基于問題式學(xué)習(xí)(PBL)的精細(xì)有機(jī)合成單元反應(yīng)教學(xué)探索與實(shí)踐

黃海清　徐麗　肖賽金　熊國宣

摘 要：問題式學(xué)習(xí)（Problem Based Learning，簡稱 PBL）是一種較先進(jìn)的學(xué)習(xí)方式。文章以有機(jī)電合成的教學(xué)為案例，討論了PBL法在精細(xì)有機(jī)合成單元反應(yīng)教學(xué)中的應(yīng)用。從學(xué)生學(xué)習(xí)反饋的結(jié)果可以看出，PBL法有利于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際、獨(dú)立分析、團(tuán)結(jié)協(xié)作、解決實(shí)際工程問題的能力。

關(guān)鍵詞：精細(xì)有機(jī)合成單元反應(yīng);問題式學(xué)習(xí);教學(xué)探索

中圖分類號：G642.4;O62-4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 收稿日期：2019-07-01 文章編號：1674-120X（2019）32-0107-02

精細(xì)有機(jī)合成單元反應(yīng)是化學(xué)工程與工藝專業(yè)的一門重要專業(yè)課，它在化工專業(yè)知識體系中起著承上啟下的作用。該課程主要討論精細(xì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)過程中涉及的各種合成單元反應(yīng)的相關(guān)理論知識及影響生產(chǎn)效率的主要工藝因素，課程內(nèi)容與實(shí)踐聯(lián)系緊密。所以該門課是構(gòu)架學(xué)生化工專業(yè)知識體系中不可或缺的一門必修課程。

該課程若采用傳統(tǒng)的課堂授課方式，課程教學(xué)質(zhì)量將難以達(dá)到普通高等學(xué)校本科專業(yè)類教學(xué)質(zhì)量要求，培養(yǎng)出的學(xué)生也將難以滿足新工科建設(shè)和工程教育專業(yè)認(rèn)證的新工科應(yīng)用型人才的要求。

針對這一問題，我們認(rèn)為應(yīng)該鼓勵(lì)和激勵(lì)學(xué)生自主開展課外拓展性學(xué)習(xí)，主動查找相關(guān)知識，積極思考、大膽發(fā)問，有效完善“理論—實(shí)踐—理論”的多層次知識結(jié)構(gòu)搭建。這樣他們才能懂得如何結(jié)合理論與實(shí)踐，從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，再依據(jù)理論基礎(chǔ)探索解決方法。通過這種學(xué)習(xí)，學(xué)生才能深刻地體會理論與實(shí)踐的關(guān)系。

在眾多先進(jìn)教學(xué)理論中，我們體驗(yàn)到“問題式學(xué)習(xí)”（Problem Based Learning，PBL）方法非常有利于激勵(lì)學(xué)生開展主動自我學(xué)習(xí)。

一、PBL的概述

PBL方法是20世紀(jì)六十年代末美國醫(yī)學(xué)教授Barrows為解決醫(yī)學(xué)教育中普遍存在的基礎(chǔ)理論與實(shí)踐脫節(jié)等弊端問題而創(chuàng)建的一種新型教學(xué)模型。PBL方法建構(gòu)基本理論強(qiáng)調(diào)以學(xué)習(xí)者為主體，以問題為中心，以提出問題、分析問題和解決問題為主線，以自主合作探究為主要學(xué)習(xí)方法，以有效促進(jìn)學(xué)生的問題意識、探究能力、溝通能力、團(tuán)隊(duì)合作能力和思辨能力的發(fā)展為培養(yǎng)目標(biāo)。

依據(jù)PBL方法構(gòu)建理論，當(dāng)學(xué)生不會或不善于設(shè)問的時(shí)候，教師便拋出問題引導(dǎo)學(xué)生思考。這種學(xué)習(xí)方法可幫助學(xué)生拓展思維方式，培養(yǎng)思考的習(xí)慣。當(dāng)學(xué)生通過自己努力完成一個(gè)個(gè)問題挑戰(zhàn)時(shí)，他們不僅能了解問題背后的理論知識， 還可掌握解決問題的技能以及批判性思維，并養(yǎng)成自主學(xué)習(xí)的習(xí)慣。隨著問題探究的不斷深入，這種類似游戲闖關(guān)進(jìn)階式學(xué)習(xí)可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，維持學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情。

采用PBL法時(shí)，設(shè)計(jì)的問題最好與學(xué)生的實(shí)際生活有關(guān)，具有真實(shí)的特點(diǎn)。當(dāng)他們的好奇心得到激發(fā)時(shí)，探索熱情必然高漲，自然能獲得良好的學(xué)習(xí)效果。

二、應(yīng)用舉例

有機(jī)電合成工藝因其具有污染少、產(chǎn)物收率和純度高、工藝流程較短、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，屬于“綠色合成”新技術(shù)，是綠色化工發(fā)展趨勢之一。這方面的知識雖然不是教學(xué)大綱中的重要知識點(diǎn)，但是學(xué)生有必要對其作深入了解。

