药学专业物理化学课程“知识图谱+项目式”双驱教学新模式的研究与实践

Research and practice of the new dual-drive teaching model of "knowledge graph + project-based" in physical chemistry of pharmaceutical major

摘要

在建设创新型国家和人才强国等战略背景下，数智化课程改革和学科交叉融合课程建设成为高等教育改革的重要举措。本文从新时代创新型、应用型、复合型人才培养目标出发，分别从知识图谱构建、项目式资源整合、教学模式设计、课程考核方式及教学评价等方面进行创新改革与实践，探讨一种基于知识图谱与项目式双驱教学模式下药学专业物理化学课程教学新模式，推进课程数智化在学科交叉融合课程中的建设应用。从对教学效果分析可得出，“知识图谱+项目式”双驱教学新模式将教、学、思、做融为一体，有效提升了教学质量，可为国内同类课程教学改革提供参考。

Abstract

Under the strategic background of building an innovative nation and implementing the strategy of qualified talents，the reform of digital intelligence courses and the construction of interdisciplinary integrated courses have become important measures in the reformation of higher education. Starting from the goal of training innovative， applied and inter-disciplinary talents， this paper will discuss about carrying out innovative reforms and practices in terms of knowledge graph construction， project-based resource integration， teaching mode design， course assessment and teaching evaluation. It will focuss on a new teaching mode of physical chemistry courses in pharmaceutical majors based on knowledge graph and project-based teaching： dual-drive mode， promotes the construction and application of curriculum digitization in interdisciplinary integration courses. From the analysis of the teaching effects， it can be concluded that the new dual-drive teaching mode of "knowledge graph + project" can integrate teaching， learning， thinking and doing， and effectively improve the quality of teaching， aiming to provide a reference for similar course construction in China.

Graphical abstract

关键词

知识图谱 / 物理化学 / 项目式教学 / 应用型人才

Key words

Knowledge graph / Physical chemistry / Project-based learning / Practical peosonnel

在建设创新型国家和人才强国等战略背景下，教育部印发了《中国教育现代化2035》等文件，要求将信息技术充分与高等教育教学融合，对教育教学模式进行改革，培养学生自主学习能力、应用能力和创新能力。目前，在线课程无疑成为现代教育的主流趋势。然而，随着网络信息资源数量的不断递增，在线课程的问题也逐渐显现^［1-2］：如面对海量的教育教学资源，学习者容易出现“认知超载”“学习迷航”等问题；同时缺乏个性化教育，学生“挂机学习”现象屡见不鲜；此外，知识体系不够完善、知识点间脱节严重，容易形成“知识孤岛”，导致学生学习思维平面化、综合运用能力偏低。总体而言，现阶段传统的线上课程教学模式存在明显缺陷，亟需进行有效的数智化课程改革。

物理化学是药学专业一门综合性交叉课程，具有概念多且零散、理论抽象、实践性强、前瞻性强、知识面广等特点。在新时代背景下，如何科学落实创新型、应用型、复合型人才培养目标，建设学科交叉融合课程是重要内容之一。

基于此，本文从新时代创新型、应用型、复合型人才培养目标出发，分别从知识图谱构建、项目式资源整合、教学模式设计、课程考核方式及教学评价等方面进行创新改革与实践，探讨基于知识图谱与项目式双驱教学模式下药学专业物理化学课程教学新模式，推进数智化改革在物理化学课程中的建设应用。

1 课程教学模式研究

1.1　知识图谱

知识图谱是一种大型信息网络结构知识库^［3-11］。近年来，其在教育领域作为智能教学的基础设施和智能教育的知识核心而广受关注。通过构建课程知识图谱，一方面教师可以智能组织与管理数字教育资源，帮助学生开展动态化、结构化、个性化学习；另一方面可以汇聚多学科协同育人合力，促进高阶认知活动发生、提升复合思维能力，进一步构建高质量复合型人才培养体系。可见，构建课程知识图谱，可全力助推数智化课程改革。

1.2　项目式教学

项目式教学是一种通过引导学生规划和实施项目任务、精心设计项目作品，以培养学生分析和解决问题能力、合作探究能力、信息交流能力、实践转化能力等高阶思维能力为目标的教学模式^［12-15］。因其具有以学生为中心、注重应用、成果导向的特点，有利于跨学科思维的提升，是学科交叉融合课程培养高质量创新型、应用型、复合型人才的有效手段。

