PBL教學(xué)法在有機化學(xué)課程學(xué)習(xí)中的實踐探究

張滿杰, 曹 晴, 曾 敬

(沈陽師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 沈陽 110034)

0 引 言

有機化學(xué)是研究有機分子的結(jié)構(gòu)及其合成的科學(xué),對有機化學(xué)的研究是為了對微觀世界得出一個更準確的認識[1-2]。有機化學(xué)作為一門化學(xué)及其相關(guān)專業(yè)的必修主干課程,具有理論性較強、知識點多且復(fù)雜難懂等特點,學(xué)生通常反映其學(xué)習(xí)難度較大。一直以來,有機化學(xué)課程的教學(xué)主要以理論和實踐教學(xué)相結(jié)合為主,但傳統(tǒng)的教學(xué)模式存在教學(xué)方法落后、考核方式不全面等弊端,不能滿足新時代對專業(yè)人才的培養(yǎng)需求[3]。

在有機化學(xué)課程的教學(xué)過程中,會涉及到一些有毒、易燃的有機化合物,一旦操作不當(dāng)就會引發(fā)各種事故。因此,長期以來,該課程的講授大多采取教師講授、學(xué)生聽講的傳統(tǒng)授課方式,導(dǎo)致學(xué)生的參與度不夠,動手能力不強,因此,如何改善有機化學(xué)課程教學(xué)的授課模式、使學(xué)生參與到課堂中來,一直是困擾著高校有機化學(xué)課程教學(xué)的難題。

問題驅(qū)動教學(xué)法(problem-based learning, PBL)是基于問題或項目的教學(xué)方法,它不像傳統(tǒng)的教學(xué)方法那樣先學(xué)習(xí)理論知識再解決問題,而是一種以學(xué)生為主體,通過設(shè)置相關(guān)情境、學(xué)生小組合作解決問題來提高學(xué)生獨立學(xué)習(xí)能力的學(xué)習(xí)方法。這種方法最早由美國神經(jīng)病學(xué)教授Barrows在加拿大麥克馬斯特大學(xué)首次創(chuàng)建[4-5],目前已經(jīng)過多年的實踐和探索,在各個學(xué)科領(lǐng)域備受歡迎。該方法強調(diào)把復(fù)雜的、難以理解的問題置于有意義、易于理解的情境中,通過學(xué)習(xí)者解決情境中的問題來達到提高教學(xué)效果的目的。為了解決當(dāng)前在有機化學(xué)課程教學(xué)中存在的問題,提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率,針對有機化學(xué)課程本身和學(xué)生的特點,本文將PBL教學(xué)法應(yīng)用于有機化學(xué)課程的教學(xué)過程中,討論如何學(xué)好和教好有機化學(xué)這門課程。

1 有機化學(xué)課程教學(xué)現(xiàn)狀

有機化學(xué)課程是一門基礎(chǔ)化學(xué)課程,該課程的特點是知識點繁多、理論性較強,其知識體系復(fù)雜且多以抽象概念為主,尤其是結(jié)構(gòu)與反應(yīng)機理這部分的相關(guān)知識更是晦澀難懂,不容易理解,學(xué)生學(xué)起來比較困難。

1.1 課程定位及評價方式

有機化學(xué)作為化學(xué)各個分支學(xué)科里發(fā)展最快、知識內(nèi)容最為豐滿的一門學(xué)科,近年來得到了飛速發(fā)展,新發(fā)現(xiàn)以及新合成的數(shù)以萬計的有機化合物極大地豐富了我們的世界,成為促進人類社會文明進步不可缺少的一部分[6],因此,學(xué)習(xí)有機化學(xué)課程對于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)有著非常重要的意義。有機化學(xué)課程主要介紹有機化合物的基礎(chǔ)知識[7],在學(xué)習(xí)該課程之后,學(xué)生能夠?qū)τ袡C化合物的結(jié)構(gòu)、組成、性質(zhì)及其變化規(guī)律等基本知識有一定的掌握,并提高實驗技能,逐漸培養(yǎng)出嚴謹務(wù)實的科研態(tài)度和解決問題的能力。

