基于PBL模式的有機波譜解析課程教學研究

朱鵬飛 劉梅 閆立偉

【摘要】PBL作為一種先進的教學模式，體現了“以學生為中心”的教學理念。文章結合有機波譜解析課程特點及其教學現狀，分析了PBL應用于有機波譜解析教學的可行性和必要性，結合案例，提出了基于PBL教學模式的有機波譜解析課程教學思路。經過初步實踐，取得良好效果。

【關鍵詞】PBL模式 ?有機波譜解析 ?教學研究 ?探索

【Abstract】The PBL as an advanced teaching model， which really reflects“students centered” education concept. Combined with the characteristics of organic spectrum analysis course and its teaching status， analyzes the feasibility and necessity of the teaching of organic spectrum analysis course through PBL model， and through typical cases， the teaching idea of organic spectrum analysis course based on PBL teaching model is proposed. After preliminary practice， good teaching results was obtained.

【Keywords】PBL model; organic spectrum analysis; teaching research; explore

【基金項目】西南石油大學2018年本科課程教學改革研究項目（X2018KZ018）;中國高教學會高等教育科學研究“十三五”規劃課題（2019SYSYB15）。

【中圖分類號】G642 ? 【文獻標識碼】B 【文章編號】2095-3089（2020）49-0056-02

有機波譜解析是化學、應用化學、材料化學及相關專業的一門重要的專業基礎課，是鑒定和表征有機化合物結構、探討化學反應機理等的重要手段，在化學、化工、材料、石油、環境、醫藥、衛生等相關領域具有極強的應用背景，是相關領域專業人員必備的基礎知識和基本技能[1-3]。但由于該課程內容抽象，數據、譜圖繁多，知識點繁雜，綜合性強，學生學習難度大[3，4]。目前諸多教師仍采用傳統的以授課為基礎的（Lecture？鄄based Learning，LBL）教學模式進行該課程的教學，該教學模式雖具有重難點突出、傳授知識系統性強等優點，但該模式主要以教師為中心，學生被動接受知識，導致學生學習積極性和主動性不高，識譜解譜能力差[4，5]。以問題為導向的學習（Problem？鄄based Learning，PBL）教學模式于20世紀60年代末由美國神經病學教授Barrows提出，主要是解決醫學類課程教學中知識點多，綜合性強，理論抽象，學生習慣死記硬背、實踐能力和學習積極性差等問題[6]。該教學模式強調以問題為導向，學生為中心，將學習設置到復雜的、有意義的問題情境中，通過學習者合作來解決具體問題，從而學習隱含在問題背后的科學知識，幫助學習者構建廣博的知識基礎，形成理解、分析和解決問題的能力，同時培養學習者自主學習的能力與團隊協作精神[5，6]。有機波譜解析作為一門實踐性很強的課程，強調“學了會用”[7]，與醫學類課程特點有較大的相似性，因此，結合有機波譜解析的課程特點，合理地將PBL教學模式運用到該課程教學中，具有重要的研究意義和實際價值。

1.PBL應用于有機波譜解析的可行性和必要性分析

有機波譜解析課程突出的特點是理論與實際結合緊密。通過該課程的學習，使學生掌握基本概念和原理，能較熟練地根據譜圖信息推測、確定出有機化合物的結構，養成嚴謹和實事求是的科學態度，提高學生理解、分析和解決問題的能力，為今后解決生產、科研中的實際問題打下扎實的理論基礎。這與PBL教學目標具有較大的相似性。其次，譜圖解析尤其是綜合解析難度較大，問題復雜，解析過程包括提取和轉換譜圖信息、查閱相關資料、譜峰歸屬、經驗推測、得出初步結論、檢驗結果等一系列步驟，知識點多，綜合性強，通常需要學生以小組協作的方式來討論、探索、分析和解決問題，這與PBL模式的組織形式相同。再者，有機波譜中有些譜圖解析可能沒有標準答案，只有最佳解析結果，這正好契合了PBL模式中要求教師設計的問題要有現實性、復雜性和結論的不確定性這一特點。此外，PBL模式以欲解決的問題為導向，將實際問題與學習過程相結合，在解決實際問題過程中完成知識的建構和綜合能力的培養，強調“在做中學”[3]。而有機波譜中的部分問題正好來自教師科研或學科前沿中的問題，例如，教師可以將“四譜”綜合解析等較復雜的問題置于項目中，布置給學生。學生認識到這些問題與社會前沿結合緊密，能激發學生的學習內在動力，并促進學生在解決問題過程中繼續學習，不斷完善自身知識體系的建構，提高識譜、解譜能力乃至分析和解決問題的能力。

