以建构主义为指导的生物药剂学与药物动力学综合性实验教学改革
[中图分类号] R642 [文献标识码] A [文章编号] 1673-7210（2017）06（a）-0130-04
Teaching reform of comprehensive experiment of biopharmaceutics and pharmacokinetics based on constructivism theory
DENG Youcai LIU Hongmei JIA Yi ZHANG Jianxiang LI Xiaohui TANG Yuan
Department of Pharmaceutics， College of Pharmacy， Third Military Medical University， Chongqing 400038， China
[Abstract] Biopharmaceutics and pharmacokinetics is one of the core curricula of pharmacy students and its experimental teaching can enable students to consolidate and expand theoretical teaching content， cultivate students' autonomous learning and the ability of original innovation. Constructivism is a theory to explain how knowledge is constructed in the human being when information comes into contact with existing knowledge by special circumstances， cooperation， conversation and meaning construction. Department of Pharmaceutics， College of Pharmacy， Third Military Medical University carried out the teaching reform of comprehensive experiment of biopharmaceutics and pharmacokinetics based on constructivism theory， used clinical practical problems as the cases in teaching situation， and carried out three aspects of cooperation and conversation between teachers and students. The teaching reform of comprehensive experiment helps students solve problems independently and achieve the ultimate goal of the construction of meaning.
[Key words] Biopharmaceutics and pharmacokinetics； Constructivism； Comprehensive experiment； Teaching reform
生物?剂学与药物动力学主要研究药物及其剂型在体内的吸收、分布、代谢与排泄过程，并应用动力学原理和数学方法，对药物进入体内后量时变化或血药浓度经时变化进行定量描述[1]。生物药剂学与药物动力学为药学类专业学生的核心专业课程之一，已在我国大部分高等医药院校药学专业和药剂学专业本科开设。该课程既是一门包含复杂数学运算的理论性学科，更是一门具有强烈实践需求的综合性和应用性学科。实验教学是生物药剂学与药物动力学的重要组成部分，不仅能使学生巩固和扩展理论教学内容，掌握学科的基本知识和基本理论，而且可以培养学生的独立观察、发现问题和解决问题能力，提升学生的自主学习和原始创新能力[2-3]。
1 建构主义的基本内涵
建构主义是由18世纪意大利哲学家詹巴蒂斯塔?维柯首次提出[4]。而后，由维果斯基、杜威、皮亚杰、布鲁纳、布朗、柯林斯和杜古德等杰出人物，将其不断发展深入[4]。瑞士著名心理学家皮亚杰因其创立了关于儿童认知发展理论，被看作是当代建构主义理论的创建者[5-6]。建构主义教学是将学生置于一种探究式学习情境中，要求学生通过模仿专业研究者的研究性活动来自主探索科学原理[4]。建构主义认为，知识并不是客观的、绝对的，而是具备主体性、相对性以及多元性的意义建构的结果，学习者内部的意义建构是学习过程中的核心环节[7]。建构主义十分强调学习环境的重要性，即学习者在追求学习目标和问题解决的过程中，所使用的工具、信息资源和支持的场所[8]。因而，创造一个让学习者能够交流各自观点，积极互动，主动探索新知识、新经验的良好环境和氛围成为了教师的一项重要任务[7]。一般认为，学习环境包含了情景、协作、会话和意义建构四大属性[8]。个体学习知识的过程是通过个体与环境的互动，协作和会话等方式，检验并重构自己内在的知识体系，是在已有的背景知识、思维方式、价值观念的基础上实现了意义的主动建构[7]。 2 建构主义指导综合性实验改革
