PBL教学法在有机化学课程学习中的实践探究

张满杰, 曹 晴, 曾 敬

(沈阳师范大学 化学化工学院, 沈阳 110034)

0 引 言

有机化学是研究有机分子的结构及其合成的科学,对有机化学的研究是为了对微观世界得出一个更准确的认识[1-2]。有机化学作为一门化学及其相关专业的必修主干课程,具有理论性较强、知识点多且复杂难懂等特点,学生通常反映其学习难度较大。一直以来,有机化学课程的教学主要以理论和实践教学相结合为主,但传统的教学模式存在教学方法落后、考核方式不全面等弊端,不能满足新时代对专业人才的培养需求[3]。

在有机化学课程的教学过程中,会涉及到一些有毒、易燃的有机化合物,一旦操作不当就会引发各种事故。因此,长期以来,该课程的讲授大多采取教师讲授、学生听讲的传统授课方式,导致学生的参与度不够,动手能力不强,因此,如何改善有机化学课程教学的授课模式、使学生参与到课堂中来,一直是困扰着高校有机化学课程教学的难题。

问题驱动教学法(problem-based learning, PBL)是基于问题或项目的教学方法,它不像传统的教学方法那样先学习理论知识再解决问题,而是一种以学生为主体,通过设置相关情境、学生小组合作解决问题来提高学生独立学习能力的学习方法。这种方法最早由美国神经病学教授Barrows在加拿大麦克马斯特大学首次创建[4-5],目前已经过多年的实践和探索,在各个学科领域备受欢迎。该方法强调把复杂的、难以理解的问题置于有意义、易于理解的情境中,通过学习者解决情境中的问题来达到提高教学效果的目的。为了解决当前在有机化学课程教学中存在的问题,提高学生的学习效率,针对有机化学课程本身和学生的特点,本文将PBL教学法应用于有机化学课程的教学过程中,讨论如何学好和教好有机化学这门课程。

1 有机化学课程教学现状

有机化学课程是一门基础化学课程,该课程的特点是知识点繁多、理论性较强,其知识体系复杂且多以抽象概念为主,尤其是结构与反应机理这部分的相关知识更是晦涩难懂,不容易理解,学生学起来比较困难。

1.1 课程定位及评价方式

有机化学作为化学各个分支学科里发展最快、知识内容最为丰满的一门学科,近年来得到了飞速发展,新发现以及新合成的数以万计的有机化合物极大地丰富了我们的世界,成为促进人类社会文明进步不可缺少的一部分[6],因此,学习有机化学课程对于培养学生的科学素养有着非常重要的意义。有机化学课程主要介绍有机化合物的基础知识[7],在学习该课程之后,学生能够对有机化合物的结构、组成、性质及其变化规律等基本知识有一定的掌握,并提高实验技能,逐渐培养出严谨务实的科研态度和解决问题的能力。

目前对有机化学课程的评价主要分为学生学习效果评价和教师教学评价两部分。其中,学生学习效果评价分为学生课堂表现、课后作业、随堂测验、阶段测验和期末考试等,教师针对学生的这5个部分内容表现对学生的学习效果进行综合评价,并给出本门课程的最终成绩,其中期末考试卷面成绩占期末总成绩的80%,其余部分占20%。由于期末考试的卷面成绩所占的比重较大,更加侧重于学生对基础知识的掌握,从而忽略了学生综合能力的培养。教师教学评价分为学生线上评教、教师自评、有机化学教研组内互评、院级教研组间互评、学校及更高级别测评小组评价考核5个部分。由于有机化学课程知识点繁多,这些评价方式并不能全面体现出教师对课堂的把控能力和对知识的灵活运用能力。

1.2 课程知识体系特点

学生虽然在高中阶段就已经接触过有机化学课程的知识,但高中阶段的学习内容相对来说比较基础,很多知识点并不需要学生系统掌握,进入大学后,有机化学课程的知识内容有了很大的延伸和扩展。

