節(jié)的主要內(nèi)容。比如分子熒光是如何產(chǎn)生的（熒光產(chǎn)生的機(jī)理）？為什么結(jié)構(gòu)相似的分子結(jié)構(gòu)，熒光強(qiáng)度和波長(zhǎng)反差很大（構(gòu)效關(guān)系）？為什么有些物質(zhì)在不同的溶液中具有不同的熒光特征（熒光的影響因素）？熒光為什么能用于定量分析（強(qiáng)度與濃度的關(guān)系）？熒光分析法有哪些特點(diǎn)，為什么在分析中有這么廣泛的應(yīng)用（熒光分析法的應(yīng)用）？等這些問題均有學(xué)生提出，而學(xué)生通過查閱參考書和文獻(xiàn)，能夠全面地回答出來(lái)，而且學(xué)生聯(lián)系自己檢測(cè)的對(duì)象，理解起來(lái)更加輕松、深刻。最后老師對(duì)學(xué)生存在的理論問題進(jìn)行重點(diǎn)講解及糾正，對(duì)沒有提及的問題進(jìn)行補(bǔ)充和完善，最后對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的可行性進(jìn)行論證把關(guān)。一次交流與討論后，基本上解決了理論部分的問題。然后學(xué)生再對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行修改和完善，重點(diǎn)確認(rèn)項(xiàng)目的可行性。在交流與討論環(huán)節(jié)，為了防止有學(xué)生不積極參與，對(duì)沒有發(fā)言的同學(xué)進(jìn)行隨機(jī)抽查提問。

2.4 實(shí)驗(yàn)的實(shí)施

根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案和實(shí)驗(yàn)路線，小組成員利用課余時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。在項(xiàng)目實(shí)施階段，由于學(xué)生人數(shù)較多，實(shí)驗(yàn)平臺(tái)和成本是兩個(gè)不得不考慮的因素。根據(jù)我們的實(shí)驗(yàn)條件，每次可以容納3 組學(xué)生實(shí)驗(yàn)，所以學(xué)生們采取錯(cuò)峰時(shí)間的方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為了控制實(shí)驗(yàn)成本，我們主要制備小分子熒光探針。因?yàn)樾》肿訜晒馓结樉哂泻铣珊?jiǎn)單，成本低，應(yīng)用范圍廣的特點(diǎn)，能夠在可承受的成本范圍內(nèi)達(dá)到實(shí)驗(yàn)的效果和教學(xué)的目的。實(shí)驗(yàn)過程一般包括探針的制備和性能檢測(cè)兩個(gè)過程，每個(gè)過程大約需要一周的時(shí)間。實(shí)驗(yàn)過程中，嚴(yán)格要求學(xué)生做好實(shí)驗(yàn)記錄和詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。記錄采取簡(jiǎn)單靈活的方式，比如可以筆記，也可以拍照和小視頻。雖然實(shí)驗(yàn)過程可能占用了學(xué)生們不少的課余時(shí)間，然而大多數(shù)學(xué)生還是對(duì)實(shí)驗(yàn)充滿熱情，能夠做到認(rèn)真對(duì)待，實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本理想。

2.5 考核與總結(jié)

項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)模式是以學(xué)生為主題，團(tuán)隊(duì)協(xié)作完成教學(xué)任務(wù)和實(shí)踐能力的培養(yǎng)。因此在成績(jī)?cè)u(píng)訂時(shí)，采用多種形式相結(jié)合。考核內(nèi)容不但包括考試成績(jī)和課堂成績(jī)部分，而且更加突出包括團(tuán)隊(duì)協(xié)作、技能操作和職業(yè)素養(yǎng)等方面。從而達(dá)到過程與結(jié)果兼顧、理論與實(shí)踐結(jié)合的目的。項(xiàng)目完成后，要求每位學(xué)生撰寫項(xiàng)目報(bào)告，明確個(gè)人在項(xiàng)目中的收獲，包括學(xué)習(xí)到的理論知識(shí)和操作技能，查閱文獻(xiàn)和解決問題的能力，溝通交流能力，以及個(gè)人所發(fā)揮的作用，讓大家意識(shí)到協(xié)作交流的重要性。

