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在多年的教学中,发现学生难以把握有机化学的学科特点,学习中存在诸多障碍。一些学生上课易懂、做题易错、放了易忘,综合题的解答,往往难以入门。
一、有机化学学习障碍的形成原因
1.缺乏足够的思想准备
有机化学开篇时,一些学生习惯全套照搬学习无机化学的经验,不能适应有机化学的学习,觉得有机化学内容繁杂,毫无规律,渐渐地失去学习兴趣和信心。他们没有把握有机化学学习的下列特点:
①有机化合物通常用结构简式表示;
②有机化合物性质与结构的关系密切;
③有机化合物空间构型的认识,需要一定的空间想象能力。
学生学习上难以适应得状况,如果不能调整过来,后续学习就会产生困难。
2.学习基础、认知水平障碍
学习有机化学,需要学生本文由收集整理具有丰富的空间想象能力。由于学生的空间立体观念较差,对于分子的立体结构常常想象不出来。
例如,学习同分异构体概念后,总还有不少学生把
二氯甲烷(ch2cl2)分子(如图所示)的二个平面结构说成是同分异构体。
3.对官能团的结构特征、主要性质掌握不牢
有些学生对许多官能团的意义理解不透,区分不清。在学习或解题时,若不能辨清相关的官能团,就会出现思维障碍,从而导致错误。
例如,阿斯匹林的结构简式为:
则1mol阿斯匹林跟足量的naoh溶液充分反应,消耗naoh溶液的物质的量为多少?
在解题中,学生知道羧基、酯基能与naoh溶液反应,但忽略了水解产物中有酚,酚也能与naoh溶液反应。
4.逆向思维能力差,系统性不强
练习呆板,常常是"照葫芦画瓢",缺乏创造性,抑制了学生思维能力的拓展,对掌握的知识难以深化巩固。
例如,以乙醇为原料设计合成 ,如果缺乏知识的系统性和有机合成常用的解题方法--逆推法,就难以达到合成的目的,这就是正向思维抑制了逆向思维的发展。
二、解决有机化学学习障碍的对策
1.激发和保持学生的学习兴趣
俗话说得好,兴趣是最好的老师。要想学生能够学好有机化学,必须使教学能够吸引学生,让学生产生兴趣,提高学习效果。在有机化学教学中,我们应精心准备、认真安排教学内容,并穿插一些学生颇感兴趣的生活知识,特别是在知识的重难点教学中,挖掘能激发兴趣的内容,以保持学生的学习兴趣。
例如,在同分异构体的命名与书写教学中,提出"天干"十字的同时,不妨带出"地支"十二字,学生对"子、丑、寅、卯......"等字是感兴趣的,因为在他们的记忆中,这些字是属于卜卦先生的,这样他们就容易接受"天干"十字。还有,在同分异构体的书写训练时,不妨让学生练习"碳架"结构书写,同时可展示"碳架"结构模型,有条件和学校还可让每一学生配备一套塑料的分子小模型,以增强教学直观效果,提高学生学习兴趣。
2.循序渐进,平稳过渡
在新课的教学过程中,要对学生的整体水平及特点作充分摸底,消除学生的恐惧心理。对初学者也不宜提过高要求,一般以会考标准为宜,不足之处可在练习或单元复习中弥补。
例如,在《乙醇》教学中,要求学生了解乙醇的组成和主要性质及重要应用,而乙醇的化学性质中,与活泼金属反应只限于钠,氧化反应限于催化氧化,脱水反应限于分子内脱水成烯。在习题课中深化要求,如消去反应能否发生、哪些醇能被氧化为醛等。作业的布置应注意难度和梯度。这样,将难点分散到各个阶段环节,循序渐进、各个击破,最后达到完整认识醇的目的,以利于学习过渡。
此外,加强直观教学,采用挂图、模型、演
