“基于问题的学习”的有机化学习题课的教学模式探索*

盖聪昊，赵庆杰，金永生

(海军军医大学药学系有机化学教研室，上海 200433)

“基于问题的学习”(Problem-based Learning，PBL)是一种以学员为中心的教学方法，学员通过解决材料中发现的开放式问题来学习某一学科的知识。PBL作为一种高等教育方法最先出现在加拿大的麦克马斯特大学健康科学学院[1]。近年来，该方法在高校教学中越来越受到重视。实践表明，学科的精细化发展推动了“基于问题的学习”在当今教育改革中的应用，有助于解释PBL方法如何提高学员团队合作、团队组织和沟通能力等软技能，尤其在医学课程的教学中，如在护理本科生开展的启发式教学结合“基于问题的学习”教学法可以有效加强学员对理论专科知识与手术室操作技能的掌握，提高学员各方面综合能力，以及提升学员对教学质量和临床带教老师教学水平的认可[2]。在医学检验类课程教学中，以问题为中心取代以课程为中心的教学理念，不仅使教员做到因材施教和个性化教学，实践结果也显示了该教学模式能够在短时间内提升学员学习兴趣的同时，将复杂的螺旋式网络样结构的医学知识以“病”连接起来，使学员在有限的时间内学到问题背后的科学知识、解决问题的技能和自主学习的能力[3]。而有机化学作为临床医学专业学员的基础必修课程，学员对知识的掌握程度会直接影响后期对生物化学、药理学等相关专业课程的学习。如何提高有机化学的教学效果？如何通过有机化学培养学员良好的学习习惯？是有机化学教员一直在努力的方向。

有机化学习题课的目的是帮助学员回顾理论课中学习的重点和难点，梳理知识结构，是帮助学员提高学习效果的重要手段之一。然而，由于课时限制，往往无法开展习题课。或者传统习题课的“刷题”模式，不仅侵占学员大量课余时间，也易导致学员学习疲劳，产生厌学心理。相较之下，PBL为学员提供了一个真实世界的学习环境，创造了强烈的“需求牵引”。另一方面，学习动机是一个关键因素。根据设计，这种学习方法是开放式的，学员的学习体验被充分个性化。这意味着学员需要考虑和评估多种解决方案，也许还要为自己的选择和结论进行辩护。所有这些活动都激发了一种更高层次的逻辑认知能力和问题处理能力。

1 “基于问题的学习”方法对有机化学习题课的适应性

从本质上看，虽然PBL倾向于培养学员的独立性思维，但是该方法侧重的团队协作能力、问题处理能力，以及创造性思维技能更符合军事院校的培养标准，是学员应当具备的素养。实践证明，“基于问题的学习”适用于有机化学的各章节理论教学设计以及实验课的设计，且效果甚佳，而在习题课的设计上却鲜有问津[4-7]。笔者通过有机化学习题课的教学改革，阐明“基于问题的学习”方法对学员的有机化学学习同样具有适应性。课程设计流程图如图1所示。

图1 课程设计流程图

1.1 问题设计

有机化学作为一门科学，部分理论知识和化学反应机制等概念较为抽象。因此，将知识联系应用对帮助学员建立以“了解需求”为导向的学习动机很有必要。习题课在授课过程中作为查漏补缺的关键环节，不仅有利于学员将理论与应用联系起来，形成“了解需求”的条件，也可以通过习题课中设计的一系列题目将“基于问题的学习法”融会贯通，培养学员协作解决问题的能力，从而更高效地开展教学[8]。

我们针对“绪论”、“烷烃和环烷烃”、“烯烃和炔烃”三个章节设计了一系列的问题，考察内容包括化合物的命名、杂化轨道理论、纽曼投影式、化合物的键线式构造、环己烷的优势构象、烷烃自由基稳定性、官能团的种类、烃类化学性质及应用等。在设计问题的过程中，笔者有意识地将考察的要点“深埋”在一个问题中，学员需要通过思考和推敲来精确获取题目精髓，因此问题难度中等偏上。通过这种题目设计方式，可以多方位考察学员对知识的掌握情况。

举个例子，我们提出问题“下面这个化合物中，氯倾向于a键取代还是e键取代？”

表面上，该问题要求学员回答氯原子是朝向水平方向还是竖直方向。实际上，该问题考察了环己烷的立体结构及优势空间构象，以及在优势空间构象下取代基的位置。因此，在解题时，学员需要先弄清楚环己烷的“船式”和“椅式”构象的区别，以及“椅式”构象更稳定的原因。基于这个问题，进一步推断题目中环己烷在“椅式”构象下的取代基朝向。看似在解决一个简单的题目，但实际上是一个不断产生需求，不断发现问题和解决问题的过程。在这个过程中，学员会对相应的知识进行一个梳理和查漏补缺，并形成自己的解题思路。

再比如下面题目，我们让学员将正丁烷的各种纽曼投影式在“能量-甲基间二面角度数”的坐标系中画出来。

表面上考察的是学员是否会画纽曼投影式，实际上学员在回答题目时，会产生疑问：“为什么重叠式构象下能量最高，而交叉式的能量低？”在此问题的牵引下，学生更容易领悟纽曼投影式的概念，并且能够应用纽曼投影式，自主学习能量对化合物在空间构象及其稳定性方面的影响。通过此题目的训练加深了学员对正丁烷优势构象的理解。

