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摘 要:有机化学是医学院校的一门重要基础课。近年来,随着教育教学改革发展,使医学有机化学的教学面临不少困境,如理论课时的减少,学生人数的扩增,学生基础参差不齐等。对此,本文作者分别提出了具体解决方法,并在实践中进行了应用,取得了良好的教学效果。
关键词:有机化学论文
有机化学是一门集理论性、实践性和系统性为一体的学科。医学有机化学是医学、药学以及生命科学等相关专业的基础课程之一。它衔接无机化学,并为后续的生物化学、微生物学、免疫学、药物化学、药理学和医学检验等课程提供了必备的基础知识和基本理论。医学有机化学的内容虽与化学、化工、生物工程等专业的有机化学课程大致相同,但教学的侧重点、教学的方法须有所差异,对任课教师也提出了更高的要求。笔者从自身的教学实践出发,从以下4个方面谈医学有机化学教学实践中。
一、了解学生化学基础
笔者所在学校的医学专业面向全国招生,而现阶段各省或地区的高考政策不尽相同,部分新生参加了化学学科的高考,因而具有较为系统的中学化学知识结构,同时对基本的元素、物质以及化学反应有一定的认识,这类学生具备较好的学习医学有机化学的基础;另有部分考生,未参加化学学科的高考,在高中阶段学业水平测试之后便停止了化学的继续学习,这部分新生的中学化学基础薄弱,普遍存在概念模糊,对元素、官能团的认知不清以及对化学反应几乎一无所知的问题,这些问题导致这部分学生学习困难,课堂参与度低,进一步导致学习兴趣和信心的丧失,最终难以顺利完成该课程的学习任务。
针对不同生源的中学化学基础参差不齐的情况,我们不仅需要在合班上课时考虑班级合理编排,更需要在课堂教学中照顾到基础薄弱的学生,同时满足基础较好的学生更高的学习需求。另外,我们尝试适当安排时间对基础薄弱的学生单独进行中学化学的重要知识点的回顾和讲解,将有利于这部分学生跟上该课程的课堂教学进度,也有助于他们对后续课程的学习。
二、引导学生系统建立有机化学知识结构
多数有机化学教材,包括该校使用的医学有机化学教材均按照化合物类型(如烷烃、烯烃、炔烃、芳烃、醛酮、羧酸及其衍生物、糖、氨基酸和蛋白质……)进行章节编排,虽利于学生依据化合物类型建立知识结构,但各章节内容仍稍显分散,知识点较为繁杂,学生掌握不易。为了学生能够从最基本的有机化学概念、原理出发建立完善的有机化学知识体系,我们有意识地加强了绪论部分尤其是关于有机结构和有机反应的基本理论的阐述。
比如:绪论中我们介绍有机化学反应包含两个基本的组成:反应物共价键的断裂以及产物共价键的生成。共价键的断裂方式只有两种:异裂和均裂。前者产生自由基,后者产生离子对,两者均为有机反应的活性中间体,大多数有机反应与这两种活性中间体的生成及参与有关,从而派生出有机反应的三个基本类型:自由基反应、离子型反应(亲核或亲电反应)以及协同反应。
在后续章节的讲解中,我们将具体反应归属到上述基本反应类型进行讲解。比如:讲解烯烃的化学性质时,引导学生关注碳正离子如何形成、如何稳定以及如何参与化学反应;讲解羟醛缩合时,引导学生关注碳负离子如何形成、如何稳定以及如何参与亲核反应。这样不仅让学生能够从根本上理解反应,并且能够围绕基本反应的类型及活性中间体,将内容庞杂的知识点进行归类并逐步建立相应的知识体系。
三、注重有机化学与医学的学科交叉
有机化学之所以成为医学专业的基础课程,不仅因为有机分子是构成动物、植物体的基本单位,体内的物质转换及能量传递也均与有机化学反应息息相关。在医学有机化学的教学中,我们有意识地引入相关的医学知识,在强化对知识点理解的同时,阐释相关的生物学或医学现象,从而提升学生对有机化学的学习兴趣和热情。例如:在讲解立体化学这一章节时,我们开篇即以“反应停”(沙利度胺)事件为例,让学生认识到确定化合物立体构型的重要性。在20世纪50~60年代,“反应停”在临床上被普遍用于抑制孕妇的妊娠反应,但随之而来的大量“海豹畸形婴儿”的出生使该药物被禁止使用。后来的研究表明,当时使用的药物“反应停”实际为一对对映体混合物,即安全的R构型及致畸的S构型的混合物。通过这一实例,学生自然意识到立体化学对于有机化合物结构的重要性,课堂专注度也显著提高。
在具体章节的讲解中,我们还尝试以常见药物分子为例来阐释相关的官能团或者分子片段,做到医学、药学知识与有机化学知识点的融合。比如:在羧酸及其衍生物的讲解中,我们以青霉素等为例向学生介绍了含特殊结构片段――“β-内酰胺”的一类抗生素,使学生对酰胺的理解得以强化。同时,我们还对青霉素的发现、发展和临床应用背景进行了介绍,从而一定程度上激发了学生对医学研究的兴趣。如图1
备课时需针对不同的专业要求,确定讲课内容和重点。例如,在给生物制药专业本科生讲授有机化学时,需向学生阐述有机化学在制药领域中的应用,在药物合成过程中所用到的有机反应类型和机理,特别是引入绿色化学的概念,以减少在制药过程中产生的环境污染,达到资源最大化利用。在讲到乙烯聚合这一部分内容时,可向学生介绍聚合物在生活中的具体应用。比如说,生活中塑料制品的主要成分大多是聚乙烯,常用药物纯化分离、污水治理领域的膜分离技术,其核心部件膜组件也大多是高分子聚合物,比如聚醚砜超滤膜、聚偏氟乙烯超滤膜、聚氯乙烯微滤膜等。而在膜技术领域,膜污染问题是制约膜技术发展的瓶颈,可以通过对膜表面进行化学改性的方法提高膜的抗污染性能,这些都要用到有机化学相关知识。通过这些事例,进行专业引导,可以提高学生对本门课程的学习热情。
二、充分利用多媒体,丰富教学形式
有机化学中涉及到大量化学方程式、电子结构、分子构型等抽象概念,而多媒体课件则可以对其进行有效的补充。在讲解相关反应机理时,对于化学反应过程最好做成动画演示,帮助学生理解并且加深印象。例如,在讲解碳原子杂化轨道形成过程中,电子跃迁,轨道的杂化过程可通过flas演示,教师应结合每一步动画讲解相应的机理,从而让学生对抽象的过程有宏观的认识。同时,在采用多媒体教学过程中,需注意板书与多媒体课件有机地结合,对于一些反应过程必须利用板书进行详细的讲解,过分依赖课件有可能造成细节讲解不透彻。在教学过程中,要注意引入生活中的案例,使枯燥的理论生活化。例如,在讲授蛋白质化学这一章内容时,可先布置一个有关蛋白质的小课题,让学生课后查阅相关资料,并在课中进行讲解。例如,在生活中,如果误服了含有大量重金属的食物,如何采用急救措施,其解毒原理又是什么?儿童重金属中毒会对其生长发育有什么影响?学生通过对这些问题的查阅,搞清楚相关问题的原理,同时又增加了生活常识,从而达到学以致用。
三、理论联系实际,重视实验教学
在实验教学过程中,可采用阶段性实验教学,首先安排一些趣味性、实验性较强的验证实验,例如,阿司匹林、染料合成、茶叶提取咖啡因等。对于这类实验,学生往往表现出较大的兴趣。另外,结合教师的科研项目,我们还可安排一些开放性实验,实验室在特定的时间内向学生开放。例如,本课题组主要从事环境固体废物处理及资源化研究,对于生物科学专业的学生,可让他们参加到城市污泥好氧生物发酵的课题研究中,通过对课题的参与加深对本专业知识的理解,并且培养独立思考和解决问题的能力。
四、完善课程考核体系
课程考核体系对一门课程的顺利开展具有重要意义。大学学习中主要在于掌握学习方法,扩大知识面,而不能过分的强调考试分数的高低,不能单纯以期末卷面考试成绩的高低来考核学生对有机化学这门课的掌握情况。因此,需完善课程考核体系,加大平时成绩和实验操作成绩的比重。在教学中可根据教学章节实际内容,布置综合性知识总结论文,要求学生在查阅大量文献的基础上撰写学习报告,培养学生总结、思考、分析、概括问题的能力,还可以让个别有能力的学生根据自己的兴趣整理设计有机化学小课件,在学生中进行讲解,并对相关学生进行加分,以提高其积极性。另外,适当增加课堂提问和设问并给出成绩记录,也能有效地提高和强化学生对课程学习的积极性。结合随堂小考、课堂提问、综述论文、课件等平时成绩,进行学生成绩的综合考查,并且加大平时成绩在总成绩中的比重,而不是仅仅以期末考试成绩来考察对本门课程的掌握情况。
五、小结与展望
