DOI:10.20047/j.issn1673-7210.25112370
中图分类号:G642
陆梅1, 邢昊楠2, 黄渊余1
| 【作者机构】 | 1北京理工大学生命学院; 2国家纳米科学中心 |
| 【分 类 号】 | G642 |
| 【基 金】 | 北京市高等教育学会立项面上课题(MS2025113) 北京理工大学本科教育教学改革立项项目(2025CGJG042) 北京理工大学前沿交叉科学院学科交叉人才培养立项项目 北京理工大学前沿交叉科学院教育教学改革立项项目。 |
2015年,国务院发布《中国制造2025》,提出“医工结合”。在医工交叉背景下,全国各大高校纷纷优化专业结构,将医工交叉教育纳入本科教学内容中,推动医工交叉创新与应用复合型人才的培养[1]。2016年,中共中央、国务院颁布实施《“健康中国2030”规划纲要》,指出加大健康教育普及力度,将健康教育作为素质教育的重要内容。2024年《政府工作报告》指出,推动人工智能(artificial intelligence,AI)与高等教育深度融合,积极探索AI赋能高等教育的有效路径,培育新质生产力[2]。
生活药学基础正是在医工交叉、大健康教育及AI赋能教学背景下开设的一门本科生通识课程。基于工科类院校医药通识教育的现状和需求,课程结合医药前沿和生活实际,有针对性地引入医工交叉内容,并融入思政元素,对本科生进行医药基础知识普及,拓宽学生医药基础知识体系,以激发学生学习兴趣,促进医工交叉融通,增强自我保健意识和科技报国自驱力,培养医工交叉创新与应用复合型人才[3]。此外,课程借助AI赋能,利用智慧教学平台集成的融合式教学工具,探索线上线下混合式教学方法和多元化考核方式,以提高教学效率和质量[4-5]。
医工融合背景下,新工科的建设要求学生既要掌握工科基本理论和方法,又要熟悉医药知识。然而,目前中国大多工科类院校对医药通识教育普及力度不够,医药相关课程较少,一些必备的医药基础知识却无从学起,导致学生的自我保健意识和社会责任感缺乏。特别对于工科背景学生,其医药基础仍停留在中学时期所学的生物,在当前全国高考改革背景下,有些省份采用“3+1+2”新高考模式,部分学生参加高考时未选择生物科目,其医药基础近乎为零[6]。图1为2025年420名北京理工大学本科生参与的合理用药基础知识调查问卷结果,调查问卷题目共15道,分为5道单选题、5道多选题及5道判断题,调查结果显示,学生的医药基础知识储备有待提高。
图1 合理用药基础知识调查问卷结果
医药知识涉及药剂学、药物化学、药理学、药物分析学、药代动力学、中药学、药事管理与法规等课程,传统教学内容繁杂且脱离生活实际,前沿领域少,交叉内容缺乏,导致工科背景学生兴趣激发难度大,随着课程的推进,学生逐渐跟不上老师的节奏,进而产生倦怠情绪[7]。此外,工科背景学生具备扎实的工科基础,医药基础知识欠缺将影响工科思维与医药问题的融合,导致医工交叉创新和科技报国内驱力不足。
课程的授课对象为工科院校本科生,选课人数多,学科背景杂,兴趣差异大(表1)。若采用传统灌输式的教学方法,教师讲授为主,学生枯燥接受,易导致师生互动不足。此外,传统教学模式的考核形式单一,常“一考定终身”而忽略教学过程中的多元化评价,易形成学生课堂松懈、考前突击的局面,导致评价手段与教学目标不契合,教学质量大打折扣。
表1 生活药学基础课程的选课情况