2.有機波譜解析課程PBL教學模式研究

結合有機波譜解析課程和PBL教學模式的特點，有機波譜解析PBL教學模式可分為“提出問題”、“引導學習”、“組織討論”、“總結評價與反饋”四個階段。

2.1提出問題

PBL教學模式中，問題是學習的起點，問題的設計是關鍵[3]。有機波譜解析課程內容抽象，涉及到大量的基本概念、理論和各種化合物的波譜特征，學生學習興趣不高。教師在設計問題時，應結合實際案例，突出有機波譜分析方法的優勢，激發學生學習興趣。比如：在緒論課時，教師可以圍繞“為什么學”、“學什么”、“怎樣學”這三個問題展開，引導學生思考。此外考慮到傳統的LBL模式對于學生系統地掌握課程知識有一定優勢。教師可以在對課堂內容精簡的基礎上，適當采用LBL教學法系統講授有機波譜的核心知識（如基本原理等），使學生建立一定的理論基礎，并引導學生歸納總結相關知識點，鼓勵學生和教師一起收集相關譜圖資料或案例，教師再進行精選。然后在“典型化合物特征”和“譜圖解析”教學過程中，再引入PBL教學模式，并按“典型化合物特征—單譜解析—四譜綜合解析—社會生產或科研應用”，循序漸進、由易到難，創設情境，設置問題。可將有機波譜知識與社會中的熱點問題結合起來。例如：針對我國抗生素濫用現象嚴重，對人體健康和環境造成嚴重危害這一熱點問題，可以設置如下遞進式案例：近年來養殖業濫用抗生素現象嚴重，給動物性食品的安全帶來潛在隱患，同時也對人類健康及生態環境造成嚴重危害。其中四環素類抗生素作為一類廣譜性抗生素，是養殖場常用的一類抗生素，查閱資料，小組討論后回答以下問題：（1）四環素類抗生素主要有哪些？寫出化合物的結構式，其化合物結構有何相似性？其紅外（或核磁等波譜）特征峰有哪些？（2）下圖（圖略）分別是幾種四環素抗生素的紅外光譜，哪一個是鹽酸四環素的譜圖？寫出主要推斷過程;（3）計算鹽酸四環素的主要官能團在近紫外區的最大吸收波長，并與其實測值對比;在酸性或堿性條件下，其α，β不飽和羰基處的紫外吸收峰將會發生怎樣變化？為什么？（4）請通過分析測試平臺測試某種四環素類抗生素（教師提供樣品）的UV-vis、IR、HNMR和MS圖，結合譜圖，解析該化合物的可能結構，并寫出主要解析步驟;（5）查閱文獻，設計出檢測某流域水體中是否含有某抗生素（此處可分組列出不同抗生素）;（6）課外拓展和延伸：如何有效處理水體中的抗生素污染。將問題以項目的形式下達給學生，供學生以小組形式自主學習完成。通過上述問題的設計，層層遞進，將學生的現有認識、生活經驗和所學知識相聯系，將問題置于真實社會情境中，讓學生帶著問題和任務去學習，激發學生求知欲和自主學習動力。

2.2引導學習

教師拋出問題后，學生帶著問題開展學習活動。在本階段，教師充當引導者的角色，鼓勵學生從“要我學”轉變為“我要學”，并幫助學生組建好學習小組，保證全班學生“人人入隊”。同時，教師還應指導學生利用檢索工具查閱文獻資料開展自主學習，并做好解決問題的準備工作，如：學習并歸納總結各類有機化合物化學鍵、官能團的典型特征，練習譜圖解析習題，總結譜圖解析技巧等，然后針對具體問題嘗試分析問題，盡可能將自己能解決的問題解決，形成初稿，并將一時難以解決的問題標記下來，待討論過程中和組員探討。此外，為保證“引導學習”階段的學習質量和學生自主學習參與度，還可以通過組長負責、隊員監督、教師抽查等方式提醒和督促學生按進度完成學習任務，盡可能讓所有學生都經歷自主學習這一過程。