示实验和学生分组实验等手段,培养学生观察力和想象力,让抽象的知识形象化,便于学生理解和记忆。
3.总结归纳,掌握学习的一般方法
学生刚接触到有机化学,兴趣很浓。但由于有机化学的显著特点是:多、杂、乱,其种类繁多、结构复杂、与生产生活联系密切,使之成为中学化学的难点,会考、高考的热点,其学习的方法又与无机化学的学习有明显的不同之处。如果不帮助学生总结有机化学的特点及学习的一般方法,学生将很难入门。
(1)结构决定性质,进行归纳学习
有机化学学习的一般方法是:结构→性质→用途→制法→同类物质。因此,从结构出发,抓住官能团的特性是学好有机化学的关键。
例如,醛类物质的官能团为醛基(-cho),由于醛基的特殊结构决定了醛类物质的化学性质为既可以发生还原反应(与h2加成反应)又可以发生氧化反应(银镜反应、与新制氢氧化铜的反应)。而含有醛基的物质均可以发生上述反应,如:甲酸、甲酸盐、甲酸某酯、葡萄糖、麦芽糖等都可以发生银镜反应。
(2)加强针对练习,及时总结规律
通过章节学习得来的知识是零散无序的,在一单元或一专题学完之后,帮助学生进行整理,多加强不同类型题的训练就显得尤其重要。教师要引导学生在练中找规律,在做中总结经验,学以致用,触类旁通,以提高解题速度,培养归纳能力。
①"价键守恒"原理即碳四键、氧二键、氢一键,这是推导、书写结构式的重要依据。
②根据有机物的衍变关系:烃→醇→醛→羧酸→酯,推断有机物的结构,找出衍变关系中的突破口,然后逐层推导得出结论。
③分子组成为cnh2no的有机物完全燃烧后,生成的二氧化碳和水蒸汽的物质的量相等。
④具有相同最简式的有机物,无论以何种比例混合,只要总质量恒定,完全燃烧时耗氧量和生成的co2和h2o的量均为定值。
4.认真审清题意,加强解题指导
一、有机化学学习障碍的形成原因
1.缺乏足够的思想准备
有机化学开篇时,一些学生习惯全套照搬学习无机化学的经验,不能适应有机化学的学习,觉得有机化学内容繁杂,毫无规律,渐渐地失去学习兴趣和信心.他们没有把握有机化学学习的下列特点:
①有机化合物通常用结构简式表示;
②有机化合物性质与结构的关系密切;
③有机化合物空间构型的认识,需要一定的空间想象能力.
学生学习上难以适应得状况,如果不能调整过来,后续学习就会产生困难.
2.学习基础、认知水平障碍
学习有机化学,需要学生具有丰富的空间想象能力.由于学生的空间立体观念较差,对于分子的立体结构常常想象不出来.
例如,学习同分异构体概念后,总还有不少学生把二氯甲烷分子的二个形式不同的结构式说成是同分异构体.
3.对官能团的结构特征、主要性质掌握不牢
有些学生对许多官能团的意义理解不透,区分不清.在学习或解题时,若不能辨清相关的官能团,就会出现思维障碍,从而导致错误.
例如,阿斯匹林的结构简式为:[JG(][LJH,S(1,3,5)][JJ3,YS;4]COOHOOCCH3[JG)]
则1 mol阿斯匹林跟足量的NaOH溶液充分反应,消耗NaOH溶液的物质的量为多少?
在解题中,学生知道羧基、酯基能与NaOH溶液反应,但忽略了水解产物中有酚,酚也能与NaOH溶液反应.
4.逆向思维能力差,系统性不强
练习呆板,常常是“照葫芦画瓢”,缺乏创造性,抑制了学生思维能力的拓展,对掌握的知识难以深化巩固.
例如,以乙醇为原料设计合成 ,如果缺乏知识的系统性和有机合成常用的解题方法――逆推法,就难以达到合成的目的,这就是正向思维抑制了逆向思维的发展.