专业年级选课人数(人)能源与动力工程-工商管理二3机械工程二1数据科学与大数据技术二1 AI二2未来精工技术二1环境设计三2宇航与机电类一11智能无人系统技术(强基班)二2智能机电类(徐特立英才班)二1机电类二4车辆工程类二6光电信息类三1电子信息类三1自动化(徐特立英才班)二1机器人工程二1计算机科学与技术二1先进材料类二1网络空间安全类三1英语一2生物医学工程二、三2
注 AI:人工智能。
为解决上述教学困境,加强工科类院校医药通识教育普及,课程团队着力于生活药学基础课程建设。为切实提升教学效果和育人质量,课程团队从教学内容、教学模式及考核方式等方面进行探索改进。本课程建设思路如图2所示,课程内容结合生活实际、医药前沿及交叉知识,并融入课程思政;优化教学模式,利用雨课堂、ClassIn等智慧教学平台开展教学;考核评价方式多元化,线上线下评价连贯完整,形成过程和结果结合的综合评价体系;加强教学实践,提升学生学以致用的能力。
图2 课程建设和医工交叉人才培养思路
针对传统医药知识繁杂且脱离生活实际、缺乏前沿领域和医工交叉内容、难以激发学生学习兴趣、医工交叉创新和科技报国内驱力不足的问题,本科课程将教学内容生活化、前沿化及交叉化,并融入思政元素,以激发工科背景学生学习兴趣,增强医工交叉创新和科技报国自驱力。首先,赋予医药知识生活气息,使学生更易掌握。其次,教学内容紧随医药前沿技术和热点,以激发学生的学习兴趣。再次,有针对性地将医药知识与工科学科进行融合,帮助学生以工科视角看待医药问题,碰撞创新火花。最后,深入挖掘思政元素,引导学生树立远大志向,增强科技报国信念。
2.1.1 教学内容生活化
课程基于生活视角展开教学,讲授内容贴近生活实际,课堂中引入学生易受感染的新鲜事物,赋予医药知识生活气息,吸引学生注意力,活跃课堂气氛,再将学生学习兴趣与医药知识联系起来,使学生更轻松地掌握知识,进而提升教学质量。例如,讲授中药“三黄”(黄芩、黄连、黄柏)时,根据3种中药的功效差异,类比少女、中年女子及晚年妇女,学生更易于理解掌握;讲授药物制剂辅料时,如着色剂、调味剂、防腐剂等,给学生分发一些糖果,并让其判断糖果中的各种添加剂;讲授处方药与非处方药(over-the-counter drug,OTC)、药品与保健品时,带着药品和保健品包装进入课堂,展示处方药与OTC标志颜色差异和保健品的“蓝帽子”标志,让学生能亲眼看到、亲手摸到实物,从而对所学知识有更深刻的印象;讲授药品批准文号时,提出如何区分真药和假药等问题。此外,将健康生活和合理用药的理念融入课堂中,提高学生将所学医药知识应用于生活实际的能力。如在讲授病原微生物防控时,强调避免抗生素滥用的理念;在讲授中枢神经系统药物时,宣扬珍爱健康,远离毒品的理念;在讲授降糖药知识时,宣传合理健康饮食的生活习惯。
2.1.2 教学内容前沿化
除了与日常生活实际息息相关外,课程内容注重时效性,与时俱进,紧随医药科研前沿,在充分激发学生学习兴趣的同时,让学生受到科研发展故事的启发。例如,讲授基于AI算法的AlphaFold2技术用于蛋白结构预测的原理,讲授AI在肿瘤新抗原预测、药物靶点发现及药物智能设计中的应用;引入获得2023年和2018年诺贝尔生理学或医学奖的mRNA疫苗技术及免疫检查点抑制剂阻断疗法;讨论新型冠状病毒感染、甲型流感病毒等高致病性病原体的生物发生和变异机制,以及前沿的疫情防控策略;讲授基于临床需求和科技进步,新兴研发、只注射一次的腺病毒载体疫苗和只需雾化吸入的非注射型疫苗。此外,根据所讲的前沿知识和热点,让学生结合各自的兴趣,课后自主调研、阅读和分析医药前沿相关文献,课堂上与老师和同学分享,通过亲身参与调研和深入的课题讨论加深学生对医药知识的理解。
