基于认知弹性理论的《天然药物化学》教学方法研究

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[摘要] 认知弹性理论是一种以获得高级知识为目的的教学思想和方法，该理论强调建构知识的重要性。本研究从教学实践出发，基于认知弹性理论，指导学生使用举一反三、寻找关键词、构建知识框架等方法学习《天然药物化学》这门学科，帮助学生提高学习效率和学习能力。

[关键词] 认知弹性理论；学习方法；天然药物化学；知识框架

[中图分类号] R914 [文献标识码] C [文章编号] 1674-4721（2013）08（a）-0142-02

《天然药物化学》是五年制高职药物制剂技术专业的一门专业课，是应用现代科学理论与技术研究天然药物化学成分的一门学科。它研究天然药物中具有生物活性的各类化学成分的结构特点、理化性质、提取分离方法和主要类型化学成分的结构鉴定等内容。通过基本知识和相关技能的学习与实践，要求学生领会天然药物具有防病治病功能与其所含化学成分之间的密切联系。本学科课程的学习可分为总论和各论两部分，总论部分主要学习学科研究对象和研究内容、课程学习的任务和意义、生物活性成分提取分离的基本方法和过程、结构鉴定的常用手段与技术；各论部分为常见化合物类型，从结构特点、理化性质、提取分离和结构鉴定四方面学习。

1 《天然药物化学》教学方法改革的必要性

《天然药物化学》对于五年制高职的学生来讲，学习上存在一定的困难。一方面，学生的基础不扎实，如提取分离中萃取、过滤等基本操作，结构解析中氮杂环等基本知识，结构鉴定中高效液相色谱法等基本方法，在前期的分析化学、有机化学等课程中均已学过，但由于时间间隔较长，学生遗忘率较高，以致不能灵活应用知识与技能；另一方面，学生的学习方法欠缺，对于理论知识的学习，往往死记硬背，只会解不会析，对于实验操作只知道做不知道为什么做。鉴于此，经过几轮的《天然药物化学》教学实践，运用认知弹性理论的方法指导学生学习，锻炼学生知识迁移能力，提高学习效率。

2 认知弹性理论在教学领域中的研究

认知弹性理论是美国依利诺斯大学的斯皮罗等于20世纪90年代初提出的关于学习的本质问题的理论。斯皮罗等认为，人类的学习是非常复杂的，主张应该将学习分为两种：高级学习与初级学习。初级学习是学习的中低级阶段，在这一阶段，学习主要是还原倾向的简单化学习，只要求学生将所学的东西简单再生出来，涉及的内容主要是结构良好的知识，即此类知识与具体情境之间具有直接对应关系的知识。这种知识一经习得，就可根据相应的规则或原则加以运用。高级学习则要求学生把握概念的复杂性，能运用所获取的概念去分析、思考问题以及在新的情境中灵活运用这些概念。因此，这一阶段的学习涉及大量结构不良的知识，即此类知识与具体情境之间不存在直接对应关系的知识。这种知识通常可以应用于多种不同的情境问题，而一个情境问题的解决往往需要多个知识点的综合运用，而且其应用往往有多种方案、途径与标准。认知弹性理论是一种针对结构不良知识领域，以获得高级知识为目的的教学思想和方法。该理论强调建构知识的重要性，要求教师必须为学生提供机会开发他们自己的信息表征，使他们以更适宜的方式学习。

3 基于认知弹性理论的《天然药物化学》教学方法的改革

《天然药物化学》的教学内容不仅包括以抽象的概念和原理为主的理论知识，还包括通过学生动手操作理解和掌握的各项实践活动中的应用性知识，是理论知识和实践知识的统一。例如，教学中通常会遇到流程分析和流程设计的问题。流程分析是基于提取分离基本方法的一个应用分析，根据所给流程，结合化合物的性质，对其流程进行分析，而流程设计则需要根据不同化学成分的不同性质选用合适的提取分离方法。对于设计的流程有的则需在实践中验证其合理性和有效性。因此，教学重在发展学生的认知弹性，指导学生以多种方式重建自己的知识，以便对发生根本变化的情境领域作出适宜的反应。所以，对于学生学习方法的指导至关重要。