二、解决有机化学学习障碍的对策
1.激发和保持学生的学习兴趣
俗话说得好,兴趣是最好的老师.要想学生能够学好有机化学,必须使教学能够吸引学生,让学生产生兴趣,提高学习效果.在有机化学教学中,我们应精心准备、认真安排教学内容,并穿插一些学生颇感兴趣的生活知识,特别是在知识的重难点教学中,挖掘能激发兴趣的内容,以保持学生的学习兴趣.
例如,在同分异构体的命名与书写教学中,提出“天干”十字的同时,不妨带出“地支”十二字,学生对“子、丑、寅、卯……”等字是感兴趣的,因为在他们的记忆中,这些字是属于卜卦先生的,这样他们就容易接受“天干”十字.还有,在同分异构体的书写训练时,不妨让学生练习“碳架”结构书写,同时可展示“碳架”结构模型,有条件和学校还可让每一学生配备一套塑料的分子小模型,以增强教学直观效果,提高学生学习兴趣.
2.循序渐进,平稳过渡
在新课的教学过程中,要对学生的整体水平及特点作充分摸底,消除学生的恐惧心理.对初学者也不宜提过高要求,一般以会考标准为宜,不足之处可在练习或单元复习中弥补.
[HJ0.95mm]例如,在《乙醇》教学中,要求学生了解乙醇的组成和主要性质及重要应用,而乙醇的化学性质中,与活泼金属反应只限于钠,氧化反应限于催化氧化,脱水反应限于分子内脱水成烯.在习题课中深化要求,如消去反应能否发生、哪些醇能被氧化为醛等.作业的布置应注意难度和梯度.这样,将难点分散到各个阶段环节,循序渐进、各个击破,最后达到完整认识醇的目的,以利于学习过渡.
此外,加强直观教学,采用挂图、模型、演示实验和学生分组实验等手段,培养学生观察力和想象力,让抽象的知识形象化,便于学生理解和记忆.
3.总结归纳,掌握学习的一般方法
学生刚接触到有机化学,兴趣很浓.但由于有机化学的显著特点是:多、杂、乱,其种类繁多、结构复杂、与生产生活联系密切,使之成为中学化学的难点,会考、高考的热点,其学习的方法又与无机化学的学习有明显的不同之处.如果不帮助学生总结有机化学的特点及学习的一般方法,学生将很难入门.
(1)结构决定性质,进行归纳学习
有机化学学习的一般方法是:结构性质用途制法同类物质.因此,从结构出发,抓住官能团的特性是学好有机化学的关键.
例如,醛类物质的官能团为醛基(-CHO),由于醛基的特殊结构决定了醛类物质的化学性质为既可以发生还原反应(与H2加成反应)又可以发生氧化反应(银镜反应、与新制氢氧化铜的反应).而含有醛基的物质均可以发生上述反应,如:甲酸、甲酸盐、甲酸某酯、葡萄糖、麦芽糖等都可以发生银镜反应.
(2)加强针对练习,及时总结规律
通过章节学习得来的知识是零散无序的,在一单元或一专题学完之后,帮助学生进行整理,多加强不同类型题的训练就显得尤其重要.教师要引导学生在练中找规律,在做中总结经验,学以致用,触类旁通,以提高解题速度,培养归纳能力.
①“价键守恒”原理即碳四键、氧二键、氢一键,这是推导、书写结构式的重要依据.
②根据有机物的衍变关系:烃醇醛羧酸酯,推断有机物的结构,找出衍变关系中的突破口,然后逐层推导得出结论.
③分子组成为中碳氢原子个数比为1∶[KG-*2]2的有机物完全燃烧后,生成的二氧化碳和水蒸汽的物质的量相等.
④具有相同最简式的有机物,无论以何种比例混合,只要总质量恒定,完全燃烧时耗氧量和生成的CO2和H2O的量均为定值.
