“药物分析”教学中STEAM案例的设计与实施
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摘要：基于 STEAM 教育理念，以“对乙酰氨基酚含量测定”为主题创设真实情境，围绕“紫外—可见分光光度法的应用”这一核心知识，设计具有“药物分析”课程特色的STEAM 课程，对 STEAM 理念应用于实际课堂教学的策略进行探索，完成师生从被动式教与学到以能力培养为导向的教学的根本性转变。
关键词：STEAM;教学设计;药物分析
中图分类号：G712 文献标志码：A 文章编号：1673-9094-（2020）07C/08C-0080-03
“药物分析”作为五年制高职药学专业的专业核心课，旨在培养学生全面保障药品质量安全的意识。随着国家对药品质量要求越来越严格，大量的新技术被广泛应用，对检验人员的要求越来越高。检验人员不仅要具备扎实的理论基础、熟练的实验技能、规范严谨的工作态度，还要能灵活解决检验中的问题，发现并排除仪器故障。这种理论与实践相结合的能力，是企业对员工的迫切要求，但也是现在教学模式下学生最缺乏的能力。这就需要我们进行教学改革，融合理论知识和操作技能，培养学生核心素养。
STEAM 是科学 （Science）、 技术 （Technology）、 工程（Engineering）、艺术 （Arts）和数学 （Mathematics）英语首字母的缩写。[1]它将各学科的特点综合，既强调理论知识的运用，又侧重技术和工程能力的培养;既注重加强数学逻辑推理能力的培养，又突出艺术在其中的作用。STEAM作为一种综合性的教育类型，侧重于通过项目或问题的形式进行教学，利用各种教学资源，进行师生相互协作学习。[2]这种教学方法，非常适合既有理论又有实操、计算繁琐、对技能要求很高的药物分析课程。本文以“紫外—可见分光光度法的应用”为例，对STEAM在药物分析课程中的应用进行探索和实践。
一、传统教学模式存在的问题
紫外—可见分光光度法是一种重要的药品检测方法，其课程标准的要求是能根据《中国药典》的要求，规范使用紫外—可见分光光度计;并利用紫外—可见分光光度法的知识，合理对药物进行定性和定量。
传统的教学分别在第二章和第四章进行介绍。即在第二章药物的鉴别技术这一章节复习紫外—可见分光光度法基础知识，并安排药品的鉴别实验;再在第四章含量测定这一章节继续理论上复习朗伯—比尔定律，完成实验维生素B12注射液含量测定;最后通过计算题的练习，提高学生对含量测定的理解和实际使用能力。这样的安排有其合理之处，但是在多年教学实践中，仍然发现了一些问题。
（一）知识点分割，不便于学生综合理解运用
紫外—可见分光光度法这一完整知识根据应用的不同分成了定性和定量两个部分，彼此缺乏连续性，很多学生不能把两个知识模块融会贯通，导致讲完含量测定后，部分学生依然不理解最大吸收波长的作用，忽略实验条件的选择等，忘记了前面的知识要点。
（二）学生学习热情不高，更不会学习
本知识点理论部分主要讲光的性质和应用，涉及物理、化学、数学等学科的知识，比较抽象难懂。部分学生因为基础不好，有畏难情绪，学习热情不高。再加上理论系统完整严谨，教师讲授环环相扣，学生基本没有自己探索思考的机会，因而参与感不强，课堂气氛较沉闷。而在实验环节，更明显表现出学生对方法的理解和掌握不够，思维受限，仅停留在知识层面，缺乏理论知识和应用能力的结合。
（三）传统实验模式达不到预想效果
传统實验教材对实验的溶液配制、检验过程和结果计算等方面介绍得很详细，学生习惯于看着教材实验，很少思考为什么、怎么办，导致实验完成后大部分学生只停留在能使用仪器阶段，不能达到通过实验促进理论理解和应用的目的。尤其是结果计算，只能套用公式，再遇到相同类型的计算题，依然不知如何解答。
二、设计理念与教学过程
（一）设计理念
1.多知识点、跨学科整合。紫外—可见分光光度法不仅涉及“药物分析”课程多个章节，还需要分析化学、仪器分析、数学等学科的知识，彼此相互联系。而STEAM课程强调跨学科的学习，因此在教学设计中，我们没有拘泥于特定知识点和技能的讲授，而是把重心放在特定问题上，强调利用多学科相互关联的知识来解决问题，实现跨越学科界限，从多学科知识综合应用的角度提高学生解决实际问题的能力。[3]
2.创设情境，问题驱动。STEAM 教育是在真实情境中以基于项目或问题的方式培养学生素养的一种技术教育。[4]我们选取了真实工作环境中常见的问题“检测某物质的含量”，难度适中，既让学生有想法可参与，又涵盖了“紫外—可见分光光度法应用”的各重要知识点，还会涉及检验技能、仪器操作和结果计算等环节，综合性强。整个教学过程突出学生的主体地位，在教师的帮助引导下，他们自主查阅资料，进而提出方案并预期结果、实验验证、计算数据、交流成果。让学生对知识的掌握在探究中加强和巩固，对学习的参与性在成就感中逐渐加强，对学习的自信和方法在一次次讨论和实验中建立和掌握。
