“藥物分析”教學(xué)中STEAM案例的設(shè)計(jì)與實(shí)施

楊慧

摘要：基于 STEAM 教育理念，以“對(duì)乙酰氨基酚含量測(cè)定”為主題創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，圍繞“紫外—可見分光光度法的應(yīng)用”這一核心知識(shí)，設(shè)計(jì)具有“藥物分析”課程特色的STEAM 課程，對(duì) STEAM 理念應(yīng)用于實(shí)際課堂教學(xué)的策略進(jìn)行探索，完成師生從被動(dòng)式教與學(xué)到以能力培養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)的根本性轉(zhuǎn)變。

關(guān)鍵詞：STEAM;教學(xué)設(shè)計(jì);藥物分析

中圖分類號(hào)：G712文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1673-9094-（2020）07C/08C-0080-03

“藥物分析”作為五年制高職藥學(xué)專業(yè)的專業(yè)核心課，旨在培養(yǎng)學(xué)生全面保障藥品質(zhì)量安全的意識(shí)。隨著國(guó)家對(duì)藥品質(zhì)量要求越來越嚴(yán)格，大量的新技術(shù)被廣泛應(yīng)用，對(duì)檢驗(yàn)人員的要求越來越高。檢驗(yàn)人員不僅要具備扎實(shí)的理論基礎(chǔ)、熟練的實(shí)驗(yàn)技能、規(guī)范嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ鲬B(tài)度，還要能靈活解決檢驗(yàn)中的問題，發(fā)現(xiàn)并排除儀器故障。這種理論與實(shí)踐相結(jié)合的能力，是企業(yè)對(duì)員工的迫切要求，但也是現(xiàn)在教學(xué)模式下學(xué)生最缺乏的能力。這就需要我們進(jìn)行教學(xué)改革，融合理論知識(shí)和操作技能，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。

STEAM 是科學(xué) （Science）、 技術(shù) （Technology）、 工程（Engineering）、藝術(shù) （Arts）和數(shù)學(xué) （Mathematics）英語(yǔ)首字母的縮寫。[1]它將各學(xué)科的特點(diǎn)綜合，既強(qiáng)調(diào)理論知識(shí)的運(yùn)用，又側(cè)重技術(shù)和工程能力的培養(yǎng);既注重加強(qiáng)數(shù)學(xué)邏輯推理能力的培養(yǎng)，又突出藝術(shù)在其中的作用。STEAM作為一種綜合性的教育類型，側(cè)重于通過項(xiàng)目或問題的形式進(jìn)行教學(xué)，利用各種教學(xué)資源，進(jìn)行師生相互協(xié)作學(xué)習(xí)。[2]這種教學(xué)方法，非常適合既有理論又有實(shí)操、計(jì)算繁瑣、對(duì)技能要求很高的藥物分析課程。本文以“紫外—可見分光光度法的應(yīng)用”為例，對(duì)STEAM在藥物分析課程中的應(yīng)用進(jìn)行探索和實(shí)踐。

一、傳統(tǒng)教學(xué)模式存在的問題

紫外—可見分光光度法是一種重要的藥品檢測(cè)方法，其課程標(biāo)準(zhǔn)的要求是能根據(jù)《中國(guó)藥典》的要求，規(guī)范使用紫外—可見分光光度計(jì);并利用紫外—可見分光光度法的知識(shí)，合理對(duì)藥物進(jìn)行定性和定量。

傳統(tǒng)的教學(xué)分別在第二章和第四章進(jìn)行介紹。即在第二章藥物的鑒別技術(shù)這一章節(jié)復(fù)習(xí)紫外—可見分光光度法基礎(chǔ)知識(shí)，并安排藥品的鑒別實(shí)驗(yàn);再在第四章含量測(cè)定這一章節(jié)繼續(xù)理論上復(fù)習(xí)朗伯—比爾定律，完成實(shí)驗(yàn)維生素B12注射液含量測(cè)定;最后通過計(jì)算題的練習(xí)，提高學(xué)生對(duì)含量測(cè)定的理解和實(shí)際使用能力。這樣的安排有其合理之處，但是在多年教學(xué)實(shí)踐中，仍然發(fā)現(xiàn)了一些問題。