2.3組織討論

經過前期學生自主學習后，組長先在課外將小組成員組織在一起，各成員將自己獲得的信息與組員分享，一起分析問題，相互交流，整合信息，優化結果，撰寫項目報告，并準備匯報PPT，進行小組預答辯。同組成員相互提問、討論，補充完善報告。然后教師將各小組集中，讓每組派代表以PPT形式匯報問題解決思路、譜圖解析過程和結果等，檢驗學生“學了是否會用”，以及“怎么用”這一核心問題。其他組同學充當評委，參與提問，審查答辯組同學解析推理是否正確，證據是否充分？解釋是否合理？是否還有其他答案？教師適時引導、激發學生間的相互討論和質疑，注意控制時間，把握方向、討論深度和廣度，進行適當補充，幫助各小組進一步將匯報結果補充和完善，最終幫助學生完成對知識的吸收與內化。對學生的答辯過程錄像，選取和剪輯優秀答辯小組的視頻作為教學補充資料供學生課外學習。通過這種“組織討論”的形式匯報解答過程與結果，不僅完成了學生間知識的傳遞，讓學生對所學知識有更深入的理解，而且這種“同齡化學習”模式相比教師直接傳授知識，學生對知識的接受程度和學習興趣更大，學生的進取心更強。此外，通過小組協作和組織討論的形式還可促進學生團隊協作能力的培養，較好地鍛煉學生的口頭表達能力及臨場應變能力，全面提高學生的綜合素質。

2.4總結評價與反饋

討論結束后，學生評委對各答辯組進行評分，教師對每組的匯報情況進行總結評價，對學生提出的一些難以解答的問題答疑解惑，并著重為學生指出在波譜解析過程中，儀器測試條件導致的譜圖質量問題、物質結構相似性和復雜性問題，以及波譜分析技術仍處于不斷發展和完善階段等問題，可能會導致不是所有的譜圖都有標準解析答案，解析結果可能不止一個，允許求同存異，大家共同努力找出最佳解析結果。同時也可借此鼓勵學生努力學習知識，不斷完善波譜分析技術。針對部分有單獨輔導需求的同學，一方面教師可結合“線上線下”對其輔導，另一方面也可以引導學生通過“結對子”的方式輔導，相互幫助，共同提高。此外，在該課程中，為了及時跟蹤和檢測學生的自主學習效果，除了通過組織討論的形式檢測學生的學習效果，教師還可以組織分階段考核的形式加強對學生平時學習情況的檢測，以便在教學過程中做到有的放矢。另外，還可以利用微信等新媒體平臺調查學生和教師對這種新的教學模式的意見和建議，并將收集到的問題進行歸納總結，開展教研活動，不斷改進和完善該教學模式，進一步優化技術路線，促使該課程教學目標的更大程度達成。

結語

有機波譜解析PBL教學模式突出了“以問題為導向，學生為主體，教師是關鍵”的教學理念，促使學生從原來單純的知識接受者轉變為知識的建構者，教師從原來的知識單向傳授者轉變為知識習得的引導者和促進者。筆者從2018年開始將該教學模式在實驗班級進行探索性實踐，已初步取得良好效果。學生學習該課程的興趣，識譜、解譜技能，自主學習能力，探究、解決問題能力和團隊精神均有所提高。直接表現是學生在課外科技活動和本科畢業論文等環節，已能較熟練地分析、解析譜圖，能較好地運用有機波譜知識協助導師開展課題研究，并有較好的邏輯推理、團隊協作和口頭表達能力，導師對學生的滿意度上升。當然，該教學模式在實施過程中也具有一定困難，比如該模式更強調學生主動學習的自覺性和自主學習能力，這對習慣于被動接受知識傳授的學生提出了更高要求，同時對教師的問題設置能力、教學環境設計能力、課堂組織和引導能力等方面也是一種挑戰。因此教師需要更加主動地學習，更新教學觀念，在教學過程中，凝練和設計出好的問題，發揮好引導作用，采取有效的學習效果考核和激勵辦法，激發和培養學生主動學習的能力和信心，變被動學習為主動探究，提高其解譜能力和探究、解決問題的能力。同時，教師還需根據課程的特點，靈活選擇其他教學方法與PBL教學方法融合，相互補充與促進，在實踐中不斷改進和完善，以取得更好的教學效果。

參考文獻：

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作者簡介：

朱鵬飛（1983-），男，高級實驗師，主要從事儀器分析和有機波譜分析教學研究工作。