鄭春滿， 盤 毅， 洪曉斌， 韓 喻

(國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)航天科學(xué)與工程學(xué)院，湖南長沙410073)

0 引言

實(shí)驗(yàn)教學(xué)作為高等院校教學(xué)活動的重要組成部分，是培養(yǎng)學(xué)生基本實(shí)驗(yàn)技能，提高創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，是有機(jī)化學(xué)理論課的延續(xù)和提高。其任務(wù)是使學(xué)生掌握有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作技能及重要的、典型的有機(jī)化合物的制備、分離、提純和鑒定方法;培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的工作作風(fēng)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，以及發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決實(shí)際問題的能力［1-3］。

在現(xiàn)行的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，基本上是按照如下的模式進(jìn)行［3］:① 學(xué)生在課前完成預(yù)習(xí)報告;② 教師用一定時間講解實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)裝置的搭建、操作步驟、注意事項(xiàng)等;③ 學(xué)生按教師和教材所講授的內(nèi)容“照方抓藥”進(jìn)行實(shí)驗(yàn);④ 完成實(shí)驗(yàn)報告，教師針對實(shí)驗(yàn)操作和報告進(jìn)行成績評定。但是，這種教學(xué)模式存在兩個嚴(yán)重的不足:① 學(xué)生缺乏學(xué)習(xí)的主動性，往往為實(shí)驗(yàn)而實(shí)驗(yàn)，“照方抓藥”就可順利完成實(shí)驗(yàn)，尤其是很多學(xué)生不能將有機(jī)化學(xué)理論課程學(xué)習(xí)的知識與實(shí)踐相結(jié)合;②學(xué)生之間交流相對較少，學(xué)生思考問題少，分析問題和解決實(shí)際問題的能力弱。

為改變這種狀況，許多有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教師針對教學(xué)模式、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)講授方法、考核方法等方面進(jìn)行了探討，提出了眾多創(chuàng)新性的教學(xué)方法［4-8］，如模塊式教學(xué)、提問式教學(xué)等，在很大程度上提高了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)質(zhì)量。但是，如何能有針對性地解決上述的兩個不足呢?本文將基于問題的學(xué)習(xí)［9-13］(Problem-Based Learning，PBL)和基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)［10-13］(Project-Based Learning，PBL)模式引入有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，形成基于雙PBL模式的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法。采用雙PBL的模式，通過基于問題的學(xué)習(xí)模式有效引導(dǎo)學(xué)生將有機(jī)化學(xué)理論知識與實(shí)驗(yàn)實(shí)踐相結(jié)合，通過基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和熱情。本文以對溴乙酰苯胺的合成為例，從問題設(shè)計、項(xiàng)目設(shè)計、教學(xué)過程和教學(xué)方法等多方面探討了基于雙PBL模式在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的可行性，并在教學(xué)過程中進(jìn)行了探索和實(shí)踐。

1 基于問題的學(xué)習(xí)與基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)

基于問題的學(xué)習(xí)由Barrows提出，目前已成為國際上流行的一種教學(xué)模式［9-10］。

基于問題的學(xué)習(xí)是以信息加工心理學(xué)和認(rèn)知心理學(xué)為基礎(chǔ)，屬于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的范疇［13］。它使學(xué)生置身于一個映射真實(shí)情境的結(jié)構(gòu)不良問題中，以積極的問題解決者身份解決問題，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維和問題解決能力，同時掌握課程的基礎(chǔ)知識和基本技能?；趩栴}的學(xué)習(xí)與傳統(tǒng)以學(xué)科為基礎(chǔ)的教學(xué)法的不同在于:①強(qiáng)調(diào)以學(xué)生主動學(xué)習(xí)為主，而不是傳統(tǒng)教學(xué)中強(qiáng)調(diào)的以教師講授為主，同時學(xué)生必須要有對學(xué)習(xí)任務(wù)的責(zé)任性，全身心投入問題中;② 教師要為學(xué)生設(shè)計真實(shí)性任務(wù)和問題，問題情景必須是結(jié)構(gòu)不良的、能夠自由探索的;③鼓勵自主探究，在自主學(xué)習(xí)中學(xué)生所學(xué)到的知識必須能夠用來分析和解決問題;④激發(fā)和支持學(xué)習(xí)者的高水平思維，鼓勵爭論及對學(xué)習(xí)內(nèi)容和過程進(jìn)行反思等。