4.认真审清题意,加强解题指导
关键词:高等师范院校;有机化学;教学团队;建设
本科教学质量不仅是高等教育的重要内容,也是衡量一所学校办学水平和能力的重要指标。高校专业教学团队建设作为开展教学和科研活动的根本和基础,是提高教学水平和质量的必要保证[1-3]。近年来,河南师范大学有机化学专业充分认识到加强教学团队建设的重要意义和作用,在提高教学质量、提升教师素质、进行教育教学改革和“产、学、研”等方面进行了有益探索和实践,团队结构明显优化,团队成员的教学水平和科研能力明显提高,尤其是在科研成果转化为生产力、服务于中原经济区建设方面成果显著,走出了一条具有师范院校特色的教学团队建设新路。2010年获批国家级教学团队
一、注重教学与科研能力提高,不断优化团队结构
我校有机化学教学团队在近百年的建设中,在不同时期均有自己的特点和特色。特别是20世纪50年代以来,以留苏博士蔡昆教授、葛洪教授为代表的有机化学团队,在教学、科研、教材建设等方面取得了较好成绩,走在了全国师范院校的前列。
进入新时期,我们在汲取和传承老一辈教授优良传统的同时,采取有力措施,不断推进有机化学专业建设。
一是巩固和提高现有教师的教学与科研能力。对于在职的已经有博士学位的年轻教师,积极推荐他们到国外知名高校或研究所师从名家做博士后研究;对于没有博士学位的年轻教师,想办法给他们腾出时间,让他们去攻读博士学位,以完成团队成员学历层次的提升。对坚持在教学科研岗位辛勤工作的教师,压担子、给项目、加大奖励和资助力度,鼓励他们多出成果,最大限度地调动其工作积极性。
二是下大力气引进高水平优秀创新人才。并充分发挥他们科研水平高的优势,在科研环境、队伍配备、项目申报等方面给予大力支持,最大程度为他们营造良好的科研氛围,让他们全身心投入科研与教学之中。
三是组建与整合科研团队,发挥团队优势开展科研工作。我们把有机化学教学团队分成若干个小科研团队,合理分工,利用各自特长,使得所有成员都能参与科研之中,快速产出高水平科研成果,提高团队成员的整体水平。
目前本团队已经形成一个老、中、青相结合的教学梯队。团队的学位结构、学缘结构、年龄结构、职称结构均趋于合理,具备了较高的教学与科研水平。
二、积极参与教学改革,重视教学内容与教材建设
我校有机化学教学团队面向化学专业本科生所开设的课程有:“基础有机化学”、“有机化学实验”、“波谱分析及实验”、“有机合成化学”、“高等有机化学”等6门经典的专业课程(另外还有面向全院及全校开设的多门公共选修课)。多年来,大家一直致力于这些课程的教学改革,力争使教学内容更贴近学生实际需要,更能服务于科技前沿新发展[4]。
课程要想建设成为精品课程,关键之一在于要有优秀的教材作为保障。近年来我们间隔选用胡宏纹院士主编和邢其毅院士编写组编写的《有机化学》,二者各有特色[5-6]。选用过程中我们根据教学计划的时间安排和学生的需求进行了合理的节选,并在早期就为该教材配套编写了习题解答。与此同时,我们根据学生需要和团队教学风格,克服已有教材的编排体系与内容较为单一而又缺少适合学生入门学习的必备知识的缺陷,自主编写了新教材。
我们每年在给本科生讲课时都用这些自编的国家级规划教材,并在使用过程中及时将国际前沿新发展增加进去,一是提高学生的学习兴趣,二是随时为第三次再版做准备,体现教材建设的连续性。
三、以基础研究与应用研究并举的特色科研促进教学,提高学生培养质量
教学与科研是相互促进的,一个高校教师如果不进行科学研究,他将很难把本学科的知识讲深讲透[7]。因此,我们特别注重教学与科研的紧密结合,要求教师要将自己的科研成果与全世界本领域的科研动态迅速引入本科生与研究生教学中,使教学内容尽早尽快地体现学科的前沿性与时代性,以科研促进教学,提高团队成员的整体水平。