为了培养矿物分选加工和矿产资源综合应用领域的工程技术人才,有机化学的教材内容应以培养学生的科学思维方法,分析问题、解决问题的能力和创新能力为目标,突出矿物加工工程专业特点,着力拓宽学生知识面。据此,本课程选择的是获得第三届国家教委优秀教材一等奖,由徐寿昌主编的《有机化学》,该教材按照官能团系统分类,每一个章节介绍一类有机化合物,而每一章节又按照结构、制备方法、物理和化学性质为主线,便于学生归纳总结和综合应用。但是在2011年我校在本科生培养方案的调整中,将矿物加工工程专业有机化学的教学课时由64学时缩减为48学时,有机化学的教学内容必须做出相应的调整。首先,我们贯彻“少而精”的原则,对教学内容进行了优化处理,在缩减课时的情况下,精选本学科中最基本、最重要、最精华的部分作为重点教学内容。例如,教材中烷烃、烯烃、炔烃、脂环烃、芳烃、卤代烃、醇和醚、酚和醌、醛和酮、羧酸、胺、杂环化合物等每一个章节都包含有机化合物的分类和命名,而很多学生在高中阶段对这些内容略有掌握,因此我们在第一章有机化合物的分类中,补充有机化合物的命名,将有机化合物按照官能团命名方法进行归纳和总结,后面的章节中就不再介绍。教材中某种有机化合物的制备反应和另一种有机化合物的化学反应前后重复介绍,可以将这一部分内容合并简化。以醇制备卤烃为例,教材第九章卤烷的制备方法中介绍了醇与氢卤酸作用,而第十章醇的化学性质又详细介绍了卤烃的生成,将这两部分内容整合有助于学生的理解,避免了重复。教材中立体化学的内容比较抽象,对学生的空间想象力有一定的要求,而立体化学和矿物加工的专业知识关联较少,我们将其内容适当简化删减。其次,为了强调矿物加工专业特色,激发学生对专业的兴趣,有机化学的教学内容必须重点讲授一些和专业相关的内容。例如,我们学校的矿物加工专业主要是面对煤炭行业,学生必须对煤的相关知识了解透彻。煤是由有机质和矿物质组成,煤中的有机质又是由苯环、脂环、杂环和一系列的含氧、硫、氮的官能团组成,要认清煤的大分子结构,必须掌握好有机化学中芳烃、环烷烃、酚和杂环化合物这些章节的内容,另外煤经常发生的一些化学反应,如氧化反应、裂解反应、芳构化反应、加氢反应、缩聚反应、脱氧反应和磺化反应等也渗透在有机化学各章节中。煤的浮选过程中浮选药剂分为捕收剂、起泡剂和调整剂三种,这些药剂大多是有机化合物。捕收剂主要是煤油、轻柴油等,它们是石油裂解的馏分产品,主要是C11-C16的烷烃,在有机化学烷烃的学习中可以介绍;起泡剂包含天然起泡剂松醇油(α-萜烯醇),工业副产品起泡剂杂醇和仲辛醇,人工起泡剂醚醇类化合物,在有机化学萜类、醇类和醚类化合物的讲授中介绍;调整剂主要是一些乳化剂和絮凝剂,涉及有机化学中高分子聚合物的知识。水煤浆是一种新型的煤基流体燃料,由煤70%、水30%和少量添加剂经一定工艺流程加工而成,添加剂起着关键作用。水煤浆添加剂中主要是分散剂和稳定剂,分散剂是磺酸盐、羧酸盐、聚烯烃类化合物,稳定剂是高分子表面活性剂、聚丙烯酸盐类化合物,这些涉及羧酸和高分子聚合物的相关知识。目前,多学科交叉、渗透、融合,以基础知识与专业知识密切结合为切入点,将相互具有内在联系的有机化学、煤化学、选矿学的教学内容融合,将打破过去有机化学、煤化学和选矿学在课程设置上过于独立、缺乏联系的局面,整合原有课程内容,拓展学生知识结构。
二、有机化学教学方法的改革
传统教学方法以教师在课堂上的“填鸭式”教学模式为主,往往忽略了学生的主体性,不利于学生自主学习和创新能力的培养。为了培养学生的自学能力和思考能力,提高教学效率和质量,我们在教学中采用了灵活多样的教学方法,通过启发式、互动式和讨论式等多种教学方法,引导学生课堂上积极思考,独立解决问题。在教学过程中我们增加一些教科书上没有列出的反应及其具体应用实例,将同类型的反应随时进行总结,既可提高学生的学习兴趣和积极性,又可开拓学生的视野和扩大知识面。例如,水煤浆添加剂中普遍用到的分散剂是萘磺酸盐,在萘磺酸盐的制备过程中涉及我们所学有机化学中萘的磺化反应,萘在165℃时与浓硫酸反应的主要产物是β-萘磺酸,β-萘磺酸经过与甲醛发生缩合反应后与碱中和即可得到我们所需的产品萘磺酸盐。学生通过这个实例的学习,将会加深对萘的磺化反应的认识,同时拓宽了知识面,还与所学的专业知识也联系起来。FS-201作为一种浮选剂在很多选煤厂使用,它的药剂用量比煤油低30%左右。这种药剂的主要成分是轻质烷基苯。这种药剂的合成涉及有机化学中最著名的傅克烷基化反应。它的合成是烯烃与苯在三氯化铝的催化作用下进行傅克烷基化反应,反应物经碱洗、水洗再经脱苯、精馏,截取255℃以前的馏分。课本中一个普通的化学反应在工业上得到应用,学生将会印象深刻。通过这些实例的学习,学生发现有机化学课程并不是完全和自己所学的专业没有关系,专业知识也并不是深奥难懂,基础课程和专业课程相辅相成,融会贯通。
三、有机化学教学手段的更新
生物化学是应用化学的理论和方法来研究生命现象,是生物学和化学交叉形成的学科,它的发展和化学--尤其是有机化学紧密的联系在一起,许多对生物化学发展起推动作用的生物化学家对有机化学的研究也有着很深的造诣。在学习有机化学时,学生对法国杰出的化学家巴斯德有着很深的印象,因为巴斯德在年仅28岁的时候就阐明了具有相同化学结构的酒石酸由于其立体结构上的不同而分为两种分子,这两种分子呈镜象关系,并由此提出了对映异构现象[5],而在学习生物化学发展史时,我们不得不提的是生物化学是由于巴斯德在解决发酵本质的著名论中所产生的,所以巴斯德被称为生物化学的鼻祖。再如学生们所熟知的化学家鲍林,提出了共振论和杂化轨道理论,对有机结构理论的发展做出了杰出的贡献,而鲍林在40年代中期以后提出纤维状蛋白质的螺旋结构,及蛋白质是具有多肽链结构的物质,打开了通往蛋白质与DNA分子奥秘的大门,并由此获得了1954年的诺贝尔化学奖。据统计表明百余年来诺贝尔化学奖的颁发过程中,多位化学家都是因为在生物化学领域内的杰出贡献获得了诺贝尔奖。通过生化发展史中这些具体的例子,能够激发学习生物化学的兴趣和优越感,会深刻的感受到生物化学和有机化学自发展之始就是有机的融合体,扎实的有机化学理论和知识是研究生物化学所必备的,否则生物化学的研究就是无本之木,无源之水。而生物化学是有机化学研究的最终归属,因为任何学科的发展都将应用于生命体,为生命服务。
2通过有机化学的观点和理论解决生物化学
问题,促使两者的有机融合生物化学课程知识覆盖面广,物质代谢复杂,涉及反应多,知识体系和化学学科有很大的区别,学习方法和思维方式也有别于化学学科知识体系的学习,基于此,化学专业的学生在学习生物化学时往往感到不适应。我们认为在教学过程应在保证学生对生物化学整体知识框架的系统认识的前提下,充分发挥化学专业学生系统、扎实的有机化学知识,通过有机化学的理论和观点来讨论生命过程中的化学问题,对缓解学生的这种现状有很大的帮助。如有机化学的学习主线“结构决定性质,性质反应结构”在学生的脑海中根深蒂固,所以学生很容易理解蛋白质结构和功能之间的关系。从化学的观点出发,学生很容易理解人造奶油反式脂肪酸为什么给我们带来了巨大的灾难,其原因就在于比起反式构型的双键结构,顺式不饱和脂肪酸有较低的熔点,能够保证在生理温度油脂的液体状态。晒太阳能补钙的这个生活小常识用化学的理论解释是:钙的吸收需要维生素D的参与,而人的皮肤中含有维生素D原,在光照条件下,会发生周环反应生成维生素D,所以才有了晒太阳能补钙这一说法。类似的例子在生化内容比比皆是。通过有机化学的理论和观点来解决生化问题,可以让学生自然而然的融入生化课程的学习,发挥学生扎实的有机理论和知识的优势,降低学习生化的难度,变死记硬背为逻辑推理,在潜移默化中将两者进行了有机的融合,激起学生学习生化的兴趣。
3结合生活实例,促使两者的有机融合
众多的教学研究表明,在教学过程中生活实例的结合能够促使学生“学”和“用”的有机结合,让学生感受到学习的重要意义,激发学生学习兴趣的产生,促进学生书本知识向实践能力的转化和创新思维的发展。生物化学是一门基础的自然科学,是通过化学的理论和方法来研究生命体内的化学变化,所以在实际生活和生产中的广泛用既以生化原理为基础,又和化学知识密不可分。因此在教学的过程中,结合具体的应用事例,以此为桥梁,促进有机化学和生物化学的有机融合,提高学生学习生物化学的兴趣。如日常生活中的烫发,其原理是以生物化学为基础,头发是角蛋白,角蛋白的螺旋多肽链间有很多的二硫键交联,二硫键的生成的位置是决定着头发的形状,二硫键是巯基通过氧化反应生成的[6]。烫发的过程实际就是通过还原剂破坏头发原有的二硫键,通过还原剂使二硫键在新的位置生成,从而达到了改变发型的目的。其中涉及到的还原剂就是一种小分子有机物,烫发质量的好坏和还原剂有很大的关系,了解到这一点,思维活跃的学生就会考虑,在学习过的类似结构的有机化合物中,有没有可以充当改良的还原剂,从而达到降低烫发的副作用,改善烫发的效果。通过类似实例的引入,作为学生会深刻的感受到,要使自己已有的有机化学理论和知识发挥更大的作用,为人类造福,学习和掌握一定的生化知识是非常必要。显而易见,结合生活实例的教学过程,进一步将有机化学和生物化学进行了融合,使学生学习生化的兴趣进一步得到提升,亦有助于培养学生的创新思维。
4通过有机化学的前沿科学研究成果的学习,促使两者的有机融合
在教材中并不能体现,为了让学生对这些前沿的研究成果有一定的了解和认识,使学生更深刻的认识和体会到有机化学与生物化学的紧密联系,激发学生学习生化的热情,提高生物化学的教学质量,我们将利用丰富方便的网络资源,查找相关的文献资料,利用4课时左右的时间,与学生一起讨论有机化学领域的最新研究成果在生物化学领域的应用,同时,给学生指定内容,利用业余时间进行相关小论文的撰写。在教学实践中,我们查阅了小分子有机化合、药物等与蛋白质、DNA的之间相互作用的文献,让学生了解这些前沿的研究成果。通过这样的学习方式,一方面可以弥补传统生物化学内容更新慢的缺点,有助于学生了解有机化学与生物化学交叉发展的最新研究成果,有助于学生的科研素质水平的提高,知识视野的开阔;另一方面,使学生认识到有机化学和生物化学的发展是相互依存,相互促进,两者的最终的目标是一致的—即从分子水平研究生物学问题。
5结语
1.1教学内容的梳理与整改
