新工科融合OBE“天然药物化学”教学改革与实践

［摘 要］ 为应对新一轮科技革命和未来战略的竞争，工科高等学校对大学生的工程实践能力和创新能力提出了更高要求。以学生为中心、产出为导向、持续改进的工程教育与专业认证核心理念的教育质量保障机制为指导，针对学校目前制药工程专业“天然药物化学”课程教学存在的问题，提出对课程的教学目标、教学内容、教学方法与考核方式进行改革探索与实践，以增强学生解决复杂工程问题的能力和创新能力。

［关键词］ 天然药物化学；新工科；教学改革

［基金项目］ 2020年度广东工业大学校级本科教学质量与教学改革工程项目“新工科背景下基于OBE理念及行业需求的天然药物化学课程教学改革的探索与实践”（211200098）

［作者简介］ 黄华容（1978—），女，江西景德镇人，博士，广东工业大学生物医药学院副教授，主要从事天然药物化学研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2023）16-0105-04 ［收稿日期］ 2022-05-09

OBE（Outcome-based Education）教育理念是一种以成果为目标导向，以学生为中心，采用逆向思维的方式进行课程体系建设，指导学生渐进式学习并评价学生每个过程的学习成果，最终促进教学质量的提高［1-2］。在新工科背景下［3］，我校对工科院校学生培养目标中的创新能力和解决复杂工程问题的能力提出了更高的要求。

“天然药物化学”课程是我校制药工程专业的专业课程之一，目前教学以教师讲授为主，学生的参与度不高，与工程教育OBE教学理念不匹配，也难以实现学生具备自主学习能力、创新思维及解决工程问题的能力的高素质复合型新工科人才的培养目标。如何优化理论教学，使学生具备坚实的理论基础，提高解决实际工程问题的能力和创新能力，是亟待探讨和解决的关键问题［4-5］。

本文以新工科建设为背景，针对“天然药物化学”课程教学中存在的问题，以面向产出为导向，将OBE的理念引入教学环节，紧密联系知识—能力—素质培养目标，探索“天然药物化学”课程的教学目标、教学内容、教学方法、考核方式等的改革与实践，激发学生主动学习的热情，提高学生学习的积极性，实现提高学生解决复杂工程问题的实践能力、创新思维能力和工程素养的培养目标［6-7］。

一、“天然药物化学”课程教学现状与存在问题

（一）教学方法相对单一

目前我校“天然药物化学”课程采用大班教学制，授课课时数少，授课内容多、理论性强，虽引入了多媒体教学等现代化授课手段，但仍然以教师在课堂上“填鸭式”地灌输理论知识为主，进度较快，课堂缺乏互动，导致学生始终处于被动状态，很容易失去学习的兴趣与信心，学习效果较差。教师在讲课过程中也较少能注意学生的反应和教学效果，更难兼顾每位学生，达不到以学生为中心的要求，与工程教育OBE教学理念的要求也有较大差距。

（二）教材内容陈旧，更新速度慢

现有的“天然药物化学”授课内容主要为统编教材，不能及时把新的或前沿科研成果编入课本，对天然药物相关的生产实践、国际技术发展前沿和区域经济发展知识的扩充和更新速度较慢。这导致教学与工程实际、教学与科研严重脱节，不能适应科学技术飞速发展的形势，限制与约束了学生的创造性思维发展，使学生不易及时学习到实用、前沿的专业知识，知识面狭窄，“产出”受到限制。

（三）课程实践环节欠缺

“天然药物化学”是一门理论和实验并重的课程。我校“天然药物化学”课程只设置了理论教学学时，未设置同学期实验教学学时，仅在专业实验教学中开设了2个天然药物化学相关实验。课程实践环节长期不足，导致学生解决实际工程的意识和解决复杂工程问题的实践能力极度欠缺。天然药物制药方向在制药工程专业的教学中占有重要的地位。另外，统编的实验教材中多采用传统的分离提取技术，内容相对陈旧，与时代和行业脱节，难以满足地方经济和社会发展的需要，与工程认证的标准相差较远。