（一）知識(shí)點(diǎn)分割，不便于學(xué)生綜合理解運(yùn)用

紫外—可見分光光度法這一完整知識(shí)根據(jù)應(yīng)用的不同分成了定性和定量?jī)蓚€(gè)部分，彼此缺乏連續(xù)性，很多學(xué)生不能把兩個(gè)知識(shí)模塊融會(huì)貫通，導(dǎo)致講完含量測(cè)定后，部分學(xué)生依然不理解最大吸收波長(zhǎng)的作用，忽略實(shí)驗(yàn)條件的選擇等，忘記了前面的知識(shí)要點(diǎn)。

（二）學(xué)生學(xué)習(xí)熱情不高，更不會(huì)學(xué)習(xí)

本知識(shí)點(diǎn)理論部分主要講光的性質(zhì)和應(yīng)用，涉及物理、化學(xué)、數(shù)學(xué)等學(xué)科的知識(shí)，比較抽象難懂。部分學(xué)生因?yàn)榛A(chǔ)不好，有畏難情緒，學(xué)習(xí)熱情不高。再加上理論系統(tǒng)完整嚴(yán)謹(jǐn)，教師講授環(huán)環(huán)相扣，學(xué)生基本沒有自己探索思考的機(jī)會(huì)，因而參與感不強(qiáng)，課堂氣氛較沉悶。而在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，更明顯表現(xiàn)出學(xué)生對(duì)方法的理解和掌握不夠，思維受限，僅停留在知識(shí)層面，缺乏理論知識(shí)和應(yīng)用能力的結(jié)合。

（三）傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭_(dá)不到預(yù)想效果

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教材對(duì)實(shí)驗(yàn)的溶液配制、檢驗(yàn)過程和結(jié)果計(jì)算等方面介紹得很詳細(xì)，學(xué)生習(xí)慣于看著教材實(shí)驗(yàn)，很少思考為什么、怎么辦，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)完成后大部分學(xué)生只停留在能使用儀器階段，不能達(dá)到通過實(shí)驗(yàn)促進(jìn)理論理解和應(yīng)用的目的。尤其是結(jié)果計(jì)算，只能套用公式，再遇到相同類型的計(jì)算題，依然不知如何解答。

二、設(shè)計(jì)理念與教學(xué)過程

（一）設(shè)計(jì)理念

1.多知識(shí)點(diǎn)、跨學(xué)科整合。紫外—可見分光光度法不僅涉及“藥物分析”課程多個(gè)章節(jié)，還需要分析化學(xué)、儀器分析、數(shù)學(xué)等學(xué)科的知識(shí)，彼此相互聯(lián)系。而STEAM課程強(qiáng)調(diào)跨學(xué)科的學(xué)習(xí)，因此在教學(xué)設(shè)計(jì)中，我們沒有拘泥于特定知識(shí)點(diǎn)和技能的講授，而是把重心放在特定問題上，強(qiáng)調(diào)利用多學(xué)科相互關(guān)聯(lián)的知識(shí)來解決問題，實(shí)現(xiàn)跨越學(xué)科界限，從多學(xué)科知識(shí)綜合應(yīng)用的角度提高學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。[3]

2.創(chuàng)設(shè)情境，問題驅(qū)動(dòng)。STEAM 教育是在真實(shí)情境中以基于項(xiàng)目或問題的方式培養(yǎng)學(xué)生素養(yǎng)的一種技術(shù)教育。[4]我們選取了真實(shí)工作環(huán)境中常見的問題“檢測(cè)某物質(zhì)的含量”，難度適中，既讓學(xué)生有想法可參與，又涵蓋了“紫外—可見分光光度法應(yīng)用”的各重要知識(shí)點(diǎn)，還會(huì)涉及檢驗(yàn)技能、儀器操作和結(jié)果計(jì)算等環(huán)節(jié)，綜合性強(qiáng)。整個(gè)教學(xué)過程突出學(xué)生的主體地位，在教師的幫助引導(dǎo)下，他們自主查閱資料，進(jìn)而提出方案并預(yù)期結(jié)果、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、計(jì)算數(shù)據(jù)、交流成果。讓學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握在探究中加強(qiáng)和鞏固，對(duì)學(xué)習(xí)的參與性在成就感中逐漸加強(qiáng)，對(duì)學(xué)習(xí)的自信和方法在一次次討論和實(shí)驗(yàn)中建立和掌握。