基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)于20世紀(jì)初在美國受到關(guān)注并蓬勃發(fā)展。Dewey［14］強(qiáng)調(diào)“在做中學(xué)”，要在教師的具體指導(dǎo)下師生共同完成項(xiàng)目;Kilpatrick［15］則注重學(xué)生心理或者動機(jī)，認(rèn)為項(xiàng)目是一種“全心的有目的的活動”。

基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)是組織學(xué)生真實(shí)地參加項(xiàng)目設(shè)計、執(zhí)行、總結(jié)和評價的全過程，在項(xiàng)目實(shí)施過程中完成教學(xué)任務(wù)［11］?；陧?xiàng)目的學(xué)習(xí)的最終目的是培養(yǎng)自覺學(xué)習(xí)，有良好的自我導(dǎo)向能力，為自己的人生負(fù)責(zé)的創(chuàng)新型人才。基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)具有以下的特點(diǎn):①以學(xué)生為中心。學(xué)習(xí)者為項(xiàng)目負(fù)責(zé)，項(xiàng)目大小視具體情況而定，可以是制定一個計劃，也可是在實(shí)驗(yàn)室合成一種材料。②基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)意味著不斷深入的項(xiàng)目情境。面對真實(shí)世界中的項(xiàng)目，需要運(yùn)用綜合知識，多次利用所學(xué)的知識，來解決不斷深入發(fā)展的問題，開辟新思路的學(xué)習(xí)可以促進(jìn)其解決實(shí)際問題的能力。③自我導(dǎo)向——積極的學(xué)習(xí)活動?；陧?xiàng)目的學(xué)習(xí)提供真實(shí)的情境，具體的目標(biāo)，一定的完成期限，學(xué)生必須積極投入，制定自己的完成計劃，深入思考現(xiàn)實(shí)世界與自身解決問題的關(guān)系。④ 更持久的記憶。項(xiàng)目學(xué)習(xí)中，學(xué)、思、做緊密結(jié)合，知識保持具有更大的靈活性和調(diào)適性。

基于問題的學(xué)習(xí)與基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)兩者的英文縮寫都是PBL，在形式上具有共同性，但在內(nèi)涵上又有差別。從理論基礎(chǔ)來看，基于問題的學(xué)習(xí)與基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，都是建構(gòu)主義思想的實(shí)踐模式，倡導(dǎo)教師對學(xué)生的學(xué)習(xí)過程進(jìn)行積極的引導(dǎo)與促進(jìn)。但是，基于問題的學(xué)習(xí)是一種在問題背景里學(xué)習(xí)新知識的方式，問題起著學(xué)習(xí)的背景和驅(qū)動力作用，所學(xué)的新知識都在問題這個背景里完成，與基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)相比，基于問題的學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)以問題解決為中心，認(rèn)為學(xué)習(xí)應(yīng)該是廣泛學(xué)科或主題的整合，強(qiáng)調(diào)社會性交流合作的作用，強(qiáng)調(diào)支持與引導(dǎo)等。而基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)往往側(cè)重于對教材內(nèi)容以外知識的體驗(yàn)與經(jīng)歷，旨在豐富學(xué)生對事物的認(rèn)識，它側(cè)重于加強(qiáng)學(xué)生認(rèn)識事物的廣度，拓寬學(xué)生的學(xué)習(xí)視野。不同的人項(xiàng)目實(shí)施的步驟會有差異，沒有共同遵循的程序。

深入研究基于問題的學(xué)習(xí)與基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)這兩種建構(gòu)主義的探究式教學(xué)形態(tài)，根據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行課程教學(xué)改革研究與實(shí)踐，對于提高教學(xué)質(zhì)量、培養(yǎng)創(chuàng)新性人才具有重要意義。

