浅析问题学习法在《药物合成》教学中的应用

傅榕赓 盛文兵 彭彩云

摘要：本文探索了在中医药院校的《药物合成反应》教学中引入基于问题式学习教学法，结合高等中医药院校《药物合成反应》课程特点，以“羟醛缩合反应”为例，围绕羟醛缩合反应的产物中新化学键成键方式、成键原子在反应物中的电性、以及为满足成键条件需要外界提供反应环境等内容进行了深入的探讨，摸索了基于问题式学习在《药物合成反应》教学中的应用。基于问题式学习教学法在《药物合成反应》课程中的运用，提高了学生的自主学习能力、独立解决问题的能力。

关键词：基于问题式学习教学法；药物合成反应；教学

中图分类号：G642.41 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）19-0129-02

中医药高等院校《药物合成反应》教学普遍采用了以有机化学为基础，以教师为中心，以课堂讲授为主的传统教学模式，授课主动权基本由讲授的教师掌控。而在尝试用新合成方法开展药物合成相关的反应研究时，往往是先确定产物结构后再从理论上去解释或推测反应是如何进行的，进而优化反应条件利于放大反应。在“灌输式”的教学模式中，学生普遍被动地接受，难以主动的将所学过的有机化学基础知识衍生到药物合成反应的化学键构建中，学生只注重规律的记忆，往往忽略了理论知识对反应规律的合理推导或解释。这种教育培养模式极大地束缚了学生的创造性思维，同时降低了学生分析问题的能力以及学生主动获取新知识的积极性。

李克强总理在2014年夏季达沃斯论坛上倡导“大众创业，万众创新”，要“进一步解放思想，解放和发展社会生产力，解放和增强社会活力，打破机制的障碍，让每个有创业愿望的人都拥有自主创业的空间，让创新创造的血液在全社会自由流动，让自主发展的精神在全体人民中蔚然成风”[1]。教学方法也应随着时代的推进而有所创新，基于问题式学习教学法是由神经病学教授Barrows首创的一种以问题为中心，学生为主体，教师为主导的教学方法，具有培养学生创新思维能力、获取知识能力和解决实际问题能力的作用。[2]

为培养中药类及工程类学生解决单元反应问题的能力，我校中药类和工程类专业选用北京中医药大学吉卯祉教授主编的《药物合成反应》为本课程的教材。[3]该教材信息量大、内容丰富，涵盖了许多有机反应，但学生普遍反映教材理论性较强，单元反应种类较多，难懂难记。本文尝试围绕药物合成中的单元反应本质开展基于问题式学习教学，以药物合成反应中的羟醛缩合反应为案例，运用基于问题式学习教学模式重点围绕羟醛缩合反应的产物中新化学键成键方式、成键原子在反应物中的电性，以及为满足成键条件需要外界提供反应环境等内容进行深入探讨。探索《药物合成反应》教学运用基于问题式学习教学法对学生学习兴趣、分析问题以及解决问题能力提高的影响，进一步为中医药院校《藥物合成反应》课程运用基于问题式学习教学法提供新思路。

一、课前预习

在开课前1周，教师将课程需预习的重要知识节点转化成相关问题告知学生，学生通过查阅教材及文献资料做好充分预习。我们对羟醛缩合反应课前预习设计了如下几个问题。

1.羟醛缩合反应的反应物是哪一类型的化合物？通过羟醛缩合反应将产生几种反应产物？

2.反应产物中新产生的化学键在哪？

3.反应过程中新化学键如何产生？

4.反应条件或反应环境的目的是什么？

设计问题的目的：问题1是为了让学生复习巩固羰基化合物的结构特点及反应性质，明确通过羟醛缩合可以产生化合物的结构特点，即羟醛缩合反应能制备怎样的化合物。问题2和问题3是问题1的进一步延伸，也是预习的重点和难点，主要是引导学生发现反应的关键问题以及分析问题，即通过寻找产物结构中新产生的化学键这一问题，自然地过渡到新化学键是在哪些原子之间产生？如何产生？这些问题也是预习的难点，需要学生进一步巩固和运用学过的有机化学知识。问题4是问题2和问题3的延续，即解决羟醛缩合反应条件的问题。

通过课前预习问题的提出，让学生带着问题去开展相关知识点的预习，不仅能巩固学过的有机化学知识，同时也有效激发了学生的学习主动性和目的性。

二、课堂讨论

将课堂教师“灌输式”地讲解改变成以问题为中心的探讨式学习，不仅能确立学生的主体地位和教师的主导作用，而且能活跃课堂气氛，提高学习兴趣，有助于学生分析问题和解决问题能力的训练和提高。课前的预习是让学生对羟醛缩合反应的内容有个大致的认识和了解，但是对于羟醛缩合的重点和难点，学生可能还把握不到位。因此，为了让学生掌握羟醛缩合反应，我们的课堂围绕预习中提出的问题展开基于问题为中心的探讨式学习。

