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關鍵詞 民辦本科院校;有機化學;實驗設備
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:B
文章編號:1671-489X(2013)27-0107-02
近年來,民辦本科院校得到快速發展。但是,隨著辦學規模的不斷擴大,在教學中出現越來越多的問題。在化學化工、環境工程、生物工程等專業當中,有機化學和有機化學實驗是兩門必修的基礎課。有機化學內容相當豐富,課堂講授學時相對較少,如何提升這門課程的教學質量,調動學生學習的積極性和興趣,不斷提升學生的基礎理論知識和有機化學實驗技能,仍然需要同行不斷進行創新研究。
在有機化學教學中,讓學生系統掌握有機化學的基礎理論、基本知識和基本技能,適當了解有機化學領域的新成就、新發展、新理論、新技術、新方法,仍然是每個有機化學教育者不斷追求的目標。目前,已有教育者總結了這方面的先進經驗[1-5],但是教學同樣是一個需要不斷創新、改革實踐的過程,如何提升民辦本科院校有機化學教學質量,仍然是一個研究的挑戰。筆者主要對民辦本科院校中有機化學教學中存在的問題進行分析,并提出解決的合理對策。
1 民辦高等本校院校在有機化學教學中遇到的問題
1.1 學生基礎較差,對基礎知識的領悟較差
大多數民辦本科院校學生的錄取分數線較低,生源基礎較差,對高中有機化學基礎知識掌握不夠,對基本有機化學概念不熟悉。大學豐富的有機化學知識使學生更難以掌握,學生對基礎知識的靈活應用較差。
1.2 學生學習氛圍較差,學生自我控制力差
從高中的封閉式管理到大學的開放式管理,很多大學生一下難以適應,一些學生整天沉溺于網絡、游戲當中,導致學習的氛圍較差,平時對有機化學的重視程度不夠,學習成績和能力難以提高。
1.3 實驗課教學與理論課教學脫節
民辦高校研究經費緊張,實驗設備較少,實驗課開設學時相對較少;實驗課教學與理論課教學脫節,導致學生對有機化學知識的掌握處在一個記憶的階段,動手能力較差,科研創新能力較弱。
1.4 不同專業之間差別較大
在高等有機化學教學中發現,不同專業學生之間的差距很大:化學專業學生對有機化學的學習比較重視,成績相對較好;而非化學專業尤其生物工程、制藥、環境工程等專業學生認為化學非他們的專業課,因此對有機化學學習興趣不高,成績相對較差。
2 提高有機化學教學質量應采取的措施
2.1 精心設計教學過程,采用多媒體等現代教學手段
轉變觀念,轉變思想,細心備課,精心設計教學課件,不斷轉變傳統的粉筆板書的講課方式,結合計算機等多媒體手段進行授課。如在講授親核取代反應時,學生對SN2親核取代反應和SN1親核取代反應中遇到的立體化學很難理解,教師可以適當做一些動畫方案,或結合化學結構教具、模型,讓學生對反應過程的立體結構變化有更深入的理解,使這些抽象的化學反應變得通俗易懂。同樣,在講解立體化學判斷手型分子R、S構型時,涉及分子的空間結構,對這部分內容,初學有機化學的學生也是不容易理解,教師就可以采用多媒體手段,結合分子的球棒模型來授課,讓分子的空間結構變得更加直觀,大大提高學生學習的興趣,從而提高教學質量。
2.2 結合有機化學反應的機理,突破教學的難點
在有機化學教學中,重視反應機理的教學,通過反應機理的講解,使學生更加容易理解有機化學反應的規律。如在自由基取代反應中,烷烴與溴水在光照下反應,結合自由基取代反應機理,通過自由基的穩定性順序來決定最終產物。烯烴高溫α-H的鹵代、芳烴側鏈α-H的鹵代同樣屬于這一類型的反應,通過解釋自由基的穩定性順序解釋最終的產物,舉一反三,提高教學質量。烯烴與溴化氫在過氧化物存在下的自由基加成時,同樣決定產物最終結構的為中間體自由基的穩定性。
通過有機化學反應機理教學,不斷培養學生的創新思維和意識。在講到烯烴與不對稱試劑發生親電加成反應時,加成產物符合馬氏規則,為什么是這樣呢?通過講解親電加成反應機理,以中間體碳正離子的穩定性來解釋最終的主要產物。同時舉一反三,如烯烴、炔烴與水、次鹵酸的反應,都主要屬于親電加成反應。
2.3 重視教學的各個環節,培養學生學習的興趣
興趣是最好的老師,由此可見學生學習興趣的重要性。在教學中,要重視教學的各個環節,做好課堂講授的同時,通過課堂討論或提問,使更多的學生參與課堂討論,調動學生學習的積極性和興趣。同時,每章結束后都布置一定量具有代表性的習題,通過習題的訓練,讓學生對課堂所學的基本知識點能夠進行靈活應用。教師應對作業中出現的問題集中進行課堂講解。教師每周應抽取至少半天的時間采用固定地點進行答疑,也可采用網絡等不同方式進行答疑,解答學生在課后復習中遇到的難點。
教師應融入學生,以微笑的姿態對待每一個學生和每一個問題,不斷提高學生學習有機化學的熱情。同時介紹一些優秀的課外輔導書,或組織知名的專家教授做學術報告,讓學生進一步了解學習書本以外的知識,不斷開拓學生的視野。
2.4 重視實驗課教學,理論聯系實際
在民辦高校中,研究經費緊張,實驗室和儀器設備簡陋,實驗課學時相對較少。學校應采取各種措施克服遇到的困難,大力加強實驗課教學,培養學生的動手能力和使用所學知識解決實際問題的能力。如在講授有機化學烷烴、烯烴、炔烴的鑒別、不同鹵代烴的鑒別、醇的鑒別及胺的鑒別等內容時,教師可以通過動畫演示實驗,讓學生更好地理解。如條件允許,最好在實驗室進行實驗,使學生由單純的記憶實驗現象變為自己動手進行操作,提高學生通過實驗更加牢固掌握有機化學知識的能力。在實驗課教學中加強有機合成實驗的教學工作,讓學生通過有機合成實驗進一步熟悉基本的化學反應和實驗操作技能,把所學的理論應用到實際合成中去,培養學生動手進行科研創新的能力。
3 結論
本文對民辦院校有機化學教學出現的問題進行分析和總結,并提出四點提高有機化學教學質量應采取的措施。當然,提高有機化學的教學質量還需要不斷進行改革和嘗試,不斷進行教學創新,提升有機化學的教學效率,鞏固學生有機化學的理論基礎知識,培養學生的創新思維和實驗動手能力,為我國培養復合型人才做出貢獻。
參考文獻
[1]黃繼秋.民辦高校提高有機化學課堂教學效果的探索和實踐[J].創新教育,2009(34):125.
