關(guān)于有機化學(xué)實驗教學(xué)改革模式的探索與實踐論文
有機化學(xué)實驗是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、實驗技能和思維創(chuàng)新能力的重要課程。因而，有機化學(xué)實驗內(nèi)容改革和實踐是有機化學(xué)教學(xué)最基本的任務(wù)。如何在有機化學(xué)實驗教學(xué)中樹立以學(xué)生為本，知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展的教育理念和以能力培養(yǎng)為核心的實驗教學(xué)觀念，建立有利于培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、開拓意識和創(chuàng)新能力的綜合性、創(chuàng)新性、研究性、微型、綠色性、實用型等多種實驗教學(xué)模式，深化實驗教學(xué)改革，已成為高校教師所關(guān)注的課題。構(gòu)建研究型實驗教學(xué)平臺，實施創(chuàng)新性實驗教學(xué)，在實驗教學(xué)過程中積極推廣啟發(fā)式、互動式、研究式教學(xué)新模式，已成為北京大學(xué)、清華大學(xué)、南開大學(xué)、武漢大學(xué)、南京大學(xué)等高等院校教學(xué)改革的重點。
一、有機化學(xué)實驗的現(xiàn)狀
目前，大部分高等院校開設(shè)的有機化學(xué)實驗主要是單科性的基礎(chǔ)性驗證型實驗。在整個實驗過程中，學(xué)生機械地照搬實驗教材內(nèi)容，教師則過多地注重學(xué)生掌握基本實驗操作技能，忽視對學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象、分析實驗結(jié)果、處理實驗數(shù)據(jù)的動腦能力的培養(yǎng);驗證性實驗較多，而探索性、開發(fā)性實驗較少的傳統(tǒng)實驗教學(xué)體系已不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，不利于學(xué)生綜合實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)，限制了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。而且許多實驗選用的原料、溶劑或催化劑等毒性較大，實驗過程會產(chǎn)生大量的“三廢”等有害物質(zhì)，不符合綠色化學(xué)發(fā)展的要求。因此，開設(shè)小量化、微型化有機化學(xué)實驗，以滿足綠色化學(xué)的發(fā)展;減少單科性、驗證性實驗，增加綜合型、研究性實驗;將傳統(tǒng)的課程進(jìn)行重新組合與優(yōu)化，進(jìn)行開放式、自學(xué)式、講授式等多種形式的實驗教學(xué);把最新科研成果轉(zhuǎn)化為實驗項目，把新技術(shù)、新儀器和新方法引入實驗教學(xué)，以提升實驗課的水平，已成為各高校教學(xué)改革的重點。
二、有機化學(xué)實驗教學(xué)改革模式的思考
(一)綜合型實驗教學(xué)模式
綜合性實驗是學(xué)生在完成基礎(chǔ)實驗、具有一定實驗操作技能的前提下，結(jié)合各專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和生產(chǎn)實際，進(jìn)行更系統(tǒng)、復(fù)雜的有機合成實驗。綜合有機化學(xué)實驗是以有機合成為主線，輔以常規(guī)分析及儀器測量等手段來培養(yǎng)學(xué)生綜合解決實際問題的能力。綜合型實驗內(nèi)容涉及本課程的綜合知識，學(xué)生通過若干個單元的實驗，受到綜合型實驗思想、技能、研究方法和手段的訓(xùn)練。綜合實驗既包括多步驟連續(xù)綜合實驗，又包括合成、分離、提純以及檢驗等實驗。如“呋喃甲醛的Can-nizzaro反應(yīng)”。該實驗屬于多步驟的有機合成綜合實驗，實驗包括原料的精制、產(chǎn)物的合成、分離、提純、檢驗。需掌握的基本操作技能包括：減壓蒸餾、歧化反應(yīng)、萃取、蒸餾、重結(jié)晶、測熔點、折光率測定等。通過該實驗項目的開設(shè)，學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰翱茖W(xué)素質(zhì)可得到培養(yǎng)及提高。
(二)研究型、設(shè)計性實驗教學(xué)模式
研究型教學(xué)模式是指在教學(xué)過程中，教師模擬科學(xué)研究活動所設(shè)計和組織的一種課堂教學(xué)，以教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的知識積累為基礎(chǔ)，為學(xué)生營造一種類似于科學(xué)研究的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)氛圍。學(xué)生通過此途徑實現(xiàn)獲取知識、訓(xùn)練思維、培養(yǎng)能力、發(fā)展個性的目的。