1.3　知识图谱与项目式教学相结合

目前，有研究^{［12，16］}将网络学习平台与项目式教学模式相结合，开展虚实结合的项目式教学探究活动。研究表明，项目式教学可以很好地与现实环境相融合，不断迭代更新，逐步培养学生的综合实践能力。但目前将知识图谱与项目式教学相结合的教学模式研究较少，在物理化学课程构建知识图谱与项目式双驱教学模式的教学研究尚无报道。为此，本文探讨基于知识图谱与项目式双驱教学模式下药学专业物理化学课程教学模式，具有较好的创新性和研究意义。

2 基于知识图谱与项目式双驱教学模式下药学专业物理化学课程教学模式研究

选取赣南医科大学2022级药学专业1班和2班学生，共计107名为研究对象。从教学内容、教学模式以及课程考核与评价3部分内容展开研究，探讨基于知识图谱与项目式双驱教学模式下药学专业物理化学课程教学模式，具体设计如图1。

2.1　教学内容改革

2.1.1　确立教学目标

围绕培养新时代高素质创新型、应用型、复合型人才为目标对课程目标进行定位。

知识目标：掌握物理化学的基本原理和基本方法，建立系统的物理化学理论框架。

能力目标：具备物理化学思维能力，能够发现和提出问题、综合分析问题、提出解决方案并进行评价，形成批判精神和培养团队合作能力，逐步具备科学创新实践能力。

素质目标：提升科学素养，塑造科学道德观念，培养学生新时代的工匠精神，树立全心全意为患者服务的理念。

2.1.2　知识图谱构建

参考涂华婷等^［5］知识图谱构建模式，依托超星学习通平台构建物理化学课程知识图谱。从知识、问题、能力3个维度分别构建基于知识维度的初级知识图谱、以问题为导向的中级知识图谱和依托项目引领的高级知识图谱，自上而下构建课程知识体系，打造新型立体化、多层次、开放式物理化学课程知识图谱。

2.1.2.1　初级知识图谱的构建

根据教学大纲对知识点进行抽取、关联和融合，将教材内容划分为4大模块，分别为化学热力学、化学动力学、电化学、胶体与界面化学。在此基础上，细化切割和关联每一部分的知识点，形成围绕某一知识点的知识网络结构。通过信息化手段对知识进行抓取、转换、分类及聚类，将知识模块有机瓦解和重新组合。

2.1.2.2　中级知识图谱的构建

在初级知识图谱构建的基础上，引入经典案例，将案例拆解成若干个基本问题，以基本问题为单位结合多学科知识，同时融合思政元素和前沿专题，进一步扩展和丰富知识图谱。

2.1.2.3　高级知识图谱的构建

在中级知识图谱构建的基础上，不断充实实践教学资源库，如行业见习、项目创新研发等素材，关联基于能力维度的高级知识图谱，使得知识图谱理念下的课程建设趋于完善、走向成熟，从而真正实现教、学、做一体化。

2.1.3　项目式资源开发

项目来源于实践领域的真实项目，或以真实项目为基础进行二次开发，侧重于物理化学与药学专业的结合，强调综合性和跨学科性。例如，利用相平衡知识制备冻干粉针剂、利用电化学知识研究药物代谢以及用电化学知识制备医用热敷贴等。基于学情分析设计项目任务难度，由易及难，一步一步完成阶段性任务。同时，将项目问题的解决方式设定为开放式，培养学生多角度多层面发现、分析和解决问题的能力。

2.2　教学模式改革

通过“线上+线下”“课前+课中+课后”以及“课程+思政”相结合的方式推进知识图谱与项目式教学双驱教学新模式的开展。以电化学章节的设计为例。

2.2.1　课前

2.2.1.1　知识图谱学习

根据电化学教学模块，引导学生按照图2流程开展线上学习。围绕问题难点与知识脉络，设置多条学习路径供学生选择。借助知识图谱链接的视频、图片、前沿文献、习题库、案例库等资源，引导学生开展个性化学习。

2.2.1.2　项目式教学课前任务

项目式教学设计按照确定项目主题、设立目标、确定方案、项目实施、成果展示、项目评价等6个环节展开，其中前3个环节可在线上进行。

项目主题：学生线上学习完毕，依据学生学习情况，智能推荐或自选项目选题（电化学知识章节选题包含医用热敷贴、自热火锅、药丸电池、纽扣镀铜、水果电池等的设计与制作、水动力盐水灯的发光之谜等），并根据学生选题情况进行分组（限定每组6～8人，超出人数自动分到下一组或另选项目）。

