基于深度学习的高等有机化学混合教学模式研究

赵海燕 陈韶蕊

摘 要：高等有机化学课程理论性强，内容体系庞大复杂，学生学习难度较大，传统讲授式教学模式也只能达到“浅层学习”。本文以达成深度学习的能力框架为目标，采用线上线下的混合教学模式，从选组和整合教学内容入手，针对教学内容对应不同层次教学目标，构建了基于深度学习的高等有机化学混合教学模式。

关键词：高等有机化学;混合教学;深度学习;教学模式

《高等有机化学》是应用化学专业硕士研究生的学位课程，是应用化学专业本科《有机化学》的延伸，课程注重有机化学的三个基本方面：反应、机理和结构。《高等有机化学》理论性强，内容多，而设置的课时又较短，传统课堂主要以教师的讲授为主，学生主要是被动接受知识，仅是机械记忆反应机理及反应性等知识，属于“浅层学习”，因此学生普遍感到该课程难度大，内容枯燥。这样的教学模式学生即使通过死记硬背能够掌握有机反应的机理，也很难达到独立分析各种反应过程和分析解决问题的能力，即无法达到“深度学习”;更无法达到培养科研能力的目标。这与国家需要的创新型人才培养目标存在较大差距。为此，笔者在进行《高等有机化学》课程教学中，运用混合教学模式从教学内容和教学设计等方面进行了实践和探索，对传统教学模式进行了改革，从认知领域、人际领域和个人领域三个维度上实现高等有机化学课程的深度学习。

一、深度学习与混合教学

（一）深度学习

深度学习（Deep Learning）这一概念是1976年由瑞典教育心理学家费伦斯·马顿和罗杰·萨尔乔提出来的 ，[1]与传统教学中过分强调机械性记忆的“浅层学习”不同，深度学习要求学习者通过对知识本质的理解和对学习内容的批判性运用，追求有效的学习迁移和真实问题的解决，并以高阶思维为主要认知活动的高投入性学习。目前，关注深度学习和促进深度学习相关方法的研究已成为国际教学改革的基本方向和研究热点 。[2]

（二）混合教学

混合教学是将数字化学习（Electronic Learning）和传统课堂教学的优势结合起来的一种“线上+线下”的教学模式 。[3]线上教学是将传统课堂讲授的内容以微视频的形式在课前发布给学生，给学生充分的时间自学，让学生预备和激活先期知识，带着一定的新知识储备和问题走进课堂。线下教学则是通过教师精心设计的各种教学活动，充分让学生参与到学习中，解决学习中的重点和难点，并对学生的学习情况提供信息丰富的积极的反馈，帮助学生形成正确的学习方法和策略。通过线上和线下的教学，可以使教学目标不仅停留在记忆、理解和应用的低级阶段，而是可以向高阶的分析、评价和创造发展，实现真正的深度学习。由此可见，混合教学是真正以学生为中心的教学模式，和深度学习的主旨是一致的。

二、实现深度学习的混合教学设计与应用

（一）教学内容的选取和整合

教学内容直接关系到教学如何设计和教学效果，因此无论采取什么教学模式，都要首先对教学内容进行选取和整合。由于高等有机化学课时比较短，没有适合课时的研究生高等有机化学教材，因此在选择教学内容上，主要参考高等教育出版社2017出版的魏荣宝主编的《高等有机化学》和化学工业出版社出版的美国迈克尔 B.史密斯编著的《高等有机化学——反应、机理和结构》，尽量抓住高等有机化学课程的精髓。笔者根据自己多年的教学经验和本专业学生有机化学知识储备和研究方向，在内容选择上坚持以有机化合物的结构如化学键、立体化学、有机反应的中间体为基础，以有机反应机理为中心，以化合物的结构和反应机理、反应性之间的关系为主线，并通过有机合成实例来串联主线。通过对教学内容精心的选取和整合，可以有效的改善教学效果，在有限学时内使学生尽可能更多的掌握知识。

（二）促进深度学习的教学模式设计

在教学内容整合的基础上，采用混合教学的模式根据威廉和弗洛拉·休利特基金会提出了“深度学习”素养的基本框架[2]来进行线上和线下的教学设计，以达到促进学生深度学习的目的（参见表格）。

1.课前自学

将教学目标的低阶的内容放在课前，以微视频的形式发放给学生自学，如要求学生记忆、理解的有机化合物的结构和基本反映机理等内容。在课前自学教学设计中要特别注意以下几点：首先微视频内容难度不能过大，以免学生产生畏难情绪，产生挫败感，从而降低学习兴趣。要充分发掘这部分内容和本科阶段基础有机化学课程的联系，激活旧知，从而使学生顺利的接受新知识。其次课前自学并不是就放任学生不管了，一定要注意自学过程中对学生的关注程度。在学生自学的同时，要给学生明确的目标和问题，让学生带着目标和问题去学。最后教师要随时关注学生的自学情况，在课前要总结归纳学生自学中出现的问题，对出现较多的问题，还要课堂上精讲。

2.课堂教学

课堂教学主要分为三部分，一是对课前自学的总结和回顾。根据课前自学的情况，可以是教师精讲自学中出现较多的问题，也是可以由学生展示总结自学内容。这样通过学生有目标的课前自学和传统教师课堂讲授，学生就掌握高等有机化学中的核心內容。