有機(jī)電合成工藝涉及相關(guān)知識面較廣，知識難點(diǎn)偏大，課時(shí)安排少。所以學(xué)生要掌握好該部分內(nèi)容，應(yīng)依靠教師引導(dǎo)與激發(fā)，主動利用課外時(shí)間開展拓展性學(xué)習(xí)，持續(xù)性關(guān)注工藝動態(tài)，從而自主完善這方面的知識構(gòu)建。

（一）問題的提出

基于PBL法，我們設(shè)計(jì)了有關(guān)葡萄糖酸鈣為主題的情景問題。葡萄糖酸鈣是一種可用有機(jī)電合成法制備的典型精細(xì)化學(xué)品，也是家喻戶曉的補(bǔ)鈣劑。學(xué)生對該產(chǎn)品的熟悉度高，所以當(dāng)PPT展示出哈藥六廠藍(lán)瓶葡萄糖酸鈣的產(chǎn)品包裝圖片和廣告詞時(shí)，立馬喚起了學(xué)生的回憶。學(xué)生遇到熟悉話題，思維立刻活躍起來，課堂氣氛得到渲染。接著我們布置下次課的任務(wù)，即回答三個(gè)問題。問題①：葡萄糖酸鈣的制備工藝有哪些？為什么有機(jī)電合成會是較先進(jìn)的生產(chǎn)工藝？問題②：有機(jī)電合成還能應(yīng)用到哪些精細(xì)產(chǎn)品的制備？為什么？目前技術(shù)發(fā)展遇到的問題有哪些？如何克服？（學(xué)生在解決這一問題時(shí)可引用文獻(xiàn)，也可在已有相關(guān)理論知識的基礎(chǔ)上提出自己的設(shè)想。）問題③：你對有機(jī)電合成技術(shù)了解最深刻的是什么？

問題①是從實(shí)際案例出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生了解有機(jī)電合成技術(shù)的原理、分析與其他工藝的不同點(diǎn)，這樣可以引導(dǎo)學(xué)生有的放矢地主動學(xué)習(xí)。問題②可引導(dǎo)學(xué)生通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，將相關(guān)知識、原理拓展到應(yīng)用中，分析可能存在的問題并提出相應(yīng)的解決方法，這有助于訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)邏輯思維能力。問題③主要啟迪學(xué)生在解決前兩個(gè)問題的基礎(chǔ)上結(jié)合自身興趣，發(fā)掘?qū)π袠I(yè)感興趣的切入點(diǎn)。

（二）課堂學(xué)習(xí)前期

獲得學(xué)習(xí)任務(wù)后，學(xué)生自由組織4～6人的學(xué)習(xí)小組，有目的地進(jìn)行課外自學(xué)。對于問題①，學(xué)生可以利用已學(xué)的知識及教材內(nèi)容進(jìn)行自學(xué)和交流，從而得出較統(tǒng)一的答案，或提出認(rèn)知疑問。問題②涉及內(nèi)容較廣，學(xué)生需要先利用圖書館或網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫收集相關(guān)資料，然后對獲得的相關(guān)資料進(jìn)行閱讀、分類、歸納，通過小組討論等方式對信息進(jìn)行在加工，再分析總結(jié)。問題③沒有統(tǒng)一答案的問題，學(xué)生可能會對有機(jī)電合成的發(fā)展、應(yīng)用或理論探究感興趣，可能會對工藝設(shè)備相關(guān)的新材料和新技術(shù)的研究感興趣;也可能會基于有機(jī)電合成而形成新的發(fā)散性設(shè)想。只有當(dāng)學(xué)生興致勃勃地參與其中，才能有無限發(fā)現(xiàn)的可能，才能找到自己感興趣的研究內(nèi)容，這有助于其明確將來就業(yè)或擇業(yè)時(shí)的方向。

（三）課堂學(xué)習(xí)交流

課堂交流中，學(xué)生主要將學(xué)習(xí)成果以PPT和板報(bào)的形式展出。當(dāng)學(xué)生向大家展示、匯報(bào)小組學(xué)習(xí)成果時(shí)，每個(gè)組對問題①的認(rèn)識基本一致，都能列舉出多種葡萄糖酸鈣的制備工藝，并對比分析出有機(jī)電合成最大的優(yōu)勢是以電子作為試劑，通過電子得失來實(shí)現(xiàn)有機(jī)化合物合成。從本質(zhì)上來說，有機(jī)電合成比傳統(tǒng)有機(jī)合成更清潔。

對于問題②，學(xué)生也基本達(dá)成共識，該技術(shù)在我國處于初級階段，目前已投入工業(yè)化的有電解合成乙醛酸、高半胱氨酸內(nèi)脂鹽酸鹽、丁二酸、葡萄糖酸鈣，但沒有得到大力發(fā)展。其原因是相關(guān)技術(shù)掌握不夠，難以確保獲得高質(zhì)量的產(chǎn)品和生產(chǎn)中的安全性。