按照11版教学培养方案的修订,有机化学由原来的126学时减少到108学时,上下半学期各54学时。同时,有机化学实验也做了相应的修改,由原来的90学时减少到70学时,上下半学期各35学时。在此次教学方案修改的同时,有机教研室依据教育部规划教材特点,结合我校化学专业长远发展需求,立足于学生可操作性,本着“微型化、节约化”原则,进一步梳理与完善了有机化学实验教学内容。在坚持熟练基本操作的基础上,将教师科研方向中的一些原料合成作为教学内容引入到了有机化学实验操作中,例如,将降冰片烯二酸酐的制备引入教学环节,让学生在巩固双烯合成理论的基础上,进一步熟练如何利用已知原料合成目标产物的方法。再如,在重结晶实验操作中,由于原料的恒定性,学生实验往往很容易形成机械操作、简单重复和照方抓药等特点。为了打破重结晶原有实验原料的单一性,我们借助重点实验室这一平台,跟有科研项目的老师一起交流并达成共识,他们合成的粗产物直接应用到有机化学教学实验中,形成了原料种类多样性。变换原料,学生就得通过重结晶的步骤,合理选择理想溶剂,提高了学生参与实验的主动性,同时也为老师科研提供了保障,避免了实验产品的浪费。另外,对先前的常量化实验也进行了改进,引入了微量实验仪器,树立学生节约意识,进一步强化学生的实验技能。
1.2教学模式的转换
传统的实验教学模式只注重学生实验结果,往往忽视了实验过程。有机化学实验教改过程,首先,注重实验前的准备。让学生通过相关文献检索,吃透实验操作中的一些问题,熟悉物料性质,确保实验顺利进行(见图1)。其次,全面干预学生实验操作过程。在实验操作过程中既要强化学生的实验操作技能,对于违规操作行为,要及时纠正,必要时要作为典型案例,引导全体学生注意,同时还要全面跟踪学生实验过程,设立专门教师实验台,实现学生和教师共同实验,在实验操作中及时将实验过程中出现的问题反馈给学生,进一步培养学生对一些反常现象的理解和认识,锻炼学生分析与解决问题的能力(见图2)。第三,做好实验结果总结与实验报告信息反馈。对于实验结果来说,由于个人的操作或多或少存在差异,尤其在现象描述、收率计算和物理参数测定等方面都多少存在分歧,采取集中讨论与分散交流相结合的方式,干预学生实验结果讨论,引导学生对实验结果做出正确的判断,为后续实验报告的书写奠定基础;对于实验报告信息反馈,一要坚持原有认真批改实验报告的做法,二要在新的实验开始时做好实验报告的点评工作,既要突出表扬优秀的实验报告,也要指出不合格的实验报告,通过以“优帮差”,切实发挥好“传帮带”的作用,逐步完善学生对实验报告的书写。三是对学生在实验创新中提到的一些改进措施要给予合理的解释,激发学生积极尝试实验的热情,增进学生对化学实验的兴趣。
1.3教学评价体系
老师通过实验教学中的“预习、操作、卫生和实验报告”可以直观地给学生在某个实验中给予合理的分数。反过来,学生也要发挥监督老师的作用,通过教学评价体系,可以反映出教师在实验教学中的投入。学校虽然每年都通过教学评价系统,让学生对老师教学做出客观公正的评价,进一步激发教师的教学热情,但效果往往不是很理想。我们在有机化学实验教学环节中引入了“一个实验一评价体系”,采取无记名信息反馈,梳理后将意见转达给任课教师,通过教研室活动讨论,确定整改措施,并及时地应用到下一个实验中,并将有用信息扩大到了整个教研室活动中,使得教师在教学中丰富阅历,使得学生在学习中长了见识。这种做法在学生与教师中已经形成了良性互动,并得到了很好的评价效果。
1.4科研协助教学改革
有机化学实验是在大学二年级开设,学生已经初步掌握了一些基本的实验技能操作,在有机化学实验实验教学过程中,积极引导学生参与教师科研活动,增强学生对学科前沿知识的了解,提升学生对化学实验的兴趣。具体可通过内蒙古每年举办的“挑战杯”科技作品竞赛和毕业生毕业论文的设计两个途径进行尝试,让学生以兴趣小组形式参与到教师科研项目中,让学生从教师科研活动中吸取宝贵的信息资料,获得长足的进步。例如,β-氨基酮类化合物的合成(Mannich碱)是有机化学理论知识中的内容,基本的有机化学实验教学中并没有此类化合物的实验操作内容,是一个综合性很强的实验操作,学生要从多组分溶剂的选取、TCL(薄板层析)、重结晶、熔点测定等一系列实验技能入手,扩展了学生的思路,增强了有机实验手段的连续性和衔接性。截至目前为止,已有两届学生10多人次,借助教师科研平台,参与“挑战杯”科技作品竞赛,并获奖;有三届学生15人次,通过参与教师科研活动,发表了高水平的学术论文。当然,这些成绩的取得反过来又促进了实验教学的运行,在培养学生实验技能的同时,进一步拓展了学生在实验中“敢想、敢问、敢做”的理念,从某种意义上也完善了新版教学培养方案。
2结语
根据教学的安排,新年伊始,有机化学课就要开篇。学生刚从轻松的假期进入到紧张的新学期学习中,良好的开始和过渡是最重要的。有机化学的第一章就是绪论,第一节课教师一般会讲三个方面:第一,教师的自我介绍;第二,介绍该学科的发展简史及一些基本概念,有机化学对医学药学的重要性;第三,有机化学课的特点,对学生的具体要求以及教师的具体授课方法等。第一节课对学生是最重要的,良好的开始是成功教学的基础。增加学生的兴趣,教师的引导是至关重要的。教师在自我介绍的时候不必要太过谦虚,应该实事求是的介绍自己,像自己的学历、研究工作、出国经历、发表过的论文以及课题等,尤其对自己擅长的科研工作要详细介绍,给学生打开一扇近便的求知和探索之门。甚至能向一些学生发出邀请参与自己的课题,与学生在以后的学习中探讨一些科研问题。该方法能尽快的缩短与学生之间的距离,给学生一种亲近感,从而激发学生的学习兴趣和动力。把有机化学大的框架知识和发展史介绍给学生,能使学生对有机化学有个全面的了解。回顾有机化学的发展史,首先讲到有机化学一词是1808年瑞典化学家柏齐利乌斯提出来的,经过300多年的发展,现在人们已知的有机化合物达到3,000多万个,常用的化学反应达到200多个。从1902-2005年共97次Nobel化学奖中,约有25项是有机合成领域的杰出贡献而获奖。有机化学的发展经历了三个重要的阶段:一是从19世纪初到1858年有机化学的“萌芽”时期;二是从1858到1916年的“经典”有机化学时期;三是从1916年至今的现代有机化学时期。有机化学经历了高速的发展阶段,正在不断地改变人民的生活。现代有机化学不是局限于以前的纯有机化学,与其他学科的交叉融合日趋严重,先后出现了天然有机化学、有机合成、元素有机化学、物理有机化学、有机分析和立体化学。把有机化学课程与交叉学科的相互密切关系一一简介。使学生了解有机化学对其专业学习的重要性,引起学生对有机化学的高度重视。让学生了解医学医药类科学与有机化学有着密切的关联。最后教师要鼓励学生克服畏惧心理,掌握科学的学习方法,树立起能学好有机化学的信心。
2参与式教学法,激发学生成就动机,促进自主学习
大学学习过程中学生自主学习是一个很重要的环节。在教学过程中,教师要更多地采用正确的行之有效的教学方法和激励方法,引导和鼓励学生自觉学习、自己来解决问题,进行自主学习。引导学生往自主学习的方向发展,改被动接受的思想和意识为自主学习。如何激发学生的自主学习的动机、培养学生自主学习的积极性,全力提升学生自主学习的能力,教师的引导和鼓励显的尤为重要。在一般的教学考核中,教师一般将成绩分为考试成绩和平时成绩,考试成绩主要来源于期中和期末成绩;另外一种重要的成绩就是平时成绩,平时成绩主要来源于考勤、作业、实验成绩。平时成绩的合理给分能有效地促进学生的自主学习。在多年的教学中,作者一直有一个特色的评分方式。针对选用的教材,鼓励大家在发现教材中的错误,哪怕是标点符号的错误。在这个实施过程中,学生为了找到教材中的错误,必须仔细地研读课本,同时还要找相关的专业书比较,反复的阅读、理解、考虑才能判断一个错误。同样的错误先提出的同学得到加分,所以大家能独立自主的学习,不会像做作业一样出现抄袭的现象。实验成绩的给分主要注重学生的动手操作,而不是只看实验报告。在每个学期的学生纠错课本中,学生一般会找到明显的标点符号错误或文字错误20余处,介绍知识点错误2-3处,课外习题或答案不严谨10余处。通过教学内容、教学方法和教学手段的改革,将教师由知识传授的主导者转变为教学活动的组织者、引导者;每个学期可以根据授课内容设置几个专题给同学们自学,查阅资料,相互探讨。最后在课堂讲解自己的所学所想所得。这一过程可以归纳为,设置专题-查阅资料-学生整理资料-小组探讨-学生课堂讲解-教师点评。学生能很好的参与教学的章节是第六章醇酚醚,因为在高中阶段大部分学生对醇酚的性质有了比较深刻的理解。因此每个小组都能自己查阅资料,并做出漂亮的PPT,能简单详细地介绍醇酚的结•127•构、命名和主要化学性质。但是醇分子内脱水成烯,伴有重排的反应是本章的难点,学生还是难于讲透,教师需要在后面的总结中强调。让学生成为自己学习的主人,激发学生学习有机化学的积极主动性,为今后其他学科的学习和终身发展奠定良好的基础。
3教师与学生角色互换