2.1.3 教学内容交叉化
授课对象主要为非医药专业本科生,兼顾学生的医药基础及兴趣,课程有针对性地引入交叉性内容,以帮助学生更好地理解所学的知识,激发学生的学习兴趣和培养交叉创新思维。例如,在讲解药物在体内的吸收分布代谢排泄前,先科普人体生理知识;在讲解合理用药知识前,先介绍各类药物的作用机制、不良反应及药物间潜在的相互作用。为培养学生学科交叉创新思维,课堂之初通过师生交流了解学生感兴趣的内容,并结合学生的专业背景,在课程讲授过程中有针对性地讲解交叉知识。例如,新药研发往往是长周期和高成本的过程,随着AI技术的飞速发展,AI在药物研发中的应用愈发受到关注。在课堂中,对于计算机、大数据及AI相关专业的学生,讲授AI辅助药物靶点发现、候选药物筛选、药物临床前开发及临床试验数据监测等知识;微型机器人借助其微小尺寸、精准操控等特性,在疾病诊疗领域已展示出极大的应用前景,因此对于机器人工程专业的学生,可侧重讲授机器人在疾病诊断、治疗及康复中的应用;对于材料专业的学生,讲授用于疾病诊疗的生物医用材料的研发;对于机电与机械背景的学生,讲解与药物研发相关的技术进步,如冷冻干燥技术与冻干粉针制剂、冷冻电镜技术与新药靶点开发等;对于生物医学工程的学生,讲授基因工程、细胞工程、蛋白工程技术与新兴的生物医药技术;对于宇航专业的学生,讲授航天生物医药技术;对于文科相关专业的学生,侧重讲授药物的发展史、药事管理与法规,以及美学和创意在药品包装与说明书设计中的应用。
2.1.4 融入课程思政
医药卫生工作是关乎人类生命健康、充满人道价值的伟大创新实践[8]。课程深入挖掘思政元素,将课程内容与思政教育紧密结合,在潜移默化中将思想认识、政治观念、道德规范等传递给学生,引导学生树立正确的世界观、人生观、价值观及爱国信念[9]。例如,在讲授青蒿素类抗疟药时,结合中国药学家、诺贝尔生理学或医学奖获得者屠呦呦受中国典籍《肘后备急方》的启发成功提取抗疟利器青蒿素的事迹,增强学生对中国医药创新的自豪感,鼓励学生学习老一辈科学家,勇攀高峰、敢为人先、追求真理、潜心研究;又如在新型冠状病毒感染疫情防控中,医药工作人员夜以继日奔赴一线,投身于疫情防控和疫苗研发工作中,使得中国疫苗研发实力保持在世界的第一梯队,结合疫情防控和疫苗研发实例,培养学生胸怀祖国、服务人民的爱国情怀,以及集智攻关、团结协作的协同精神;此外,药物研发离不开高端精密的仪器设备,如研究电生理所需的膜片钳,开发药物新靶点所需的冷冻电镜等设备由于种种原因被国外进口品牌垄断,介绍中国医药研发领域面临的相关困境,增强学生为中华民族伟大复兴与繁荣做贡献的使命感,增强科技强国内驱力。
针对传统灌输式教学模式、课堂互动少、实践缺乏、考核形式单一、学生易产生倦怠情绪、教学效果参差不齐等问题,本课程利用AI赋能,借助智慧教学平台集成的多种融合式教学工具,开展线上线下混合式教学,增强课堂互动,激发学生学习兴趣和创造力,同时积极开展课程实践活动,并采用多元化的考核方式,以提升教学质量。
2.2.1 AI赋能智慧教学
