基于PBL模式的有机波谱解析课程教学研究

朱鹏飞 刘梅 闫立伟

【摘要】PBL作为一种先进的教学模式，体现了“以学生为中心”的教学理念。文章结合有机波谱解析课程特点及其教学现状，分析了PBL应用于有机波谱解析教学的可行性和必要性，结合案例，提出了基于PBL教学模式的有机波谱解析课程教学思路。经过初步实践，取得良好效果。

【关键词】PBL模式  有机波谱解析  教学研究  探索

【Abstract】The PBL as an advanced teaching model， which really reflects“students centered” education concept. Combined with the characteristics of organic spectrum analysis course and its teaching status， analyzes the feasibility and necessity of the teaching of organic spectrum analysis course through PBL model， and through typical cases， the teaching idea of organic spectrum analysis course based on PBL teaching model is proposed. After preliminary practice， good teaching results was obtained.

【Keywords】PBL model; organic spectrum analysis; teaching research; explore

【基金项目】西南石油大学2018年本科课程教学改革研究项目（X2018KZ018）;中国高教学会高等教育科学研究“十三五”规划课题（2019SYSYB15）。

【中图分类号】G642   【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2020）49-0056-02

有机波谱解析是化学、应用化学、材料化学及相关专业的一门重要的专业基础课，是鉴定和表征有机化合物结构、探讨化学反应机理等的重要手段，在化学、化工、材料、石油、环境、医药、卫生等相关领域具有极强的应用背景，是相关领域专业人员必备的基础知识和基本技能[1-3]。但由于该课程内容抽象，数据、谱图繁多，知识点繁杂，综合性强，学生学习难度大[3，4]。目前诸多教师仍采用传统的以授课为基础的（Lecture？鄄based Learning，LBL）教学模式进行该课程的教学，该教学模式虽具有重难点突出、传授知识系统性强等优点，但该模式主要以教师为中心，学生被动接受知识，导致学生学习积极性和主动性不高，识谱解谱能力差[4，5]。以问题为导向的学习（Problem？鄄based Learning，PBL）教学模式于20世纪60年代末由美国神经病学教授Barrows提出，主要是解决医学类课程教学中知识点多，综合性强，理论抽象，学生习惯死记硬背、实践能力和学习积极性差等问题[6]。该教学模式强调以问题为导向，学生为中心，将学习设置到复杂的、有意义的问题情境中，通过学习者合作来解决具体问题，从而学习隐含在问题背后的科学知识，帮助学习者构建广博的知识基础，形成理解、分析和解决问题的能力，同时培养学习者自主学习的能力與团队协作精神[5，6]。有机波谱解析作为一门实践性很强的课程，强调“学了会用”[7]，与医学类课程特点有较大的相似性，因此，结合有机波谱解析的课程特点，合理地将PBL教学模式运用到该课程教学中，具有重要的研究意义和实际价值。

1.PBL应用于有机波谱解析的可行性和必要性分析

有机波谱解析课程突出的特点是理论与实际结合紧密。通过该课程的学习，使学生掌握基本概念和原理，能较熟练地根据谱图信息推测、确定出有机化合物的结构，养成严谨和实事求是的科学态度，提高学生理解、分析和解决问题的能力，为今后解决生产、科研中的实际问题打下扎实的理论基础。这与PBL教学目标具有较大的相似性。其次，谱图解析尤其是综合解析难度较大，问题复杂，解析过程包括提取和转换谱图信息、查阅相关资料、谱峰归属、经验推测、得出初步结论、检验结果等一系列步骤，知识点多，综合性强，通常需要学生以小组协作的方式来讨论、探索、分析和解决问题，这与PBL模式的组织形式相同。再者，有机波谱中有些谱图解析可能没有标准答案，只有最佳解析结果，这正好契合了PBL模式中要求教师设计的问题要有现实性、复杂性和结论的不确定性这一特点。此外，PBL模式以欲解决的问题为导向，将实际问题与学习过程相结合，在解决实际问题过程中完成知识的建构和综合能力的培养，强调“在做中学”[3]。而有机波谱中的部分问题正好来自教师科研或学科前沿中的问题，例如，教师可以将“四谱”综合解析等较复杂的问题置于项目中，布置给学生。学生认识到这些问题与社会前沿结合紧密，能激发学生的学习内在动力，并促进学生在解决问题过程中继续学习，不断完善自身知识体系的建构，提高识谱、解谱能力乃至分析和解决问题的能力。