教学传统的教学方式是教师讲,学生听,学生被动,学习热情不足。上课时有睡觉的,玩手机的、看电脑的、玩游戏的,可谓言者谆谆、听者藐藐。如何激发学生的学习主动性,让学生来做课堂的主人,我的课堂我做主?教师可以和学生进行角色互换,比如每次讲解新内容之前对上节课讲的内容进行复结,承前启后,加强记忆的同时为本节课新内容的讲解做准备。这个过程可以让学生来完成,教师从旁指导。学生可以根据教师上节课的课件进行改编,自己重新总结,用自己的语言把前面讲过的内容重述总结出来,教师最后可以进行补充完善。还有就是化合物的命名,每个章节基本上都有化合物的命名,书上的命名原则讲的已经很清楚,很有条例。教师可以给出分子结构式,给出自己的PPT,让学生预习后来给大家讲命名的步骤并给出结果,在讲完之后,允许学生纠错,同时允许其他学生补充遗漏,这样不仅调动了每个学生的积极性,而且记忆深刻。让学生参与到简单教学工作中来,充分发挥学生的积极主动性和多样性,实现师生互动,师生互换,气氛融洽,能很好的跟学生沟通。能有限地减少厌学、逃学现象的发生;通过每学期不定时的点名10次,发现学生很少出现无故缺课逃课现象。学生自主参与教学同时为学生展示自己魅力提供了平台,为锻炼学生提供了最好的舞台。通过多层次多渠道提高学生的学习兴趣,对近4年来同一专业的学生学习成绩进行分析,发现:从2010-2011学年开始注重激发学生的学习兴趣,学生考试成绩有大幅提高,平均分由原来的60多分提高到了70多分,将近80分;考试通过率超过90%。
4科研教学,鼓励参加各种化学类的相关竞赛
在准备每章的教学内容时,要花较多的时间收集材料。比如在绪论中举例介绍衣食住行、生老病死等都离不开有机化学;讲到构象、构型时,举例说明药物也存在着不同的构象或构型,不同的构象或构型与受体结合能力以及生理活性也不同;在芳香烃和含氮化合物两章分别介绍两类化学致癌物:稠环芳烃和N-亚硝基化合物,这与我们的生活紧密相关;在立体化学一章,除介绍2001年诺贝尔化学奖关于手性药物合成及化学奖获得者对手性药合成的贡献外,还可大量介绍不同构型的手性药的药理作用,使学生认识到研究手性的重要性;在羧酸、羧酸衍生物及取代羧酸一章,详细介绍羟基酸、酮酸等与人体三大代谢的关系,通过掌握和运用有机化学的普遍原理,使学生初步具备联系体内复杂反应的能力。医学与有机化学有关的例子不胜枚举,在每章里面都能结合医学和药学知识进行教学,使学生充分认识到有机化学是后续专业课的基础,这样既能激发学生的学习兴趣,又为专业课打下了坚实基础。
2建立理论框架,提高学生自学能力
有机化学内容多,但规律性较强,有些内容是建立在中学化学基础知识之上的,是大学阶段与高中课程联系最为密切的一门,根据学生在中学及基础化学中的实际学习情况,应删去重复内容。中学时代由于高考大纲的限制,有机化学教学缺乏系统性,学生着重对知识的死记硬背而忽略了理解能力的培养,只知其然而不知其所以然。而在大学学时数紧缩的情况下,仅仅靠死记硬背远远不够。我们应该有目的地讲授有机化学结构理论知识,通过建立理论框架,从理论高度加深对有机化合物结构和性质关系的理解,这样在讲授某些具体问题时教师可以点到为止,启发和鼓励学生开动脑筋提出问题并解决问题,有意识地培养和提高学生的自学能力。比如:①电子效应中的诱导效应和共轭效应。电子效应是有机化学教学的重点和难点,所以在这一节,授课教师利用多媒体辅助教学,充分提升学生的空间思维,从电子效应的概念、特点和类型上分步讲解,通过运用有机结构理论的知识,解决有机化学中的许多问题,如不对称烯烃与卤化氢的选择性亲电加成;共轭烯烃的1,2-加成和1,4-加成;苯环亲电取代的定位规则;水、醇、酚、羧酸的相对酸性大小等。②杂化轨道理论。结构决定性质,性质反映结构。熟悉有机化合物的性质首先必须掌握该物质的结构,而分析有机化合物的结构必须从原子的杂化开始。所以在杂化轨道理论一节中,要让学生明白构成有机物的主体碳原子在形成分子时轨道为什么要杂化?杂化对分子的形成有什么好处?杂化后轨道外形和电子云外形有什么变化?杂化轨道是如何形成共价键的?sp、sp2、sp3杂化在轨道成分、形状、长度、夹角及空间构型等方面有哪些区别?如何判别杂化方式等等?理解杂化轨道理论对掌握一类有机化合物的性质方面起到了重要作用。③酸碱理论。讲述酸碱理论的发展历史和每一种理论的本质,从阿累尼乌斯酸碱理论、勃朗斯德酸碱理论,到路易斯酸碱理论在有机化学中的应用,让学生对有机化学中的酸碱概念有一个整体的、本质的认识,尤其是路易斯酸碱理论对亲电反应和亲核反应的理解起到关键性的作用。
3吃透教材,融会贯通,培养学生全局意识
在有机化学教学环节中,教与学之间的矛盾十分突出。就这门课程而言,理论性强、涉及的概念多、化学原理抽象、分子结构复杂、化学反应及机理繁琐。在绪论一节授课老师都会强调有机化学的学习方法,尤其是突出预习和课后归纳总结的重要性,但在与学生交流的过程中了解到,学生一开始还能跟上进度,但随着教学内容的全面推进,大多数学生不再预习而是跟着老师走。为了缩小教学矛盾,要求教师吃透教材,融会贯通,注重章节前后知识的连贯性。比如烯烃的稳定性与消除反应之间的关系;醛与醇的亲核加成反应是糖的环状结构形成以及成苷反应的基础,含氮化合物的性质是蛋白质和核酸中涉及的一些反应的基础等。有目的地培养学生的全局意识而不是孤立地陈述一个个具体的反应,同时对教材进行合理取舍,优化教学内容,提前告知学生。当然,在实际讲授过程中既要考虑为学生今后的学习奠定“必须”和“够用”的理论基础,也要注重教学内容的先进性和前瞻性。
4抓住反应本质,构建有机化学反应中的稳定性规律,注重培养学生理解能力
有机化学课程的特点之一是反应多且复杂,但规律性强。只要找到某一类物质反应的实质,很多问题就能迎刃而解,而不需要记住每一个具体反应方程式。比如烷烃自由基取代反应实质是:中间体自由基的稳定性决定了取代反应的快慢,学生理解了反应机理,掌握了自由基的稳定性大小,自然就会写出主要产物;不对称烯烃与不对称试剂加成仅仅记住所谓的“马氏规则”是不够的,要理解反应过程和实质:中间体正碳离子的稳定性决定了烯烃亲电加成反应的快慢;“查依切夫”规则预测消除反应的方向,同样需要理解其实质:生成比较稳定的烯烃为主要产物。所以通过寻求有机化学中反应物、产物、中间体的稳定性与反应性能的关系,达到培养学生理解能力的目的。
5多条复习主线及多种学习方法相结合,提升学生归纳总结能力
好的复习方法和学习方法是学好有机化学的有效途径。多条复习主线包括:以官能团为主线;以反应类型如亲电反应和亲核反应为主线;以物质的酸性或碱性大小为主线;或以寝室为单位组成学习小组针对某一类反应、某一问题或按照目录章节顺序进行讨论归纳总结,以形成一个个完整的知识链,把相对独立分散的内容串联起来,加深对所学知识的巩固和理解。这些归纳总结工作贯穿整个学习过程。为激发学生的学习积极性,变被动为主动,和学习其他学科一样,学好有机化学也需要多种学习方法如启发式、讨论式、设问置疑式等,但有机化学在知识结构上系统性、连贯性更强,学习方法上有其独特性,比如普遍性与特殊性相结合:一类物质由于同系物的存在,我们不需要记住每一个物质的结构和化学性质,这就是普遍性,如果再注意到个别物质的特殊性,某一类物质的结构和性质得以全面掌握。如含有碳碳π键如烯烃、炔烃都能使溴水、高锰酸钾褪色,但含炔氢的炔由于具有特殊性可与硝酸银的氨溶液或氯化亚铜的氨溶液发生反应而与一般的烯烃和炔烃相区别;羧酸有酸性,都能发生酯化反应但甲酸因含有醛基而具有还原性;醛、酮都能与羰基试剂如2,4-二硝基苯肼反应但乙醛或甲基酮能发生碘仿反应表现出特殊性。另外,类比法也是学好有机化学的一种有效方法:如水、硫化氢的区别类比到醇、硫醇的结构与性质区别;有机胺与无机氨结构性质相类比等。通过探索多种学习方法与复习方法,不仅能够逐步提高学生的归纳总结能力,更有利于学生对所学知识的系统掌握,从而达到书本知识从厚到薄的学习效果。这样学生在轻松、愉快的氛围中学习有机化学记忆也更加深刻。
6优化问题设计,建立章节典型例题和题解,提高学生运用知识解决问题能力
“科学素养”这一名词是伴同20世纪五六十年代美国的课程变革运动而建立起来。把科学素养作为科学教育的目标与意义,已在世界各地取得共识。西方理论的教育理论中关于“科学素养”存在着两个意思:一个是指有学问,另一个是指可以浏览,可以书写,目标是日常的普通大众。我国关于科学修养的理解是人在处理与自然、社会的关联中应当具备的知识、精神因素和实际本领,即人具有的科学文化知识和利用科学文化知识处理问题的能力。我国学者对科学素养从四个方面来进行分析与阐述:一是科学知识、技能和科学方法,二是科学本领,三是科学观,四是科学品质。科学素养是在家庭、学校和社会的教学情况中逐步形成的,是一个耳濡目染的过程。不能不强调的是,科学素养的内涵是动态的,是随着人们意识的不断深入和社会条件的变化而成长的。
二、阻碍学生科学素养提升的因素
从对周围从事有机化学教学相关人员的教学工作之观察,以及相关同人的交流与探讨,造成当前大学生科学修养不高的因素是多方面的,首先国内缺少培养科学素养的泥土,其次是教育体制弊病、教学活动主体思想认识偏差等要素。笔者结合几年来从事有机化学的教学以及科研的实际情况,认为在有机化学教学中主要存在以下因素阻碍学生科学素养的提升。
1.受中小学教育的影响。
我国目前在中小学的教学中实行的是应试教育,这类教育体制具有两个致命缺点:其一是中小学不看重科学素养教育的习惯在高校中被延续;其二是学生长时间疲于应对考试成为测验机器,即使到了进修环境相对轻松的高校也依然沿用以往在中学时形成的学习方法和学习态度,对于科学素养养成的重要性认知不足。现在,全国大部分的高校仍缺少针对大学生的专门科研活动,只有部分高校将大学生科研活动作为一项长效机制固定并且坚持下来,但是,缺乏专门机构做出引导和安排,在某种意义上这类体制上的遗憾使得大学校园缺少浓郁的科学素养氛围,不利于大学生科学技术的磨炼与培育。