[2]陳鷥,楊英杰.有機化學教學方法改革的研究與實踐[J].吉林化工學院學報,2011(12):63-66.
[3]劉亞群.有機化學教學改革的實踐和探討[J].中北大學學報:社會科學版,2006(3):79-81.
一.知識準備
1.第一維度――有機化學反應的主要類型。
常見的有機反應類型有取代反應(酯化、水解)、加成反應、消去反應、聚合反應(加聚、縮聚)、氧化反應、還原反應等。考試說明中重點強調的是取代反應、加成反應、消去反應和聚合反應。
(1)取代反應:有機化合物分子中的某些原子或原子團被其他原子或原子團代替的反應。條件是具有極性單鍵。比如:
①烷烴與X2的反應(x表示鹵素原子)。
②芳香烴的取代反應(苯的鹵代、硝化、磺化反應)。
③烯烴、炔烴、醛、酮、羧酸等α氫的取代反應。
④羧酸與醇的酯化反應。
⑤鹵代烴、酯類、蛋白質的水解反應(重點考查酯類)。
(2)加成反應:有機化合物分子中的不飽和鍵兩端的原子與其他原子或原子團結合,生成新化合物的反應。條件是具有不飽和鍵。比如:
2.第二維度――常考官能團及其性質(苯基不是官能團)。
官能團是指有機化合物分子中,比較活潑、容易發生反應并反映著某類有機化合物共同特性的原子或原子團,代表著某一類有機物的化學性質。要想解答有機化學推斷題,必須靈活掌握以下常考官能團的性質。
(1)碳碳雙鍵、碳碳三鍵。
①加成反應、加聚反應。
②烯烴與酸性KMnO4溶液反應(因雙鍵碳上的氫原子個數不同分三種情況)。
(2)醇羥基。
①跟活潑金屬反應產生H2。
②跟鹵化氫或濃氫鹵酸反應生成鹵代烴。
③脫水反應(140°C分子間脫水成醚、170°C分子內脫水生成烯)。
④催化氧化為醛或酮。
⑤與酸反應生成酯。
(3)酚羥基。
①弱酸性。
②與濃溴水發生取代反應生成沉淀。
③遇FeCl3呈紫色。
④不穩定,易被氧化。
(4)鹵素原子。
①與NaOH水溶液共熱發生取代反應生成醇(無醇得醇)。
②與NaOH醇溶液共熱發生消去反應生成烯(有醇得烯)。
(5)羧基。
①具有酸的通性。
②酯化反應時一般斷裂羧基中的碳氧單鍵,碳氧雙鍵不能與H2加成。
③能與含一NH2物質反應縮去水生成酰胺(肽鍵)。
(6)醛基。
①與H2、HCN等加成為醇。
②被氧化劑(O2、斐林試劑、酸性高錳酸鉀溶液等)氧化為羧酸。
③與弱氧化劑如銀氨溶液、新制的Cu(OH)2懸濁液發生加氧氧化。
(7)酯基。
①發生水解反應生成羧酸和醇。
②發生醇解反應生成新酯和新醇。
(8)氨基。
①能與酸反應。
②縮聚反應。
(9)醚鍵。
性質穩定,一般不與酸、堿、氧化劑反應。
3.第三維度――典型顏色變化。
(1)苯酚與三氯化鐵溶液反應呈紫色。
(2)酸性KMnO4溶液的褪色。
(3)溴水的褪色。
(4)淀粉遇碘單質變藍色。
(5)蛋白質遇濃硝酸變黃。
4.第四維度――常考典型條件。
二.解題基本步驟解答有機化學推斷題,主要是尋找突破口,上述知識準備中“五個維度”是我們的主要突破要點。下面是做題的基本步驟:
1.仔細讀題,審清題意,重點觀察題目給予的新信息,題干中相關數據、結構的限制、物質性質等。
2.尋找典型反應條件,從“五個維度”進行分析(官能團的特征反應、顏色的變化),挖掘隱含條件。
3.分析反應條件(官能團的衍變關系、顏色變化反應的實質),確定官能團,進而預測出物質。
4.正向推導、逆向推導、正逆綜合、知識遷移,甚至必要的計算等方法得出初步結論,并且要注意全面考慮、整體把握。
5.書寫規范、正確表達,按照題目的要求作答。
三,典例賞析
例1.席夫堿類化合物G在催化、藥物、新材料等方面有廣泛應用。合成G的一種路線如下:
回答下列問題:
(1)由A生成B的化學方程式為
反應類型為 。
(2)D的化學名稱是,由D生成E的化學方程式為。
(3)G的結構簡式為
。
(4)F的同分異構體中含有苯環的還有――種(不考慮立體異構)。其中核磁共振氫譜中有4組峰,且面積比為6:2:2:1的是――。(寫出其中一種的結構簡式)
(5)由苯和化合物C經如下步驟可合成N一異丙基苯胺。
反應條件1所選用的試劑為,反應條件2所選用的試劑為,I的結構簡式為――。
關鍵詞:有機化學;教學方法;消防專業
著名教育家葉圣陶指出:“教育的最終目的在學生能自學自勵,出了學校,擔任了工作,一直能自學自勵。”做“一輩子堅持自學的人”。“教者,在于引導,啟發。”
對于消防專業的學生來說,無機化學和有機化學是兩門必修的專業基礎課。特別是有機化學,化合物種類多,數目巨大,有機反應類型多,學生容易產生畏難情緒,要想在短時間內讓學生掌握有機化學知識,困難重重;同時學生在學習時不注重學習方法的改變和化合物規律的變化,這樣很難掌握有機化學知識。為此必須打破傳統的課堂教學模式,從學生的實際出發,靈活使用教學方法,變教學生為教學生學,變要我學為我要學。“我以為好的先生不是教書,不是教學生,乃是教學生學”。為此,在授課過程中以下兩點至關重要:
一、學習方法的培養
有機化學中有機物的結構決定其化學性質,性質反映其結構。因此在教學中要善于由結構推導其性質,將化學性質與結構特征緊密聯系起來。
(一)理論知識的強化和理解
有機化合物有其自身的結構特點,原子間的成鍵方式是共價鍵,而碳骨架的成鍵方式又決定了有機物的分類。因此雜化軌道理論是必須學習的理論知識。特別是烴類的學習,碳原子以不同的雜化方式決定了碳碳單鍵(碳原子以sp3雜化方式成鍵)、碳碳雙鍵(sp2雜化方式成鍵)、碳碳叁鍵(sp雜化方式成鍵)等不同烴類的結構。同時著重強調電子云重疊的程度不同,共價鍵的類型不同(σ鍵和π鍵),其穩定性不同,化學性質必然不同。有了理論知識的支撐,才能正確地掌握有機物的空間結構,推測有機物是怎樣發生化學反應和預測反應后可能生成的物質。
