“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”的有機(jī)化學(xué)習(xí)題課的教學(xué)模式探索*

蓋聰昊，趙慶杰，金永生

(海軍軍醫(yī)大學(xué)藥學(xué)系有機(jī)化學(xué)教研室，上海 200433)

“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”(Problem-based Learning，PBL)是一種以學(xué)員為中心的教學(xué)方法，學(xué)員通過(guò)解決材料中發(fā)現(xiàn)的開(kāi)放式問(wèn)題來(lái)學(xué)習(xí)某一學(xué)科的知識(shí)。PBL作為一種高等教育方法最先出現(xiàn)在加拿大的麥克馬斯特大學(xué)健康科學(xué)學(xué)院[1]。近年來(lái)，該方法在高校教學(xué)中越來(lái)越受到重視。實(shí)踐表明，學(xué)科的精細(xì)化發(fā)展推動(dòng)了“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”在當(dāng)今教育改革中的應(yīng)用，有助于解釋PBL方法如何提高學(xué)員團(tuán)隊(duì)合作、團(tuán)隊(duì)組織和溝通能力等軟技能，尤其在醫(yī)學(xué)課程的教學(xué)中，如在護(hù)理本科生開(kāi)展的啟發(fā)式教學(xué)結(jié)合“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”教學(xué)法可以有效加強(qiáng)學(xué)員對(duì)理論專(zhuān)科知識(shí)與手術(shù)室操作技能的掌握，提高學(xué)員各方面綜合能力，以及提升學(xué)員對(duì)教學(xué)質(zhì)量和臨床帶教老師教學(xué)水平的認(rèn)可[2]。在醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)類(lèi)課程教學(xué)中，以問(wèn)題為中心取代以課程為中心的教學(xué)理念，不僅使教員做到因材施教和個(gè)性化教學(xué)，實(shí)踐結(jié)果也顯示了該教學(xué)模式能夠在短時(shí)間內(nèi)提升學(xué)員學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，將復(fù)雜的螺旋式網(wǎng)絡(luò)樣結(jié)構(gòu)的醫(yī)學(xué)知識(shí)以“病”連接起來(lái)，使學(xué)員在有限的時(shí)間內(nèi)學(xué)到問(wèn)題背后的科學(xué)知識(shí)、解決問(wèn)題的技能和自主學(xué)習(xí)的能力[3]。而有機(jī)化學(xué)作為臨床醫(yī)學(xué)專(zhuān)業(yè)學(xué)員的基礎(chǔ)必修課程，學(xué)員對(duì)知識(shí)的掌握程度會(huì)直接影響后期對(duì)生物化學(xué)、藥理學(xué)等相關(guān)專(zhuān)業(yè)課程的學(xué)習(xí)。如何提高有機(jī)化學(xué)的教學(xué)效果？如何通過(guò)有機(jī)化學(xué)培養(yǎng)學(xué)員良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣？是有機(jī)化學(xué)教員一直在努力的方向。

有機(jī)化學(xué)習(xí)題課的目的是幫助學(xué)員回顧理論課中學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，梳理知識(shí)結(jié)構(gòu)，是幫助學(xué)員提高學(xué)習(xí)效果的重要手段之一。然而，由于課時(shí)限制，往往無(wú)法開(kāi)展習(xí)題課。或者傳統(tǒng)習(xí)題課的“刷題”模式，不僅侵占學(xué)員大量課余時(shí)間，也易導(dǎo)致學(xué)員學(xué)習(xí)疲勞，產(chǎn)生厭學(xué)心理。相較之下，PBL為學(xué)員提供了一個(gè)真實(shí)世界的學(xué)習(xí)環(huán)境，創(chuàng)造了強(qiáng)烈的“需求牽引”。另一方面，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)是一個(gè)關(guān)鍵因素。根據(jù)設(shè)計(jì)，這種學(xué)習(xí)方法是開(kāi)放式的，學(xué)員的學(xué)習(xí)體驗(yàn)被充分個(gè)性化。這意味著學(xué)員需要考慮和評(píng)估多種解決方案，也許還要為自己的選擇和結(jié)論進(jìn)行辯護(hù)。所有這些活動(dòng)都激發(fā)了一種更高層次的邏輯認(rèn)知能力和問(wèn)題處理能力。

1 “基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”方法對(duì)有機(jī)化學(xué)習(xí)題課的適應(yīng)性