2.有机波谱解析课程PBL教学模式研究

结合有机波谱解析课程和PBL教学模式的特点，有机波谱解析PBL教学模式可分为“提出问题”、“引导学习”、“组织讨论”、“总结评价与反馈”四个阶段。

2.1提出问题

PBL教学模式中，问题是学习的起点，问题的设计是关键[3]。有机波谱解析课程内容抽象，涉及到大量的基本概念、理论和各种化合物的波谱特征，学生学习兴趣不高。教师在设计问题时，应结合实际案例，突出有机波谱分析方法的优势，激发学生学习兴趣。比如：在绪论课时，教师可以围绕“为什么学”、“学什么”、“怎样学”这三个问题展开，引导学生思考。此外考虑到传统的LBL模式对于学生系统地掌握课程知识有一定优势。教师可以在对课堂内容精简的基础上，适当采用LBL教学法系统讲授有机波谱的核心知识（如基本原理等），使学生建立一定的理论基础，并引导学生归纳总结相关知识点，鼓励学生和教师一起收集相关谱图资料或案例，教师再进行精选。然后在“典型化合物特征”和“谱图解析”教学过程中，再引入PBL教学模式，并按“典型化合物特征—单谱解析—四谱综合解析—社会生产或科研应用”，循序渐进、由易到难，创设情境，设置问题。可将有机波谱知识与社会中的热点问题结合起来。例如：针对我国抗生素滥用现象严重，对人体健康和环境造成严重危害这一热点问题，可以设置如下递进式案例：近年来养殖业滥用抗生素现象严重，给动物性食品的安全带来潜在隐患，同时也对人类健康及生态环境造成严重危害。其中四环素类抗生素作为一类广谱性抗生素，是养殖场常用的一类抗生素，查阅资料，小组讨论后回答以下问题：（1）四环素类抗生素主要有哪些？写出化合物的结构式，其化合物结构有何相似性？其红外（或核磁等波谱）特征峰有哪些？（2）下图（图略）分别是几种四环素抗生素的红外光谱，哪一个是盐酸四环素的谱图？写出主要推断过程;（3）计算盐酸四环素的主要官能团在近紫外区的最大吸收波长，并与其实测值对比;在酸性或碱性条件下，其α，β不饱和羰基处的紫外吸收峰将会发生怎样变化？为什么？（4）请通过分析测试平台测试某种四环素类抗生素（教师提供样品）的UV-vis、IR、HNMR和MS图，结合谱图，解析该化合物的可能结构，并写出主要解析步骤;（5）查阅文献，设计出检测某流域水体中是否含有某抗生素（此处可分组列出不同抗生素）;（6）课外拓展和延伸：如何有效处理水体中的抗生素污染。将问题以项目的形式下达给学生，供学生以小组形式自主学习完成。通过上述问题的设计，层层递进，将学生的现有认识、生活经验和所学知识相联系，将问题置于真实社会情境中，让学生带着问题和任务去学习，激发学生求知欲和自主学习动力。

2.2引导学习

教师抛出问题后，学生带着问题开展学习活动。在本阶段，教师充当引导者的角色，鼓励学生从“要我学”转变为“我要学”，并帮助学生组建好学习小组，保证全班学生“人人入队”。同时，教师还应指导学生利用检索工具查阅文献资料开展自主学习，并做好解决问题的准备工作，如：学习并归纳总结各类有机化合物化学键、官能团的典型特征，练习谱图解析习题，总结谱图解析技巧等，然后针对具体问题尝试分析问题，尽可能将自己能解决的问题解决，形成初稿，并将一时难以解决的问题标记下来，待讨论过程中和组员探讨。此外，为保证“引导学习”阶段的学习质量和学生自主学习参与度，还可以通过组长负责、队员监督、教师抽查等方式提醒和督促学生按进度完成学习任务，尽可能让所有学生都经历自主学习这一过程。

2.3组织讨论

经过前期学生自主学习后，组长先在课外将小组成员组织在一起，各成员将自己获得的信息与组员分享，一起分析问题，相互交流，整合信息，优化结果，撰写项目报告，并准备汇报PPT，进行小组预答辩。同组成员相互提问、讨论，补充完善报告。然后教师将各小组集中，让每组派代表以PPT形式汇报问题解决思路、谱图解析过程和结果等，检验学生“学了是否会用”，以及“怎么用”这一核心问题。其他组同学充当评委，参与提问，审查答辩组同学解析推理是否正确，证据是否充分？解释是否合理？是否还有其他答案？教师适时引导、激发学生间的相互讨论和质疑，注意控制时间，把握方向、讨论深度和广度，进行适当补充，帮助各小组进一步将汇报结果补充和完善，最终帮助学生完成对知识的吸收与内化。对学生的答辩过程录像，选取和剪辑优秀答辩小组的视频作为教学补充资料供学生课外学习。通过这种“组织讨论”的形式汇报解答过程与结果，不仅完成了学生间知识的传递，让学生对所学知识有更深入的理解，而且这种“同龄化学习”模式相比教师直接传授知识，学生对知识的接受程度和学习兴趣更大，学生的进取心更强。此外，通过小组协作和组织讨论的形式还可促进学生团队协作能力的培养，较好地锻炼学生的口头表达能力及临场应变能力，全面提高学生的综合素质。

