基于深度學(xué)習(xí)的高等有機(jī)化學(xué)混合教學(xué)模式研究

趙海燕 陳韶蕊

摘?要：高等有機(jī)化學(xué)課程理論性強(qiáng)，內(nèi)容體系龐大復(fù)雜，學(xué)生學(xué)習(xí)難度較大，傳統(tǒng)講授式教學(xué)模式也只能達(dá)到“淺層學(xué)習(xí)”。本文以達(dá)成深度學(xué)習(xí)的能力框架為目標(biāo)，采用線上線下的混合教學(xué)模式，從選組和整合教學(xué)內(nèi)容入手，針對(duì)教學(xué)內(nèi)容對(duì)應(yīng)不同層次教學(xué)目標(biāo)，構(gòu)建了基于深度學(xué)習(xí)的高等有機(jī)化學(xué)混合教學(xué)模式。

關(guān)鍵詞：高等有機(jī)化學(xué);混合教學(xué);深度學(xué)習(xí);教學(xué)模式

《高等有機(jī)化學(xué)》是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)碩士研究生的學(xué)位課程，是應(yīng)用化學(xué)專業(yè)本科《有機(jī)化學(xué)》的延伸，課程注重有機(jī)化學(xué)的三個(gè)基本方面：反應(yīng)、機(jī)理和結(jié)構(gòu)?！陡叩扔袡C(jī)化學(xué)》理論性強(qiáng)，內(nèi)容多，而設(shè)置的課時(shí)又較短，傳統(tǒng)課堂主要以教師的講授為主，學(xué)生主要是被動(dòng)接受知識(shí)，僅是機(jī)械記憶反應(yīng)機(jī)理及反應(yīng)性等知識(shí)，屬于“淺層學(xué)習(xí)”，因此學(xué)生普遍感到該課程難度大，內(nèi)容枯燥。這樣的教學(xué)模式學(xué)生即使通過死記硬背能夠掌握有機(jī)反應(yīng)的機(jī)理，也很難達(dá)到獨(dú)立分析各種反應(yīng)過程和分析解決問題的能力，即無法達(dá)到“深度學(xué)習(xí)”;更無法達(dá)到培養(yǎng)科研能力的目標(biāo)。這與國(guó)家需要的創(chuàng)新型人才培養(yǎng)目標(biāo)存在較大差距。為此，筆者在進(jìn)行《高等有機(jī)化學(xué)》課程教學(xué)中，運(yùn)用混合教學(xué)模式從教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了實(shí)踐和探索，對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式進(jìn)行了改革，從認(rèn)知領(lǐng)域、人際領(lǐng)域和個(gè)人領(lǐng)域三個(gè)維度上實(shí)現(xiàn)高等有機(jī)化學(xué)課程的深度學(xué)習(xí)。

一、深度學(xué)習(xí)與混合教學(xué)

（一）深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)（Deep Learning）這一概念是1976年由瑞典教育心理學(xué)家費(fèi)倫斯·馬頓和羅杰·薩爾喬提出來的 ，[1]與傳統(tǒng)教學(xué)中過分強(qiáng)調(diào)機(jī)械性記憶的“淺層學(xué)習(xí)”不同，深度學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)者通過對(duì)知識(shí)本質(zhì)的理解和對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的批判性運(yùn)用，追求有效的學(xué)習(xí)遷移和真實(shí)問題的解決，并以高階思維為主要認(rèn)知活動(dòng)的高投入性學(xué)習(xí)。目前，關(guān)注深度學(xué)習(xí)和促進(jìn)深度學(xué)習(xí)相關(guān)方法的研究已成為國(guó)際教學(xué)改革的基本方向和研究熱點(diǎn) 。[2]

（二）混合教學(xué)

混合教學(xué)是將數(shù)字化學(xué)習(xí)（Electronic Learning）和傳統(tǒng)課堂教學(xué)的優(yōu)勢(shì)結(jié)合起來的一種“線上+線下”的教學(xué)模式 。[3]線上教學(xué)是將傳統(tǒng)課堂講授的內(nèi)容以微視頻的形式在課前發(fā)布給學(xué)生，給學(xué)生充分的時(shí)間自學(xué)，讓學(xué)生預(yù)備和激活先期知識(shí)，帶著一定的新知識(shí)儲(chǔ)備和問題走進(jìn)課堂。線下教學(xué)則是通過教師精心設(shè)計(jì)的各種教學(xué)活動(dòng)，充分讓學(xué)生參與到學(xué)習(xí)中，解決學(xué)習(xí)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，并對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況提供信息豐富的積極的反饋，幫助學(xué)生形成正確的學(xué)習(xí)方法和策略。通過線上和線下的教學(xué)，可以使教學(xué)目標(biāo)不僅停留在記憶、理解和應(yīng)用的低級(jí)階段，而是可以向高階的分析、評(píng)價(jià)和創(chuàng)造發(fā)展，實(shí)現(xiàn)真正的深度學(xué)習(xí)。由此可見，混合教學(xué)是真正以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，和深度學(xué)習(xí)的主旨是一致的。

二、實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的混合教學(xué)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