生物药剂学与药物动力学实验涉及药物分析、药理学、药剂学等多学科知识，实验操作复杂、影响因素多[3]。根据不同教学方法的教学效果研究表明，验证性实验因其重复性的特点适用于基本技能的教学，而综合性实验的教学设计和教学方式更适于内容开放、知识结构合理、侧重应用的知识体系，有利于较复杂实验的进行和学生创新能力的提升[9-10]。综合性实验必须在验证性实验的基础上，将常规指标的测定及各种实验手段组合在一起，去解决实验中的多个问题，或者利用多种实验方法去解决一个复杂问题[2]。生物药剂学与药物动力学实验的部分内容十分适用于在建构主义的指导下，以贴近临床实际和生活实际的问题作为教学情境，要求学生结合教材上的基本理论和基础知识，自主检索文献、设计实验预案，开展预实验确定方案，最终通过实验解决实际问题[9]。
2.1 进行情景创建
建构主义的教学设计原则认为，学习是在特定社会文化背景和具体的学习环境条件下展开的，设计良好的情景利于学习者充分调动自己认知结构中的知识和经验，通过同化或顺应达到对新知识的意义建构[8]。学生的学习只能在被促进和被支持的环境下才能显著进步，而不应由严格的控制与支配来推进。学生在学习过程中不仅应得到教师的帮助与支持，而且也可以实现同学之间的相互协作和支持。学习环境是学生在学习过程中相互合作和支持的场所，是学习“被刺激和支持的地点”，既含有认知工具、信息资源和师资设备等硬资源，又包括社会活动和社会协作等软资源[8]。建构主义学习理论认为，教学设计应是针对学习环境的设计，促使学生实现更多的主?佑胱杂桑?激发学生自己去学；教学内容应该来源于实际生活，反映社会的现实需要。同时，教师不能简单判断学生对问题回答的对错，而要了解学生解决问题的途径和思维方式，让学生有机会在不同的情境下去应用他们所学的知识，最终实现学生能实时地根据信息来源形成对客观事物的认识和解决实际问题的方案[11]。
在实验课教学过程中，给学生提供CNKI、PubMed、Eisevier、Springer Link等数据库检索权限，准备所需的仪器和耗材，通过其自由组合成立实验协作小组，并引入真实病例提出实验需求。提前确认拟用于房室模型研究的药物为“氨茶碱”，并让学生在身边和家庭中收集正在使用“氨茶碱”的真实病例。由于氨茶碱为临床上的常用药物，因此收集到真实病例的可能性大。正如预计，有学生了解到家中有老人正在使用氨茶碱治疗心源性哮喘，就收集了其详细的病史和用药情况。在房室模型的理论课教学过程中，请该同学讲述了患者的病情和氨茶碱使用情况。通过该方式，显著提高教学的生动性，提升学生学习兴趣，既推进了房室模型的理论教学，又引出对药物不良反应和血药浓度监测的必要性，利于实现学习的“意义建构”。
2.2 促进自主学习
著名心理学家让?皮亚杰提出，人的认识本质就是认识主体在一定的社会环境下通过自身的经验能动地建构对客体的认识[11-12]。建构主义教学观对教学过程中师生的角色和作用进行了重新定位：学生是认知行为的主体，教师是学生意义建构的帮助者和促进者[11]。“以学生为中心”的教学就是要以学生作为认知行为的主体；新的知识必须与学生的经验和思维产生联系，并内化到学生原有的知识体系中[1]。学生是学习的自我监控者，高质量的学习要求学生充分发挥学习的主动性[13]。学生在在解决问题时，应主动检索资料，查找相关信息，寻找解决问题的策略和方法[14]。通过自主学习，不仅可以使学生获得知识，更重要的是培养了学习的自觉性，增强了知识的迁移性，利于对新环境和新问题做出富有创造性的反应，塑造创造型人格[9]。在此过程中，教师是知识建构活动的设计者、组织者、参与者、指导者和评估者，应根据学生的生理和心理特点，调整教学的形式和内容，帮助学生实现意义建构[11]。
在实验课的教学过程中，尽可能了解学生的背景知识和实际需求，并根据其实际情况尽可能地发挥学生的主动性。在确定“氨茶碱”和“房室模型”这两个关键词之后，其余的实验内容由学生以教材为基础，开放性地主动调整。典型例子是学生对实验动物的选择。实验教材上选择的实验动物为家兔，但有学生在预实验中发现由于气温偏低和操作不熟练等问题，导致耳缘静脉取血困难，不能满足取血时间点的要求。有的学生就在优化取血方式和练习取血技术上下功夫；还有的学生通过查阅文献，发现大鼠也可以用于氨茶碱的房室模型实验，且该组同学熟悉大鼠的眼球取血，通过与教师协商，并开展预实验之后，最终选择了大鼠作为模型动物。通过解决这些开放性的问题，扩大了学习环境，增加了学习内涵，更好地培养学生的自主学习能力和创新能力，使学生在解决问题的过程中掌握和巩固相关的知识，实现了知识的意义建构。
2.3 开展协作和会话