2.2.1.1 知识图谱构建 整合和梳理课程原有的教学内容,将知识点细化为11章和57节,加强不同章节及知识点之间的逻辑关系,针对不同知识特点,添加个性化标签,采用生活场景驱动、工程问题反推的双螺旋结构,构建工科生能理解、能迁移、能应用的四维网络结构知识图谱。在传统的医药知识结构中,知识点按照先后序列展开,本课程知识图谱则以“智能硬件与药学应用、数据驱动与合理用药、工程思维与药品管理、数字健康与自我诊疗”的逻辑进行关联,形成“人-药-工-智”四维结构的知识网络。见表2。
表2 “人-药-工-智”四维结构知识图谱构建
医工交叉轴心医工交叉内涵课程内容典型落点智能硬件与药学应用家庭医疗器械如何改变用药行为与监测方式药箱管理与智能药盒;血压计与降压药依从性;血糖仪与胰岛素剂量调整发热/咳嗽/腹泻与电子体温计数据趋势分析、雾化器使用质量评估数据驱动与合理用药从单次经验判断,升级为基于健康数据的个体化用药决策吸收/分布/代谢/排泄与可穿戴设备采集的HRV/睡眠/运动数据如何影响药代动力学药品不良反应与用药日志App记录、症状AI识别预警工程思维与药品管理用系统工程视角理解药品全生命周期:生产、流通、使用、追溯药品批号与区块链溯源;保健品真伪与光谱快检技术药物分拣与OTC药柜智能分拣原理;药物剂型与3D打印个性化药片、微针透皮给药芯片数字健康与自我诊疗将传统“自我治疗”升级为“数字赋能的健康自主管理”OTC药选择与AI用药助手对话训练;病症管理与病理模板电子病历模板填写、症状-药物-效果关联数据库构建
注 HRV:心率变异性;AI:人工智能;OTC:非处方药。
2.2.1.2 AI助力教学资源建立 在原有教学资源基础上,限定医工交叉主题及课程内容需求,借助AI智慧教学平台智能生成教学资源库,如医工交叉实例包、医药思政日志、医药前沿拓展资源库、典型生活用药场景实例、医药伦理工坊、健康极客等。学生根据不同需求利用资源库自主锁定学习内容,享受智慧平台的个性化推荐和高效沉浸式的学习环境,提升学习兴趣和成效,实现知识逻辑、教学载体和育人目标的相互契合。
2.2.1.3 “师-生-机”互动的教学模式 借助AI赋能,利用雨课堂、ClassIn等智慧教学平台集成的多种融合式教学工具开展线上线下混合式教学,增强课堂互动,提升教学质量[10-12]。
①课前(线上):课前教师利用AI备课助手工具集,辅助备课,提升备课效率和质量。此外,教师将每节课相关的医药知识以图片、视频或热门话题等形式(如与临床不合理用药相关的双硫仑反应视频及思考任务)通过AI智慧教学平台发布给学生,学生通过在线教学平台查看素材及课前任务,进行主动思考,利用AI助手自主查询学习资源,高质量完成课前任务,提升学习成效。教师利用AI课堂助手初步了解学生掌握的先备知识,便于调整教学内容讲授的深度和进度。
②课中(线上+线下):在教学环节中,教师对课堂重难点进行精讲,学生可随时通过平台提出问题,教师利用数字板书进行个性化精准答疑。此外,教师采用AI智慧教学平台引入本次课堂相关的医药热点前沿案例,通过智慧教学平台对学生进行随机分组,学生则可利用多人协作数字板书和聊天助手进行小组讨论、PPT展示、板书汇报、辩论等。通过翻转课堂可增强课堂互动,培养学生分析问题、解决问题、语言表达及组织协作能力,开拓视野。最后教师对学生的汇报进行点评,对案例分析方法、解决问题的思路进行讲解,其间教师可通过智慧平台的抢答等AI助手增强互动,教师讲解的课堂板书可通过数字板书助手进行保存和发布,学生可查看教师发送的课堂板书,加深对知识逻辑的理解。