2.教材内容陈旧、难学的问题。
有机化学是一门应用性、实践性较强的学科,有必要将有机化学的最新动态、前沿理论引入教材。然而,现在各个高校所使用的有机化学的主流教材基本上是相对比较经典的有机化学内容,其中反映现代科学技术前沿的内容很有限;方程式和人名反应繁杂,难以理解和记忆;立体化学和反应机理抽象,难以掌握理解;有机化学的课时数相对较少,使得在课堂上教师与学生之间缺乏有效的互动,从而使得教学效果不理想。
3.部分教师科研观念淡薄,无法实现有机化学教学与科研相长。
目前,在有机化学教学与科研人员的配置中,仍然存在这一现状:长期从事教学的教师基本不搞科研,而大量从事科研工作,并且成果非常优秀的教师基本不担任讲授任务。这样的人员配置有利于实现人才的专业化和高水平科研成果的产出。但是,教学与科研的完全脱离,使得科研无法促进教学;而在教学中发现的问题,也无法为科研提供有效素材和动力。
4.多媒体教授方式与传统讲授方式缺乏有效整合。
目前,有机化学存在传统教学和多媒体教学两种方式,二者各有利弊。多媒体教学在有机化学中的应用能够实现从平面式教学向立体式教学的转变,有利于学生加倍形象地、直观地了解分子结构特点;从静态展示向动态模拟的转变,有利于学生提高对化学反应机理的理解;从封闭式教学向开放式教学的转变,有利于丰富有机化学教学内容。不过,多媒体教学可能会阻碍师生的有效交流,造成教学中的形式主义。因此,需对有机化学多媒体讲授形式与传统讲授形式进行优化整合,发挥各自的比较优势。但是,从有机化学的教学实践来看,有些教师偏重于多媒体教学模式,有些教师偏重于传统教学模式,二者缺乏有效整合。
三、提高学生科学素养的途径
在有机化学教学中对学生科学素养的培养与提升,要求学生对有机化学中的基本概念、科学方法、反应机理等等具有充分的认识和理解,形成稳定的心理素质。因此,在有机化学教学中,提升大学生们的科学素养与品德,可从以下几个方面进行考虑。
(一)编写与时俱进的有机化学教材
建立有机化学教材的定期更新机制,积极更新有机化学教材,将有机化学发展中的前沿理论、前沿知识、最新动态引入有机化学教材中。在20世纪90年代初,为了解决传统有机合成方法以及传统有机合成工业对环境造成的巨大污染与破坏,化学家们提出“绿色化学”的概念,即从源头减少、甚至消除污染的产生,通过钻研和改良化学化工工艺,从本质上减少和消除副产物的产生,达到保护和改善环境的目的。在有机化学教材的编著中就可以引入“绿色化学”的内容。在有机化学教学中,适当增加与有机化学相关的社会热点问题、事件,比如三聚氰胺事件,激发学生的学习热情及兴趣。现在高等学校所开的有机化学方面专业选修课以及必修课内容枯燥,专业性强,不利于化学专业以外的其他需要学习化学课程的相关专业学生学习,提不起学生在选修课中对化学或者有机化学的兴趣,就更别谈提高科学素养。因此应该加大有机化学中与生活密切相关的教学内容,例如糖为什么是甜的?醋为什么是酸的?以及生命现象的起源等等,这些内容不仅可以让学生更深入了解身边的生活,更让学生增强对有机化学的学习兴趣,进而提高学生的科学素养。
(二)创新有机化学教学方式
充分发挥多媒体与传统教学法这两种教学法的各自优势,克服各自的缺点,最大限度地提高教学效果。精心设计多媒体课件,利用多媒体丰富多彩的表现形式,有利于模拟反应进行的过程,从而使学生了解反应机理。将相应的化学反应、发明、应用及相关历史资料短时间内呈现给学生,提高学生对有机化学的学习兴趣,扩大学生的知识面。在基础有机化学课程教学中将原理与案例结合起来,采用案例作为解释、证实实验原理和方法的资料,使学生学得更加灵活与自如,理解知识能够更加全面和深入。激发和培养学生的创新精神。
(三)强化有机化学实验的教学改革
实验教学能够激发起学生学习的兴趣,从而培养学生动手本领,增强科研能力,提高学生综合水平,培育学生的创新能力。改革传统实验教材,使实验教材与理论课讲授结合更加紧密。在当今相当一部分高校中,有专门选拔一些对化学有兴趣,并通过一定考核的本科学生,使他们直接进入该校的特定课题组,在组内协助研究生及导师完成他们所承担的科研项目,并取得一定的学分。此方法不仅使学生增强了动手本领,更使学生提早接触科研氛围,有利于学生综合能力的提高。
(四)培养学生的问题意识,倡导“探究取向”
有机化学以有机物的组成、结构、性质及变化规律为主要研究对像,是化学学科中的一个相当重要的二级学科。它与人类生活和生命活动息息相关,在衣食住行、医疗卫生、农业生产、能源和材料等工业生产及科学技术领域都发挥着举足轻重的作用。因此,技师学院有机化学教学内容应以物质结构为主线,将“有机化学与生活”,“有机化学与材料”和“有机化学与生命”等内容渗透进课堂教学,彻底改变“纯化学”式的教育模式,让不同层次的中学生积极投入到实践学习的氛围中,在实现知识积累的同时,得到方法、技能的锻炼,为实现终身教育奠定基础。有机化学由于其内容本身的真实性与实践性,学生在学习、活动过程中通过自己亲身感悟与体验,在获得知识与技能的同时,可以内化形成过程与方法、情感态度与价值观,理解科学的本质,从而全面落实化学课程目标和提高学生的科学素养。
同时有机化学是基于实验的一门科学,有机化学的研究更是具有明显的实验特征。因此,在技师学院有机化学教学中开展实践学习研究是一个契机。通过实践学习,对学生进行探索化学知识的过程和学习方法的训练,既可以激发学生发现问题、分析和解决问题的兴趣,形成求学所必需的质疑态度和批判精神,又培养了学生多维思考、分析推理、归纳总结的能力。
2技师学院有机化学实践教学现状的调查和分析
通过对技师学院有机化学教与学现状的调查和分析,对目前技师学院有机化学教学模式现状进行了摸底,以便于更有效地开展探索适应新课程要求的教学模式的研究。根据占有的资料和实际的走访调查,设计了调查问卷。结果显示31.5%的学生对技师学院有机化学学习无兴趣,45.2%的学生认为学习化学兴趣不高的主要原因是教师传统的教学方法,59.6%的学生不能很好地参与课堂教学,68.5%的学生喜欢实践学习模式。由此看出,传统的教学方法中存在以教师为中心,强调教师权威的现象,忽视了教师与学生的合作关系,剥夺了学生的自主性,影响了学生的自信心,导致学生厌学,使学生对教师有抵触情绪。学生希望老师在课堂上成为他们的合作伙伴,给他们一定的学习空间,使个人的主动性、积极性充分发挥出来。而有机化学教学改革的核心任务便是建立和形成旨在充分调动、发挥学生主体性的学习方式。实践学习就是一种行之有效的学习方式,能使学生的主体性、能动性等在实践学习过程中得以发展。
3技师学院有机化学实践教学创新的措施
3.1培养学生设计实验并动手实践
假设提出后就要想方设法去检验它,用实证性材料去或支持假设。这是实践学习的重要步骤。因为学生要达到对所学知识所反映事物的性质、规律以及该事物与其他事物间联系的深刻理解,最好的办法是让学生到现实世界的真实环境中去感受,去体验,而不是仅仅聆听教师或其他人的介绍和讲解。比如在2乙醇与浓硫酸反应产物的验证试验中。我们创设了以下问题情境创设:乙醇与浓硫酸制乙烯气体时温度控制不当常有副反应发生,若温度过高,乙醇被氧化成二氧化碳,浓硫酸被还原为二氧化硫。那么如何设计实验验证反应混合气体中含有二氧化碳、二氧化硫和水蒸气那?学生一般都能知道验证二氧化碳用澄清石灰水,验证二氧化硫用品红溶液,验证水蒸气用无水硫酸铜,但是具体的操作步骤是什么,为什么?大部分的学生不能正确说明原因,这时教师可以引导学生进行实验设计实践。
实践实验设计思路:
(1)水蒸气先验证还是后验证,为什么?这时有的学生想到若先验证二氧化硫或二氧化碳必须通入水溶液中,带出水蒸气,影响产物水蒸气的验证,所以水蒸气必须先验证。即通过装有无水硫酸铜的硬质玻璃管。
(2)二氧化硫和二氧化碳哪个先验证,为什么?通过教师的引导,学生认识到因为二氧化硫也能使澄清石灰水变浑浊,所以必须在检验二氧化碳之前,先将二氧化硫除去并除尽。而除去二氧化硫之前应先验证二氧化硫,所以应用三个洗气瓶,分别是品红溶液,溴水,品红溶液,第一个品红溶液为验证有二氧化硫,溴水为除去二氧化硫,第二个品红溶液为检验二氧化硫已除尽,这样通入澄清石灰水变浑浊一定为二氧化碳。通过这样的设计使同学认识到在设计实验时必须全面考虑各个因素的影响,应注意到每个细节的设置,才能使最终的结果正确。但要使学生对设计实验方案感兴趣,并能设计出高质量的实验方案,学生就必须有扎实的知识基础和实验技能。在化学学习中,教师要帮助学生对已学过的知识加以回忆、深化、提高,将所有中学化学知识系统化、条理化、网络化。
3.2培养学生多动手实验并注意学会观察
当前在实验教学中往往会出现这样的问题:实验现象琳琅满目,学生情绪亢奋,实验做完后学生只记住他最感兴趣的部分,而对其他现象说不清楚,因此,在初次进行实验时教师必须让学生知道观察什么,怎么观察。比如我们在苯与液溴的取代反应试验中,在演示苯与液溴的取代反应时由于注意点较多,可边实验边提出问题,指导学生观察实验:
(1)苯与液溴混合后有没有明显现象,加入铁屑后有没有明显现象?