（四）课程考核方式单一，考核不全面

我校制药工程专业“天然药物化学”理论课的考核评价有期末考试卷面成绩（占比70%）与课堂考勤、课后作业（占比30%）两种形式。学生大多选择在期末考试前突击复习、死记硬背，忽视了平时学习中知识的积累、理解和应用。以期末考试成绩为主的单一考核方式不能有效地对学生的学习过程进行考核，不能全面分析学生实际应用天然药物化学知识能力的目标达成度，无法检查学生的学习结果，也就难以持续提高“天然药物化学”课程的教学质量。

二、教学改革与实践

在新工科背景下，为了加强本校制药工程专业学生工程实践能力和创新能力的培养，本课程基于OBE理念，针对“天然药物化学”课程教学实践中存在的问题，以学生为中心，以产出结果为导向，从以下四个方面对“天然药物化学”课程进行改革探讨与实践：（1）修订课程教学大纲，明确教学目标、教学内容；（2）引入多种理论教学模式；（3）拓展探索性课外实践项目；（4）构建多元化的考核评价体系。对“天然药物化学”课程进行持续改进，可以提高学生学习的主动性，增强学生的创新思维、实践能力和工程素养，最终满足指标达成度的要求。

（一）修订教学目标

要想让学生真正学好“天然药物化学”这门课程，满足国家对新工科人才培养的要求，我们按照OBE反向设计原则，以“成果需求为导向—制定培养目标—确定毕业要求—调整教学体系和教学内容”为主线，从“知识—能力—素质”三个层次对“天然药物化学”课程的教学目标进行修订：层次1，知识的教学目标是使学生全面了解和认识天然药物化学的理论和特色；层次2，能力的教学目标是能够应用天然药物化学基础理论知识解决天然药物生产的复杂工程问题，利用所学天然药物化学提取分离理论知识进行天然药物的生产、设计、研究与开发；层次3，素质的教学目标是使学生成为具有创新思维、精益求精、勇于探索的高素质制药专业工程技术人才。

（二）优化教学内容

“天然药物化学”课程主要介绍运用现代科学技术理论和方法研究天然药物中的化学成分，主要是生物活性成分或药效成分的结构特征、理化性质、提取分离方法原理等，涉及内容多，在有限学时内难以讲授课程全部知识。以OBE教育理念为指引，依据课程目标，围绕培养学生工程意识和解决复杂工程问题的能力、创新能力和素质培养等方面，可持续提高教学效果，对教学内容进行整合、优化。

1.增设自主学习模块，减少老旧知识点的赘述。在有限的学时内，突出和优化重点教学内容并有选择地在课堂上讲解，通过作业形式引导学生自主学习，减少老旧知识点的赘述。例如，许多化合物性质鉴别反应由于使用样品量较大，且样品不能回收，限定了其实际应用价值。在教学中，教师应适当舍弃这些实际应用价值小的内容，补充本领域新的技术和方法，以便学生在学习过程中了解天然药物化学的前沿知识［8］。相对简单的章节如苯丙素类和醌类化合物，采取学生自学加作业的方式完成，结合互联网教育资源，如在线开放课程、视频公开课等，引导学生自主学习国内外优秀的课程，激发学生自主学习的热情，提高其分析、解决问题的能力和创新能力。

另外，在教学中着重讲述萜类化合物，引入我国自然科学领域诺贝尔奖获得者屠呦呦教授发现抗疟疾新药青蒿素的励志故事［9］，以屠呦呦历经几百次试验提取“青蒿素”的案例为主线，讲授相关理论知识，融入素质教育相关元素，培养学生的社会责任感和吃苦耐劳的精神，以及对科学知识终身追求学习的品质。

2.增强工程实例。由于实践学时的欠缺，在教学中教师可以将天然药物化学与天然药物提取工艺学内容有机融合，在实例讲授天然成分过程中选取生物活性广泛或已成药的小檗碱、紫杉醇、青蒿素、姜黄素这些明星分子，结合广东企业典型的中药生产工程实例，让学生在学习理论知识的同时，能够真正理解其具体应用，达到学以致用的效果。

3.与时俱进，丰富教学内容。在课堂教学中不拘泥于教材上的例子，鼓励学生通过阅读国内外文献，选取自己感兴趣的天然植物成分，或临床上使用较多的中药，如黄芪、人参、薄荷等，课堂讨论设计的提取分离方法的优势与不足，充分调动学生的积极性，增强对理论知识的理解。同时，结合中药行业“经典名方”开发生产的实际情况［10］，将天然药物（中药）生产先进技术和前沿的知识传授给学生，培养学生的创新能力和设计、开发新产品的能力。