(二)規律學習法
具備了相應的理論知識,就可以從不同原子間成鍵的方式推出化合物的結構,由結構推導其相應的化學性質(反應),將化學性質與結構特征緊密聯系起來。在講解有機物性質時,著重闡述它的結構、性質以及結構與性質之間的關系。要求學生緊緊抓住:結構―性質―制法―用途的規律,才能較好地掌握有機化學知識。比如講到烷烴時,碳與氫形成的最簡單的有機物分子CH4(甲烷),先由分子組成講到化學鍵類型(共價鍵中的σ鍵)、分子的極性(非極性分子)、空間構型(正四面體);由甲烷結構推出烷烴中只含有C-C鍵和C-H鍵,沒有官能團,原子間成鍵時電子云重疊程度大,較穩定,因此,在常溫下烷烴的化學性質最不活潑,也就是最不容易發生化學反應(烷烴的穩定也是相對的穩定)。比如講到烯烴時,就以“乙烯”為例,介紹乙烯分子的結構時,先由分子組成講到化學鍵類型(兩個碳原子的雜化方式是sp2)、分子的極性(非極性)、空間構型(平面形結構),然后由其結構推性質。烯烴中存在不飽和鍵(碳碳雙鍵),不飽和健的成份是σ鍵和π鍵,其中π鍵的重疊程度小,不穩定,易發生化學反應(加成反應),等等。
(三)對比學習法
有機物的官能團決定了該有機物的主要化學性質和化學反應,在教學過程中,除了要認真講解各種官能團的結構之外,還要讓學生找出各官能團之間的異同進行對比,加強對該有機物性質的認識和理解。比如:同樣是不飽和鍵,烯烴π鍵和芳香烴π鍵的穩定性不同而導致烯烴容易發生加成反應,芳香烴不容易發生加成反應但易發生親電取代反應;醛類中的羰基和羧酸中的羰基的異同導致羧酸中的羰基不容易發生加成反應等等。通過對比學習可以讓學生進一步理解有機物的官能團,并由官能團來掌握有機物的性質。
在以后章節的學習中,都要反復強調這樣的學習方法:結構――性質――制法――用途,這樣讓學生理解,雖然有機化學種類多,數目巨大,但有規律可遁,有方法可用,并不是生搬硬套,主要是學習方法的掌握。
二、學習能力的培養
“教師之為教,不在全盤授予,而在相機誘導”。教育的最終目的是使學生能自學自勵,重要的是學習能力的培養。
(一)理解歸納能力的培養
教育就是培養習慣,理解歸納能力的培養是學習能力培養的關鍵,在學習有機化學知識的過程中,教會學生學習方法的同時一定要強調自學能力的培養,要讓學生養成自己閱讀教材自己歸納總結的習慣。比如說:每章節給學生20分鐘的時間閱讀當天上課的主要內容,按照由結構――性質的學習方法,推導出相應有機物可能的有關反應。讓學生對學習內容有一個初步的認識來進行教學,這樣不但強化了方法,更培養了能力,特別是理解歸納能力。
(二)觀察動手能力的培養
化學是一門以實驗為基礎的學科,進行實驗是學習能力培養的重要步驟。通過實驗可以激發學生的學習興趣,啟迪學生思維,培養學生開拓創新精神。在實驗前要認真閱讀實驗內容和步驟,在實驗過程中既要注重實驗現象的觀察,更要注重動手能力的培養,總結實驗的規律,思考實驗中出現的問題。比如說:實驗室制備乙烯,實驗的目的是掌握乙烯結構和乙烯的性質,實驗的原料是乙醇,催化劑是濃硫酸,加熱溫度必須是1400C(這樣才能發生分子內消去反應),特別要求學生注意溫度的升高(1700C)收集到的氣體是否是乙烯(能否使溴的紅棕色褪去)。這樣既提高學生的興趣也能激發學生學習的積極性。同時結合理論知識加強對有機化合物和有機化學反應的理解和認識。理論指導實踐,實踐論證理論,理論與實踐的統一才是學習的最終目的。
(三)想象能力的培養
每講一種物質的分子結構式時,多用球棒模型讓學生認識分子的空間構型,不同顏色的小球代表不同的原子,小棒代表原子間形成的化學鍵,原子間成鍵的方式不同(σ鍵和π鍵),電子云重疊的程度不同,穩定性不同,化學性質必然不同,有的可以發生取代反應,有的可以發生加成反應,有的可以發生消去反應等等,讓學生以宏觀的球棒模型想象微觀狀態的原子結構,充分理解結構決定物質的性質。想象能力是學習能力培養的重要環節。
(四)記憶能力的培養
沒有了記憶就沒有學習的繼續,人從一生下來就如此。學生以為化學的學習不需要記憶,這是錯誤的想法。沒有記憶,思維、想象、創造就失去了基礎,任何學科的學習都是認識、練習、總結、復習的過程,這樣知識才能有積累,繼續學習才會有條件。所以記憶能力的培養也是不容忽視的。比如說:有機物的分類可以以官能團的分類進行記憶,也可以碳骨架的分類進行記憶; 根據分子中官能團的異同對比記憶物質的化學性質,比如說:醛中的醛基(―CHO)和羧酸中的羧基(―COOH)結構上的異同而導致羧酸有酸性而醛沒有酸性。
三、結語
1理工科專業有機化學課程教學中存在的問題
有機化學作為一門基礎學科,其涉及范圍很廣,存在內容多、知識點多、結構復雜、反應類型多樣、理論知識抽象等特點,這就使學生容易產生畏難情緒,學習效率下降,從而影響教學效果。特別是對理工科專業學生而言,有相當多的學生對有機化學課程重視不夠,學習興趣不高,加上學生入校時化學基礎知識差異大,學習起來較困難,也影響到課堂教學效果。此外,隨著高校教學改革的逐步推進,有機化學理論課程學時有所壓縮,導致理論課程課堂教學中每節課程教學信息量日益增加,但又不能增加學生的課外負擔,教師的教學難度也在不斷加大。因此,對理工科專業有機化學課程的課堂教學,應摒棄“填鴨式”教學講授方法,要因材施教,強調基礎知識的掌握,注重培養學生的學習興趣。在整個教學過程中,應精心安排各個環節,精心設計教學內容和過程,靈活運用各種教學手段,以提高教學質量和學生的綜合能力。
2理工科專業有機化學課程教學方法探討
課程教學有法而無定法。在有機化學課程教學中,教師應在立足“學生主體,教師主導”的教學指導思想的基礎上,根據教學內容靈活選擇和變換各種教學方法。
2.1知識點設計法