此外,课堂中教师利用AI助手导入医药制备现场(如制药企业中软胶囊的制备视频),打破教室壁垒,实现因境施教;在后侧环节,教师将本次课堂涉及的医药基础知识点整理成习题册,通过雨课堂、ClassIn等智慧教学平台发送给学生,学生在规定时间内进行在线答题并完成提交,教师通过在线查看学生的答题情况便可掌握其对所学知识的掌握程度,学生也可及时了解自己知识上的欠缺。通过进一步的习题分析讲解,帮助学生更好地巩固本次课所学的医药知识点。在总结环节,教师利用数字板书以引导的方式对当次课的教学内容进行知识点的梳理和总结,帮助学生从整体的角度理解和掌握所学的医药知识。
③课后(线上):课后学生利用AI助手可随时调取教师发送的学习资料、课堂板书、笔记等资源,巩固所学知识,也可结合自身兴趣爱好,进行个性化学习,学习中遇到的问题可通过AI助手的答疑功能进行解决。同时,教师通过AI学情助手了解学生的学习情况,及时发现问题和提供个性化指导。
2.2.2 开展教学实践活动
组织多样化的实践活动不仅能激发学生的兴趣,提升教学成效,还能促进学生将所学的医药知识应用到生活实际中,达到学以致用的目的[13-15]。例如,本课程教师团队组织学生参加挑战杯、AI等创新创业大赛,并建立完善体系对学生进行培训,激发学生创新创业的想法并促进其顺利落地,让所学的知识能够实现转化并变得有价值,提升学生医工交叉创新能力;组织学生参观企业药物制备现场和学校的医药科研实验平台,向学生介绍科研所需的精密仪器的工作原理,让学生了解医药研发与计算机、电子、机械等专业的深度交叉,激发学生的医工交叉创新思维;鼓励学生参与科研项目,切实参与到医药理论知识背后的创新实践活动中;此外,生活化的实践活动深得学生们的喜爱,鼓励学生阅读生活药学相关书籍和文献,并在课堂上展示,与老师同学分享心得体会;组织学生在校园里进行药品安全、合理用药、家庭药箱管理等宣讲活动,加深学生对医药基础知识的理解,增强学生的自我保健意识和社会责任感。
2.2.3 考核方式多元化
传统教学评价方法采用“一考定终身”的僵化考核方式,容易导致学生考前突击而忽视平时的表现,不利于调动学生学习主动性。为打破传统终结性考核方式的弊端,课程借助AI智慧教学平台的学情助手统计分析教学过程中的数据,如出勤率、发言质量与参与度、随堂测试分数等,采取多元化、非标准化、综合性的课程考核评价方式,注重学生在学习全过程中的表现,全面客观地评价学生,以契合教学目标,切实提升教学成效。考核内容包括线上自主学习情况(5%)、课堂互动与活跃程度(5%)、阶段性线上随堂测试(30%)、专题研讨与PPT展示(20%)、课外实践活动(20%)及期末论文撰写(20%)等。阶段性测试考核内容围绕医药基础知识重点内容,难易适中,考核题量适当,教师对智慧教学评估平台提供的阶段性考核结果进行分析,及时发现教学过程中存在的问题,并进行相应调整和给予学生个性化的指导。翻转课堂案例分析与专题研讨选用有趣、热度高且无标准答案的辩论题目,让学生充分思考、调研文献和自由陈述。课外实践活动侧重培养学生学以致用及交叉创新思维,例如,本课程教师组织学生开展校园药品合理应用宣讲活动,增强学生的自我保健意识和社会责任感。期末论文撰写内容综合考虑学生的专业背景差异,让学生自由选题,以激发学生的兴趣,提升学生医工交叉创新能力。
课程坚持以立德树人为根本目标,突出价值引领,着眼于提高教学效率和质量,丰富学生医药基础知识体系,促进医工交叉融通,培养高素质交叉创新与应用复合型人才。课程对教学内容改进、教学模式、交叉人才培养方式进行了系统化探索和实践,并取得了显著成效。见图3。