我校有机化学教学团队的科研特色是基础研究与应用研究并举,教学特色是科研成果及时向教学内容转化。
在基础研究方面,有机化学教学团队主要在各类药物及其药物中间体的合成、天然产物的分离提取与全合成以及化学合成方法学研究等方面下工夫。近5年来,我们团队成员在国际SCI源期刊与国家核心期刊发表学术论文300多篇,其中在国际本学科领域影响因子4以上的学术期刊上发表50余篇,完成国家发明专利8项。2011-2012年我们连续2年每年拿到5项国家自然科学基金。2011年我们承担的科研项目,包括“973计划”前期专项、教育部创新团队项目、教育部新世纪优秀人才支持计划项目、国家自然科学基金项目以及河南省的杰出人才基金、杰出青年基金等纵向项目基金共计830万元,再加上380万元的横向研究经费,可以达到团队成员人均60万元,这在全国师范院校的有机学科中名列前茅。通过这些科研项目所取得的科研成果又反馈到本科生与研究生的教学课堂,极大地丰富了教学内容,使学生受益匪浅。
在应用研究方面,我们主要进行创新药的研制与开发、仿制药物的研发、药物中间体的生产新工艺研究等。前期我们已经获得2个三类新药的新药证书,并均进行产业化应用于临床。目前我们正在进行“治疗肠炎与结肠炎的二类新药——5-氨基水杨酸锌”的研究,即将完成二期临床,有望近期获得国家新药证书,另外还有一批仿制新药的工艺正在研究中。这些药物研究成果已经成为新乡市三生药业有限公司的主要技术支撑。另外我们团队成员与新乡拓新生化科技有限公司进行“产、学、研”联合进行核苷类化合物生产新工艺研究,已经有15项生产核苷类化合物的新工艺被同行专家鉴定为国际领先水平或国际先进水平,为中原经济区建设、地方经济力量的提升作出了贡献。与此同时,这些应用研究成果也保证了本科生的实习实践。很多本科生由于基础扎实、动手能力强,在实习期间就与企业签订了就业协议,免去了试用期;有的学生还提前利用高校文献资料、仪器设备的优势参与了企业的研发与技术改革项目,极大提升了我院学生的就业竞争力。
教学带动科研、科研促进教学是高校教育模式的重心[8]。我们团队以科研促教学的实际例子很多:
1.利用有机化学教学团队成员拥有应用研究方面的系列成果,我们在大三下学期开设“有机合成品的产业化”选修课。主要讲授多种有机合成品的用途、合成原理、国内外的合成方法对比分析、创新工艺的形成思路与实施过程、产业化的条件等。由于我们积累了大量的有机合成品实际产业化的例子,又有很多从事产业化的本学院校友的成功经验,所以该课程讲起来生动、有趣,选修率连年提高,学生就业观念不断转变。
2.将科研成果转化为本科生的综合实验。团队成员在做国家新药基金课题“裂叶苣荬菜的研究”时发现裂叶苣荬菜中含有大量的黄酮(槲皮素、鼠李素、芦丁等),其中芦丁的水溶性较好,又加上其具有抗炎、抗过敏、利尿、镇咳、降血脂、抗癌、降低毛细管通透性与脆性等多种药理活性,既可以作为药物又可以作为保健品[9];并且多种植物中均含有芦丁,槐米中芦丁含量相当高,并且每年的7月份很多城市的黑槐树上挂满了槐米,资源丰富。所以我研究了从裂叶苣荬菜或从槐米中提取芦丁的绿色工艺,并把它转化为本科生的综合实验。实验中用超声波进行细胞破壁,用石灰水做提取溶剂,用水做重结晶溶剂,用高效液相色谱做含量分析,用紫外光谱、红外光谱及核磁共振谱做结构分析[10]。整个实验综合了有机化学、分析化学、波谱学等多种知识,并且该实验无毒、无害,完成实验后满屋清香,产品有益于人类且易于回收,实验贴近生活,很受学生欢迎。