首先,在知识点掌握方面,其他课程大多具有一些规律性,专有名词较少且通俗易懂,学生在学习掌握时难度较小[8]。而有机化学课程知识点繁多,内容复杂,涉及到的反应原理需要反复地理解和记忆才能熟练掌握。如果学生在学习时完全采用通过阅读并记忆的学习方法,可能会导致学生在面对一些问题时不能灵活运用所学知识。

其次,在知识点的整合运用方面,由于有机化学课程的反应原理较多,且涉及到的反应机理晦涩难懂,学生有时能够熟练掌握单个知识点,但在将知识点与其他已经学过的知识进行统筹运用时,往往会遇到一定的困难。

1.3 课程教学方式

在传统的有机化学课程教学过程中,教师多以教材、多媒体、板书等为媒介进行知识的讲授,并以布置作业和随堂讲解作业作为辅助,学生在课堂上也可以进行实时讨论。但近年来随着网络教学的普及,教师的教学方式发生很大改变,对学生的学习习惯、学习方法也产生了一定的影响[9]。在网络教学过程中,传统的“班级”观念被弱化,教师对学生的约束力减弱,会不可避免地导致一些学生的学习效率下降。目前,已经有一些线下课堂采用了微课[10-11]、雨课堂[12-13]、分组学习法[14]等新型教学方式对有机化学课程在内的大学课堂教学进行了改革,这些教学方法能够在一定程度上提高学生的主动性和自主学习能力,并达到一定的教学目的和效果,但探索能够激发学生学习热情、提高学习效率的教学模式仍然十分有必要。

在开展专业课程教学的过程中,在教授学生理论知识的同时,会开设一些能够培养学生实践操作技能、加深学生对知识理解的实验教学课程。但由于教学时间和实验室安排等问题,实验教学可能会早于或晚于理论教学,与其并不同步,尤其是对有机化学这一课程来说,不同步的教学会导致学生对实验原理理解不深刻,从而影响学生的实践认知[15-16],对学生的学习效果产生很大影响。

2 PBL教学法

2.1 PBL教学法概述

美国神经病学教授Barrows首次提出了PBL教学法,这种方法把学生作为课堂主体,以学科领域内的问题作为学习的起点,是一种让学生围绕问题寻找解决方式的学习方法。这种学习法已经在包括有机化学和有机化学实验在内的各个学科领域都有了广泛的应用[17-20],并可与其他教学方法相结合[21-26]。PBL教学法主要分为教师创设情境、课堂提问讨论、学生自主探究和教师总结归纳等部分,具体过程如图1所示。PBL教学法主要围绕所要学习的内容设置有意义的问题情境,学习者小组合作解决实际问题,达到掌握学习内容的目的,同时锻炼学习者解决问题和独立学习的能力[27-29]。PBL教学法的主要教学思路为:首先由教师在课前提出问题,然后学生查找资料,之后学生在课堂上进行分组讨论,最后由教师针对学生的完成情况进行总结评价。

图1 PBL教学法教学活动的流程Fig.1 Process of PBL teaching method

2.2 PBL教学法与传统教学法的区别

传统教学法强调对知识点的掌握,而PBL教学法则注重激发学生的学习兴趣,培养学生分析、解决问题和团队合作等方面的能力。在传统教学中,教师是知识的传授者、课堂中学生的指引者,而PBL教学法则把课堂交还给学生,重点从学生“学”的角度展开,教师成为了提问者和评价者。将PBL教学法应用到教学中后,学生不再被动地接收信息,而是以小组合作分工的形式对问题进行思考总结。学生的学习情况也将作为评价方式的一种,在原有评价方式的基础上增加了PBL教学法的相关评价内容,转变为过程评价、平时表现评价、考试评价相结合的方式。PBL教学法为学生营造了一个相对来说比较轻松愉快的学习氛围,能够使学生积极主动地表达自己的观点,让学生产生更大的学习兴趣。