2 基于雙PBL模式的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式設(shè)計與實(shí)踐

前已所述，基于問題的學(xué)習(xí)和基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)是兩種不同的教學(xué)模式，兩者既有共同點(diǎn)，又有著本質(zhì)上的區(qū)別。本文以對溴乙酰苯胺的合成為例，進(jìn)行基于雙PBL模式的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式設(shè)計與探索實(shí)踐。

2.1 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容簡介

在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，“對溴乙酰苯胺的合成”是一個典型的連續(xù)、多步有機(jī)實(shí)驗(yàn)［16］。前一實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物可作為后一實(shí)驗(yàn)的原料，多個實(shí)驗(yàn)形成綠色鏈，能夠節(jié)約實(shí)驗(yàn)原料和試劑，同時又能增強(qiáng)學(xué)生的綠色環(huán)保意識。實(shí)驗(yàn)包括三部分:

(1)乙酰苯胺的合成。主要涉及有機(jī)化合物的乙?；磻?yīng)。反應(yīng)方程式如下:

實(shí)驗(yàn)過程如下:量取10 mL苯胺，倒入圓底燒瓶中，加入17 mL冰醋酸和0.1 g鋅粉;在圓底燒瓶上裝置一分餾柱，插上溫度計，用一個50 mL錐形瓶作接受器;熱至反應(yīng)混合物回流，然后控制加熱速度，保持蒸餾的氣溫在105℃左右;反應(yīng)經(jīng)1 h后結(jié)束。攪拌下趁熱將反應(yīng)物倒入盛有250 mL冷水的燒杯中，乙酰苯胺生成;抽濾，用冰冷的水洗滌，并用水重結(jié)晶，干燥，備用。

(2)以乙酰苯胺為原料。對溴乙酰苯胺的制備，主要涉及芳烴鹵化反應(yīng)。反應(yīng)方程式如下:

實(shí)驗(yàn)過程如下:在100mL三口瓶上配置電動攪拌器、溫度計、恒壓滴液漏斗，在恒壓滴液漏斗上連接氣體吸收裝置;加入2.7 g乙酰苯胺和6 mL冰醋酸，用溫水浴加熱使乙酰苯胺溶解，在45℃水浴下邊攪拌邊滴加3.2 g溴和1.2 mL冰醋酸配成的溶液，滴加速度以棕紅色得溴色較塊褪去為宜。滴加完畢，繼續(xù)攪拌反應(yīng)1 h后將浴溫提高至60℃，直到反應(yīng)混合物不再有紅棕色蒸氣溢出為止。將反應(yīng)物倒入盛有100 mL冷水燒杯中，冷卻后抽濾，用乙醇重結(jié)晶，得到白色針狀晶體，干燥，備用。

(3)產(chǎn)物的分析測試。主要涉及傅里葉紅外光譜儀使用。使用傅里葉紅外光譜儀對乙酰苯胺和對溴乙酰苯胺進(jìn)行分析測試。

2.2 雙PBL模式教學(xué)設(shè)計與實(shí)踐

雙PBL模式教學(xué)設(shè)計的基本原則是以基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)為核心，以基于問題的學(xué)習(xí)為輔助，從問題設(shè)計、項(xiàng)目設(shè)計、教學(xué)過程和教學(xué)方法等多方面將兩種教學(xué)模式有機(jī)融合，構(gòu)建系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)課程教學(xué)體系。

以“對溴乙酰苯胺的合成”為例，如圖1所示(圖中T表示由教師執(zhí)行，S表示由學(xué)生執(zhí)行，T＆S表示由老師和學(xué)生共同執(zhí)行)，具體的設(shè)計與實(shí)踐過程如下:

(1)以基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)為核心，與“對溴乙酰苯胺的合成”的三步實(shí)驗(yàn)相對應(yīng)由教師提出三個項(xiàng)目:乙酰苯胺的合成、對溴乙酰苯胺的合成、產(chǎn)物分析與表征。