3.分組合作，集體共享。STEAM教育是多元主體共同參與的教育。本次教學(xué)采取分組合作學(xué)習(xí)的形式，小組成員首先對(duì)藥物的定性和定量方法進(jìn)行討論，明確問題解決的思路、方法和成員分工;然后搜集資料，就相關(guān)問題討論，設(shè)計(jì)合理實(shí)驗(yàn)方案，通過教師提醒和全班討論，進(jìn)行探索實(shí)驗(yàn)，修改方案;進(jìn)而開始小組實(shí)驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)，計(jì)算結(jié)果;最后通過小組報(bào)告的方式展示成果，各小組相互促進(jìn)。

（二）教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)情境，提出問題。教師在上課之初，向?qū)W生展示一包白色粉末，說明這是我校其他專業(yè)同學(xué)合成的常用化學(xué)藥對(duì)乙酰氨基酚，他們迫切希望知道其含量，以改進(jìn)自己的實(shí)驗(yàn)工藝。提出問題：“我們能否利用紫外—可見分光光度法的知識(shí)測(cè)出對(duì)乙酰氨基酚的含量？”

2.分組討論，探索研究。學(xué)生分組討論，查找資料了解對(duì)乙酰氨基酚的性質(zhì)，思考哪些參數(shù)可以利用。教師引導(dǎo)學(xué)生回顧定性的方法，大膽實(shí)驗(yàn)嘗試驗(yàn)證。有些組甚至掃描得到對(duì)乙酰氨基酚的吸收光譜。在教師的提醒下，為了確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，學(xué)生們?cè)俅尾殚喯嚓P(guān)資料，進(jìn)行核實(shí)。通過前期探索，不僅極大地提高了學(xué)生的參與熱情，也讓他們意識(shí)到理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的巨大作用，提高了學(xué)習(xí)自信。接著，教師利用學(xué)生已經(jīng)查到的文獻(xiàn)資料，引導(dǎo)他們靈活運(yùn)用朗伯-比爾定律計(jì)算出對(duì)乙酰氨基酚的含量。此時(shí)，學(xué)生關(guān)注的焦點(diǎn)轉(zhuǎn)移到如何配制一定濃度的溶液并測(cè)出其吸光度的值。

3.完善細(xì)節(jié)，改進(jìn)方案。在教師的提醒下，學(xué)生發(fā)現(xiàn)要想把想法付諸實(shí)踐并得到結(jié)果，還有很多需要解決的問題。如何保障儀器的性能？如何讓吸光度在0.3—0.7之間？如何保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確度和精密度？溫度和濕度對(duì)結(jié)果是否有影響？這些問題的解決，涉及多方面知識(shí)，考驗(yàn)學(xué)生的綜合能力。它需要學(xué)生利用數(shù)學(xué)知識(shí)結(jié)合朗伯-比爾定律自己計(jì)算合適的溶液濃度，平時(shí)枯燥的公式成了解決當(dāng)前問題的最好工具，提高了學(xué)生的解題興趣，效果遠(yuǎn)超單純的計(jì)算題練習(xí);它也需要學(xué)生查閱紫外—可見分光光度計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)操作規(guī)程，認(rèn)真按照要求調(diào)試儀器、進(jìn)行吸收池的配對(duì)。通過這些過程，學(xué)生逐步了解儀器，規(guī)范按照步驟融會(huì)貫通，而不再死記硬背教材上的一行行操作步驟，知其然不知其所以然;它還通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果的比較，促使學(xué)生意識(shí)到實(shí)驗(yàn)技能的重要性，更加專注于實(shí)驗(yàn)技能的鍛煉和提高，從以前的“要我學(xué)”變成了“我要學(xué)”。經(jīng)過這些，學(xué)生完善了方案、調(diào)試了儀器、磨練了技能，為含量測(cè)定操作做好了準(zhǔn)備。