3 教學(xué)成效

教學(xué)過程中，學(xué)生能夠系統(tǒng)地了解學(xué)科知識(shí)，拓展科學(xué)視野，認(rèn)識(shí)理論學(xué)習(xí)的重要意義，激發(fā)起濃厚的學(xué)習(xí)興趣和科研熱情，學(xué)習(xí)目的明確，學(xué)習(xí)積極性高，把被動(dòng)接受變?yōu)橹鲃?dòng)學(xué)習(xí)，鍛煉了動(dòng)手能力，提高了對(duì)科研的認(rèn)識(shí)。有不少學(xué)生在項(xiàng)目實(shí)施過程中培養(yǎng)了濃厚的科研興趣，課程結(jié)束后加入到老師課題組利用課余時(shí)間開展科研實(shí)驗(yàn)。對(duì)效果較好的項(xiàng)目，我們進(jìn)行進(jìn)一步的修改和完善，組織學(xué)生申請(qǐng)“大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目”計(jì)劃。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)教學(xué)法實(shí)施一年來(lái)，學(xué)生已經(jīng)獲得大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目立項(xiàng)2 項(xiàng)，發(fā)表SCI 收錄論文2 篇。

4 存在的問題

（1）項(xiàng)目的選擇與設(shè)計(jì)。項(xiàng)目是為教學(xué)服務(wù)的，項(xiàng)目的選擇不需要很強(qiáng)的創(chuàng)新型，只要能夠達(dá)到教學(xué)的目的即可。實(shí)施形式是靈活多樣的，可以是理論的研究，也可以是實(shí)驗(yàn)的執(zhí)行。項(xiàng)目的設(shè)計(jì)要區(qū)分主次，把需要掌握的知識(shí)點(diǎn)作為項(xiàng)目關(guān)注的重點(diǎn)部分。

（2）課時(shí)的安排。項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和執(zhí)行需要大量的時(shí)間，而講授課時(shí)往往只有幾個(gè)小時(shí)，這么短的時(shí)間內(nèi)完成一個(gè)項(xiàng)目是不可能的。課堂時(shí)間主要用來(lái)講解基本的理論知識(shí)，其他任務(wù)需要在課外進(jìn)行。一般，項(xiàng)目周期為3 至4 周，每學(xué)期可執(zhí)行3 到4 個(gè)項(xiàng)目。

（3）學(xué)生考核方式。項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的多學(xué)科融合教學(xué)需要引入多樣性的考核評(píng)價(jià)方式，如參與的積極性評(píng)價(jià)、文獻(xiàn)查詢的廣度評(píng)價(jià)、理論理解的深度評(píng)價(jià)、實(shí)踐動(dòng)手能力評(píng)價(jià)、項(xiàng)目成果的評(píng)價(jià)等。這些評(píng)價(jià)方式的很多時(shí)候很難有一個(gè)具體的量化，這就需要制定更加詳細(xì)、多樣和靈活的考核指標(biāo)。

（4）科研條件。項(xiàng)目的執(zhí)行需要完善的科研平臺(tái)，而常規(guī)的本科教學(xué)條件十分有限。在設(shè)計(jì)項(xiàng)目的時(shí)候，要充分考慮項(xiàng)目的可行性和項(xiàng)目的實(shí)施成本。

（5）教師跨學(xué)科知識(shí)的積累。項(xiàng)目的成功設(shè)計(jì)離不開教師知識(shí)的積累和科研實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)。老師要積極開展科學(xué)研究，了解學(xué)科發(fā)展的趨勢(shì)與熱點(diǎn)。

5 結(jié)語(yǔ)

基于項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)的多學(xué)科融合教學(xué)方式以學(xué)生為主體，以實(shí)踐為導(dǎo)向，以項(xiàng)目為依托，將知識(shí)融合和能力培養(yǎng)貫穿于教學(xué)實(shí)踐中，克服了傳統(tǒng)教學(xué)模式中的學(xué)生被動(dòng)學(xué)習(xí)，缺乏實(shí)踐的弊端，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的積極主動(dòng)性，擴(kuò)展學(xué)生的知識(shí)視野，提高學(xué)生的交流協(xié)作能力具有重要意義。然而，在項(xiàng)目實(shí)施過程中仍面臨不少問題，需要進(jìn)一步克服與完善。