2.3 PBL教学法在有机化学课程教学中的应用

而在“对映异构体”这一知识点的讲授过程中,由于这部分的内容比较枯燥,学生往往缺乏学习的积极性,所以在课堂教学讲授之前,教师就可以将需要预习的知识点布置给学生,让学生通过自主阅读、整理资料等方式将与课程有关的资料收集出来。针对此部分,教师可以布置诸如“旋光度、比旋光度、旋光性物质、手性物质的概念是什么?”“旋光度与比旋光度有什么差异?”等基础问题来帮助学生理解基础概念,还可以布置诸如“常见的手性物质有哪些?”“如何判断一个物质是对映异构体?”等拓展性问题来促使学生主动思考,进而加深对这部分内容的理解。在正式教学时,教师组织学生汇报自己所在小组对问题得出的结论,再通过讨论、引导、总结等环节加深学生对相关知识的理解。

通过对以上2个教学案例的观察可以发现,学生在以上知识点的学习过程中会更加主动,其团队精神、沟通能力和自学能力等也得到了进一步加强,达到了有机化学课程的教学目的。同时,当学生逐渐适应了这种教学模式之后,教师在教学过程中所占据的比例会变得越来越少,教师不再是学生获取知识的唯一途径,而是起到了引导、调节、提高的作用。而在教学评价环节也增加了PBL教学法的一些内容,这种多形式的教学评价更有利于教师及时掌握学生的学习状态和对知识点的掌握情况,有利于教师及时总结、调整教学方式。

2.4 PBL教学法应用于有机化学课程教学的注意事项

PBL教学法是一种以问题设计为基础的教学方法,设计的问题是否与所讲授的内容贴切、是否符合学生的思维发展直接关系到教学的成败。因此,将PBL教学法应用于有机化学课程教学设计时应遵循以下几个原则:

首先,设计问题时要目的明确,即问题的设计要紧紧围绕教学目标,这就要求教师尽可能准确地了解教材和学生的具体情况。其次,问题的设计应遵循由浅入深的原则,过于简单的问题不能锻炼学生的思维,而太难的问题则会打击学生的自信心,使学生望而生畏。应该在学生现有水平的基础上适当提高难度,不仅能调动学生的积极性,还能激发学生的学习潜力。最后,问题的设计面向全体学生,充分调动所有学生的积极性,让所有学生都能参与到这个过程中来,都有发挥和表现的机会,做到每个人都有收获。

3 结 语

在当今新冠肺炎疫情形势严峻的情况下,传统的以教师讲授为主的教学模式已不能满足有机化学课程的教学需求,为更好地提高学生学习有机化学课程的效率,本文从提升学生在课堂上的主体性出发,探索了将PBL教学法应用于有机化学课程教学的教学模式。该教学模式可以以学生为中心,在一定程度上激发学生的学习兴趣,增强学生学习有机化学的积极性,提升学生的自主学习能力和探索能力,促进学生养成良好的学习习惯,进而提升教学效果。将PBL教学法与传统有机化学课程教学模式相融合更适合当前疫情情况下的线上教学,此外,PBL教学法还可以与诸如CBL教学法等其他方法相结合。

经过一段时间的实践探索,发现PBL教学法在实际应用过程中也存在着一些问题,比如小组合作过程可能会因为个别同学的原因被延长,而且,PBL教学法是开放式的,该方法对教师和学生的要求都很高,教师不仅要具备很高的自身素养和良好的知识储备,还应具备灵活的知识运用能力和严密的逻辑思维能力。学生则应具备较强的学习能力、归纳能力、独立解决问题的能力等,在学习过程中还应主动配合教师,否则很难达到预期的教学效果和目标。本文在一定程度上对PBL教学法应用于有机化学课程的教学模式进行了探索,希望能为有机化学课程的教学改革提供一定的借鉴。

致谢感谢沈阳师范大学化学化工学院教育教学改革培育项目(CCCE-2020-JG-09)的支持。