各類有機化合物、基本概念、基本原理之間,既有共性又有個性,要通過課程教學設計提高教學效率,就必須對每個知識點進行巧妙設計,這樣才能達到調動學生的學習積極性、讓學生主動探究的目的。例如,在進行單烯烴、炔烴和二烯烴的教學中,正常情況下護理學、生物科學、生物教育和環境科學專業的學生這部分內容授課為4學時,化學教育、應用化學、化學工程與工藝專業的學生授課為6學時。對于前者學生會感覺到教學內容過多,時間緊張。為了避免這種情況,就可以通過對某些知識點的巧妙設計來達到調動學生的學習積極性、發揮學生分析問題、解決問題的能力。在講烯烴、炔烴的命名這個知識點時,可以先讓學生回顧烷烴命名的規則,之后簡要說明烯烴、烷烴在命名規則上的相同點與不同點,然后通過練習題幫助學生學會利用系統命名法進行命名。做了這些知識鋪墊之后,再設計提問:有順反異構的不飽和烴如何命名?當雙鍵兩碳原子所連接的四個原子或基團不相同時又怎樣命名?以此引出順反命名法與Z/E命名法。這樣,通過巧妙設計知識點,就會極大地調動起學生主動思維和學習的積極性,學生會很輕松地用較少的時間掌握較多的知識。
2.2歸納總結法
在學習有機化學課程中,由于化合物種類繁多,化學性質豐富,有機反應形式各異,變化萬千,且與反應條件密切相關,所以很多學生耗費了大量的時間記憶,卻事倍功半。這時,教師要隨時引導學生運用歸納法,從個別反應中找它們的共同規律。例如貫穿有機化學課程教學始終的有機反應歷程問題,是學生較難以理解和記憶的重點內容。在講授過程中,我們可以將有機反應比喻為有機化學的“詞匯”,而反應機理則類似于有機化學的“語法”。反應歷程根據共價鍵的斷裂方式可歸納為兩大類:即自由基反應一由共價鍵均裂成帶單電子基團引起;離子型反應一由共價鍵異裂成帶正負電荷的基團引起。在此基礎上再經過系統的歸納,又可細分為以下幾類:自由基反應:(1)自由基取代反應,如烷烴的鹵代反應;(2)自由基加成反應,如烯烴在有過氧化物存在下與溴化氫的自由基加成反應;離子型反應又分兩類:一類是被親電試劑進攻的親電取代反應(如芳環上的硝化、鹵代、磺化反應等)和親電加成反應(如烯烴的親電加成反應);另一類是被親核試劑進攻的親核取代反應(如鹵代烴的親核取代SN1、SN2)和親核加成反應(如醛、酮的親核加成反應),以及β-消除反應E1和E2(如鹵代烴脫鹵化氫反應和醇的分子內脫水)和α-消除反應(如卡賓的反應)等。這樣,借助反應歷程作為貫穿有機化學課程教學內容的主線索使知識系統化,避免死記硬背繁多的有機化學反應,幫助學生把許多表面上看來完全不同的反應通過反應歷程相應地聯系起來,進一步加深對有機化學反應本質的理解。
2.3多重導入法
課堂教學的導入是指課堂教學的開頭,它起著醞釀情緒、提示內容、帶入環境的作用。一個好的導入可以抓住學生的心弦,引起學生的求知欲望,調動學生的積極主動性,加強師生間的雙邊活動,從而為課堂教學的效果提供一個好的前提保證。有機化學是一門以描述性知識為主的學科,大量的基本資料可由結構、性質和合成三部分內容來概括。它們之間的關系是結構決定性質,性質反映結構,性質和合成則是一個問題的兩個方面。課堂導入方式很多,如有通過演示實驗、分子模型等直觀導入;有通過化學史來導入,例如脂環烴環的張力學說、苯環的結構等。而提問式導入經常出現在章與章、節與節之間關系緊密、前后連貫處,歸納式導入則在總結前一節的教學內容或習題、實驗后,針對學生存在的問題分析原因,從而導入新課。更能激起學生興趣的是事例式導入。有機化學與日常生活密切相關,因此可運用日常生活中學生所熟悉的例子來引入。例如學習酯類化合物時,可以從水果蔬菜的風味品質來導入,如乙酸異戊酯是香蕉的香味,正戊酸異戊酯是蘋果的味道,乙酸乙酯和乙酸異戊酯是梨子的香味,丁酸乙酯和丁酸異戊酯是草莓的味道等。類比導入法是充分發揮學生形象思維的好方法,分子是看不見、摸不著的,但對宏觀物體學生比較熟悉,所以,可從宏觀物體作類比引入微觀世界。例如在講授有機化合物分子具有對映異構現象時,可以從鏡前的物與像,山水畫中的倒影以及人體的左、右手等非常相似但不能重合來說明分子也有鏡像關系的存在。在講到外消旋體與內消旋體的區別時,展示一張非洲羚羊的照片,羚羊的兩只角呈現出完美的內消旋體形狀,一個物體,不可拆分。幫助同學們記住內消旋體純物質不能拆分,外消旋體是混合物,可以拆分等知識點。
2.4問題探究法
問題探究教學法,就是通過創設活動情景,引導學生提出問題、分析問題和解決問題,最終獲取知識。學生探究活動是以思維的激發、深化作為手段進行的。在有機化學課程教學中可以問題意識驅動學生思維,而問題是學生探究活動的誘因,人一旦對某些難以解決或疑惑的實際問題產生困惑、懷疑、焦慮的心理狀態,問題意識就形成了。為了培養學生的問題意識,教師在教學時要營造民主、和諧的教學氛圍,巧妙營造問題情境積極鼓勵學生主動提問,敢于向權威挑戰。例如在講授鹵代烴消除反應機理時,由于鹵素原子的吸電子誘導效應造成β-H變得活躍,在這種情況下鹵代烴易于脫去β-H而發生消除反應。如果有思維敏捷的學生就可能提出這樣的問題:如果鹵素原子的吸電子誘導效應使得α-H要比β-H更為活躍,那么為什么不脫去α-H呢?聽到這樣的問題,教師首先應該對學生提問給予肯定與鼓勵,然后再引導學生共同進行深入討論,進一步了解α-消除反應與β-消除反應的區別,從而達到教師引導學生思考的目的。又如當講到鹵代烴消除反應的主要產物取向遵循扎依采夫(Saytzeff)規則,即主要產物是雙鍵碳原子上連接烴基較多的烯烴,也有學生可能會提問,在什么情況下主要產物可以是雙鍵碳原子上連接烴基較少的烯烴呢?這就可以進一步引入對“扎依采夫烯烴”和“霍夫曼烯烴”的討論。
3結論