(2)跟反应器连接的长导管起什么作用?
(3)导管口为什么不插入液面下?
(4)怎样除去无色溴苯中溶解的溴?
通过以上问题的设置使学生对该实验应掌握的问题一目了然,所以只要明确观察目的,仔细观察,不管实验现象多少,都能抓住本质。同时要引导学生边观察,边进行思维性观察。不仅要观察实验仪器的选择组装,而且要分析为什么,不仅要观察实验现象,而且要思考产生这一现象的原因。而在实践学习中,很多猜想与假设只有通过实验才能得以验证,在动手实验的过程中,不仅可以提高学生的实验技能,而且可以培养学生发现问题,解决问题的能力,激发他们的实践精神。
总之,技师学院有机化学传统的教学方法已不再适应时代的要求,但旧的教学理念往往根深蒂固,因此以实践学习为核心的有机化学教学的实施还有很长的路要走,实践学习的各种有效途径还需要在实践中不断摸索。
参考文献
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在实验前两周,教师将本实验需预习的问题挂在教学实验中心网站上学生通过查阅文献资料,做好充分预习。我们对苯甲酸正丁酯的合成课前预习设计了如下几个问题:1.如何使用分液漏斗?干燥剂种类、选择和用量?常压蒸馏的装置、操作和注意事项?如何提高反应的产率?2.分水器的作用和原理?带水剂种类和选择?3.反应后如何提纯苯甲酸正丁酯?4.如何设计反应的装置和实验的方法?5.减压蒸馏的原理是什么?如何正确地安装和操作减压蒸馏装置?设计问题的目的:问题1是为了让学生复习巩固前面所学的回流、干燥、洗涤与常压蒸馏等实验基本操作;问题2和5是预习的重点和难点,学生可通过预习初步掌握分水器的作用、原理和使用条件等,初步了解带水剂的种类和选用方法,初步了解减压蒸馏的原理、适用条件、实验装置、使用方法和注意事项等;问题3和4是考查学生对实验知识的综合运用能力,也是对学生实验技能的综合训练和提高。总之,通过预习实验前设置的问题,学生不仅能巩固所学的知识,了解实验的目的、原理、方法,以及注意事项等基本内容,也避免了实验前教师花费过多的时间作“注入式”的讲解,并能有效地增强学生的实验兴趣,拓展其知识面。
二、实验前讨论
将实验前教师的讲解改变成以问题为中心的探讨,不仅能确立学生的主体地位和教师的主导作用,而且能够活跃课堂气氛,提高学生的实验兴趣,更有助于学生分析问题和解决问题能力的训练和提高。课前的预习只是让学生对本次实验的内容有个大致的认识和了解,但是对实验的重点和难点,学生可能还是一知半解。因此,为了让学生全面掌握实验的内容,我们对实验前的讨论准备了以下的问题:
1.合成苯甲酸正丁酯的方法?反应的机理?如何提高反应的产率?大部分学生可能知道书本上的合成方法,即通过苯甲酸和正丁醇合成苯甲酸正丁酯。这时,教师可以适当补充其他合成酯的方法。这不仅能拓宽学生的知识面,而且能使学生因教师具有广博的知识而产生敬重,从而引发更加强烈的求知欲望。对于反应的机理,可让一名学生到黑板前边书写边讲解,教师既可以检查学生对基础理论知识掌握情况,充分体现理论与实践的有机结合,也能训练和提高其表达能力,提供展示自我的机会。如何提高反应的产率涉及化学反应的工艺优化。通过前面几次实验的练习,学生应该基本掌握了方法。教师可以对此问题直接提问,以了解学生对知识的掌握情况。根据化学反应动力学速率公式可知,降低产物的含量或将产物及时移走也可以加快反应的速率。那如何降低产物的含量或移走某一产物呢?接下来,教师可以顺势自然抛出下面的问题:
2.如何将产物移出体系?移除哪种物质比较方便?根据产物的物化性质可知,移除水显然比移除苯甲酸正丁酯要简单得多,怎么才能把水移除呢?对此,学生可以运用所学的知识进行思考和讨论。归纳其结论,主要有以下两种:一种是教科书上写的采用油水分离器,一种是采用精馏装置。对于第一种建议,教师首先要肯定学生已充分预习了教材;对于第二种建议,则要表扬其思维灵活,能学以致用,那也是工业上普遍采用的方法,这在我们以后的实验中会涉及并运用。接下来就讨论有关分水器的问题。
3.分水器的作用原理?如何设计分水器?带水剂的种类、选择、用量?使用注意事项?由于分水器的使用注意事项较多,我们将其分解成以下几个主要的问题进行讨论:(1)分水器如何检漏?可以让学生联系分液漏斗检漏方法。(2)在离支管下边沿1cm处,为什么要预装一定量的水?这主要从经济和节约的角度出发,让学生树立经济环保的思想。(3)如何观察是否有水生成?可以提示学生在预装水位处用笔做一个记号,便于观察现象。(4)搭建实验装置的时候分水器的支管为什么要尽量远离电热板?这是因为活塞上涂抹的凡士林和玻璃的膨胀系数不一样。如果把分水器放在电热板上直接烘烤,分水器活塞将打不开,导致放不出水。(5)如何运用分水器判断反应的终点?引导学生注意观察分水器中分水量和回流液中含水量,培养学生的观察能力。特别要交代的是,如果水量不再增多,说明反应已基本结束。但适当延长反应时间,反应将更加充分。以上对分水器诸多方面的分析探讨,能让学生明白有机化学实验不仅要有较多的理论支撑,还要有更多的技巧和经验,这需要我们善于学以致用,不断总结经验和教训,才能保证实验的顺利完成,体验到实验的成功感。4.如何设计本实验的装置和实验的步骤?通过以上诸多问题的探讨,学生自然而然就会明确本实验的目的和方法,消化实验的重点和难点。对于实验的装置,可让一位学生结合问题的探讨和预习搭一个反应装置,其他学生进行观摩和评价。对于实验的步骤,可以让一位学生进行归纳总结,教师在黑板上按其方法书写流程图,其他同学进行补充修改。这不仅能帮助学生及时消化所学的内容,学以致用,同时对教师也能起到督促和检查的作用。
三、减压蒸馏
常压蒸馏结束后,由于实验条件的限制,学生不能人手一台减压装置,加上生成的苯甲酸正丁酯的量较少,我们要求2~3人合作进行减压蒸馏。将减压蒸馏放到实验后再讲解,也有助于分化难点、提高学习的效率。对于减压蒸馏,我们设计了以下几个问题:
1.为什么要先常压蒸馏再减压蒸馏?常压下,正丁醇的沸点只有117℃,容易蒸出来,如果直接减压蒸馏,易被抽到油泵里,会损坏油泵。另外,从原子经济的角度看,先常压蒸出正丁醇,也可以让原料能够充分回收利用。
2.减压蒸馏的原理、适用的范围、装置、操作方法?大部分学生通过预习已知道减压蒸馏的原理和适用的条件,教师可根据学生回答的情况做适当的补充。但实际操作中学生可能存在诸多的问题,因此,我们采取由一名学生示范,其他学生观摩、纠错,教师提出问题让学生进行探讨的方法。对于装置的安装,主要提醒学生每个接口都要涂油,以保证气密性,安装要由下至上,从左到右,横平竖直;对于操作主要提示毛细管鼓泡速度的调节、阀门开启的先后顺序、真空数字压力计的使用,减压蒸馏结束时的判断方法、阀门关闭顺序等。实践证明,这种以问题为中心,边操作边教学的方法要比纯粹讲解效果好得多。
四、课后思考题
1.实验中不加环己烷对反应有何影响?
2.能否用强碱氢氧化钠?