目前對有機化學(xué)課程的評價主要分為學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價和教師教學(xué)評價兩部分。其中,學(xué)生學(xué)習(xí)效果評價分為學(xué)生課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)、隨堂測驗、階段測驗和期末考試等,教師針對學(xué)生的這5個部分內(nèi)容表現(xiàn)對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果進行綜合評價,并給出本門課程的最終成績,其中期末考試卷面成績占期末總成績的80%,其余部分占20%。由于期末考試的卷面成績所占的比重較大,更加側(cè)重于學(xué)生對基礎(chǔ)知識的掌握,從而忽略了學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)。教師教學(xué)評價分為學(xué)生線上評教、教師自評、有機化學(xué)教研組內(nèi)互評、院級教研組間互評、學(xué)校及更高級別測評小組評價考核5個部分。由于有機化學(xué)課程知識點繁多,這些評價方式并不能全面體現(xiàn)出教師對課堂的把控能力和對知識的靈活運用能力。

1.2 課程知識體系特點

學(xué)生雖然在高中階段就已經(jīng)接觸過有機化學(xué)課程的知識,但高中階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容相對來說比較基礎(chǔ),很多知識點并不需要學(xué)生系統(tǒng)掌握,進入大學(xué)后,有機化學(xué)課程的知識內(nèi)容有了很大的延伸和擴展。

首先,在知識點掌握方面,其他課程大多具有一些規(guī)律性,專有名詞較少且通俗易懂,學(xué)生在學(xué)習(xí)掌握時難度較小[8]。而有機化學(xué)課程知識點繁多,內(nèi)容復(fù)雜,涉及到的反應(yīng)原理需要反復(fù)地理解和記憶才能熟練掌握。如果學(xué)生在學(xué)習(xí)時完全采用通過閱讀并記憶的學(xué)習(xí)方法,可能會導(dǎo)致學(xué)生在面對一些問題時不能靈活運用所學(xué)知識。

其次,在知識點的整合運用方面,由于有機化學(xué)課程的反應(yīng)原理較多,且涉及到的反應(yīng)機理晦澀難懂,學(xué)生有時能夠熟練掌握單個知識點,但在將知識點與其他已經(jīng)學(xué)過的知識進行統(tǒng)籌運用時,往往會遇到一定的困難。

1.3 課程教學(xué)方式

在傳統(tǒng)的有機化學(xué)課程教學(xué)過程中,教師多以教材、多媒體、板書等為媒介進行知識的講授,并以布置作業(yè)和隨堂講解作業(yè)作為輔助,學(xué)生在課堂上也可以進行實時討論。但近年來隨著網(wǎng)絡(luò)教學(xué)的普及,教師的教學(xué)方式發(fā)生很大改變,對學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣、學(xué)習(xí)方法也產(chǎn)生了一定的影響[9]。在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)過程中,傳統(tǒng)的“班級”觀念被弱化,教師對學(xué)生的約束力減弱,會不可避免地導(dǎo)致一些學(xué)生的學(xué)習(xí)效率下降。目前,已經(jīng)有一些線下課堂采用了微課[10-11]、雨課堂[12-13]、分組學(xué)習(xí)法[14]等新型教學(xué)方式對有機化學(xué)課程在內(nèi)的大學(xué)課堂教學(xué)進行了改革,這些教學(xué)方法能夠在一定程度上提高學(xué)生的主動性和自主學(xué)習(xí)能力,并達到一定的教學(xué)目的和效果,但探索能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情、提高學(xué)習(xí)效率的教學(xué)模式仍然十分有必要。

在開展專業(yè)課程教學(xué)的過程中,在教授學(xué)生理論知識的同時,會開設(shè)一些能夠培養(yǎng)學(xué)生實踐操作技能、加深學(xué)生對知識理解的實驗教學(xué)課程。但由于教學(xué)時間和實驗室安排等問題,實驗教學(xué)可能會早于或晚于理論教學(xué),與其并不同步,尤其是對有機化學(xué)這一課程來說,不同步的教學(xué)會導(dǎo)致學(xué)生對實驗原理理解不深刻,從而影響學(xué)生的實踐認知[15-16],對學(xué)生的學(xué)習(xí)效果產(chǎn)生很大影響。