4.實(shí)踐操作，互評(píng)結(jié)果。在實(shí)踐操作環(huán)節(jié)，教師鼓勵(lì)學(xué)生多嘗試、多總結(jié)，最后把本組的報(bào)告放到討論區(qū)里，供全班同學(xué)參考。有的報(bào)告條理清晰、原始數(shù)據(jù)詳細(xì)、計(jì)算公式運(yùn)用合理、有效數(shù)字使用規(guī)范，整篇報(bào)告沒有一處修改，字跡工整規(guī)范，雖是一篇檢驗(yàn)報(bào)告，卻給人一種美的享受。這讓很多學(xué)生意識(shí)到，規(guī)范體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)的每個(gè)方面，把每一個(gè)方面做好，就會(huì)讓人有不一樣的感受。學(xué)生們比較實(shí)驗(yàn)結(jié)果、查看實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)、切磋對(duì)實(shí)驗(yàn)的理解，為其他小組打分。同學(xué)們的相互點(diǎn)評(píng)，促使他們發(fā)現(xiàn)各自的不足，尋找提高的方法，在相互討論中，對(duì)本知識(shí)點(diǎn)的理解和應(yīng)用逐漸加深。

三、教學(xué)效果分析

把STEAM教育的理念應(yīng)用于紫外—可見分光光度法含量測(cè)定的學(xué)習(xí)，改變了傳統(tǒng)的教學(xué)模式，以“對(duì)乙酰氨基酚的含量測(cè)定”這個(gè)問題的探索為載體，各小組獨(dú)立完成設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行討論。這個(gè)過程綜合了理論知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)、文獻(xiàn)資料的搜集和閱讀、方案的設(shè)計(jì)和修改、儀器的調(diào)試和使用，尤其最后的檢驗(yàn)報(bào)告要求語(yǔ)言精煉、邏輯清晰，設(shè)計(jì)計(jì)算和分析過程嚴(yán)謹(jǐn)準(zhǔn)確。學(xué)生各小組在相互配合下，都很好地解決了這個(gè)問題。

各小組在老師的引導(dǎo)下，自主完成了整個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，對(duì)紫外—可見分光光度法的定量依據(jù)有了深刻理解，尤其是結(jié)果的計(jì)算，掌握了精髓，不再畏懼?jǐn)?shù)學(xué)公式的使用。在實(shí)驗(yàn)探索中，逐步摸清了紫外—可見分光光度計(jì)的結(jié)構(gòu)和使用方法，不再死記硬背，對(duì)著筆記做實(shí)驗(yàn)。通過各小組結(jié)果的對(duì)比，全班學(xué)生清楚地看到了相同條件下實(shí)驗(yàn)技能對(duì)結(jié)果的巨大影響，體會(huì)到了鍛煉技能的重要性。與傳統(tǒng)教學(xué)相比，不僅實(shí)現(xiàn)了課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，融合了跨章節(jié)的知識(shí)，運(yùn)用了現(xiàn)代技術(shù)，提高了實(shí)驗(yàn)技能，還培養(yǎng)了藝術(shù)情操和工程意識(shí)。本案例為STEAM教育應(yīng)用于“藥物分析”教學(xué)模式改革提供了探索經(jīng)驗(yàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1] 北京師范大學(xué)國(guó)際與比較教育研究院組.國(guó)際教育政策與發(fā)展趨勢(shì)年度報(bào)告（2013）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2015.

[2] 趙洋洋.“創(chuàng)皂生活”——STEAM理念下的課程開發(fā)與教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)教育信息化， 2019（8）.

[3]余勝泉，胡翔. STEM 教育理念與跨學(xué)科整合模式[J].開放教育研究， 2015（4）.

[4] 彭敏， 郭夢(mèng)嬌. STEAM教育的基本內(nèi)涵與發(fā)展路徑研究[J]. 教育理論與實(shí)踐， 2018（25）.

責(zé)任編輯：章躍一