MOOC与PBL课堂教学融通途径——基于有机化学实验教学

＊杨绪红 高涛 曾志刚

（湖北科技学院核技术与化学生物学院 湖北 437100）

1.前言

提高本科教学质量始终是高校的中心工作，也是高校的立足之本。新时代全国高等学校本科教育工作会议指出，教学方法要首先在本科创新，教学质量要首先在本科显现。因此，改革和创新教学方法是加强新时代本科教学的需要，也是培养新时代高质量发展所需人才的迫切要求。有机化学实验是化学化工类专业、生物类专业、医学类专业等开设的一门必修课，分为基本操作、有机合成、提取分离、综合实验四大模块，在上述相关专业的学生知识体系构建中，具有不可或缺的地位。有机化学实验的教学目的，不仅是验证、巩固和加深课堂所学的基础理论知识，更重要的是培养学生实验操作能力、综合分析问题和解决问题的能力，培养学生自主设计实验的基本能力以及严谨的科学态度和初步的科学研究能力。按照传统模式教学,教师普遍反映教学形式单调，教学效果不明显，而学生学起来也比较枯燥，容易产生厌学情绪。因此，探寻一种教学形式活泼、学生接受度高的教学模式，对提高本课程教与学的成效，具有非常重要的意义。

以问题为导向的教学方法（Problem-based Learning，PBL），是基于现实世界的以学生为中心的教育方式，目前已成为国际上较流行的一种教学方法[1]。PBL教学法于2000年左右引入我国，不仅在医学教育领域得到长足发展和应用，而且在化学等其他专业教育领域也得到有益尝试[2-3]。虽然PBL教学法近年在国内各高等院校得到积极实践，但仍处于探索阶段。另外，PBL教学法也存在一些短板，如课堂教学时间有限，而PBL教学法往往需要更多的时间与学生交流讨论。大规模在线课程慕课（Massive Online Open Course，MOOC），是以网络为载体的一种信息化教学方法，近年来风靡全球[4]。作为信息时代的教学方法，MOOC以网络作为师生间的交流媒介，打破了课堂时间约束，让老师与学生能更好地开展交流与讨论，同时还可以获取海量的信息资源。2020年，中国教育开始了大规模在线教育实战演练，为广大师生顺利开展“停课不停学”工作做出了贡献[5]。虽然MOOC教学具有知识的多样性与丰富性，但往往容易导致知识学习的盲目性与无目的性。因此，统筹PBL与MOOC教学，将二者有机结合，取长补短，将实现二者教学的最大功效。

目前，国内已有高校开展了这方面的工作，并取得了一定的成绩[6-9]，但在研究的广度与深度方面，特别是在PBL与MOOC教学模式无缝对接层面上仍有进一步挖掘的空间。本研究拟针对MOOC与PBL教学的特点，结合有机化学实验课程特性及教学现状，通过解决PBL教学法的时间与MOOC靶向性之间的不足，深入探索MOOC与PBL课堂教学的融通途径，为进一步提高本科教学质量提供参考。

2.MOOC与PBL课堂教学融通途径

MOOC与PBL相结合的教学模式，打破了传统的课堂界限。基于有机化学实验MOOC资源以及教学平台实际，根据PBL教学设计原理，从课前预习、课堂实践及课后评价等几个方面开展MOOC与PBL课堂教学融通模式研究（图1）。

图1 有机化学实验MOOC与PBL课堂教学融通模式研究流程

(1)PBL指引、MOOC主导的课前预习

我校化学类专业有机实验课以云南大学李霁良老师主编的《微型半微型有机化学实验（第二版）》为主讲教材，制定了相应的教学大纲。大纲指出，不追求合成实验的最高产率，而是着眼于减少试剂用量，缩短反应时间以及采取某些措施取得满意的产率和产量；不追求做过多的实验，而是强调熟练掌握、深刻认识做过的每个实验。通过本课程学习，使学生了解有机化学实验规则和实验室安全知识；了解常用仪器规格、性能、使用、清洗和干燥；了解有机化合物的特点和研究方法；熟悉有机实验的预习、记录和实验报告的书写格式，能写出合格的实验报告；了解和初步会查阅有机化学实验参考资料及文献。通过实验使学生熟练掌握熔点测定、蒸馏和沸点测定、分馏、水蒸气蒸馏、减压蒸馏、萃取、重结晶提纯法、薄层色谱法等基本操作。因此，授课教师只有不断革新教学理念，努力提高个人教学能力与教学水平，在发挥传统教学优势的基础上积极摸索PBL指引、MOOC主导的教学经验，才能充分调动学生在MOOC环境下对有机化学实验课程的学习积极性，进而提高教与学的效率。

基于上述原则，结合MOOC资源，授课教师根据本节课程需要掌握的基础知识点、重点内容，设计与提出合理的问题，并在课前通过QQ课程群或雨课堂发布，引导学生在预习过程中认真观看教学视频，积极思考，对后续线下课堂实验操作心中有数，做到有的放矢，克服边看书边做实验的依赖心理，增强知识学习的目的性。同时，通过学生线上学习效果的反馈，授课教师可以有针对性地制定线下课堂教学策略。如“简单分馏”实验单元，虽然其操作与“蒸馏”大致相同，但由于课堂时间有限，要高质量完成实操，还需引导学生在MOOC学习中注意以下几点。一是要控制蒸馏速度。分馏一定要缓慢进行，控制好恒定的蒸馏速度（1～2滴/秒），这样可以得到比较好的分馏效果。二是要选择合适的回流比，以使有相当量的液体沿柱流回至烧瓶中。通过设置相关问题，引导学生在操作中要注意让上升的气流和下降液体充分进行热交换，使易挥发组分量上升，难挥发组分尽量下降，达到更好的分馏效果。三是必须尽量减少分馏柱的热量损失和波动。可以引导学生积极思考，如何充分利用有限的实验条件方便快捷地实现减少柱内热量的散发，减少风和室温的影响，使加热均匀，促进分馏操作平稳地进行。如此，学生在“简单分馏”MOOC学习中，能清晰抓住关键要领，不会因“简单”而“忽视”，造成学习的盲目性与无目的性。