設(shè)計性實驗是在完成基礎(chǔ)性實驗和綜合性實驗基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生科研能力和綜合素質(zhì)而開設(shè)的實驗。學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料、自行設(shè)計實驗方案、利用實驗室開放時間獨立完成自己感興趣的實驗。這是培養(yǎng)學(xué)生查閱中外文參考資料、獨立分析和解決問題、提高實驗操作技能和觀察實驗?zāi)芰ψ钪苯拥慕虒W(xué)、科研方式。如清華大學(xué)開設(shè)的“四氫咔唑及其衍生物系列合成”實驗，整個實驗過程涉及氧化、親電取代、消除、偶聯(lián)、配位化學(xué)、組合化學(xué)等一系列不同的有機化學(xué)反應(yīng)類型和概念。該類實驗是系列合成，實驗技術(shù)幾乎涵蓋基礎(chǔ)實驗中所有的操作技術(shù)，甚至還涉及很多新的實驗操作技術(shù)，如：微波的使用、TLC跟蹤實驗、柱色譜分離產(chǎn)物，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的使用等。
(三)創(chuàng)新型實驗教學(xué)模式
實踐教學(xué)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，它對提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與實踐能力具有特殊的作用。經(jīng)典實驗中引導(dǎo)創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，實現(xiàn)基礎(chǔ)與創(chuàng)新的有機結(jié)合，是創(chuàng)新性實驗的主導(dǎo)思想。浙江大學(xué)化學(xué)實驗中心積極進(jìn)行有機化學(xué)實驗課程體系改革，開發(fā)出一系列的創(chuàng)新實驗項目，如乙酸正丁酯的合成采用不同的方案進(jìn)行合成;乙酰苯胺的制備中產(chǎn)品的純化采用不同的溶劑進(jìn)行重結(jié)晶探索;肉桂酸的制備分別采用傳統(tǒng)的加熱方式和微波輻射進(jìn)行合成。通過對比實驗探索，學(xué)生的創(chuàng)新能力可得以提高。
(四)綠色化實驗教學(xué)模式
綠色化學(xué)實驗是在傳統(tǒng)實驗教學(xué)基礎(chǔ)上的升華，是將綠色化學(xué)原理運用于實驗的設(shè)計中的一種教學(xué)模式。肉桂酸是合成農(nóng)藥、藥物、香料等化學(xué)品的重要原料，也可作為殺菌劑、防腐劑。傳統(tǒng)的有機合成實驗中肉桂酸的制備方法采用苯甲醛與乙酸酐縮合脫水而制得，這種縮合反應(yīng)時間長、溫度高、產(chǎn)率低。利用乙酸銨為催化劑，在微波輻射下由苯甲醛和丙二酸在無溶劑的條件下縮合，合成的肉桂酸反應(yīng)時間短，實驗過程簡單，產(chǎn)率高，基本無環(huán)境污染，是一種綠色化實驗教學(xué)模式。微型實驗也是實現(xiàn)綠色化教學(xué)模式的一個途徑。
微型化學(xué)實驗是在微型化的儀器裝置中進(jìn)行的化學(xué)實驗，具有試劑用量少、污染少、反應(yīng)時間短、實驗獲得的信息量大等優(yōu)點。如“苯甲酸制備的微型化實驗”同常量實驗比，就具有上述優(yōu)點。
開展多媒體進(jìn)行模擬化學(xué)仿真實驗，實現(xiàn)綠色化教學(xué)，已成為近幾年國內(nèi)外高校化學(xué)教學(xué)改革的熱點。有機化學(xué)實驗自身存在一些問題：如成本高，周期長，實驗中反應(yīng)物和產(chǎn)物大多易燃，并且有毒、有害，實驗的廢棄物難以處理。因此，對有機化學(xué)實驗進(jìn)行計算機輔助教學(xué)是十分必要的。
(五)開放實驗教學(xué)模式
要提升實驗室建設(shè)水平，實現(xiàn)資源的合理配置和高效共享，則必須實行實驗室的開放。開放性實驗室既是時間和空間的開放，又為學(xué)生的主動學(xué)習(xí)創(chuàng)造了一個良好的外部環(huán)境。學(xué)生可根據(jù)自己的學(xué)習(xí)與實驗進(jìn)程，自主選擇實驗時間，把握動手操作的機會。中南大學(xué)在本科教學(xué)實驗室的建設(shè)與開放運行管理中，積極探索一條適合拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實驗室建設(shè)與開放的道路。學(xué)校根據(jù)實驗項目的性質(zhì)、資源的容量等探索了多種開放運行模式，對綜合性較強的專題實驗、課程設(shè)計等實現(xiàn)指定時間段的預(yù)約開放，為學(xué)生科學(xué)研究、工程訓(xùn)練及個性發(fā)展創(chuàng)造出先進(jìn)優(yōu)質(zhì)的硬環(huán)境。開放式實驗是一種有利于培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題、解決問題能力和創(chuàng)新能力非常好的教學(xué)方法，實驗室的開放運行會對實驗教學(xué)質(zhì)量的提高和學(xué)生能力培養(yǎng)起到進(jìn)一步的推動作用。