2.4总结评价与反馈

讨论结束后，学生评委对各答辩组进行评分，教师对每组的汇报情况进行总结评价，对学生提出的一些难以解答的问题答疑解惑，并着重为学生指出在波谱解析过程中，仪器测试条件导致的谱图质量问题、物质结构相似性和复杂性问题，以及波谱分析技术仍处于不断发展和完善阶段等问题，可能会导致不是所有的谱图都有标准解析答案，解析结果可能不止一个，允许求同存异，大家共同努力找出最佳解析结果。同时也可借此鼓励学生努力学习知识，不断完善波谱分析技术。针对部分有单独辅导需求的同学，一方面教师可结合“线上线下”对其辅导，另一方面也可以引导学生通过“结对子”的方式辅导，相互帮助，共同提高。此外，在该课程中，为了及时跟踪和检测学生的自主学习效果，除了通过组织讨论的形式检测学生的学习效果，教师还可以组织分阶段考核的形式加强对学生平时学习情况的检测，以便在教学过程中做到有的放矢。另外，还可以利用微信等新媒体平台调查学生和教师对这种新的教学模式的意见和建议，并将收集到的问题进行归纳总结，开展教研活动，不断改进和完善该教学模式，进一步优化技术路线，促使该课程教学目标的更大程度达成。

结语

有机波谱解析PBL教学模式突出了“以问题为导向，学生为主体，教师是关键”的教学理念，促使学生从原来单纯的知识接受者转变为知识的建构者，教师从原来的知识单向传授者转变为知识习得的引导者和促进者。笔者从2018年开始将该教学模式在实验班级进行探索性实践，已初步取得良好效果。学生学习该课程的兴趣，识谱、解谱技能，自主学习能力，探究、解决问题能力和团队精神均有所提高。直接表现是学生在课外科技活动和本科毕业论文等环节，已能较熟练地分析、解析谱图，能较好地运用有机波谱知识协助导师开展课题研究，并有较好的逻辑推理、团队协作和口头表达能力，导师对学生的满意度上升。当然，该教学模式在实施过程中也具有一定困难，比如该模式更强调学生主动学习的自觉性和自主学习能力，这对习惯于被动接受知识传授的学生提出了更高要求，同时对教师的问题设置能力、教学环境设计能力、课堂组织和引导能力等方面也是一种挑战。因此教师需要更加主动地学习，更新教学观念，在教学过程中，凝练和设计出好的问题，发挥好引导作用，采取有效的学习效果考核和激励办法，激发和培养学生主动学习的能力和信心，变被动学习为主动探究，提高其解谱能力和探究、解决问题的能力。同时，教师还需根据课程的特点，灵活选择其他教学方法与PBL教学方法融合，相互补充与促进，在实践中不断改进和完善，以取得更好的教学效果。

参考文献：

[1]王亚琦，王丽英，贾慧劼，等. OBE 教学理念下波谱分析课程教学改革的思考与实践 [J].大学化學，2019（6）：1-4.

[2]许招会，王生，彭云.波谱解析课程教学方法探讨[J].化学教育， 2006（6）：35-36.

[3]张晓梅，徐国财，陈超越. PBL教学法在有机波谱分析中应用探索[J].化工高等教育， 2009（6）： 74-76.

[4]朱鹏飞，刘梅.有机波谱分析课程教学改革探索与实践[J].化工高等教育， 2016（6）： 23-25.

[5]柳文敏，张叶臻，桑志培，等. PBL-TBL-LBL 融合教学模式在有机波谱分析教学中的应用及效果评价[J].山东化工， 2019（11）：150-151.

[6]郭茂娟，姜希娟，杜欢，等. PBL教学模式在医学教育中的应用与探讨[J].中国高等医学教育，2014（10）：92-93.

[7]舒朋华，鞠志宇，许志红，等.奥尔堡PBL模式对提升有机波谱分析教学效果的启示[J].化学教育，2018（16）：16-20.

作者简介：

朱鹏飞（1983-），男，高级实验师，主要从事仪器分析和有机波谱分析教学研究工作。