(2)MOOC协助、PBL主导的课堂实践

课堂是一方沃土，教师在这片土地上耕耘，需要充分准备内容，精心设计思路。PBL教学法以学生为中心、以问题为导向，强调学生的主动性学习，注重培养学生的创新能力。因此，在教学过程中授课教师必须摒弃过往的填鸭式教学，而更加注重学生的学习过程。在前期MOOC学习中，学生对有机化学实验操作单元已获得一定的感性认识，授课教师有必要实时掌握和监督学生的学习情况，了解学生的学习难点，以便对课程设计进行针对性调整。例如，在“乙酸异戊酯的合成”实验单元中，实验要求学生熟悉酯化反应原理，掌握乙酸异戊酯的制备方法；掌握带分水器的回流装置的安装与操作；熟悉液体有机物的干燥，掌握分液漏斗的使用方法；学会利用萃取洗涤和蒸馏的方法纯化液体有机物的操作技术。对于制备乙酸异戊酯的反应原理，学生都比较熟悉，能够理解，但是对具体操作环节往往容易“失误”。因此，为进一步厘清实验过程中的一些关键步骤，我们通过学生对前置MOOC内容预习完成情况的数据分析和课程讨论情况，合理分组并设计具体情景问题导入新课。如针对反应原理，乙酸异戊酯中异戊基体积大，位阻大，难以生成容易水解，所以在反应过程中应尽可能去掉水分，而使用的仪器必须是干燥的；加浓硫酸时，要分批加入，并在冷却下充分振摇，目的何在；为防止碳化并确保完全反应，回流酯化时有哪些注意事项，以及分水器内为什么事先要充有一定量水，等等。特别是后处理过程，生成的乙酸异戊酯中常混有过量的冰醋酸、未完全转化的异戊醇、起催化作用的硫酸及副产物醚类，需要经过洗涤、干燥和蒸馏予以除去，很多同学在洗涤环节由于不甚清楚洗涤的目的以及洗涤后目标化合物所在的位置而“栽了跟头”。因此，我们在教学过程中引导学生勾勒流程图（图2），对后处理中涉及到的水洗、碱洗、饱和食盐水洗三次洗涤进行了充分的讨论。通过对前置MOOC内容的感性认识以及具体操作过程中的理性分析，学生对乙酸异戊酯的制备实验了然于心，一些细心的同学还根据“出水量”判断了酯化反应的深度，实验“失误”大为减少。

图2 乙酸异戊酯制备流程

(3)MOOC与PBL共同主导的课后评价

教学评价贯穿整个教与学的过程，对调控教学活动具有重要作用[10]。根据实施时间与功能的不同，教学评价可分为诊断性评价、形成性评价和总结性评价。课后评价兼具形成性评价和总结性评价的特征。一方面，课后评价能为教师提供阶段性的反馈意见；另一方面，课程评价可对学生阶段性学业做出基本判断，为制定新的教学目标提供依据。

基于MOOC与PBL相结合的教学模式，我们在课后评价中突出了对实验过程的评价，即更加注重学生学习过程的考核，引导学生主动利用MOOC等网络学习资源进行自主学习。每次考核过程中，重点将各小组成员MOOC学习总结以及PBL案例讨论情况作为加分点，力求改变以往单一的书面预习报告和实验报告评价模式。首先，抓好回顾小结。对已完成的实验回顾讨论相关节点，重点就其中的“得与失”录制视频，并在线上发布，用身边鲜活的实例鼓舞、鞭策后续的学习。其次，抓好实操报告。以实验操作单元为切入点，引导学生做好相关MOOC学习总结与PBL案例讨论记录，串联好课前预习、课堂实践、课后小结这条主线，点线面结合完成线下实操报告，杜绝照抄课本实验内容的现象。第三，抓好反馈评价。MOOC学习强调学生的自主性，在有机实验MOOC学习过程中，参与程度越高的同学往往对学习成效的评价也越积极，能更多地发现MOOC与PBL融通的乐趣。然而，与传统学习方式类似，在MOOC学习过程中由于时间碎片化等因素的影响，也存在学生不愿意自主学习的现象。因此，基于MOOC重塑的学习环境以及教师与学生的角色，必须从实验基础理论与实操内化巩固角度出发，统筹做好教学效果反馈评价。总之，通过线上线下“虚实”结合的考核方式，学生对有机化学实验学习的积极性与主动性得到提升，特别是全方位知识训练的意识大为增强。

3.结语

MOOC的兴起与蓬勃发展，对当今教学方式方法产生了革命性的影响，对教师的课堂组织、知识把控等方面提出了更高的要求，同时在一定程度上也磨砺了学生的自主学习习惯和个人综合素养。MOOC教学法课堂时间灵活，能够弥补PBL教学法交流讨论不足的短板，在提供平台供师生交流讨论的同时，也提供了大量的信息资源，让学生能更好的获取知识。而PBL教学法以问题为导向，弥补了MOOC教学方法的盲目性，让学生在丰富的网络资源面前有的放矢开展学习。在MOOC与PBL教学法的融通途径下，学生自主在线学习与教师课堂讲授得到有机融合，教育形式与教学层次实现了多样化，师生之间“互动”增加，“被动”减少，学生从单纯听从老师讲授，过渡到独立思考，有所创新，获得感进一步增强，从而产生更大的学习兴趣和热情。