（一）教學(xué)內(nèi)容的選取和整合

教學(xué)內(nèi)容直接關(guān)系到教學(xué)如何設(shè)計(jì)和教學(xué)效果，因此無論采取什么教學(xué)模式，都要首先對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行選取和整合。由于高等有機(jī)化學(xué)課時(shí)比較短，沒有適合課時(shí)的研究生高等有機(jī)化學(xué)教材，因此在選擇教學(xué)內(nèi)容上，主要參考高等教育出版社2017出版的魏榮寶主編的《高等有機(jī)化學(xué)》和化學(xué)工業(yè)出版社出版的美國(guó)邁克爾 B.史密斯編著的《高等有機(jī)化學(xué)——反應(yīng)、機(jī)理和結(jié)構(gòu)》，盡量抓住高等有機(jī)化學(xué)課程的精髓。筆者根據(jù)自己多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和本專業(yè)學(xué)生有機(jī)化學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備和研究方向，在內(nèi)容選擇上堅(jiān)持以有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)如化學(xué)鍵、立體化學(xué)、有機(jī)反應(yīng)的中間體為基礎(chǔ)，以有機(jī)反應(yīng)機(jī)理為中心，以化合物的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)機(jī)理、反應(yīng)性之間的關(guān)系為主線，并通過有機(jī)合成實(shí)例來串聯(lián)主線。通過對(duì)教學(xué)內(nèi)容精心的選取和整合，可以有效的改善教學(xué)效果，在有限學(xué)時(shí)內(nèi)使學(xué)生盡可能更多的掌握知識(shí)。

（二）促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)模式設(shè)計(jì)

在教學(xué)內(nèi)容整合的基礎(chǔ)上，采用混合教學(xué)的模式根據(jù)威廉和弗洛拉·休利特基金會(huì)提出了“深度學(xué)習(xí)”素養(yǎng)的基本框架[2]來進(jìn)行線上和線下的教學(xué)設(shè)計(jì)，以達(dá)到促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的目的（參見表格）。

1.課前自學(xué)

將教學(xué)目標(biāo)的低階的內(nèi)容放在課前，以微視頻的形式發(fā)放給學(xué)生自學(xué)，如要求學(xué)生記憶、理解的有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和基本反映機(jī)理等內(nèi)容。在課前自學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)中要特別注意以下幾點(diǎn)：首先微視頻內(nèi)容難度不能過大，以免學(xué)生產(chǎn)生畏難情緒，產(chǎn)生挫敗感，從而降低學(xué)習(xí)興趣。要充分發(fā)掘這部分內(nèi)容和本科階段基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)課程的聯(lián)系，激活舊知，從而使學(xué)生順利的接受新知識(shí)。其次課前自學(xué)并不是就放任學(xué)生不管了，一定要注意自學(xué)過程中對(duì)學(xué)生的關(guān)注程度。在學(xué)生自學(xué)的同時(shí)，要給學(xué)生明確的目標(biāo)和問題，讓學(xué)生帶著目標(biāo)和問題去學(xué)。最后教師要隨時(shí)關(guān)注學(xué)生的自學(xué)情況，在課前要總結(jié)歸納學(xué)生自學(xué)中出現(xiàn)的問題，對(duì)出現(xiàn)較多的問題，還要課堂上精講。

2.課堂教學(xué)

課堂教學(xué)主要分為三部分，一是對(duì)課前自學(xué)的總結(jié)和回顧。根據(jù)課前自學(xué)的情況，可以是教師精講自學(xué)中出現(xiàn)較多的問題，也是可以由學(xué)生展示總結(jié)自學(xué)內(nèi)容。這樣通過學(xué)生有目標(biāo)的課前自學(xué)和傳統(tǒng)教師課堂講授，學(xué)生就掌握高等有機(jī)化學(xué)中的核心內(nèi)容。

研究表明，基于問題的學(xué)習(xí)小組具有更強(qiáng)的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，有助于學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。[4]因此，課堂教學(xué)的第二部分是在教師引導(dǎo)下以小組討論的形式展開對(duì)反應(yīng)性和有機(jī)合成實(shí)例的學(xué)習(xí)，這部分既是課程內(nèi)容的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是課堂教學(xué)的核心。在這部分教學(xué)設(shè)計(jì)中，要注意以下幾點(diǎn)：首先教師一定要多提問，盡可能多的布置教學(xué)任務(wù)，但教師的問題不能太大、太難，可將大的問題拆成若干個(gè)學(xué)生通過自己努力就能解決的小問題，循序漸進(jìn)，最終達(dá)到解決大問題的目。[5]其次要根據(jù)高等有機(jī)化學(xué)課程的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生找到有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)性之間的聯(lián)系，并通過重構(gòu)二者之間的質(zhì)效關(guān)系達(dá)到對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的深度理解，從而達(dá)到深度學(xué)習(xí)的目的。最后在小組討論過程中，教師還要及時(shí)盡可能多的提供反饋信息，以幫助學(xué)生形成正確的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)策略。

課堂教學(xué)的第三部分是學(xué)生將第所學(xué)到的關(guān)于有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)、反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)性等知識(shí)應(yīng)用到具體有機(jī)合成反應(yīng)中，能夠解釋合成反應(yīng)的機(jī)理，在具體應(yīng)用中訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新思維。