三、我校在構(gòu)建多種有機化學(xué)教學(xué)模式的探索與實踐
為了深化有機化學(xué)實驗教學(xué)改革，在有機化學(xué)實驗教學(xué)中更好地培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、實驗創(chuàng)新能力及環(huán)境保護(hù)意識，我們有機化學(xué)教研室的老師積極進(jìn)行有機化學(xué)實驗教學(xué)改革實踐，取得了一定的成績。如硝基苯胺和鄰硝基苯胺的薄層色譜分析實驗，因這兩種物質(zhì)均為高毒物質(zhì)，可引起比苯胺更強的血液中毒，皮膚接觸后會引起濕疹及皮炎，長期大量接觸可引起肝損害。實驗所用的展開劑甲苯對皮膚、黏膜有刺激性，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用，對環(huán)境有嚴(yán)重危害，對空氣、水環(huán)境及水源可造成污染。為了構(gòu)建綠色化教學(xué)模式，我們對實驗進(jìn)行了改革，采用無毒的水和低毒的36%的醋酸為展開劑，對甲基橙和熒光黃進(jìn)行分離鑒定薄層色譜分析實驗，效果較好。我們有機化學(xué)教研室的孔祥文教授近些年用氨基磺酸、對甲基苯磺酸或固體超強酸來代替濃硫酸做催化劑分別用于制備4-乙酰氧基苯甲酸、阿司匹林和乙酸正丁酯。探索上述化合物綠色合成的新工藝，改進(jìn)后的實驗教學(xué)新工藝具有廉價、綠色、易操作等優(yōu)點，對工業(yè)生產(chǎn)及實驗教學(xué)有積極的指導(dǎo)意義。在“高校精品課程建設(shè)中實施創(chuàng)新教育的探索與實踐”一文中，孔祥文老師闡述了自身通過教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法的改革提高學(xué)生創(chuàng)新能力的方法，通過學(xué)年論文及大學(xué)生科技創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)等形式，使學(xué)生科研能力、分析和解決問題的能力得以增強。為了構(gòu)建研究型、設(shè)計型、綜合型有機化學(xué)實驗教學(xué)模式，我們結(jié)合科研不斷地探索各種模式實驗教學(xué)開展的條件及可行性，探索出了無機離子顯色劑7-(4-安替吡啉偶氮)-8-羥基喹啉合成及與銅的顯色反應(yīng)、多酸催化乙酸酯類化合物的制備研究等一系列綜合實驗項目的開設(shè)方案。在5-(4-安替吡啉偶氮)水楊醛的合成與分光光度法測定鈮(V)的綜合實驗中，我們通過重氮化和偶合反應(yīng)合成5-(4-安替吡啉偶氮)水楊醛，用自制的5-(4-安替吡啉偶氮)水楊醛作為無機離子顯色劑，與稀有金屬鈮進(jìn)行顯色反應(yīng)，探索顯色反應(yīng)的最大吸收波長、表面活性劑的選擇與用量、工作曲線的繪制及回收率的測定等因素對顯色反應(yīng)的影響。通過此綜合實驗，我們將有機化合物的制備、無機離子的定量分析方法及分析化學(xué)中的分光光度法等基本理論與基本實驗操作技能融合在一起，使實驗具有了綜合性。在1-溴丁烷的合成實驗中，我們將有機合成和產(chǎn)物物理性質(zhì)中折射率的測定結(jié)合在一起。通過此實驗，學(xué)生不僅學(xué)會了回流、蒸餾、分液、洗滌等有機化學(xué)實驗基本操作技能，而且還掌握了阿貝折光儀的使用方法，為以后從事科學(xué)研究奠定了一定的基礎(chǔ)。
四、結(jié)束語
改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，旨在建立以學(xué)生為主體，培養(yǎng)其創(chuàng)造性思維、開發(fā)創(chuàng)造力的新型的教學(xué)模式。多媒體教學(xué)的引用、實驗室開放，開展學(xué)生創(chuàng)新性、研究性、設(shè)計型、綜合型和微型實驗項目等措施，切實提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。紅外光譜、核磁共振譜、阿貝折光儀等產(chǎn)品分析檢測手段應(yīng)用到本科實驗中，為學(xué)生提供了一個良好的學(xué)習(xí)平臺，是有機化學(xué)實驗教學(xué)改革的一個重點。
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