建构主义教学观认为，在复杂和开放的学习过程中，协作和会话对学习过程和最终的意义建构都有十分重要的作用[15]。协作有利于解决综合程度高、学科跨度大的问题，而会话则是协作过程中的基本方式[15]。学习者在教师的组织下，相互之间取长补短、分工协作，通过讨论和交流提出假设，共同查找资料、优化方案、验证假设，显著提升实验效果和实验成绩[16]。每个学习者都是在自己经验背景条件下来建构对事物的理解，存在显著的局限性；通过合作学习和共同讨论，每个学习者的想法都被整个学习群体共享，整个学习群体的成员共同完成对所学知识的意义建构[17]。通过协作和会话可以促进学习者之间的交互作用，利于开展的有具体学习情境支持的学习活动，克服传统学习过程中“孤立”学习的问题，帮助学生参与实践活动和获得意义建构[11]。
协作和会话贯穿了实验教学，并且包含了三个方面。①教师之间：在该综合性实验课开课之初，教学组的老师经过充分的讨论，并咨询相关专业的资深教员和教学医院的医生，最终选择临床上的常用药氨茶碱作为实验药物。②学生之间：参与实验的学生自由组合成实验小组，分工合作，开展实验。既包含组内协作和会话，即每个同学分别负责一部分准备工作，再通过集中交流，完成实验设计方案和准备；又包含组间协作和会话，即实验设计时相互比较方案的异同和优劣、改进实验设计，实验时相互协作完成实验。在确定氨茶碱的检测方法时，学生分别提出和采用了分光光度法和HPLC法检测。在采用HPLC法检测的两组学生在比较实验设计时，发现其标准品分别拟订购茶碱和氨茶碱；经过讨论之后，拟订购氨茶碱的小组发现，在实验设计时忽略了“氨茶碱在体内迅速代谢为茶碱”这一现象。通过组间会话，纠正了实验设计的错误，让学生对该知识点印象深刻。③师生之间：在实验方案制订过程中，通过师生互动，学生对给药途径、注射体积、取血时间点等实验设计的关键点有了深入认识；在实验操作时，师生共同讨论解决了个别时间点取血量不足、取血时间滞后、溶血等实验实时遇到的问题。 2.4 促进意义建构
建构主义认为知识不是对现实唯一的表述，而是在个人经验背景下形成的一种理解和假设，因个人经验不同可以形成多种不同的表述。因而，学习过程不是简单地由教师把知识传授给学生，而是在学生个体已有的知识和经验的基础上，通过学生主动建构而获得[17]。在此过程中，学生是知识的“发现者”，其学习建构过程不仅是对新知识的理解，而且是对新知识的分析、检验和批判；教师是意义建构的促进者，通过创造学习情景，与学生进行反复的协作和交流，最终促进学生对知识的意义建构[8]。意义建构是建构主义学习的最终目的，要求学习者在自身经验的基础上，通过学习消化和吸收新知识、新技能，能用自己的理解和语言表达所学的内容，能将其应用于实践之中解决实际问题[8]。
在实验过程中，努力让学生自主学习、独立思考，通过协作和会话，让意义建构的过程贯穿始终。对残数法的理解是理论教学的难点之一。结果发现，在理论课教学完成之后，仍有同学不能完全掌握残数法的含义和计算方法。在本次综合实验总结时，教师提问，“为何选用末端4个时间点数据求消除速率常数k？如何理解由参数浓度Cr来求得吸收速率常数ka？”学生回答为：“在末端4个时间点，几乎无药物吸收，此时药物浓度的变化反应了药学的消除情况，故用其计算k；在药物的吸收相，同时存在吸收和消除，通过外推求得的药物浓度减去实测值得到的Cr反映的是药物的吸收情况，故根据其回归可以求得ka。”其回答表明，通过实验前知识的自主复习、实验中知识的运用、实验后教师的总结，学生已基本掌握残数法的核心内容，实现了新学的理论知识与原有知识的意义建构。
3 实验教学效果评价
在生物药剂学与药物动力学传统的实验课教学过程中，学生往往存在预习不足、实验原理理解不透、实验方法不清楚等问题，导致实验过程不顺，遇到问题缺乏解决方案，对实验数据不懂如何处理[15]。建构主义学习理论认为，通过“情景设置”“协作与会话”和“意义建构”，可以改善和克服传统教学的弊端，培养出具有开拓性和创造性的人才[18]。为此，教学中将建构主义理论应用于生物药剂学与药物动力学综合性实验教学改革，期望提升教学质量。对相同背景学生分别采用传统的教学方法和建构主义指导的教学方法，开展综合性实验课教学。通过对学生的表现和实验是否成功进行分析发现，以建构主义指导的、开放性综合实验教学优于传统的实验教学方法。在实验教学过程中运用建构主义为指导的教学方法后，学生和教师对实验成功率的评价显著升高，表明出对教学效果更高的满意度。通过对期末考试成绩的分析还发现，学生在解答“消除速率常数k、吸收速率常数ka、残数法”等本次教学改革课程中涉及的知识点时，其得分明显提高，尤其是对具有应用性的主观题回答得更好，这说明开展教学改革班级的同?W更好地实现了对知识点的意义建构。
生物药剂学与药物动力学实验课程具有综合性、创造性和实用性的特点，其教学目标是使学生具备药物剂型设计、药物质量评价和优化给药方案等方面的知识和能力，为将来从事药品研发、质量评价及指导临床用药打下良好基础[19]。开展建构主义指导的、开放性综合实验教学，给予学生良好的“学习情境”，通过师生之间的“协作和会话”，实现学生对新知识、新理论和新技能更好的的“意义建构”，也实现了学生对科学研究的启蒙[20]。其教学改革不仅是提高了考试成绩，提升了教学效果，更重要的是让学生在学习过程中，培养了自主学习能力和创造能力，利于在将来的工作中成长为社会需要的创新性人才。