3.課后作業(yè)

課后作業(yè)可采取思維導(dǎo)圖總結(jié)章節(jié)內(nèi)容和課程論文兩種形式。

詹森（Eric Jensen）和尼克森（Leann Nickelsen）的研究結(jié)果表明中采用思維導(dǎo)圖的方式可以為學(xué)生搭建深度學(xué)習(xí)的意識(shí)基礎(chǔ)，促進(jìn)學(xué)生高階思維的持續(xù)發(fā)展。[6]采用思維導(dǎo)圖的形式對(duì)一章的內(nèi)容總結(jié)收尾，不僅可以有效的構(gòu)建知識(shí)體系，而且可以將隱藏的知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)顯露出來，因此借助思維導(dǎo)圖可以迅速回憶和提取章節(jié)知識(shí)。這種學(xué)習(xí)方法不僅對(duì)高等有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)大有裨益也，而且對(duì)學(xué)生今后進(jìn)行科研也十分有效。

課程論文可以作為教學(xué)內(nèi)容的延伸，教師可以給定學(xué)生題目，例如“碳負(fù)離子構(gòu)型與穩(wěn)定性”、“電子效應(yīng)的理論解釋”、“基團(tuán)優(yōu)先順序排列”等，也可以由學(xué)習(xí)自選題目，就就自己感興趣的內(nèi)容完成課程論文。這項(xiàng)作業(yè)由學(xué)生課下通過查閱文獻(xiàn)完成。這不僅可以鞏固課上內(nèi)容，而且可以提高學(xué)生查閱文獻(xiàn)和撰寫綜述的能力，為今后的科研打下良好的基礎(chǔ)。

（三）其他保障深度學(xué)習(xí)的有效策略

1.課堂氛圍的把控

潘于黎（Phan Huy P）的研究結(jié)果顯示寬松且和諧的學(xué)習(xí)氛圍有助于激發(fā)學(xué)生的批判性思維并促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)能力的發(fā)展。[7]教師在課堂組織學(xué)生討論過程中，要注意課堂氛圍的把控，盡量營(yíng)造一個(gè)積極良好的學(xué)習(xí)氛圍，要及時(shí)對(duì)學(xué)生的討論結(jié)果給予反饋，鼓勵(lì)學(xué)生勇敢表達(dá)觀點(diǎn)，以促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的進(jìn)行。

2.深度學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)

斯基特·沃伯頓（K.Warburton）的對(duì)深度學(xué)習(xí)的研究結(jié)果表明如果學(xué)生對(duì)現(xiàn)有興趣或背景具有較弱的關(guān)注，則會(huì)抑制深度學(xué)習(xí)。[8]高等有機(jī)化學(xué)的授課研究生來自多個(gè)不同的專業(yè)，而且有機(jī)化學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備也差別較大，這就需要采用不用的教學(xué)方法來激發(fā)不同專業(yè)、程度學(xué)生的興趣。對(duì)于研究方向就是有機(jī)合成的學(xué)生來說，由于課程本身就與其研究方向聯(lián)系緊密，他們對(duì)高等有機(jī)課程就十分重視，關(guān)注度較強(qiáng)。在教學(xué)過程中引入學(xué)科前沿領(lǐng)域發(fā)展動(dòng)態(tài)或教師的最新科研成果，都可以有效的激發(fā)這類學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。給學(xué)生而對(duì)于其他研究方向的學(xué)生來說，他們本身對(duì)課程興趣不大，甚至?xí)J(rèn)為高等有機(jī)化學(xué)在今后的科研中“沒有”。在教學(xué)中，可以引入日常生活中和有機(jī)化學(xué)相關(guān)的的一些例子來激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)可以深入挖掘他們的研究方向和有機(jī)化學(xué)之間的聯(lián)系，通過小論文的形式來總結(jié)呈現(xiàn)，轉(zhuǎn)變高等有機(jī)化學(xué)“沒用”的觀點(diǎn)，從而使這類學(xué)生提高對(duì)課程的關(guān)注度。

三、結(jié)語

通過教學(xué)實(shí)踐證明這種混合教學(xué)模式充分發(fā)揮線上和線下教學(xué)各自的優(yōu)勢(shì)，有效的激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在較短的學(xué)時(shí)內(nèi)掌握高等有機(jī)化的核心知識(shí)，通過以問題為導(dǎo)向的小組討論學(xué)習(xí)提升了對(duì)有機(jī)反應(yīng)機(jī)理和反應(yīng)性理解的深度和廣度，培養(yǎng)了學(xué)生高階的思維能力和解決問題能力，真正實(shí)現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

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[8]Warburton.K..Deep learning and education for sustainability[J].International Journal of Sustainability in Higher，2003，4（1）：44-56.

基金項(xiàng)目：本文系河北省研究生示范課程建設(shè)項(xiàng)目（KCJSX2018071）的研究成果

作者簡(jiǎn)介：趙海燕（1977-），女，河北人，副教授;陳韶蕊（1971-），女，河北人，副教授。