PBL教學法在有機化學課程學習中的實踐探究

張滿杰, 曹 晴, 曾 敬

(沈陽師范大學 化學化工學院, 沈陽 110034)

0 引 言

有機化學是研究有機分子的結構及其合成的科學,對有機化學的研究是為了對微觀世界得出一個更準確的認識[1-2]。有機化學作為一門化學及其相關專業的必修主干課程,具有理論性較強、知識點多且復雜難懂等特點,學生通常反映其學習難度較大。一直以來,有機化學課程的教學主要以理論和實踐教學相結合為主,但傳統的教學模式存在教學方法落后、考核方式不全面等弊端,不能滿足新時代對專業人才的培養需求[3]。

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

問題驅動教學法(problem-based learning, PBL)是基于問題或項目的教學方法,它不像傳統的教學方法那樣先學習理論知識再解決問題,而是一種以學生為主體,通過設置相關情境、學生小組合作解決問題來提高學生獨立學習能力的學習方法。這種方法最早由美國神經病學教授Barrows在加拿大麥克馬斯特大學首次創建[4-5],目前已經過多年的實踐和探索,在各個學科領域備受歡迎。該方法強調把復雜的、難以理解的問題置于有意義、易于理解的情境中,通過學習者解決情境中的問題來達到提高教學效果的目的。為了解決當前在有機化學課程教學中存在的問題,提高學生的學習效率,針對有機化學課程本身和學生的特點,本文將PBL教學法應用于有機化學課程的教學過程中,討論如何學好和教好有機化學這門課程。

1 有機化學課程教學現狀

有機化學課程是一門基礎化學課程,該課程的特點是知識點繁多、理論性較強,其知識體系復雜且多以抽象概念為主,尤其是結構與反應機理這部分的相關知識更是晦澀難懂,不容易理解,學生學起來比較困難。

1.1 課程定位及評價方式

有機化學作為化學各個分支學科里發展最快、知識內容最為豐滿的一門學科,近年來得到了飛速發展,新發現以及新合成的數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,學習有機化學課程對于培養學生的科學素養有著非常重要的意義。有機化學課程主要介紹有機化合物的基礎知識[7],在學習該課程之后,學生能夠對有機化合物的結構、組成、性質及其變化規律等基本知識有一定的掌握,并提高實驗技能,逐漸培養出嚴謹務實的科研態度和解決問題的能力。

目前對有機化學課程的評價主要分為學生學習效果評價和教師教學評價兩部分。其中,學生學習效果評價分為學生課堂表現、課后作業、隨堂測驗、階段測驗和期末考試等,教師針對學生的這5個部分內容表現對學生的學習效果進行綜合評價,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,更加側重于學生對基礎知識的掌握,從而忽略了學生綜合能力的培養。教師教學評價分為學生線上評教、教師自評、有機化學教研組內互評、院級教研組間互評、學校及更高級別測評小組評價考核5個部分。由于有機化學課程知識點繁多,這些評價方式并不能全面體現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

學生雖然在高中階段就已經接觸過有機化學課程的知識,但高中階段的學習內容相對來說比較基礎,很多知識點并不需要學生系統掌握,進入大學后,有機化學課程的知識內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律性,專有名詞較少且通俗易懂,學生在學習掌握時難度較小[8]。而有機化學課程知識點繁多,內容復雜,涉及到的反應原理需要反復地理解和記憶才能熟練掌握。如果學生在學習時完全采用通過閱讀并記憶的學習方法,可能會導致學生在面對一些問題時不能靈活運用所學知識。

其次,在知識點的整合運用方面,由于有機化學課程的反應原理較多,且涉及到的反應機理晦澀難懂,學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學過的知識進行統籌運用時,往往會遇到一定的困難。

1.3 課程教學方式

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

在開展專業課程教學的過程中,在教授學生理論知識的同時,會開設一些能夠培養學生實踐操作技能、加深學生對知識理解的實驗教學課程。但由于教學時間和實驗室安排等問題,實驗教學可能會早于或晚于理論教學,與其并不同步,尤其是對有機化學這一課程來說,不同步的教學會導致學生對實驗原理理解不深刻,從而影響學生的實踐認知[15-16],對學生的學習效果產生很大影響。

2 PBL教學法

2.1 PBL教學法概述

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

圖1 PBL教學法教學活動的流程Fig.1 Process of PBL teaching method

2.2 PBL教學法與傳統教學法的區別

傳統教學法強調對知識點的掌握,而PBL教學法則注重激發學生的學習興趣,培養學生分析、解決問題和團隊合作等方面的能力。在傳統教學中,教師是知識的傳授者、課堂中學生的指引者,而PBL教學法則把課堂交還給學生,重點從學生“學”的角度展開,教師成為了提問者和評價者。將PBL教學法應用到教學中后,學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。學生的學習情況也將作為評價方式的一種,在原有評價方式的基礎上增加了PBL教學法的相關評價內容,轉變為過程評價、平時表現評價、考試評價相結合的方式。PBL教學法為學生營造了一個相對來說比較輕松愉快的學習氛圍,能夠使學生積極主動地表達自己的觀點,讓學生產生更大的學習興趣。

2.3 PBL教學法在有機化學課程教學中的應用

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

通過對以上2個教學案例的觀察可以發現,學生在以上知識點的學習過程中會更加主動,其團隊精神、溝通能力和自學能力等也得到了進一步加強,達到了有機化學課程的教學目的。同時,當學生逐漸適應了這種教學模式之后,教師在教學過程中所占據的比例會變得越來越少,教師不再是學生獲取知識的唯一途徑,而是起到了引導、調節、提高的作用。而在教學評價環節也增加了PBL教學法的一些內容,這種多形式的教學評價更有利于教師及時掌握學生的學習狀態和對知識點的掌握情況,有利于教師及時總結、調整教學方式。

2.4 PBL教學法應用于有機化學課程教學的注意事項

PBL教學法是一種以問題設計為基礎的教學方法,設計的問題是否與所講授的內容貼切、是否符合學生的思維發展直接關系到教學的成敗。因此,將PBL教學法應用于有機化學課程教學設計時應遵循以下幾個原則:

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

3 結 語

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

經過一段時間的實踐探索,發現PBL教學法在實際應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的原因被延長,而且,PBL教學法是開放式的,該方法對教師和學生的要求都很高,教師不僅要具備很高的自身素養和良好的知識儲備,還應具備靈活的知識運用能力和嚴密的邏輯思維能力。學生則應具備較強的學習能力、歸納能力、獨立解決問題的能力等,在學習過程中還應主動配合教師,否則很難達到預期的教學效果和目標。本文在一定程度上對PBL教學法應用于有機化學課程的教學模式進行了探索,希望能為有機化學課程的教學改革提供一定的借鑒。

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