4.将科研理念和科研前沿内容引入理论教学。理论授课时，比如在介绍黄酮一章，授课教师可在课堂上展示科研项目黄芪降血糖的研究采用不同提取方法实验的照片、实验数据及取得的科研成果、论文等，向学生介绍提取方法对黄酮类型组成、降血糖活性的影响，并引入新的研究方法和技术，如代谢组学、中药现代化发展方向，介绍前沿的知识思路。这些都有助于激发学生的专业学习兴趣，增强专业认同感，让学生感到所学内容具有的价值。

（三）引入多种教学模式

在课程教学中，教师充分利用多媒体和网络信息技术，采取案例教学法、项目教学法、问题驱动教学法等，达到促进学生主动学习、结伴学习和探究学习的目的，将“让你学”变成“我要学”，培养学生可持续发展和终身学习的能力。

例如，教师借助雨课堂平台，结合问题驱动教学法，通过课堂提问讨论、随堂小测检查学生对章节内容的学习完成情况，实时公布学习成绩，累计操行分，且均纳入平时成绩的考核。教师在教授理论课时，增加课堂提问，每个章节可设置2～3次的“问题—讨论—解答”环节。例如，引出桑葚颜色的变化和相关功能问题在课堂上进行讨论，让学生从花色素的结构、活性、化合物结构的稳定性等方面作答。问题涵盖教学内容的关键点，既调动了学生的学习热情，又提高了其运用课堂知识分析问题的能力，在活跃课堂气氛的同时也增强了教师在课堂上与学生的交流，能够更好地了解学生的实际情况，让教学更有针对性。

（四）将课外设计与探索性实践项目结合

“天然药物化学”是一门实践性很强的学科。在实践学时严重不足的情况下，授课教师可通过课外设计，以项目形式将学生分组，选取学生感兴趣的中药材，如人参、松茸、枸杞等，指导学生通过文献检索和阅读，了解药材的有效成分、提取方法、药理活性、先进的工艺路线等，鼓励学生创新设计，开发新产品，并在课堂上进行交流探讨。

（五）采取多元化考核方式，完善课程达成度评价

OBE理论的考核方式是对学生进行多方面的评价，不仅考核学生对基础理论的理解、掌握，也考核学生实际工程问题的解决能力等。针对该课程教学内容与教学方法的改革，我们将课程考核分为平时考核、理论考核、项目设计考核三个部分，对学生的学习进行全面评价。

1.平时考核。主要从学生考勤、听课状态、课堂讨论、课堂提问、课后作业等方面进行综合评价，形成强调学生主动学习过程的考核激励方法。

2.理论考核。课程基础理论知识是否掌握扎实，会直接影响学生能否运用天然药物的性质、活性、提取分离工艺等知识创新设计和解决实际工程问题的能力。理论考试可以很好地反映学生对天然药物化学理论知识掌握的程度，仍需保留，但在课程考核中也应适当降低理论考试的占比。

3.项目设计考核。“天然药物化学”课程是一门实践性强的课程。课外实践时，教师可布置项目设计内容，提出相关要求，模拟天然资源产品开发项目设计大赛的形式，将学生分为6个团队，给定2种天然资源。如以广东当地药材牛大力、陈皮等为研究对象，团队依据“天然药物化学”课程知识，自主查阅检索相关文献，对待开发类型产品市场情况进行调研，完成天然资源综合开发项目申报书。

该项考核评价分为课堂PPT汇报（包括回答和评分环节）和课后提交纸质版项目申报书两部分。课堂PPT汇报共用2课时，在理论课程结束前，项目团队成员在课堂上以PPT的形式讲解项目开发内容，授课教师、受邀的“天然药物化学”课程群教师和以小组为单位的全体学生共同参与现场评分，根据提前发给学生的评分内容，现场对6个项目组的PPT讲解进行评价与评分，现场加和总分选出得分靠前的两组并进行奖励。这增强了学生的主动参与性、教师与学生间的互动积极性。课后提交的纸质版主要从申报书的内容、书写格式和文献检索等方面进行考核。