3.本实验成败的关键在哪些地方?有何心得体会?设计问题1和2的目的是将本课程实验的内容进行适当拓展,扩大学生的知识面;设计问题3的目的是让学生养成归纳总结的习惯,为以后的实验或科研做一些积累。
五、教学效果
苯甲酸正丁酯合成的PBL实践教学,已取得以下几点明显的效果:
1.通过实验前问题的设置,学生对实验的目的、内容、装置、实验步骤,以及注意事项都有比较详细的了解,一改以往只知大概不知细节,边翻教材边做实验的坏习惯。
2.预习报告的质量显著提高。其明显的表现就是:学生对实验的提问能用简练的语言回答,且正确率明显提高;实验装置图的绘制也不再是“依葫芦画瓢”,作图规范且有创意;实验步骤的设计简洁明了,更加科学合理。
3.实验记录翔实。学生不仅能够及时记录现象,还能备注操作目的、分析产生现象的原因、问题和讨论的结论,以及老师对问题的拓展等内容,杜绝了抄袭或写回忆录的现象。
1整合和优化教学内容
建立实验教学新体系课程内容的质量关系着学生学习的动力和积极性。合理地设置课程体系,对学生实践能力和科学素质的培养至关重要。总的来说,有机实验课程的设置应从基础、合成、设计三个层次,微型、绿色、与时俱进三个特色全面培养学生的动手能力和创新意识。需注意以下几点:
1.1加强基础操作训练,夯实基础有机化学实验按内容分为基础操作实验、有机合成实验和综合设计性实验三大块。为了缩减课时,一些常用的基础操作训练如常压蒸馏、液液萃取、重结晶等操作由于其在后续合成实验中出现的机会多,常常被压缩到合成实验中一起做,而未单独训练。通过实践证实,这样做效果很不好。因为合成实验牵涉的操作步骤多,实验过程匆忙,对基本操作的训练达不到规范要求,更谈不上培养良好的操作习惯了。而没有好的基本操作技能,也不可能达到合成实验要求的培养综合实验能力的目标,事倍功半。我校学生是在大一下学期开设有机化学实验课的,通过近些年的教学发现,大一学生的实验技能和实验素质都很差。由于中学教学围绕高考“指挥棒”转,存在“做实验不如讲实验,讲实验不如背实验”的不良倾向,造成中学实验教学与大学实验教学的严重脱节。这种脱节现象既不利于教学质量的提高,又影响了学生的身心发展。因此对于某些非常重要的基础操作,要做到教师认真讲解,学生反复练习。只有把基础打扎实了,学生才能具备独立操作有机合成实验的能力。
1.2有机合成实验与有机化学理论教学紧密结合,理论联系实际有机合成实验的进行紧随基础操作实验教学之后,不仅能夯实有机实验基本功,而且是理论教学中的一些重要反应的实践验证过程。作为培养学生动手能力和解决问题能力的一个承前启后的环节,必不可少。通过这些合成实验的学习,同学们不仅更加熟练了普通蒸馏、液液萃取、重结晶等一些基础操作,而且对课本中反复提到的亲核加成反应、羟醛缩合反应、酯缩合反应、康尼扎罗反应等都有了极深的感性认识。值得注意的是,这些有机合成实验的教学时间安排应和理论教学很好地结合起来,努力做到理论和实践的结合。
1.3开设综合设计性实验,强调启发式教学通过基础实验技能的培养、有机合成实验的进一步练习,在学生打好基础的前提下,开展综合设计性实验。实验教学初期,教师在讲授有机实验基础操作的时候应做到搭装置示范,认真讲解,耐心指导。在学生打好基础后,就应该调整教学方案,改变教学模式,由主角变导演,将学生放在主角的位置上,打破传统教学中学生被动接受的弊端,采用讨论式、提问式、启发式、发现式等多种方法引导学生,由他们自己主动地去完成对本次实验课内容的理解和掌握。由有解实验变为求解实验,由知识积累变为智能开发。这种教学模式,对提高学生的主动性和独立思考能力起到积极作用。设计性实验可从实验教材中已有的合成实验的反应条件、实验装置的优化出发,逐步扩展到给定目标化合物,同学通过查阅文献、参考书,设计合成路线、实验装置,最终合成目标化合物。综合设计性实验的开设,对于培养学生独立进行科学实验的能力、良好的科研素质、独立获取相关文献资料的能力都起到了决定性作用。
1.4采用微型化实验方法来代替部分常规实验方法,减少实验事故的发生微型化学实验是由美国的Mayo博士及其同事从1982年开始研究并试用的一种新型实验方法。它是以微小量的试剂,在微量化的仪器装置中进行实验。其试剂用量是常量制备实验的十分之一至千分之一,固体约为10mg~100mg,液体约为0.1mL~2mL。由于有机实验试剂毒性大,挥发性强,易燃易爆,因此有机实验的安全教学一直是教学中的一个重点。微型化实验的优势主要表现在实验试剂用量少,辅助材料用量少,反应时间短,不仅降低了实验成本,而且相应减少了爆炸、着火、中毒等事故的发生率,改善了实验环境,极大地减少了实验过程对环境的污染,提高了教学质量。目前,北京大学、山东大学、中山大学、云南大学等全国几十所高校均把微型化实验列为有机实验教学的内容。北京大学摸索了小量-半微量有机合成,已在教学中使用多年,效果良好,值得我校学习。
1.5尽量使用低毒无毒的有机试剂,创建绿色环保的有机实验教学体系在实验内容的安排上,应努力实现绿色化。绿色化学的基本内容是:由无毒害的原料,在无毒害的催化剂、溶剂等反应条件下,获得对环境友好的产物。有机化学实验不可避免地会产生一些三废,在有机化学实验过程中应该合理收集和排放三废,如对废弃物不处理随意排放,不仅对环境造成污染,而且会淡化学生的环保意识,养成不良的实验习惯。在实验操作中要求学生将实验中产生的废气进行处理、对废液进行回收处理、对产品进行回收利用。近些年,我校在这方面做出了努力,如将基本无毒的环己烷代替苯做为共沸除水剂、反应溶剂,将乙醇代替甲醇做为重结晶使用的溶剂,及时进行实验三废的处理等。但总体感觉力度过小,有待进一步加强。
1.6及时向学生介绍实验新技术新仪器,与时俱进仪器设备陈旧是高校实验教学的一个普遍问题,这不适应日新月异的实验技术的发展。为培养适合社会的新型人才,在教学中应注意及时将先进的仪器技术设备介绍给学生,例如:在介绍熔点的测定时,除介绍了毛细管测定法外,还应介绍显微熔点仪、电热熔点仪、热分析仪测定法,并演示显微熔点仪测熔点的操作;在介绍普通蒸馏装置时,应将旋转蒸发仪介绍给学生并作演示实验;在介绍制备化合物的红外光谱时,应使用傅立叶红外光谱仪就学生自己制备的产品作谱图,这样不仅扩宽了学生的知识面,开阔了视野,而且增强了学生的实验动手能力,提高了学生的学习积极性。
2建立完善的考核制度
加强实验教学质量调控实验成绩考核制度直接影响着学生的学习态度和积极性。规范实验考核制度能充分调动学生学习的主动性,对提高学生的实验动手能力、独立思考能力和创新能力起到了至关重要的作用。为了能客观公正地反映学生的实验能力,笔者认为有机实验成绩应改变原来单纯凭印象给分的错误方法,而由平时考核、实验笔试和期末考核三部分综合量化给分,具体实施方案如下:
2.1注重平时考核,加大其在总成绩中的比例教师对于平时实验的考核应分两部分组成。一部分是由出勤率、实验态度、实验装置的搭建、实验结果、卫生情况等组成,另一部分是实验预习报告、实验记录、实验报告成绩。教师针对以上提出的几个指标制作实验考核卡片,以5分制及时记录学生实验情况,期末将每次实验的成绩总评而给出平时成绩。
2.2开设实验基础内容笔试,进行量化考核为了预防学生只会做实验而不懂实验原理的现象出现,在学期末安排实验笔试考试。考核内容主要是有机化学实验的重要知识,包括实验室规则及安全常识,化学仪器的使用和养护方法,基础操作的原理及适用范围等。
2.3设置期末考核实验,充分反映学生的实验动手能力在学期末,安排一个全面涉及基础操作的合成实验作考核。就实验预习报告、实验态度、实验装置的搭建、实验情况记录、实验报告(要求当场交)完成情况、卫生情况等方面作综合考察。
二结语
中量化学制备仪、JY5002型电子天平(上海良平仪器仪表有限公司)、WAY-2W阿贝折射仪(上海精密科学仪器有限公司)、Magna-550Ⅱ红外吸收光谱仪(美国尼高力公司)。
2主要试剂及用量范围
环已醇9.90~10.10g、浓硫酸0.20~1.00ml、浓磷酸1.00~5.00mL。均为化学纯。
3实验时间
实验室开放一周。
4实验方法
在干燥的圆底烧瓶中加入沸石和一定量的环已醇、浓硫酸或浓磷酸或硫-磷混酸,摇匀,按文献[1]进行实验,记录反应时间、反应体系的炭化程度,计算转化率。产品测完红外光谱和折光率后回收。
5结果与讨论
(1)因环已醇黏度大,不能准确量取,可用称量法称取,并将用量控制在9.90~10.10g。
(2)因每位同学实验时的加热速度及环已烯精制过程中的损失量有所差别,使得实验参数相同的同学,其脱水反应的反应时间及环已醇的转化率也略有差别。所以,由实验得到的脱水剂的最佳用量是一个范围值。
(3)连续三年共274名学生的实验结果表明:环已醇用量为9.90~10.10g,浓硫酸作脱水剂,用量为0.8~0.9mL时,转化率最高为50%~55%,反应时间在29~36min之间,反应后期炭化现象严重;浓磷酸作脱水剂,用量为4.0~5mL时,转化率最高为46~52%,反应时间在80~95min之间,炭化现象轻微;硫-磷混酸作脱水,浓硫酸用量0.6mL、浓磷酸用量3.0~4.0mL时,转化率最高为62%~66%,反应时间在36~45min之间,炭化现象较轻。因此,用硫-磷混酸作脱水剂,转化率更高、反应时间短、炭化现象轻微,实验效果好。
6教学效果
(1)本实验是在化学工程与工艺专业二年级学生的第一学期末进行,学生已修完无机化学和分析化学,且有一定的有机化学实验基础,能独立完成本实验。
(2)本实验需要全体同学共同完成,每个人的实验数据都对最后的实验结论有很大影响,因此能提升同学们的团队意识和责任感。
目前广东海洋大学理学院化学实验教学中心的有机化学实验的目前现状是:
(1)验证性实验过多,探究性、设计性实验极少,且实验项目的选择陈旧老化,这导致学生的实验设计、探究能力没有得到较好的培养;
(2)普遍存在药品试剂用量过大的缺点;
(3)受传统实验教学思想和方法制约,教学效果不够理想。
2有机化学实验教学的改革措施
根据目前实验教学中存在的弊端,对化学实验的教学内容和教学方法的改革进行了初步探讨。针对当前实验教学现状,并结合学科实际情况,我们认为以下的一些措施对提高实验教学的效果很有帮助:
2.1精选实验内容现有的有机化学实验的内容选取陈旧,实验的安排次序也不合理。例如,教材先要求单独训练学生的基本操作,像熔点、沸点测定等,然后再做一、两个有机物的制备实验和天然物的提取分离实验,这样的安排会使学生在学习基本操作时感到枯燥无味。此外,大部分合成实验的产物没有分离、纯化和表征,这是做有机合成的大忌。针对上述这些情况,笔者提出以下的几点改革措施:一、增加一些简单有机物的制备和提取分离、纯化天然物的实验,让学生在有趣的实验中掌握基本的实验操作。例如;在做乙酰苯胺的合成实验时,最后产品纯化需要用到重结晶的基本操作,而产物的表征要用到熔点的基本操作;在做乙酸乙酯的合成实验时,最后的产品纯化需要用到萃取、蒸馏的基本操作。二、在实验中,增加对产品结构的确定以及纯度验证的教学步骤,以加强学生对合成化合物的认识。
2.2制作短小精悍的微视频课件,实现慕课教学慕课(MOOC)的意思是大规模开放在线课程,是2012年兴起的一场席卷全球的教学信息化革命。慕课的核心概念是“微课程、小测验、实时解答、学习自由”,强调学生学习的自主性,彻底撼动现行的教育方式,使学生更容易获得知识、吸收知识。我校叶春海副校长曾多次在报告会上动员老师要认识慕课、开发慕课并使用慕课。慕课的主要载体是十分钟左右的微视频,我们可以为每一个有机实验制作一个功多个微视频,在视频中,除了教会学生基本的实验操作外,还诱导学生通过不断改变实验条件,以获得更佳的实验结果。学生在实验之前,通过慕课的学习,对实验过程已心中有数,这样,在具体操作时,就避免了边看书边做实验的坏习惯,并且,针对老师在视频中提出的问题,学生在实验中寻求解决的方法,克服了以前“照方抓药”的依赖心理,从而达到学习知识、掌握技能、培养能力的目的。
2.3实验的微型化微型化学实验具有一些常规化学实验无法比拟的优点:第一,节省实验经费,实验表明:微型实验的试剂用量比常规实验节省90%,故微型实验大大节省了实验经费;第二,操作安全、污染小,微型实验药品用量少,反应产物少,实验中不会造成危险;同时,生成的污染性物质的量少,对环境的污染就小;第三,节省实验时间、仪器简单、用剂量少、反应速率快、现象明显;第四,微型仪器来源广泛,可以做到人手一套,有利于激发学生的学习兴趣。
2.4撰写实验报告借鉴国外的教学培养模式,实验报告采用的格式,譬如以《有机化学》或其他杂志的格式来写,包括中英文摘要、引言、仪器与试剂、实验方法、实验结果与讨论、结论、参考文献等。这种书写方式要求学生对文献综合分析,数据的合理处理,实验结果正确分析和讨论,加深学生对所做反应理解和掌握,开阔学生的视野,培养学生的科学素养,同时提高学生的专业写作能力,为今后写毕业论文和科技论文打下坚实的基础。
2.5构建合理的考核方案在每次实验结束之后,老师对学生进行评价,最后以一个分数和评语的形式体现学生的实验操作水平。据日常教学的观察和思考,学生其实更关注老师在实验现场当场做出的实验分数评比,这样能够很快地回忆起自己哪些方面没有做好,甚至还有机会在考核之后再一次进行反思、实践。其实,除了给予评比之外,老师还应该发挥学生的主动性,让他们自己谈一谈实验的感想,比如在实验中收获了什么,哪些地方有失误,有没有建设性的意见等。这不仅有利于激发他们的学习兴趣,提高学习的积极性,而且能够促进整个教学实验环节的水平提升。
3对有机化学实验教学改革的展望
(一)对课程教学时间的不合理编排
现在我校将非化学专业的有机化学理论课和实验课安排在不同的学期授课,这种结果导致学生缺乏实践,对理论知识掌握不深,而在实验过程中由于理论知识的遗忘对实验操作只能按部就班。不管是理论课还是实验课都学艺不精。
(二)学生不能做到课前预习,课后复习
现在大多数学生不能做到课前预习,课后复习,只满足于课堂上听教师的讲授,但是,由于有机化学课程比较复杂,如果不能做到事先预习,在课堂上很难跟上教师的思路,因此会存在不能及时理解及掌握每一堂课的内容。即使在课堂上对所学内容有所掌握,但是课后不复习,不能将所学知识进一步的归纳整理,也容易造成快速的遗忘。
二、改革探索
(一)将生活常识引入教学,充分激发学生的学习兴趣
有机化学是一门基础学科,机理知识比较多,学生不仅学习困难,而且讲解也比较枯燥。因此教师应该丰富教学内容,使课程讲解生动有趣,激发学生的学习兴趣。例如,在讲“手性异构”的时候,我们可以首先向学生讲述左旋肉碱可以用于减肥药,而右旋肉碱就没有减肥的作用这一生活知识,自然地引入手性异构中两种不同异构体具有不同性质的特点,同时吸引了学生的注意,为什么会存在一种物质有左旋和右旋,而又是什么原因导致性质如此的不同呢?从而激发学生主动学习知识的兴趣。
(二)合理选取教材及安排课程教学时间
对于非化学专业的有机化学授课来说,由于要在有限的时间里学完内容繁多、复杂的有机化学课程,这对学生来说无疑存在困难。因此,在教材的选取上,应尽量做到精简,以基础知识和基础原理为主,简化反应机理而增加典型的化学反应的应用的举例。制定适应非化学专业的有机化学教材,可以降低学生的学习困难度,也有助于学生做到课前预习及课后复习,提高学生对有机化学的学习效率。另外,有机化学是一门理论与实验紧密结合的实验性科学,通过实验不仅能够验证及巩固学生的理论知识,还能培养学生的实验操作能力及严谨的科研作风。通过理论知识的学习可以引发学生对实验的探究精神。因此,为了加强理论与实践的结合,在实验课程的安排上应与理论教学相配套。在授课的过程中,将理论知识与实验内容相互结合,引导学生利用理论知识观察认识实验现象,并用实验现象及结果验证理论知识,加深对理论知识的理解。例如,学习完“烯烃的高锰酸钾氧化反应及末端炔烃的银镜反应”后,为了使学生更加深刻地理解及掌握这两个反应的反应条件及反应的结构,可以安排烯烃和炔烃的性质实验。通过对不同反应条件得到的实验结果的原因分析,使学生掌握不同反应物质、反应条件对结果的影响。
(三)合理的考核方法
对有机化学这门课程的成绩评定,要综合考虑学生平时的出勤率、课上表现、平时作业、期中考试、期末考试等方面,各按一定权重综合评定学生成绩。这样可以避免只看期末考试成绩单一的考核指标,使得考核更为公平;另外,也可以在平时提高学生学习的主动性,调动学生课堂上学习的积极性。
三、结语
对于生物科学专业的学生来说,有机化学实验主要是让学生掌握最基本的操作,如重结晶、萃取等;简单化合物的制取,如阿司匹林的制备等;最后是验证一些常见化合物的性质,如生物碱、羧酸及其衍生物的化学性质等为主要内容,以上内容基本都是以教材里已被检验了的实验部分为主,这对提升学生的综合分析能力和创新能力都是不可取的。
2有机化学实验的教学实践内容改革的举措
鉴于以上存在的问题我主要从授课方式、教学内容和实验报告的撰写等方面对有机化学实验进行研究。
2.1授课方式的探索首先,在上课程之前,批改学生的预习报告,知道学生预习实验的认真程度,老师在讲课的时候可以进行补充,如果是学生预习知道的东西可以简略的带过,对学生没有预习到的知识进行补充,并提出在实验的时候可能出现的问题抽学生回答;也可以让学生和教师相互交换角色,让这“教师”讲解该实验,最后教师再针对该学生的不足加以点评。在此过程中教师要鼓励学生积极发言、各抒己见,对有创意的学生要给予热情、肯定和赞扬。这样既激发了学生的学习积极性和对实验课程的热情,使学生做到上实验课之前积极配合教师完成安排的工作。在每次课的结尾时,向学生宣布下一次实验。其次,在实验准备的全过程中让全班学生分组参与,在教师引导下,学生可按照实验要求来对实验仪器的选择和所用试剂的配制等。同时,给一个题目,让学生自己去查找资料,进行实验的设计,自己根据所找资料写出实验方案,实验药品,并在老师的指导下对实验方案可行性的判断,得到老师的批准后,让学生自行实验准备,这样有助于提升学生对实验设计、实验操作技能以及对整个实验内容的整体把握都是非常有效的。但是这对生物科学专业化学基础知识较差的学生来说难度较大,对化学基础知识较好的学生对实验的积极性和创新能力都将得到很大的提高。对于大一的学生来说,主要是对基础实验技能的操作实践和设计实验原理的初步理解,比如熟悉提纯的原理及操作、简单的制备等,从而对化学实验有了基本的认识,并能够掌握比较基本的化学实验理论,对学习以后的课程打下基础。
2.2优化实验教学内容因传统教学主要是基础实验和验证性质实验,本文主要将基础有机实验与有机设计实验以及综合实验融合在一起,以增强学生的创新能力,提高学生的学习兴趣,培养学生的创新意识。首先,让学生拥有扎实的基础知识,开设大量的基本实验来规范学生的操作技能,减少验证性实验的个数来为后续的实验做铺垫,比如重结晶的操作实验,可以让学生做苯甲酸、乙酰苯胺以及萘等来巩固此操作。其次,多开设与生物科学专业相关的综合性实验。因综合性实验难度比验证性实验要大,对学生来说具有挑战性。比如从茶叶中提取咖啡因,可以有两种方法,一种方法时间短,设备简单,但是效果不好;另一种方法用索氏提取器做,所需时间久,装置也比较麻烦,效果明显。还有葡萄糖酸钙制备、从槐花米中提取芦丁等,这些实验都与生物相关,能够增强学生的兴趣和提高学生的动手能力。
2.3实验报告的撰写实验报告采用科技论文的格式,包括中英文摘要、引言、仪器与试剂、实验方法、实验结果与讨论、结论、参考文献等[4]。这样写的好处是有利于对学生以后的科研打下基础,知道论文的写法,也为写毕业论文打下一定的基础。
3实验考核体系的完善
传统的实验考核体系是以实验报告为主,不注重学生的具体操作过程,因为预习、操作、报告以及期末考查等贯穿实验的整个过程。传统的体系导致学生只注重实验报告,不注重过程,而使很多基本的操作技能都出现错误。最终不能够地对学生进行公平的评价、更不能够激发学生的学习兴趣,也不利于培养学生的创新意识及创新能力。实验教学的特点是以学生为中心,使学生的主观能动性得到充分地发挥,与此同时也要求教师一定要具备高度的责任意识,将不同教学项目的实验设计其具有不同的功能,并实现各个教学环节上的松紧适度。此外,为提升实验教学效果,教师应该在实验课的不同环节,充分扮演自己的角色定位,在宽松、和谐的氛围中有序、高效地进行实验。通过对有机化学实验的教学内容、教学方式和评价体系的进行改革,既调动了学生的学习积极性,增强了学生观察、分析及解决问题的能力,又准确地考核了学生的综合素质,收到了良好的教学效果。
4结论