從本質(zhì)上看，雖然PBL傾向于培養(yǎng)學(xué)員的獨(dú)立性思維，但是該方法側(cè)重的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力、問(wèn)題處理能力，以及創(chuàng)造性思維技能更符合軍事院校的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，是學(xué)員應(yīng)當(dāng)具備的素養(yǎng)。實(shí)踐證明，“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”適用于有機(jī)化學(xué)的各章節(jié)理論教學(xué)設(shè)計(jì)以及實(shí)驗(yàn)課的設(shè)計(jì)，且效果甚佳，而在習(xí)題課的設(shè)計(jì)上卻鮮有問(wèn)津[4-7]。筆者通過(guò)有機(jī)化學(xué)習(xí)題課的教學(xué)改革，闡明“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”方法對(duì)學(xué)員的有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)同樣具有適應(yīng)性。課程設(shè)計(jì)流程圖如圖1所示。

圖1 課程設(shè)計(jì)流程圖

1.1 問(wèn)題設(shè)計(jì)

有機(jī)化學(xué)作為一門(mén)科學(xué)，部分理論知識(shí)和化學(xué)反應(yīng)機(jī)制等概念較為抽象。因此，將知識(shí)聯(lián)系應(yīng)用對(duì)幫助學(xué)員建立以“了解需求”為導(dǎo)向的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)很有必要。習(xí)題課在授課過(guò)程中作為查漏補(bǔ)缺的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，不僅有利于學(xué)員將理論與應(yīng)用聯(lián)系起來(lái)，形成“了解需求”的條件，也可以通過(guò)習(xí)題課中設(shè)計(jì)的一系列題目將“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)法”融會(huì)貫通，培養(yǎng)學(xué)員協(xié)作解決問(wèn)題的能力，從而更高效地開(kāi)展教學(xué)[8]。

我們針對(duì)“緒論”、“烷烴和環(huán)烷烴”、“烯烴和炔烴”三個(gè)章節(jié)設(shè)計(jì)了一系列的問(wèn)題，考察內(nèi)容包括化合物的命名、雜化軌道理論、紐曼投影式、化合物的鍵線式構(gòu)造、環(huán)己烷的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象、烷烴自由基穩(wěn)定性、官能團(tuán)的種類(lèi)、烴類(lèi)化學(xué)性質(zhì)及應(yīng)用等。在設(shè)計(jì)問(wèn)題的過(guò)程中，筆者有意識(shí)地將考察的要點(diǎn)“深埋”在一個(gè)問(wèn)題中，學(xué)員需要通過(guò)思考和推敲來(lái)精確獲取題目精髓，因此問(wèn)題難度中等偏上。通過(guò)這種題目設(shè)計(jì)方式，可以多方位考察學(xué)員對(duì)知識(shí)的掌握情況。

舉個(gè)例子，我們提出問(wèn)題“下面這個(gè)化合物中，氯傾向于a鍵取代還是e鍵取代？”

表面上，該問(wèn)題要求學(xué)員回答氯原子是朝向水平方向還是豎直方向。實(shí)際上，該問(wèn)題考察了環(huán)己烷的立體結(jié)構(gòu)及優(yōu)勢(shì)空間構(gòu)象，以及在優(yōu)勢(shì)空間構(gòu)象下取代基的位置。因此，在解題時(shí)，學(xué)員需要先弄清楚環(huán)己烷的“船式”和“椅式”構(gòu)象的區(qū)別，以及“椅式”構(gòu)象更穩(wěn)定的原因。基于這個(gè)問(wèn)題，進(jìn)一步推斷題目中環(huán)己烷在“椅式”構(gòu)象下的取代基朝向。看似在解決一個(gè)簡(jiǎn)單的題目，但實(shí)際上是一個(gè)不斷產(chǎn)生需求，不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題的過(guò)程。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)員會(huì)對(duì)相應(yīng)的知識(shí)進(jìn)行一個(gè)梳理和查漏補(bǔ)缺，并形成自己的解題思路。

再比如下面題目，我們讓學(xué)員將正丁烷的各種紐曼投影式在“能量-甲基間二面角度數(shù)”的坐標(biāo)系中畫(huà)出來(lái)。

表面上考察的是學(xué)員是否會(huì)畫(huà)紐曼投影式，實(shí)際上學(xué)員在回答題目時(shí)，會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)：“為什么重疊式構(gòu)象下能量最高，而交叉式的能量低？”在此問(wèn)題的牽引下，學(xué)生更容易領(lǐng)悟紐曼投影式的概念，并且能夠應(yīng)用紐曼投影式，自主學(xué)習(xí)能量對(duì)化合物在空間構(gòu)象及其穩(wěn)定性方面的影響。通過(guò)此題目的訓(xùn)練加深了學(xué)員對(duì)正丁烷優(yōu)勢(shì)構(gòu)象的理解。