此外，我们借助线上答题软件，要求学员在规定时间内对问题进行在线回答。将答题时间设定为“紧凑”，来避免答题过程中学员的交流讨论影响其真实的知识水平。这相较于传统的纸质版习题，不仅提高了学员的参与兴趣，更可以快速获取学员的答题情况，形成分析报告，有助于教员在题目解析时有的放矢。紧凑的答题时间，也增加了学员对自己答案的不确定性，诱发学员的求知欲，产生“需求牵引”，形成PBL的条件。

1.2 问题的解决和讨论

在答题结束后，学员自由分组，针对试题中难度较大、理解度不佳的题目开展讨论，要求学员对教员设计的问题进行分析，查阅相关文献，预先商讨解决方案，也就是“基于问题的学习”过程。小组成员通过分析题目的考察内容来“了解需求”，充分联系到理论知识的学习范围。其次，小组成员对知识的侧重点和题目的设计难点进行剖析，可以更好更深入地对理论知识的掌握程度“搭脉”，做到“知其然知其所以然”。最后，教员在习题课的讲解过程中，以幻灯片或者板书的形式对题目进行详细解析，包括该题目的考察内容，知识的侧重点，题目的设计难点以及错误的更正。小组成员对照自己的错误进行更正，可以重建思维方式，提高解决问题的能力，并在未来学习过程中更好地规避此类问题“陷阱”。

以各原子的杂化轨道设置的问题为例，学员在学习杂化轨道理论时，由于教材中并没有对离子化原子的杂化态进行详细解释，因此对于学员来说区分离子化原子的杂化态属于知识盲区。因此在课程设计中，教员可以先将问题抛给学生，鼓励学生大胆猜想1中的硼原子和2中的氮原子的杂化态，并请同学对自己的猜想进行解释。这一过程不仅可以发挥学员的主观能动性，也能够让学员带着问题去学习知识点，提高学习效率。此时，教员通过对3中的碳原子、4中的氧原子、5中的碳原子以及6中的氮原子进行讲解，帮助学员深入并直观地理解sp、sp2、sp3杂化的本质是1个s轨道分别和1个、2个、3个p轨道杂化形成了2个、3个、4个σ键。学员在理解掌握之后，可以对自己先前的猜想进行反思。因此，教员在授课前安排的“小问题”，不仅使学员拓展学习了对阳离子或阴离子的杂化态分析，也帮助学员形成了自己的思考模式。

通过“基于问题的学习”，学员对知识点的梳理能力有所提高，对题目的考察点可以精准拿捏。恰恰是这些题目中的“小心思”、“小陷阱”，充分调动了学员的学习兴趣，更大程度地激发学员自主学习的动力。随堂问答环节学员准备充分，游刃有余，回答问题时积极，整个课堂氛围融洽且活跃，达到了“基于问题的学习”的学习效果和目标。

1.3 评 价

教员首先针对习题内容进行系统性点评，告知学员难易度，出题范围和考察的重难点，便于学员后期的交流讨论。在授课过程中，对某些题目的关键点设置随堂问答。一方面，学员在回答过程中能够共享学习成果，另一方面，随堂问答的过程也是对知识的加深记忆和问题考察点的回顾。随后，根据学员的猜想和答案进行点评。部分学员对知识的理解度仍不够深入，此时着重帮助学员重新梳理知识脉络。小部分学员由于对问题的切入点不准确，导致解题思路错误。此情况下，利用启发式教学带领学员纠正错误的解题思路。

在课程结束后，对学员表现进行充分肯定，增强了学员“基于问题的学习”的积极性和自信心，并强调团队协作的重要性。另外，将整个习题的考察内容以及知识框架展示给学员，进一步加深学员对知识重难点的理解。

2 反 思

我们设置的习题课，考勤率超过98%，侧面体现了“基于问题的学习”在有机化学习题课中的成效。笔者通过课后与学员的交流，了解到学员对本次课程设计的接受度高，反响热烈，适应于现今学员的学习习惯。大部分学员认为，相较于传统授课模式，此次课程设计更像他心目中的“大学课堂”，能够积极表达观点，自由探索知识的广度和深度，并且小组学习给他们提供了展示自己才能的机会。这些评价都反映了学员对“基于问题的学习”方法的接受度，同时也达到了该方法的教学目标。当然，少数学员认为此次课程设计仍有可以完善的地方。比如，有的学员在习题测试中不积极、参与度不高。针对此类问题，笔者将进一步改进课程设计，根据对学员的情况了解，在授课过程中有针对性地进行提问，或在分组时设定分工来提高学员的参与度。

3 结 语

总体来看，“基于问题的学习”在有机化学习题课的教学改革成功，可开展度高。学员不需要通过大量的习题来回顾课程知识点，而是基于某一个问题，引发一系列的“思维风暴”，充分构建起某一节甚至某一章的知识框架体系。这不仅仅对解决当前题目有帮助，在未来的习题练习和考试中，同样能够形成有效的解题思路。因此，该方法有助于学员对章节重难点的深刻理解，更重要的是，“基于问题的学习”符合新时代海军院校“立德树人、为战育人”的人才培养标准，启发了学员团队协作意识和创新观念。此教学方法不仅增强了学员“发现问题，解决问题”的能力，同时也有效提高了学员“学以致用”的意识。