图3 教学效果满意度调查结果
通过课程学习,91%的学生认为学到了实用的医药健康基础知识,丰富了与生活息息相关的医药常识,并能将所学应用于生活实际,规范日常用药行为,对其健康生活产生了积极的影响,自我保健意识增强。例如,本课程组织学生在校园内开展了合理用药的科普活动,增强了学生的保健意识和社会责任感。在本课程授课教师授课育人的熏陶和指导下,1名选课学生积极参加全国大学生“防治结核,志愿有我”志愿宣讲活动并带领北京理工大学团队荣获表彰,同时该生获评北京市红十字会优秀红十字青少年、北京市房山区最美防艾志愿者、北京理工大学“典赞青春,矢志领军,追求卓越”先进典范。
89%的学生认为教学效果好,教学内容丰富,能够接触到医药前沿知识,了解医药领域最新成果;89%的学生认为所学内容有启发性,能够激发学习兴趣;91%的学生受到课程启发后能主动思考,并将所学的医药知识应用于其他科目中,体会学科间的交叉融通,提升跨学科创新能力;91%的学生认为该课程能够帮助建立正确的世界观、人生观和价值观,增强爱国信念,激发科技报国志。例如,在本课程授课教师思政铸魂、授课育人的熏陶和指导下,多名选课学生积极参加思政创新实践活动和医工交叉创新创业竞赛,并获得佳绩,其中获北京理工大学“红色文物故事”数字作品大赛特等奖1人次,获北京理工大学纪念“一二·九”运动八十九周年歌咏比赛一等奖1人次,获亚太地区大学生数学建模竞赛本科组全国一等奖1人次,获第八届、第十届全国大学生统计建模大赛省级二等奖、三等奖各1人次,获第七届全国大学生金相技能大赛校级金奖1人次,获第二十一届“世纪杯”校级二等奖、三等奖各1人次,加入授课教师指导的校级大创项目1人次并顺利结题,获国家励志奖学金1人次,在本校继续读研深造1人次。
91%的学生认为智慧教学模式可有效调动其学习的积极性,课上积极参与专题讨论,课后借助AI工具积极巩固和思考;91%的学生认为考核方式合理,考核内容难易程度适中,课程考查要求和评价标准明确,给予了其有帮助的反馈和指导。例如,本课程利用雨课堂、ClassIn等智慧教学平台将工业界软胶囊的制备现场引入课堂,实现因境施教,激发了学生的学习兴趣,拓宽了专业视野,使其深入了解医药制剂的生产工艺。此外,本课程利用雨课堂智慧教学平台开展线上随堂测试(图4、图5),提高了教师评审效率。教师通过在线查看答题情况便能掌握学生对所学知识的掌握程度,经过课程学习后大部分学生的医药基础知识储备有所提升,同时学生也可及时了解自己知识上的欠缺。通过进一步习题分析讲解,帮助学生更好地巩固所学的知识。
图4 利用雨课堂智慧教学平台开展线上随堂测试
图5 利用雨课堂智慧教学平台开展线上随堂测试成绩分布结果
医药基础知识与健康生活息息相关,加大工科类院校医药通识教育力度,有助于提升学生的医药基础知识储备,规范日常合理用药行为,增强自我保健意识和社会责任感,还可培养学生医工交叉创新思维,增强学生对中国医药创新的自豪感和使命感,提升科技报国内驱力。此外,本课程利用AI赋能,借助智慧教学工具提供智能、互动的智慧学习平台,结合案例分析、专题研讨、翻转课堂及课外实践等教学方法,激发学生学习兴趣和创造力,整合AI赋能的教学过程数据,形成多元化合理的考核方式,提升教学效率和质量。
利益冲突声明:本文所有作者均声明不存在利益冲突。
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