2 PBL教學(xué)法

2.1 PBL教學(xué)法概述

美國神經(jīng)病學(xué)教授Barrows首次提出了PBL教學(xué)法,這種方法把學(xué)生作為課堂主體,以學(xué)科領(lǐng)域內(nèi)的問題作為學(xué)習(xí)的起點,是一種讓學(xué)生圍繞問題尋找解決方式的學(xué)習(xí)方法。這種學(xué)習(xí)法已經(jīng)在包括有機化學(xué)和有機化學(xué)實驗在內(nèi)的各個學(xué)科領(lǐng)域都有了廣泛的應(yīng)用[17-20],并可與其他教學(xué)方法相結(jié)合[21-26]。PBL教學(xué)法主要分為教師創(chuàng)設(shè)情境、課堂提問討論、學(xué)生自主探究和教師總結(jié)歸納等部分,具體過程如圖1所示。PBL教學(xué)法主要圍繞所要學(xué)習(xí)的內(nèi)容設(shè)置有意義的問題情境,學(xué)習(xí)者小組合作解決實際問題,達到掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容的目的,同時鍛煉學(xué)習(xí)者解決問題和獨立學(xué)習(xí)的能力[27-29]。PBL教學(xué)法的主要教學(xué)思路為:首先由教師在課前提出問題,然后學(xué)生查找資料,之后學(xué)生在課堂上進行分組討論,最后由教師針對學(xué)生的完成情況進行總結(jié)評價。

圖1 PBL教學(xué)法教學(xué)活動的流程Fig.1 Process of PBL teaching method

2.2 PBL教學(xué)法與傳統(tǒng)教學(xué)法的區(qū)別

傳統(tǒng)教學(xué)法強調(diào)對知識點的掌握,而PBL教學(xué)法則注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題和團隊合作等方面的能力。在傳統(tǒng)教學(xué)中,教師是知識的傳授者、課堂中學(xué)生的指引者,而PBL教學(xué)法則把課堂交還給學(xué)生,重點從學(xué)生“學(xué)”的角度展開,教師成為了提問者和評價者。將PBL教學(xué)法應(yīng)用到教學(xué)中后,學(xué)生不再被動地接收信息,而是以小組合作分工的形式對問題進行思考總結(jié)。學(xué)生的學(xué)習(xí)情況也將作為評價方式的一種,在原有評價方式的基礎(chǔ)上增加了PBL教學(xué)法的相關(guān)評價內(nèi)容,轉(zhuǎn)變?yōu)檫^程評價、平時表現(xiàn)評價、考試評價相結(jié)合的方式。PBL教學(xué)法為學(xué)生營造了一個相對來說比較輕松愉快的學(xué)習(xí)氛圍,能夠使學(xué)生積極主動地表達自己的觀點,讓學(xué)生產(chǎn)生更大的學(xué)習(xí)興趣。

2.3 PBL教學(xué)法在有機化學(xué)課程教學(xué)中的應(yīng)用

而在“對映異構(gòu)體”這一知識點的講授過程中,由于這部分的內(nèi)容比較枯燥,學(xué)生往往缺乏學(xué)習(xí)的積極性,所以在課堂教學(xué)講授之前,教師就可以將需要預(yù)習(xí)的知識點布置給學(xué)生,讓學(xué)生通過自主閱讀、整理資料等方式將與課程有關(guān)的資料收集出來。針對此部分,教師可以布置諸如“旋光度、比旋光度、旋光性物質(zhì)、手性物質(zhì)的概念是什么?”“旋光度與比旋光度有什么差異?”等基礎(chǔ)問題來幫助學(xué)生理解基礎(chǔ)概念,還可以布置諸如“常見的手性物質(zhì)有哪些?”“如何判斷一個物質(zhì)是對映異構(gòu)體?”等拓展性問題來促使學(xué)生主動思考,進而加深對這部分內(nèi)容的理解。在正式教學(xué)時,教師組織學(xué)生匯報自己所在小組對問題得出的結(jié)論,再通過討論、引導(dǎo)、總結(jié)等環(huán)節(jié)加深學(xué)生對相關(guān)知識的理解。