“科學素養”這一名詞是伴同20世紀五六十年代美國的課程變革運動而建立起來。把科學素養作為科學教育的目標與意義,已在世界各地取得共識。西方理論的教育理論中關于“科學素養”存在著兩個意思:一個是指有學問,另一個是指可以瀏覽,可以書寫,目標是日常的普通大眾。我國關于科學修養的理解是人在處理與自然、社會的關聯中應當具備的知識、精神因素和實際本領,即人具有的科學文化知識和利用科學文化知識處理問題的能力。我國學者對科學素養從四個方面來進行分析與闡述:一是科學知識、技能和科學方法,二是科學本領,三是科學觀,四是科學品質。科學素養是在家庭、學校和社會的教學情況中逐步形成的,是一個耳濡目染的過程。不能不強調的是,科學素養的內涵是動態的,是隨著人們意識的不斷深入和社會條件的變化而成長的。
二、阻礙學生科學素養提升的因素
從對周圍從事有機化學教學相關人員的教學工作之觀察,以及相關同人的交流與探討,造成當前大學生科學修養不高的因素是多方面的,首先國內缺少培養科學素養的泥土,其次是教育體制弊病、教學活動主體思想認識偏差等要素。筆者結合幾年來從事有機化學的教學以及科研的實際情況,認為在有機化學教學中主要存在以下因素阻礙學生科學素養的提升。
1.受中小學教育的影響。
我國目前在中小學的教學中實行的是應試教育,這類教育體制具有兩個致命缺點:其一是中小學不看重科學素養教育的習慣在高校中被延續;其二是學生長時間疲于應對考試成為測驗機器,即使到了進修環境相對輕松的高校也依然沿用以往在中學時形成的學習方法和學習態度,對于科學素養養成的重要性認知不足。現在,全國大部分的高校仍缺少針對大學生的專門科研活動,只有部分高校將大學生科研活動作為一項長效機制固定并且堅持下來,但是,缺乏專門機構做出引導和安排,在某種意義上這類體制上的遺憾使得大學校園缺少濃郁的科學素養氛圍,不利于大學生科學技術的磨煉與培育。
2.教材內容陳舊、難學的問題。
有機化學是一門應用性、實踐性較強的學科,有必要將有機化學的最新動態、前沿理論引入教材。然而,現在各個高校所使用的有機化學的主流教材基本上是相對比較經典的有機化學內容,其中反映現代科學技術前沿的內容很有限;方程式和人名反應繁雜,難以理解和記憶;立體化學和反應機理抽象,難以掌握理解;有機化學的課時數相對較少,使得在課堂上教師與學生之間缺乏有效的互動,從而使得教學效果不理想。
3.部分教師科研觀念淡薄,無法實現有機化學教學與科研相長。
目前,在有機化學教學與科研人員的配置中,仍然存在這一現狀:長期從事教學的教師基本不搞科研,而大量從事科研工作,并且成果非常優秀的教師基本不擔任講授任務。這樣的人員配置有利于實現人才的專業化和高水平科研成果的產出。但是,教學與科研的完全脫離,使得科研無法促進教學;而在教學中發現的問題,也無法為科研提供有效素材和動力。
4.多媒體教授方式與傳統講授方式缺乏有效整合。
目前,有機化學存在傳統教學和多媒體教學兩種方式,二者各有利弊。多媒體教學在有機化學中的應用能夠實現從平面式教學向立體式教學的轉變,有利于學生加倍形象地、直觀地了解分子結構特點;從靜態展示向動態模擬的轉變,有利于學生提高對化學反應機理的理解;從封閉式教學向開放式教學的轉變,有利于豐富有機化學教學內容。不過,多媒體教學可能會阻礙師生的有效交流,造成教學中的形式主義。因此,需對有機化學多媒體講授形式與傳統講授形式進行優化整合,發揮各自的比較優勢。但是,從有機化學的教學實踐來看,有些教師偏重于多媒體教學模式,有些教師偏重于傳統教學模式,二者缺乏有效整合。
三、提高學生科學素養的途徑
在有機化學教學中對學生科學素養的培養與提升,要求學生對有機化學中的基本概念、科學方法、反應機理等等具有充分的認識和理解,形成穩定的心理素質。因此,在有機化學教學中,提升大學生們的科學素養與品德,可從以下幾個方面進行考慮。
(一)編寫與時俱進的有機化學教材
建立有機化學教材的定期更新機制,積極更新有機化學教材,將有機化學發展中的前沿理論、前沿知識、最新動態引入有機化學教材中。在20世紀90年代初,為了解決傳統有機合成方法以及傳統有機合成工業對環境造成的巨大污染與破壞,化學家們提出“綠色化學”的概念,即從源頭減少、甚至消除污染的產生,通過鉆研和改良化學化工工藝,從本質上減少和消除副產物的產生,達到保護和改善環境的目的。在有機化學教材的編著中就可以引入“綠色化學”的內容。在有機化學教學中,適當增加與有機化學相關的社會熱點問題、事件,比如三聚氰胺事件,激發學生的學習熱情及興趣。現在高等學校所開的有機化學方面專業選修課以及必修課內容枯燥,專業性強,不利于化學專業以外的其他需要學習化學課程的相關專業學生學習,提不起學生在選修課中對化學或者有機化學的興趣,就更別談提高科學素養。因此應該加大有機化學中與生活密切相關的教學內容,例如糖為什么是甜的?醋為什么是酸的?以及生命現象的起源等等,這些內容不僅可以讓學生更深入了解身邊的生活,更讓學生增強對有機化學的學習興趣,進而提高學生的科學素養。
(二)創新有機化學教學方式
充分發揮多媒體與傳統教學法這兩種教學法的各自優勢,克服各自的缺點,最大限度地提高教學效果。精心設計多媒體課件,利用多媒體豐富多彩的表現形式,有利于模擬反應進行的過程,從而使學生了解反應機理。將相應的化學反應、發明、應用及相關歷史資料短時間內呈現給學生,提高學生對有機化學的學習興趣,擴大學生的知識面。在基礎有機化學課程教學中將原理與案例結合起來,采用案例作為解釋、證實實驗原理和方法的資料,使學生學得更加靈活與自如,理解知識能夠更加全面和深入。激發和培養學生的創新精神。
(三)強化有機化學實驗的教學改革