研究表明，基于问题的学习小组具有更强的学习动机，有助于学生进行深度学习。[4]因此，课堂教学的第二部分是在教师引导下以小组讨论的形式展开对反应性和有机合成实例的学习，这部分既是课程内容的重点和难点，也是课堂教学的核心。在这部分教学设计中，要注意以下几点：首先教师一定要多提问，尽可能多的布置教学任务，但教师的问题不能太大、太难，可将大的问题拆成若干个学生通过自己努力就能解决的小问题，循序渐进，最终达到解决大问题的目。[5]其次要根据高等有机化学课程的特点，引导学生找到有机化合物的结构和反应性之间的联系，并通过重构二者之间的质效关系达到对学习内容的深度理解，从而达到深度学习的目的。最后在小组讨论过程中，教师还要及时尽可能多的提供反馈信息，以帮助学生形成正确的学习方法和学习策略。

课堂教学的第三部分是学生将第所学到的关于有机化合物结构、反应机理和反应性等知识应用到具体有机合成反应中，能够解释合成反应的机理，在具体应用中训练学生的创新思维。

3.课后作业

课后作业可采取思维导图总结章节内容和课程论文两种形式。

詹森（Eric Jensen）和尼克森（Leann Nickelsen）的研究结果表明中采用思维导图的方式可以为学生搭建深度学习的意识基础，促进学生高阶思维的持续发展。[6]采用思维导图的形式对一章的内容总结收尾，不仅可以有效的构建知识体系，而且可以将隐藏的知识点之间的关联显露出来，因此借助思维导图可以迅速回忆和提取章节知识。这种学习方法不仅对高等有机化学的学习大有裨益也，而且对学生今后进行科研也十分有效。

课程论文可以作为教学内容的延伸，教师可以给定学生题目，例如“碳负离子构型与稳定性”、“电子效应的理论解释”、“基团优先顺序排列”等，也可以由学习自选题目，就就自己感兴趣的内容完成课程论文。这项作业由学生课下通过查阅文献完成。这不仅可以巩固课上内容，而且可以提高学生查閱文献和撰写综述的能力，为今后的科研打下良好的基础。

（三）其他保障深度学习的有效策略

1.课堂氛围的把控

潘于黎（Phan Huy P）的研究结果显示宽松且和谐的学习氛围有助于激发学生的批判性思维并促进学生深度学习能力的发展。[7]教师在课堂组织学生讨论过程中，要注意课堂氛围的把控，尽量营造一个积极良好的学习氛围，要及时对学生的讨论结果给予反馈，鼓励学生勇敢表达观点，以促进深度学习的进行。

2.深度学习兴趣的激发

斯基特·沃伯顿（K.Warburton）的对深度学习的研究结果表明如果学生对现有兴趣或背景具有较弱的关注，则会抑制深度学习。[8]高等有机化学的授课研究生来自多个不同的专业，而且有机化学知识储备也差别较大，这就需要采用不用的教学方法来激发不同专业、程度学生的兴趣。对于研究方向就是有机合成的学生来说，由于课程本身就与其研究方向联系紧密，他们对高等有机课程就十分重视，关注度较强。在教学过程中引入学科前沿领域发展动态或教师的最新科研成果，都可以有效的激发这类学生的学习兴趣。给学生而对于其他研究方向的学生来说，他们本身对课程兴趣不大，甚至会认为高等有机化学在今后的科研中“没有”。在教学中，可以引入日常生活中和有机化学相关的的一些例子来激发他们的学习兴趣，同时可以深入挖掘他们的研究方向和有机化学之间的联系，通过小论文的形式来总结呈现，转变高等有机化学“没用”的观点，从而使这类学生提高对课程的关注度。

三、结语

通过教学实践证明这种混合教学模式充分发挥线上和线下教学各自的优势，有效的激发了学生的学习兴趣，在较短的学时内掌握高等有机化的核心知识，通过以问题为导向的小组讨论学习提升了对有机反应机理和反应性理解的深度和广度，培养了学生高阶的思维能力和解决问题能力，真正实现了深度学习。

参考文献：

[1]陈明选，张康丽.促进研究生深度学习的翻转课堂设计与实施[J].现代远程教育研究，2016，143（5）：68-78.

[2]高东辉，于洪波.美国“深度学习”研究40年：回顾与镜鉴[J].外国教育研究，2019，46（1）：14-26.

[3]刘华，陈钟文，万屏南，林艳，崔汉峰.混合式学习法在研究生高等有机化学教学中的应用研究[J].教育教学论坛，2017，15（4）：178-179.

[4]Loyens S.M.M.，Gijbels D.，Coertjens L.，et al.Students' approaches to learning in problem-based learning：Taking into account professional behavior in the tutorial groups，self-study time，and differ-ent assessment aspects[J].Studies in Educational Evaluation，2013，39（1）：23-32.

[5]吴兴泉，陈士华，崔柳青，等.高级生物化学深度学习的教学模式研究[J].教育现代化，2019，6（19）：164-165.

[6]Jensen E.，Nickelsen L.A..Deeper Learning[EB / OL].[2018-03-20].http：//schd.ws / hosted_files/vascd2015annualconference/20/Mind Mapping for Deeper Learning.pdf.

[7]Phan H.P..Deep processing strategies and critical thinking：Developmental trajectories using latent growth analyses[J].The Journal of Educational Research，2011，104（4）283-294.

[8]Warburton.K..Deep learning and education for sustainability[J].International Journal of Sustainability in Higher，2003，4（1）：44-56.

基金项目：本文系河北省研究生示范课程建设项目（KCJSX2018071）的研究成果

作者简介：赵海燕（1977-），女，河北人，副教授;陈韶蕊（1971-），女，河北人，副教授。