通過對以上2個教學(xué)案例的觀察可以發(fā)現(xiàn),學(xué)生在以上知識點的學(xué)習(xí)過程中會更加主動,其團隊精神、溝通能力和自學(xué)能力等也得到了進一步加強,達到了有機化學(xué)課程的教學(xué)目的。同時,當(dāng)學(xué)生逐漸適應(yīng)了這種教學(xué)模式之后,教師在教學(xué)過程中所占據(jù)的比例會變得越來越少,教師不再是學(xué)生獲取知識的唯一途徑,而是起到了引導(dǎo)、調(diào)節(jié)、提高的作用。而在教學(xué)評價環(huán)節(jié)也增加了PBL教學(xué)法的一些內(nèi)容,這種多形式的教學(xué)評價更有利于教師及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)狀態(tài)和對知識點的掌握情況,有利于教師及時總結(jié)、調(diào)整教學(xué)方式。

2.4 PBL教學(xué)法應(yīng)用于有機化學(xué)課程教學(xué)的注意事項

PBL教學(xué)法是一種以問題設(shè)計為基礎(chǔ)的教學(xué)方法,設(shè)計的問題是否與所講授的內(nèi)容貼切、是否符合學(xué)生的思維發(fā)展直接關(guān)系到教學(xué)的成敗。因此,將PBL教學(xué)法應(yīng)用于有機化學(xué)課程教學(xué)設(shè)計時應(yīng)遵循以下幾個原則:

首先,設(shè)計問題時要目的明確,即問題的設(shè)計要緊緊圍繞教學(xué)目標,這就要求教師盡可能準確地了解教材和學(xué)生的具體情況。其次,問題的設(shè)計應(yīng)遵循由淺入深的原則,過于簡單的問題不能鍛煉學(xué)生的思維,而太難的問題則會打擊學(xué)生的自信心,使學(xué)生望而生畏。應(yīng)該在學(xué)生現(xiàn)有水平的基礎(chǔ)上適當(dāng)提高難度,不僅能調(diào)動學(xué)生的積極性,還能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)潛力。最后,問題的設(shè)計面向全體學(xué)生,充分調(diào)動所有學(xué)生的積極性,讓所有學(xué)生都能參與到這個過程中來,都有發(fā)揮和表現(xiàn)的機會,做到每個人都有收獲。

3 結(jié) 語

在當(dāng)今新冠肺炎疫情形勢嚴峻的情況下,傳統(tǒng)的以教師講授為主的教學(xué)模式已不能滿足有機化學(xué)課程的教學(xué)需求,為更好地提高學(xué)生學(xué)習(xí)有機化學(xué)課程的效率,本文從提升學(xué)生在課堂上的主體性出發(fā),探索了將PBL教學(xué)法應(yīng)用于有機化學(xué)課程教學(xué)的教學(xué)模式。該教學(xué)模式可以以學(xué)生為中心,在一定程度上激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,增強學(xué)生學(xué)習(xí)有機化學(xué)的積極性,提升學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力和探索能力,促進學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣,進而提升教學(xué)效果。將PBL教學(xué)法與傳統(tǒng)有機化學(xué)課程教學(xué)模式相融合更適合當(dāng)前疫情情況下的線上教學(xué),此外,PBL教學(xué)法還可以與諸如CBL教學(xué)法等其他方法相結(jié)合。

經(jīng)過一段時間的實踐探索,發(fā)現(xiàn)PBL教學(xué)法在實際應(yīng)用過程中也存在著一些問題,比如小組合作過程可能會因為個別同學(xué)的原因被延長,而且,PBL教學(xué)法是開放式的,該方法對教師和學(xué)生的要求都很高,教師不僅要具備很高的自身素養(yǎng)和良好的知識儲備,還應(yīng)具備靈活的知識運用能力和嚴密的邏輯思維能力。學(xué)生則應(yīng)具備較強的學(xué)習(xí)能力、歸納能力、獨立解決問題的能力等,在學(xué)習(xí)過程中還應(yīng)主動配合教師,否則很難達到預(yù)期的教學(xué)效果和目標。本文在一定程度上對PBL教學(xué)法應(yīng)用于有機化學(xué)課程的教學(xué)模式進行了探索,希望能為有機化學(xué)課程的教學(xué)改革提供一定的借鑒。

致謝感謝沈陽師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院教育教學(xué)改革培育項目(CCCE-2020-JG-09)的支持。