3.本科生进入教师的科研课题做毕业论文。经多次教学计划的修订之后,本科生在大二时就可以进入教师的科研课题进行实际动手操作。他们在业余时间进入实验室,结合大学生创新实验项目,很多本科生在毕业前就发表了学术论文,完成了高水平的毕业论文。此举极大地提高了本科生的培养质量。
四、关注青年教师与师范生教学技能的培养,提高学生就业竞争力
加强对本科生教学技能的培养是师范院校的特色教育,而要想提高学生的教学技能首先要提高教师的教学技能。
对于新入校的青年教师,我们进行教学岗培训,并指定老教师进行传、帮、带,快速提高青年教师的教学质量和科研水平。我们首先组织团队成员集体听三次课:第一次听课教他如何备课、如何做PPT课件、如何板书设计;第二次听课主要教他如何讲好一节课,怎样把学生教会;第三次听课教他怎样提高教学质量,怎样调动学生的学习积极性和学习兴趣,如何打造一节优质课。进入实际课堂教学后,指派一名老教师跟踪听课指导,直到该青年教师有能力参加全校、全省的青年教师教学技能大赛,并拿到优异的成绩。目前我们有机化学教学团队的成员中已经有11位先后获得过校级与省级的教学技能竞赛奖。
学生教学技能的提高依赖于高水平的教师指导与教育实习环节。我校对师范生8周的教育实习由原来的8周全到中学去实习改为“2、5、1”实习模式,即前2周在本校,中间5周到中学,最后1周回到本校的三阶段模式。该模式已经在全校推广并应用至今。实习过程中前2周在本校分成小组,由教师具体指导,学生从备课的方法、教案的写法、板书要求、课件制作、知识点分析等着手,每1个学生选1节课,完成备课教案后,面对本小组的同学与指导教师讲课,教师与同学评课,2周时间可以使同学们初步学会备课与讲课。中间5周到中学后,在中学教师的指导下,真正面对中学生讲课,使他们讲课水平提高很快。最后1周回到本校总结与讲课比赛,同时选出参加全校和全省讲课比赛的学生。我们团队所指导的本科生曾多次获得校级与省级教学技能大赛奖,其中曾连续3年获得河南省师范生教学技能大赛一等奖。2011年我们指导的本科生又在“第四届‘东芝杯’中国师范高校理科师范生教学技能创新大赛”中获得全国第二名的好成绩。
在学校外部政策引导和教学团队自我激励下,河南师范大学有机化学教学团队着重在优化团队结构、加强课程建设、提高学生培养质量、提升教师教学与学生就业竞争力等方面进行了有益的探索和实践,在“产、学、研”方面取得较为显著成果。在未来专业教学团队建设和发展中,我们将继续坚持统筹规划、科学管理、团结协作、共同推进,发挥国家级教学团队的示范作用,真正实现提高教育教学质量的目标。
参考文献:
[1] 左青. 高等教育教学质量省级监控研究[M]. 北京:教育科学出版社,2007.
[2] 王正斌,汪涛. 高校教学团队的内涵及其建设策略探讨——西北大学教学团队建设的探索与思考[J]. 中国大学教学,2011(3):75-77,86.
[3] 蒋建平,刘文白,吴相豪等. 本科生课程教学团队建设的必要性分析[J]. 科技资讯,2012(4):226.
[4] 郭海明,王晓兵,渠桂荣等. 基于市场需求和个性培养 构建高师本科化学专业分类别培养模式[J]. 中国大学教学,2010(2): 22-24.
[5] 胡宏纹. 有机化学(第3版)[M]. 北京:高等教育出版社,2006.
[6] 邢其毅,裴伟伟,许瑞秋. 基础有机化学(第3版)[M]. 北京:高等教育出版社,2005.
[7] 刘庆昌,李保云. 高等农业院校教学团队建设初探[J]. 中国大学教学,2011(4):65-66.
[8] 印莉萍,祁晓廷,刘祥林等. 坚持科研成果向项实验教学转化提高探究型实验教学的效率[J]. 实验技术与管理,2005,22(9):4-5.