3.分组合作，集体共享。STEAM教育是多元主体共同参与的教育。本次教学采取分组合作学习的形式，小组成员首先对药物的定性和定量方法进行讨论，明确问题解决的思路、方法和成员分工;然后搜集资料，就相关问题讨论，设计合理实验方案，通过教师提醒和全班讨论，进行探索实验，修改方案;进而开始小组实验，得到数据，计算结果;最后通过小组报告的方式展示成果，各小组相互促进。
（二）教学过程
1.创设情境，提出问题。教师在上课之初，向学生展示一包白色粉末，说明这是我校其他专业同学合成的常用化学药对乙酰氨基酚，他们迫切希望知道其含量，以改进自己的实验工艺。提出问题：“我们能否利用紫外—可见分光光度法的知识测出对乙酰氨基酚的含量？”
2.分组讨论，探索研究。学生分组讨论，查找资料了解对乙酰氨基酚的性质，思考哪些参数可以利用。教师引导学生回顾定性的方法，大胆实验尝试验证。有些组甚至扫描得到对乙酰氨基酚的吸收光谱。在教师的提醒下，为了确保数据的准确性，学生们再次查阅相关资料，进行核实。通过前期探索，不仅极大地提高了学生的参与热情，也让他们意识到理论知识应用于实践的巨大作用，提高了学习自信。接着，教师利用学生已经查到的文献资料，引导他们灵活运用朗伯-比尔定律计算出对乙酰氨基酚的含量。此时，学生关注的焦点转移到如何配制一定浓度的溶液并测出其吸光度的值。 3.完善细节，改进方案。在教师的提醒下，学生发现要想把想法付诸实践并得到结果，还有很多需要解决的问题。如何保障仪器的性能？如何让吸光度在0.3—0.7之间？如何保证实验的准确度和精密度？温度和湿度对结果是否有影响？这些问题的解决，涉及多方面知识，考验学生的综合能力。它需要学生利用数学知识结合朗伯-比尔定律自己计算合适的溶液浓度，平时枯燥的公式成了解决当前问题的最好工具，提高了学生的解题兴趣，效果远超单纯的计算题练习;它也需要学生查阅紫外—可见分光光度计的标准操作规程，认真按照要求调试仪器、进行吸收池的配对。通过这些过程，学生逐步了解仪器，规范按照步骤融会贯通，而不再死记硬背教材上的一行行操作步骤，知其然不知其所以然;它还通过实验结果的比较，促使学生意识到实验技能的重要性，更加专注于实验技能的锻炼和提高，从以前的“要我学”变成了“我要学”。经过这些，学生完善了方案、调试了仪器、磨练了技能，为含量测定操作做好了准备。
4.实践操作，互评结果。在实践操作环节，教师鼓励学生多尝试、多总结，最后把本组的报告放到讨论区里，供全班同学参考。有的报告条理清晰、原始数据详细、计算公式运用合理、有效数字使用规范，整篇报告没有一处修改，字迹工整规范，虽是一篇检验报告，却给人一种美的享受。这让很多学生意识到，规范体现在实验的每个方面，把每一个方面做好，就会让人有不一样的感受。学生们比较实验结果、查看实验细节、切磋对实验的理解，为其他小组打分。同学们的相互点评，促使他们发现各自的不足，寻找提高的方法，在相互讨论中，对本知识点的理解和应用逐渐加深。
三、教学效果分析
把STEAM教育的理念应用于紫外—可见分光光度法含量测定的学习，改变了传统的教学模式，以“对乙酰氨基酚的含量测定”这个问题的探索为载体，各小组独立完成设计实验方案并进行讨论。这个过程综合了理论知识点的学习、文献资料的搜集和阅读、方案的设计和修改、仪器的调试和使用，尤其最后的检验报告要求语言精炼、逻辑清晰，设计计算和分析过程严谨准确。学生各小组在相互配合下，都很好地解决了这个问题。
各小组在老师的引导下，自主完成了整个实验设计，对紫外—可见分光光度法的定量依据有了深刻理解，尤其是结果的计算，掌握了精髓，不再畏惧数学公式的使用。在实验探索中，逐步摸清了紫外—可见分光光度计的结构和使用方法，不再死记硬背，对着笔记做实验。通过各小组结果的对比，全班學生清楚地看到了相同条件下实验技能对结果的巨大影响，体会到了锻炼技能的重要性。与传统教学相比，不仅实现了课程标准的要求，融合了跨章节的知识，运用了现代技术，提高了实验技能，还培养了艺术情操和工程意识。本案例为STEAM教育应用于“药物分析”教学模式改革提供了探索经验。
参考文献：
[1] 北京师范大学国际与比较教育研究院组.国际教育政策与发展趋势年度报告（2013）[M].北京：北京师范大学出版社，2015.
[2] 赵洋洋.“创皂生活”——STEAM理念下的课程开发与教学设计[J].中国教育信息化， 2019（8）.
[3]余胜泉，胡翔. STEM 教育理念与跨学科整合模式[J].开放教育研究， 2015（4）.
[4] 彭敏， 郭梦娇. STEAM教育的基本内涵与发展路径研究[J]. 教育理论与实践， 2018（25）.
责任编辑：章跃一
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