實驗教學能夠激發起學生學習的興趣,從而培養學生動手本領,增強科研能力,提高學生綜合水平,培育學生的創新能力。改革傳統實驗教材,使實驗教材與理論課講授結合更加緊密。在當今相當一部分高校中,有專門選拔一些對化學有興趣,并通過一定考核的本科學生,使他們直接進入該校的特定課題組,在組內協助研究生及導師完成他們所承擔的科研項目,并取得一定的學分。此方法不僅使學生增強了動手本領,更使學生提早接觸科研氛圍,有利于學生綜合能力的提高。
(四)培養學生的問題意識,倡導“探究取向”
【關鍵詞】課堂教學 教學模式 實驗教學 教學質量
【中圖分類號】G642 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810(2014)22-0060-02
有機化學是研究有機化合物的組成、結構、性質、反應、合成、反應機制以及化合物之間相互轉變規律的一門科學。學習有機化學對培養學生運用有機化學知識分析問題和解決問題的能力,同時對滿足藥學、臨床、檢驗和生物技術等專業學生對所需的基礎知識的掌握和運用都有著重大的作用。故而,有機化學的課堂教學就顯得尤為重要。
近十多年來,隨著教學改革的發展,課堂教學有了不少新的教學組織形式,更開始注重學生的主動投入。而傳統的課堂教學是以教師為中心,多采用講授法這種單一形式。它之所以在實踐中能長期存在的一個重要原因是其操作性強,但也存在著明顯的弊端,其后果是封殺了教師在理論和創新意義上探索教學工作的需求,也封殺了學生的學習主動性、創造性。筆者認為采取適當的教學形式、方法和手段,在課堂教學的過程中做到以學生為中心,以教師為組織者、指導者、幫助者及促進者,將有利于學生主動性、積極性的發揮和開發學生的創新能力,如果使課堂教學的過程能成為一種多邊活動的教育過程,就會調動學生的潛能,激發學生的學習興趣,從而,從“要我學”轉變為“我要學”,就會提高他們的創新能力和綜合素質。本文就這一問題結合多年教學實踐,對課堂教學模式進行了探討,現總結如下:
一 理論課教學變單一講授為多樣化教學
我們課題組要求授課教師每節課至少有三分之一的時間讓學生主動學習,這就需要靈活運用多種課堂教學組織形式。常用的組織形式如下:
1.加強課堂教學中的提問
提問是一種非常好的引發學生思考、提高學生學習積極性的教學方法。首先,在每次講授新課之前,都要堅持課堂提問,檢查教與學的效果;其次,導入新課。對提問的要求是提問的重點和質量,旨在加深學生對重點內容的掌握和理解,使教學安排得詳略得當,內容主次分明。再次,通過提問設疑,造成學生思維上的懸念,使學生積極開動腦筋,把好奇引導到對知識的探索上來,如在講立體化學基礎一章時,常用的抗菌藥物左氧氟沙星為什么在氧氟沙星之前冠之以“左”,類似這樣的問題提問,就會激起學生的學習興趣,點燃學生思維的火花,對教學能產生積極的效果。最后,瞄準教學模糊點提問并加以點撥,可引導學生找出其內在聯系,分清其不同之處,消除錯誤印象。如親核取代反應和親核加成反應的異同點問題,通過對比性提問,就會讓學生在學中思、思中學,這樣不僅能提高課堂利用的時效性,還能切實達到“有比較才能鑒別”的教學效果。
2.充分利用現代化教學手段,如多媒體及教具
藥學有機化學的教學可謂是“任務重,時間緊”,雖然教學經過篩選,但內容依然十分豐富,信息量大,涉及大量的分子結構式、構型、構象、化學反應方程式以及應用的案例等。將這些信息在黑板上寫出來,需要很多時間。應用高水平多媒體課件能很快將這些內容展示出來,通過圖形、文字、動畫等多種媒體信息使有機分子的結構和空間形狀變得十分形象和直觀,真正實現交互式教學,活躍課堂氣氛,提高教學效果。尤其是課件在展示分子立體結構方面具有直觀性、高效、快捷的長處。
在有機化合物的立體結構教學中,初學者往往覺得難以建立有機化合物的空間結構,教師主要采用立體模型教具,讓學生與教師一起搭建分子模型,配合化學繪圖軟件的分子三維圖進行教學,取得了較好的效果。并采用立體三維結構式,以動畫演示的方式讓學生充分掌握各基團間的連接部位與方式。充分利用多媒體課件對分子結構圖直觀、靈巧的優勢,多進行結構特點的剖析。
3.分組討論
教師設置問題(提前給出)―預先查閱資料―討論問題,讓學生有充分的發言機會,以暴露學習中存在的各種問題與障礙,讓學生各自的觀點在爭論中碰撞、比較,從而形成共識。也可讓學生將自己探討的過程展示在黑板上,由同學們自主評說。這樣做,不同層面的學生都有發言的機會,既能體現合作的價值,又能在教室空間里建立起學習的聯合體,讓學生感受到集體的智慧。
4.習題答疑
筆者根據多年的教學經驗感悟認為,有機化學的教學更適合課堂理論與習題答疑相結合。即在理論講解的過程中穿插習題講解,理論與應用相結合。課堂授課后往往留下習題作業,用以反饋學生對授課內容的掌握情況。學生作業中存在的問題以及學生對習題所提出的問題,可以進行有針對性的答疑。
5.小講課
有機化學的重點是有機化合物的結構與性質的關系,這是有機化學的精髓所在,也是同學們今后能否靈活運用有機化學的知識和方法去分析解決問題的關鍵,然而這一部分需要善于總結。針對有機化學學科的這一特點,教師在每一章節講述的最后,總是讓學生總結這一章節的結構與性質。針對有機化學機理是教學難點,引導學生去總結親電加成,親電取代,親核加成,親核取代,自由基反應,離子型反應。另外,如何設計化合物的合成路線,也是有機化學的教學難點。啟發學生逆向思維后,要求同學們能從產物的結構特征出發,從中找到合適的切入點。
6.提高學生興趣,督促學生對所學內容進行比較、總結、歸納
教學中可以采用比較教學法、形象教學法、分析教學法等多種形式幫助學生學習記憶。我們在講述每一個反應時,都會對它的反應物和產物特征進行對比、分析。并要求學生自己進行各類官能團化合物的反應與合成方法小結。鑒于有的章節內容多,化學性質及反應條件、應用條件復雜,可以采用表格的形式進行系統的歸納和闡釋,力求使一些復雜的問題簡單化、抽象的理論形象化、深奧的知識通俗化。