设立目标：采用头脑风暴激发学生设立项目总目标及具体目标（依据涵盖的知识技能要点细分、设计10～20个具体目标或任务）。以医用热敷贴的设计制备为例。

医用热敷贴的主要成分为铁粉、水、活性炭、蛭石等，其热芯反应原理是铁粉在自然条件下与空气中的氧气发生缓慢的原电池反应，同时放出热量以维持人体局部高温，用于取暖或疾病治疗。本项目设计目标旨在通过医用热敷贴的设计与制备综合发展药学专业学生物理化学学科知识、化学与药学多学科融合能力及专业核心素养，具体目标如表1。

确定方案：学生独立设计计划、开发项目问题的解决方案。可利用知识图谱，继续储备相关知识或查找文献，从而设计实施方案。实施方案主要包括选题依据、试剂器材、实施步骤、工作小组安排、权责分配和进度安排等。教师适时地指出学生在各个环节及关键内容中的不足，并引导学生自主探究并不断优化方案。

2.2.2　课中——项目式教学

项目实施：以小组工作的形式，按实施方案逐步开展，教师做好协调和引导。在实施过程中定期比对当前结果与项目目标，并及时作出相应调整。

成果展示：各小组制作好PPT进行项目成果汇报，内容包括产品展示、工作流程、体验感悟等。汇报形式不限，可一人也可多人讲解，可以专题汇报会、成果推广等多种形式展现。

项目评价：以能力本位、价值塑造为原则，从评价内容（包括学生自评、学生互评、教师点评、行业评价）、评价形式（包括方案报告、过程记录、成果展示、反思日志）以及评价方式（包括工作流程、项目成果、经验获得、体验感悟）制定多层次多维度的项目评价标准，并及时公开评价结果。以项目成果评价为例，其细则如表2所示。

2.2.3　课后

学生继续完善项目，特别优秀者可推荐参加学科竞赛或申报专利，逐步提升学习应用知识的能力。教师则分析教学过程中的数据和考核评价结果，对知识图谱持续改进，对项目教学内容进行延伸与推广。

2.3　课程考核与评价体系改革

本教学模式从知识维度、价值塑造维度、问题维度以及能力维度4个方面出发，构建了自评与他评结合、理论与实践结合、过程性评价与成果性评价并重的多维考核体系，具体见图3。

3 初步实施效果评价

通过基于知识图谱与项目式双驱教学模式下药学专业物理化学课程教学模式的实施，更新物理化学线上课程建设思路，构建了物理化学课程知识图谱，帮助学生建立清晰合理的知识体系，一方面，课堂教学氛围大幅度改善，表现在学生学习主动性、自主学习能力增强，课堂互动积极、参与度高，讨论具有一定的深度和维度，学生作业及测验的完成率及正确率均有显著提高，较好地贴切了“两性一度”；另一方面，学生项目产出成功率逐步提升，表明学生自主查阅文献、解决实际问题的能力有了较大提高，学生的创新实践能力也有明显提升，获得感强。通过学习通平台随机抽取54名学生对课程的教学情况从教学态度、教学内容、教学方法、教学效果等4个方面开展教学质量网上匿名评价。学生非常满意及满意占比96.2%，反映双驱教学模式的初步推行比较成功，教学效果得到学生的一致好评。见表3。

4 结语

本文为解决传统在线课程所面临的困境，推进数智化改革在学科交叉融合课程中的建设应用，从新时代创新型、应用型、复合型的人才培养目标出发，分别从教学内容（含知识图谱构建、项目式资源整合）、教学模式、课程考核及教学评价等方面进行创新改革与实践，探讨基于知识图谱与项目式双驱教学模式下药学专业物理化学课程教学新模式。通过对教学效果的分析可以得出，这种教学模式突出了参与式学习，强化了学生的自主学习能力，极大地激发了学生的学习积极性、活跃了课堂教学气氛，实现了以学生为中心，提高了教学效果，科学落实培养新时代高素质创新型、应用型、复合型人才的目标。在信息化、网络化快速发展的今天，可以为我国新时代高校教育的发展提供参考依据。

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基金资助

江西省高等学校教学改革研究项目(JXJG-22-13-21)

赣南医学院教学改革研究项目(Jgkt-2022-21)