首先对于羟醛缩合反应概念的讲授，我们将概念先转化成问题1，即羟醛缩合反应的反应物是什么类型的化合物之间发生的缩合反应，结构特征如何？反应生成了几种新化合物？由于课前学生已经做了预习，基本能够做出正确的回答。在明确了羟醛缩合反应的反应物和产物的结构特征以后，把学生引导到对产物的结构分析，提出反应产物的结构中是否有新的化学键产生即提出问题2。此时，可以通过对学生的提问了解学生预习的情况，同时观察学生发现问题的能力。学生通过对产物结构的分析，可以发现首先新产生的化学键在反应物醛（或酮）分子的羰基ɑ-碳原子与另一分子的羰基碳原子之间。于是针对新产生的化学键提出问题3，即新化学键如何产生？问题3是整个羟醛缩合反应的重点和难点，学生在预习中运用已学过的有机化学知识解决这一问题有较大困难，往往不知如何寻找分析问题的切入点。我们将问题3进行剖析：首先让学生分析连接新生成的化学键的两个原子在各自反应物分子中的电性特征，即羰基ɑ-碳原子和羰基碳原子均带部分正电性。其次转化问题：两个都带正电性的基团能否成键？无其他外界条件的情况下是否满足成键的需要？于是引导学生从化学键成键的角度进行思考，即为了实现新化学键的构建，要求连接新生成的化学键的两个原子在反应物分子中具有怎样的电性特征？若反应物本身不能满足特定原子之间的成键需要，反应是否可以通过外界条件，如酸催化或碱催化，使其中一个反应物的活性原子改变电性特征以满足成键的需要？由此，从问题3过渡到问题4，即反应条件是为了满足反应成键的需要提供的外界因素。碱性催化下，将反应物之一的羰基ɑ-碳原子转化成碳负离子，进而亲核进攻另一反应物带部分正电性的羰基碳，产生新化学键；酸性催化下，含有ɑ-氢的醛（或酮）反应物将酮式结构互变为烯醇式结构，将带部分正电性的羰基碳原子转化为电子云较丰富的烯醇碳原子，产生了关键的发挥亲核作用的结构，进而与质子化的羰基碳原子结合产生新的化学键。通过上述一系列环环相扣的问题的提出，引导学生运用已学过的有机化学知识将复杂的问题细化成可以通过分析得以解决的问题，使学生对这些问题的理解不单单停留在化学反应方程式的表面，更加深了对化合物的性质和反应机理的理解。

三、教学效果

羟醛缩合反应的基于问题式学习课堂教学，已取得以下几点明显的效果。

（一）课前问题的设置

通过课前问题设置，让学生对羟醛缩合的反应物、产物结构特征以及反应机理有比较详细的了解，一改只知大概不知细节、边翻教材边听课的坏习惯。

（二）学习新反应的兴趣以及解释反应的思维显著提高

明显表现就是：从听不懂跟不上，转变为通过寻找新反应产物中新产生化学键的位置及结构特点，运用已学过的有机化学知识，从反应本质上逆向分析新反应的反应特征。分析反应问题能力明显改善，不再强记反应产物结构特征；能够利用反应机理推导反应进行，推导出可能的产物结构，培养举一反三的思维。

（三）增加课堂互动

通过师生换位教学方式增加了师生互动，活跃了课堂气氛，学生“抬头率”明显上升，教学效率明显提高，学生综合素质和能力也得到了较大的提高。

四、结语

药物合成课堂教学绝不是教材上現成反应结论和规律在形式上的汇聚，而应重在揭示隐含在各种反应过程中的精彩、独特的思维过程，并引导学生的思维深入到知识的发现或再发现的过程中去。基于问题式学习教学法，让学生带着问题去学习药物合成反应这门课，这样不仅可以引导学生在重点、关键地方多分析、多思考，而且还可以帮助学生把握教材的重点，顺利通过难点。问题的设置由浅入深、由现象到本质逐渐过渡，学生在问题的引导下主动发挥学习的能动性，有利于学生对药物合成课程兴趣及相关学习能力的培养，进而能真正理解和掌握知识，并把教材上的智慧转化为自己的智慧。

参考文献：

[1]李克强倡导万众创新：为中国经济升级版发力[EB/OL].http：//www.chinanews.com/gn/2014/09-12/6587454.shtm2015-12-04.

[2]Flynn Alison B.，Biggs Robyn. The development and implementation of a problem-based learning format in a fourth-year undergraduate synthetic organic and medicinal chemistry laboratory course [J].Journal of Chemical Education，2012，89（1）：52-57.

[3]吉卯祉.药物合成反应[M].北京：中国中医药出版社，2009.