7.課下網絡交流
課堂教學由于受到時間、環境的限制,不可能滿足學生的所有要求,有待利用課下時間進行交流和信息反饋,作為教學補充,如在固定時間利用QQ答疑,有針對性地解決學生自學、作業中遇到的問題等。
另外,利用學院建立的網絡平臺使學生能通過網絡得到有機化學學科豐富的學習資料,這樣就有效地拓展了教學時空,充分調動了師生教與學的雙重積極性,增強了學生探究問題的興趣和獲取知識的方法、能力,讓學生由被動的接受者變成自主學習和探究創新者,把單純的講授知識過程轉變為學生自主發現和解決問題的過程。
二 實驗教學的模式轉變
有機化學是一門實踐性很強的學科,實驗課在有機化學教學中起著舉足輕重的作用。有機化學實驗是藥學等專業學生必修的一門重要的實踐性和操作性課程,其應堅持的指導思想是:“全面推進素質教育為根本目的,以培養學生創新精神,提高學生實踐能力和操作能力為重點,構建以基礎訓練―綜合應用―研究創新為主線的實驗課程教學體系”。它對培養學生周密思考、仔細觀察、主動探索問題,促使學生掌握化學實驗的基本操作方法和實驗技能、提高學生學習能力、激發學習興趣、培養其科研能力方面具有重要作用,同時也是提高學生綜合素質、培養學生創新能力的重要途徑。
在傳統實驗教學中,實驗教師是教學的主體,而學生則被動地接受知識和技能。學生按教師所講對照實驗指導書按要求操作、運行一遍取得數據即可。顯然這種模式存在許多弊端:(1)理論課上講解一個定理,而實驗課上用實際的數據來驗證這個定理,可以說幾十年不變,內容單一枯燥,其結果是一門課程學完后仍有很大一部分學生對其所學的課程沒有實際應用的感受,所學不知何用;(2)教師經常在講解某個實驗的同時進行演示,造成學生對老師的依賴;(3)學生對實驗設備的運行原理、運行情況了解不深,連一些簡單的故障都不能排除。
可采用的改進方法有:(1)在實驗前,通過網絡指導學生進行預習和主動性的進行實驗設計,將學生推到實驗的主置,使學生從具體實驗入手,查閱文獻資料,設計實驗方案,實施實驗步驟并做出分析等。(2)在實驗中,由2人一組進行實驗,教師作簡單講解后學生獨立完成實驗,整個實驗過程中,教師對學生的操作能力、知識能力、研究能力和創新能力等進行觀察、記錄,作為考核依據,從而掌握有機化學實驗的各項技能和有機化學研究問題的一般方法。(3)在實驗后,指導學生正確撰寫實驗報告,并通過課堂展示優秀實驗報告。注重實驗結果的分析與討論,培養學生分析問題和解決問題的能力。(4)增加綜合型實驗和設計性實驗,在實驗教學過程中,學生有目的地自選實驗課題、儀器設備,自行制訂實驗步驟,分析和處理實驗數據和實驗結果。實驗教師只是做方向性的指導及輔助工作。這種方式才能充分調動學生學習的積極性,激發學生的興趣與信心,培養科學的思維方式和應用能力,提高其主動性和創造性。
總之,近年來,我們致力打破過去傳統的教學模式,從課堂教學的過程、教學內容、教學手段、師生互動等多方面,對有機化學教學模式進行改革實踐。力圖以課堂教學活動進行整體優化設計為切入點,使每一個教師在每一節課中,把握好教學設計與課堂學生狀況的互動關系,從而,感受到課堂中生命的涌動和成長,感受到學生的存在與力量,不斷構建相宜的課堂教學過程,讓學生真正成為情感體驗的主體、思維的主體、思想的主體、自我生命的主體,構建課堂教學新景觀,提高教學質量。
參考文獻
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關鍵詞: 有機化學反應 有機實驗教學 探究式教學
有機化學反應的特點是:大部分有機反應要在一定條件下進行。因其反應速率較慢,反應過程中副反應較多,儀器裝置也較為復雜,特別適合探究式教學。
一、在問題情境中啟發學生探究
思源于疑,沒有問題就無以思維,思維總是從解決問題開始的。在教學中,教師要通過提出啟發性問題或質疑性問題,給學生創造思維的良好環境,讓學生經過分析思考交流討論來加深對知識的理解。
如:在“乙烯的實驗室制法和性質”實驗教學過程中,教師可設計問題情境啟發學生作如下探究:
設問:濃硫酸在該反應中有什么作用呢?
學生已學過濃硫酸的性質:強氧化性、吸水性、脫水性,由于該反應中生成水,可以很快得出濃硫酸在該反應中所起的脫水性。
引導補充:濃硫酸在此反應中作為催化劑、脫水劑,進而延伸:在有機反應中生成水的反應,經常用到濃硫酸的這點性質。
設問:該反應裝置有什么特點?要用到哪些儀器?
學生分析判定與固液加熱制氣裝置相類似。有學生提出,該反應不僅要加熱,而且對溫度有嚴格要求,否則會產生副反應。
教師:如何選擇溫度計呢?有什么樣的要求?
學生討論,教師引導分析原因。
設問:加藥品要怎樣的順序?順序顛倒行嗎?為什么?
探討得出:該反應除了要注意濃硫酸稀釋放熱引起暴沸,還由于反應溫度較高,要防止加熱過程的液體暴沸,因此還須在反應液中加入碎瓷片或沸石。
教師總結:今后在加熱至沸騰的液體反應中都要用這種方法防止暴沸。
設問:溫度計水銀球位置如何?為什么?
討論得出:既然溫度計是控制反應溫度,且溫度計的測溫度部位是水銀球。所以水銀球應浸沒在反應液中,但又不能接觸燒瓶底部(底部溫度更高,測不準反應液溫度,還可能使溫度計破裂。)。
設問:如何檢驗乙烯氣體?
學生根據前一節乙烯的性質,知道用溴水或酸性高錳酸鉀溶液檢驗。反應開始,達到170℃后開始檢驗乙烯的生成。檢驗結論也相符。至此,該實驗似乎可完成了。這時有學生注意到反應液變黑了。
設問:反應液為什么變黑?生成什么物質?
生甲:可能是生成了炭,因為濃硫酸可能使乙醇過度氧化生成了炭。
教師:那剛才怎么能證明一定是乙烯生成呢?