3.1 举一反三，知识迁移

《天然药物化学》中有些内容的学习可以通过总结归纳，并举一反三，有利于记忆和比较。①在学习每类化学成分提取的时候，通常都有一种方法为溶剂法，而溶剂法提取的要点在于选择合适的溶剂。如一般苷类物质，黄酮苷、蒽醌苷、香豆素苷等亲水性强，采用水或极性大的亲水性有机溶剂提取；游离态的黄酮、蒽醌、香豆素等亲脂性强，采用极性小的亲脂性有机溶剂提取。如此在学习皂苷、强心苷、生物碱、挥发油等成分的提取时，只要知道这些物质在自然界的存在形式、不同存在形式的溶解性能，就可以选择合适的溶剂进行提取。这样在教学过程中举一反三，可以达到事半功倍的效果。②学生记忆化学成分的形态比较困难。形态包括形、色、味等方面，有关“形”的问题，一般苷类多为无定形粉末，而糖基较少的苷或苷元多为结晶。有关“色”和“味”的问题，大多数成分为无色无味，而每次学到有色有味的成分时，就需要及时进行归纳整理。比如，黄酮、蒽醌、个别生物碱有色，生物碱、萜类、皂苷、强心苷等均味苦。学习相关成分时，举一反三，既巩固旧知，又指导学生如何及时归纳整理，找到适合自己的学习方法来理解和记忆知识。

3.2 寻找关键词，理清步骤要点

认知弹性理论中的高级学习要求学生把握概念的复杂性，能运用所获取的知识去解决新情境中的问题。因此，这一阶段的学习需要学生对前后知识有一个全面、系统的认识。但是天然药物化学知识理论性较强，有些知识需要记和背，但是死记硬背是行不通的，一方面要理解，另一方面，即使记和背，也有记和背的诀窍。其中寻找“关键词”的方法有助于学生理清知识要点。比如：①“什么是两性生物碱”这个问题，关键词在于“两性”二字。何谓“两性”，指的是酸碱两性，生物碱本身大多具有碱性，那酸性从何而来，联系有机化学中相关酸性基团问题，可知原来具有酚羟基、羧基等酸性基团的生物碱可称之为两性生物碱。②在生物碱显色反应排除干扰的问题中，书中写道：“可将生物碱酸性水提液碱化，使生物碱呈游离态，用氯仿萃取，游离生物碱转溶于氯仿中，蛋白质等水溶性杂质仍留存在水中，再将含有生物碱的氯仿液以酸水萃取，使生物碱溶于酸水中，取此酸液加入沉淀试剂”。让学生阅读完这段文字后，怎样理解这种方法呢？这种方法分几个步骤呢？找关键词“碱化”、“氯仿萃取”、“酸水萃取”、“沉淀”起到至关重要的作用。4个关键词找到后，4个步骤也就一清二楚，干扰成分在第2步被留存在水中，于第3步分离排除。

3.3 构建知识框架，梳理逻辑关系

《天然药物化学》研究的典型化学成分包括结构特点、理化性质、提取分离方法和结构鉴定等四方面。其中，理化性质与化学结构有密切的关系，而提取分离、结构鉴定与检识又以理化性质为基础，这是每类化学成分学习的一条主线，可谓是“纵线”关联；不同类别化学成分之间又有相似的结构特点、理化性质和提取分离方法，这又是不同类成分之间的“横线”关联。

例如，黄酮和蒽醌结构上都有羟基取代（结构特点），都会显酸性（理化性质），都可以用碱溶酸沉法提取（提取方法）。又由于羟基取代在不同位置（结构特点），其酸性大小不一（理化性质），因此，均可用pH梯度萃取法进行分离（分离方法）。这样的“纵线”联系和“横线”联系，教师在讲解过程中进行比较分析，学生在学习过程中整理归纳，构建知识框架，进行梳理和归纳，有利于学生的学习，提高学习效率。这不仅要求学生将所学的知识简单复述和再现出来，还要求能运用这些简单化的知识去分析、思考同类问题，并在新的问题情境中灵活运用这些知识和概念。

斯皮罗等人明确指出，传统教学在提高学生解决实际问题的能力方面表现出力不从心，原因在于将低级学习阶段的教学策略盲目地推及到高级学习阶段，使得教学过于简单化，这就好比目前职业教育中出现的将考试内容让学生通过简单记忆应付过关的现象，而非在理解的基础上，学会知识、学会应用、学会解题。《天然药物化学》的教学以认知弹性理论为出发点，以学生的理解性学习为主，在理解的基础上激发学生思考和应用知识与技能，为授课教师的专业成长和学生的综合素质提高都找到了最佳切入点。基于对《天然药物化学》教学与认知弹性理论的分析，发现认知弹性理论在职业教育专业课教学中有较强的适用性，运用恰当则可促进职业教育教学的改进与发展。

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（收稿日期：2013-03-13 本文编辑：许俊琴）