此外，我們借助線上答題軟件，要求學(xué)員在規(guī)定時(shí)間內(nèi)對(duì)問(wèn)題進(jìn)行在線回答。將答題時(shí)間設(shè)定為“緊湊”，來(lái)避免答題過(guò)程中學(xué)員的交流討論影響其真實(shí)的知識(shí)水平。這相較于傳統(tǒng)的紙質(zhì)版習(xí)題，不僅提高了學(xué)員的參與興趣，更可以快速獲取學(xué)員的答題情況，形成分析報(bào)告，有助于教員在題目解析時(shí)有的放矢。緊湊的答題時(shí)間，也增加了學(xué)員對(duì)自己答案的不確定性，誘發(fā)學(xué)員的求知欲，產(chǎn)生“需求牽引”，形成PBL的條件。

1.2 問(wèn)題的解決和討論

在答題結(jié)束后，學(xué)員自由分組，針對(duì)試題中難度較大、理解度不佳的題目開(kāi)展討論，要求學(xué)員對(duì)教員設(shè)計(jì)的問(wèn)題進(jìn)行分析，查閱相關(guān)文獻(xiàn)，預(yù)先商討解決方案，也就是“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”過(guò)程。小組成員通過(guò)分析題目的考察內(nèi)容來(lái)“了解需求”，充分聯(lián)系到理論知識(shí)的學(xué)習(xí)范圍。其次，小組成員對(duì)知識(shí)的側(cè)重點(diǎn)和題目的設(shè)計(jì)難點(diǎn)進(jìn)行剖析，可以更好更深入地對(duì)理論知識(shí)的掌握程度“搭脈”，做到“知其然知其所以然”。最后，教員在習(xí)題課的講解過(guò)程中，以幻燈片或者板書(shū)的形式對(duì)題目進(jìn)行詳細(xì)解析，包括該題目的考察內(nèi)容，知識(shí)的側(cè)重點(diǎn)，題目的設(shè)計(jì)難點(diǎn)以及錯(cuò)誤的更正。小組成員對(duì)照自己的錯(cuò)誤進(jìn)行更正，可以重建思維方式，提高解決問(wèn)題的能力，并在未來(lái)學(xué)習(xí)過(guò)程中更好地規(guī)避此類(lèi)問(wèn)題“陷阱”。

以各原子的雜化軌道設(shè)置的問(wèn)題為例，學(xué)員在學(xué)習(xí)雜化軌道理論時(shí)，由于教材中并沒(méi)有對(duì)離子化原子的雜化態(tài)進(jìn)行詳細(xì)解釋?zhuān)虼藢?duì)于學(xué)員來(lái)說(shuō)區(qū)分離子化原子的雜化態(tài)屬于知識(shí)盲區(qū)。因此在課程設(shè)計(jì)中，教員可以先將問(wèn)題拋給學(xué)生，鼓勵(lì)學(xué)生大膽猜想1中的硼原子和2中的氮原子的雜化態(tài)，并請(qǐng)同學(xué)對(duì)自己的猜想進(jìn)行解釋。這一過(guò)程不僅可以發(fā)揮學(xué)員的主觀能動(dòng)性，也能夠讓學(xué)員帶著問(wèn)題去學(xué)習(xí)知識(shí)點(diǎn)，提高學(xué)習(xí)效率。此時(shí)，教員通過(guò)對(duì)3中的碳原子、4中的氧原子、5中的碳原子以及6中的氮原子進(jìn)行講解，幫助學(xué)員深入并直觀地理解sp、sp2、sp3雜化的本質(zhì)是1個(gè)s軌道分別和1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)p軌道雜化形成了2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)σ鍵。學(xué)員在理解掌握之后，可以對(duì)自己先前的猜想進(jìn)行反思。因此，教員在授課前安排的“小問(wèn)題”，不僅使學(xué)員拓展學(xué)習(xí)了對(duì)陽(yáng)離子或陰離子的雜化態(tài)分析，也幫助學(xué)員形成了自己的思考模式。

通過(guò)“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”，學(xué)員對(duì)知識(shí)點(diǎn)的梳理能力有所提高，對(duì)題目的考察點(diǎn)可以精準(zhǔn)拿捏。恰恰是這些題目中的“小心思”、“小陷阱”，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣，更大程度地激發(fā)學(xué)員自主學(xué)習(xí)的動(dòng)力。隨堂問(wèn)答環(huán)節(jié)學(xué)員準(zhǔn)備充分，游刃有余，回答問(wèn)題時(shí)積極，整個(gè)課堂氛圍融洽且活躍，達(dá)到了“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”的學(xué)習(xí)效果和目標(biāo)。