(2)以基于問題的學(xué)習(xí)為輔助，教師在提出項(xiàng)目的同時，對于每個項(xiàng)目提出相應(yīng)的核心關(guān)鍵問題。如在乙酰苯胺的合成中提出合成反應(yīng)的基本原理、合成反應(yīng)試劑的選擇原則等問題。在實(shí)驗(yàn)開始前一周，由教師通過網(wǎng)上互動教學(xué)平臺發(fā)布給學(xué)生。

(3)學(xué)生針對教師提出的項(xiàng)目和問題，在課前以科研項(xiàng)目研究的方式進(jìn)行文獻(xiàn)調(diào)研，完成對相關(guān)信息的收集與理解，如乙酰苯胺的結(jié)構(gòu)、乙酰苯胺的理化性能等。同時，完成教師所提出的問題，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計，并通過網(wǎng)上互動教學(xué)平臺反饋給教師，由教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的初步審核。

圖1 基于雙PBL模式教學(xué)設(shè)計思路

(4)教師實(shí)驗(yàn)課程前2天，將審核的實(shí)驗(yàn)設(shè)計方案反饋給學(xué)生。

(5)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理操作步驟、注意事項(xiàng)的講解，實(shí)驗(yàn)裝置的搭建演示。拋棄“教師講、學(xué)生聽”的傳統(tǒng)模式，采用由學(xué)生與老師合作的課堂形式:在學(xué)生講解的同時由老師演示，在老師講解的同時由學(xué)生演示，由學(xué)生講解學(xué)生演示、老師隨時糾正可能存在的問題等，充分調(diào)動學(xué)生參與項(xiàng)目研究的積極性，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

教師課前加強(qiáng)備課，充分準(zhǔn)備講解過程中的提問問題，把握好實(shí)驗(yàn)與理論知識關(guān)聯(lián)點(diǎn)的切入。如在乙酰苯胺的合成中，課堂提問問題包括:反應(yīng)過程中為什么要控制冷凝管上端的溫度在105℃?用苯胺做原料進(jìn)行苯環(huán)上一些取代反應(yīng)時，為什么常常首先要進(jìn)行?；?同時對有機(jī)化學(xué)中乙?；磻?yīng)、易反應(yīng)基團(tuán)的保護(hù)等知識點(diǎn)進(jìn)行復(fù)習(xí)。

(6)在講解的基礎(chǔ)上，為學(xué)生提供合理的反應(yīng)路線和操作步驟指南。要求學(xué)生在較短的時間內(nèi)對自己設(shè)計的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷摹?/p>

(7)在指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過程中，充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，不失時機(jī)地向?qū)W生提出問題，啟發(fā)學(xué)生積極思考，活躍課堂氣氛，激發(fā)學(xué)生的求知欲和自我實(shí)現(xiàn)欲。如在對溴乙酰苯胺的制備中，提問的問題包括:①攪拌器與三口瓶連接處的密封要好，為什么?② 恒壓漏斗的原理?③ 重結(jié)晶的原理是什么?④ 液溴的使作過程中應(yīng)該注意哪些事項(xiàng)?這些問題不但能夠有效指導(dǎo)學(xué)生的操作，而且能夠使學(xué)生與理論知識點(diǎn)關(guān)聯(lián)，做到理論與實(shí)踐的有效結(jié)合。

(8)實(shí)驗(yàn)完成后，由學(xué)生在課外時間利用實(shí)驗(yàn)室提供的傅里葉紅外光譜儀進(jìn)行樣品的測試，同時進(jìn)行圖譜的解析。

(9)實(shí)驗(yàn)報告擯棄傳統(tǒng)的固有格式，學(xué)生以項(xiàng)目研究報告的形式完成并上交。這可使學(xué)生從另外一個角度了解科研研究的過程，鍛煉科技論文寫作水平。