1.3 評(píng) 價(jià)

教員首先針對(duì)習(xí)題內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)性點(diǎn)評(píng)，告知學(xué)員難易度，出題范圍和考察的重難點(diǎn)，便于學(xué)員后期的交流討論。在授課過(guò)程中，對(duì)某些題目的關(guān)鍵點(diǎn)設(shè)置隨堂問(wèn)答。一方面，學(xué)員在回答過(guò)程中能夠共享學(xué)習(xí)成果，另一方面，隨堂問(wèn)答的過(guò)程也是對(duì)知識(shí)的加深記憶和問(wèn)題考察點(diǎn)的回顧。隨后，根據(jù)學(xué)員的猜想和答案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。部分學(xué)員對(duì)知識(shí)的理解度仍不夠深入，此時(shí)著重幫助學(xué)員重新梳理知識(shí)脈絡(luò)。小部分學(xué)員由于對(duì)問(wèn)題的切入點(diǎn)不準(zhǔn)確，導(dǎo)致解題思路錯(cuò)誤。此情況下，利用啟發(fā)式教學(xué)帶領(lǐng)學(xué)員糾正錯(cuò)誤的解題思路。

在課程結(jié)束后，對(duì)學(xué)員表現(xiàn)進(jìn)行充分肯定，增強(qiáng)了學(xué)員“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”的積極性和自信心，并強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性。另外，將整個(gè)習(xí)題的考察內(nèi)容以及知識(shí)框架展示給學(xué)員，進(jìn)一步加深學(xué)員對(duì)知識(shí)重難點(diǎn)的理解。

2 反 思

我們?cè)O(shè)置的習(xí)題課，考勤率超過(guò)98%，側(cè)面體現(xiàn)了“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”在有機(jī)化學(xué)習(xí)題課中的成效。筆者通過(guò)課后與學(xué)員的交流，了解到學(xué)員對(duì)本次課程設(shè)計(jì)的接受度高，反響熱烈，適應(yīng)于現(xiàn)今學(xué)員的學(xué)習(xí)習(xí)慣。大部分學(xué)員認(rèn)為，相較于傳統(tǒng)授課模式，此次課程設(shè)計(jì)更像他心目中的“大學(xué)課堂”，能夠積極表達(dá)觀點(diǎn)，自由探索知識(shí)的廣度和深度，并且小組學(xué)習(xí)給他們提供了展示自己才能的機(jī)會(huì)。這些評(píng)價(jià)都反映了學(xué)員對(duì)“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”方法的接受度，同時(shí)也達(dá)到了該方法的教學(xué)目標(biāo)。當(dāng)然，少數(shù)學(xué)員認(rèn)為此次課程設(shè)計(jì)仍有可以完善的地方。比如，有的學(xué)員在習(xí)題測(cè)試中不積極、參與度不高。針對(duì)此類(lèi)問(wèn)題，筆者將進(jìn)一步改進(jìn)課程設(shè)計(jì)，根據(jù)對(duì)學(xué)員的情況了解，在授課過(guò)程中有針對(duì)性地進(jìn)行提問(wèn)，或在分組時(shí)設(shè)定分工來(lái)提高學(xué)員的參與度。

3 結(jié) 語(yǔ)

總體來(lái)看，“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”在有機(jī)化學(xué)習(xí)題課的教學(xué)改革成功，可開(kāi)展度高。學(xué)員不需要通過(guò)大量的習(xí)題來(lái)回顧課程知識(shí)點(diǎn)，而是基于某一個(gè)問(wèn)題，引發(fā)一系列的“思維風(fēng)暴”，充分構(gòu)建起某一節(jié)甚至某一章的知識(shí)框架體系。這不僅僅對(duì)解決當(dāng)前題目有幫助，在未來(lái)的習(xí)題練習(xí)和考試中，同樣能夠形成有效的解題思路。因此，該方法有助于學(xué)員對(duì)章節(jié)重難點(diǎn)的深刻理解，更重要的是，“基于問(wèn)題的學(xué)習(xí)”符合新時(shí)代海軍院校“立德樹(shù)人、為戰(zhàn)育人”的人才培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn)，啟發(fā)了學(xué)員團(tuán)隊(duì)協(xié)作意識(shí)和創(chuàng)新觀念。此教學(xué)方法不僅增強(qiáng)了學(xué)員“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，解決問(wèn)題”的能力，同時(shí)也有效提高了學(xué)員“學(xué)以致用”的意識(shí)。