(10)在時間允許的情況下，進(jìn)行部分學(xué)生的研究報告答辯。由教師和學(xué)生共同參與學(xué)生成績評定，這既可以幫助指導(dǎo)教師更合理、全面地給出學(xué)生的成績，又可培養(yǎng)學(xué)生正確的判斷能力和分析能力。

綜上所述，在雙PBL模式教學(xué)實(shí)踐過程中，要使“項(xiàng)目”這一核心作為主線貫穿實(shí)驗(yàn)的全過程，由學(xué)生真實(shí)地參加項(xiàng)目設(shè)計、執(zhí)行、總結(jié)和評價的全過程，同時強(qiáng)調(diào)以學(xué)生主動學(xué)習(xí)為主，在項(xiàng)目的全過程，處處為學(xué)生設(shè)計真實(shí)性任務(wù)和問題，激發(fā)和鼓勵學(xué)生自主探究的興趣和熱情，從而更好地完成項(xiàng)目。

3 結(jié)語

基于問題的學(xué)習(xí)和基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)作為兩種不同的教學(xué)模式，兩者既有共同點(diǎn)，又有著本質(zhì)上的區(qū)別。論文以“對溴乙酰苯胺的合成”為例，設(shè)計了基于雙PBL模式的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式。教學(xué)實(shí)踐表明，基于雙PBL模式的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，提高學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)，提高有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)水平。

通過在教學(xué)實(shí)踐過程中進(jìn)一步完善基于雙PBL模式的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅可以突破傳統(tǒng)教學(xué)模式，而且能夠提高有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量，為培養(yǎng)創(chuàng)新人才提供一條新途徑。

［1］ 常 慧，寧滿俠.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究與高素質(zhì)人才培育［J］.實(shí)驗(yàn)室科學(xué)，2007(2):48-50.

［2］ 丁長江.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］.2版.北京:科學(xué)出版社，2012.

［3］ 鄭春滿，韓 喻，謝 凱.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究［J］.高等教育研究學(xué)報，2011，34(1):98-100.

［4］ 李謙和，謝詳林，徐滿才.提問式教學(xué)法在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.湖南師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報，2011，34:133-134.

［5］ 江文輝，羅一鳴，唐瑞仁，等.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28(12):120-123.

［6］ 肖鳳娟，王育華，楊晉輝，等.“有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”互動教學(xué)模式的實(shí)踐［J］.實(shí)驗(yàn)室研究與探索，2009，28(2):120-122.

［7］ 張文生.模塊式有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程體系探索［J］.大學(xué)化學(xué)，2012，27(1):23-26.

［8］ 房江華，宮 梅，胡敏杰，等.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式的探索與改革［J］.寧波大學(xué)學(xué)報(教育科學(xué)版)，2010，32(5):16-18.

［9］ 宋麗英，許光軍，王希軍，等.PBL教學(xué)法在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.西北醫(yī)學(xué)教育，2012，20(05):108-110.

［10］ 丁曉蔚，顧 紅.“基于問題的學(xué)習(xí)(PBL)”實(shí)施模型述評［J］.高等教育研究學(xué)報，2011，34(1):68-71.

［11］ 劉景福，鐘志賢.基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)(PBL)模式研究［J］.外國教育研究，2002，29(11):18-22.

［12］ 杜翔云，Anette Kolmos，Jette Egelund Holgaard.PBL:大學(xué)課程的改革與創(chuàng)新［J］.高等工程教育研究，2009(3):29-35.

［13］ 劉 莉，惠曉麗，胡志芬.基于PBL理論的工科人才培養(yǎng)途徑探究［J］.高等工程教育研究，2009(3):104-108.

［14］ Capraro R M，Slough SW.Project-based learning:An integrated science， technology， engineering， and mathematics(STEM)approach［M］.Sense Publishers，2009.

［15］ Project-based learning［DB/OL］.http://edutechwiki.unige.ch/en/Project-based_learning.

［16］ 北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院有機(jī)化學(xué)研究所.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)［M］.2版.北京:北京大學(xué)出版社，2002.