設問:如何設計實驗,驗證剛才我們的討論結果(即有乙烯和二氧化硫氣體)。學生分組進行了激烈的討論。
生甲:可用品紅驗證二氧化硫。
這類物質同時又是我們人體自身的重要組成,我們體內所發生的無數個生化反應,很多正是我們在這門課程中所學習研究并努力應用于生產實踐的。生物有機化學的主要研究目的在于仿效生化過程以提高化學反應速率和選擇性(或專一性),使經典有機合成中難于實現的反應可以在溫和的條件(常溫、常壓和水溶液中)下高效率、專一性地完成。這一研究目的的實現可以極大的改進一些現有的化工工藝,有效的提高生產效率。通過在生物有機化學教學過程中旁征博引,使學生深刻認識到諸多領域都面臨眾多的相關問題亟待我們去解決,從而更有利于開闊學生視野,激發學生的創新欲望,培養學生的創新精神與能力素質。
二、理論聯系實際,激發學習興趣
學生在學習過程中普遍認為生物有機化學知識點瑣碎、反應雜且多、理論性強,甚至感到生物有機化學的內容雜亂無章,產生厭學。愛因斯坦說:“興趣和愛好是最好的老師”。因此培養學生的學習興趣顯得尤為重要。產生抗藥性,就是因為變異細菌可以產生一種能夠水解β-內酰胺的酶,從而使青霉素類藥物中的β-內酰胺環被破壞而失效。而利用生物有機化學中的酶學相關理論,提出了多種避免β-內酰胺酶作用的方案,這樣改良的青霉素類藥物就能繼續對致病菌產生抑制作用。由此展開介紹,可以將多種藥物設計的實踐與生物有機化學理論相結合,如設計生物還原烷基化劑來作為抗癌藥物;設計血管緊張肽轉化酶抑制劑作為降血壓藥物;設計萬古霉素類似物作為新型抗菌素等等。通過這些切近生活并應用到生產實踐中的例子能使學生產生極大的求知欲和學習的興趣,提高學習效率,加深對所學知識的記憶和理解。
三、加強直觀教學,提高教學效果
生物有機化學教學內容中的很多知識點抽象、復雜,為了提高教學效果,很有必要將教學過程直觀化。在課堂上除展示講解外,還可以讓學生自己動手拼裝各種分子模型,使生物有機化學中的抽象內容變得直觀易懂。例如,在講解潛手性碳原子、氫原子和潛手性面時,可讓學生上臺自己組裝分子的球棍模型,再將兩個手性對映體模型展示給學生,讓他們思考兩個模型是否完全相同、能否重合等問題,接著深入闡述潛手性的概念。讓學生從易到難,環環緊扣,系統掌握對應知識點。多媒體教學也是一種促進教學直觀化的的重要教學手段。多媒體教學將抽象、枯燥的學習內容以圖像、文字、動畫、聲音相結合的直觀形式表現出來,使學生通過多種感官刺激,全方位地獲取豐富的信息,便于學生理解、記憶,更好地解決知識的重點和難點,起到事半功倍的教學效果。例如,在介紹PCR技術時,采用傳統的教學方法很難將抽象的的過程表現出來。而利用多媒體模擬其過程,制作成直觀的動畫,形成一個動態的過程,使DNA雙鏈擴增的過程形象地呈現在學生面前。使學生一目了然,對知識的掌握會更加準確。
四、采用啟發式教學,激發學習主動性
啟發式教學是教師在教學過程中根據教學任務和學習的客觀規律,從學生的實際出發,采用多種方式,以啟發學生的思維為核心,調動學生的學習主動性和積極性,促使他們生動活潑地學習的一種教學指導思想,采用啟發式教學可以增強學生學習專業知識的主動性和自發性。教師可結合生物有機化學教學內容,在教學中提出一些問題或設置一些討論題,鼓勵學生獨立思考,使學生主動參與教學過程,這對調動學生思維,激發其學習熱情,培養獨立思考能力,促進個性發展大有裨益。例如在進行抗體酶內容的教學時,讓學生思考抗體和酶分別有什么特點,是否具有相似性,能否利用兩者相似性將抗體的產生應用于酶的大規模制備?提出問題后,就讓學生帶著問題去思考,查閱資料并進行分析和綜合,尋找問題的答案。這樣就培養了學生的創新精神和研究問題的能力,同時在自學的過程中又了解了本學科的前沿知識、發展動態。
五、進行類比小節,加深知識理解
關鍵詞: 基礎有機化學實驗 綠色化學 實驗室安全教育
基礎有機化學實驗是一門實驗性很強的基礎學科,對創新型人才的培養起到了非常重要的作用。安徽師范大學化學與材料科學學院十分重視化學實驗教學改革,不斷優化化學實驗內容,調整教學方法,努力探索在實驗過程中提高學生的動手技能和創新能力,把對學生能力的培養貫穿于實驗教學的每一個環節。基礎有機化學實驗教學改革正逐步走向完善。
一、目前安徽師范大學基礎有機化學實驗教學狀況
1.強化學生課前預習,不打無準備之仗。
實驗前預習是做好化學實驗的前提條件之一,實驗前預習包括認真閱讀實驗教材、掌握實驗原理、掌握實驗操作步驟、了解所用到的實驗儀器使用方法及相關藥品的物理和化學性質,掌握化學實驗成敗的關鍵點。并且寫出預習報告,課前接受教師的檢查和提問。預習報告內容包括:實驗目的、實驗原理、主要試劑和儀器、反應裝置圖等。通過實驗前預習,學生在做實驗前能深刻理解掌握實驗原理和步驟,避免在實驗中出現“按方抓藥”的現象,從而保證實驗效果[1]。
2.精選實驗內容,節省實驗時間,取得良好的教學效果。
通過安徽師范大學幾代教育工作者共同努力,通過實驗教學實踐,基礎有機化學實驗課內容已經初步形成,具體見表1。原來有機物合成實驗比較多,比如苯甲酸的制備,肉桂醛的提取和鑒定等,現行實驗已經做了更改。作為基礎有機化學實驗,我們增加了基本操作性實驗,減少了有機合成實驗。所謂萬丈高樓平地起,作為省屬重點師范大學,我們很重視基礎知識的掌握和基本操作的練習,這為學生以后的綜合有機化學實驗的學習和將來的科學研究和創新奠定了良好基礎。
表1 基礎有機化學實驗課程安排表[6]
3.優化教學方法,培養學生創新思維能力。
首先,運用多媒體進行教學以適應社會發展的需要。將多媒體運用到教學中展現出了較以往黑版式書寫教學更多的優點,尤其對實驗教學更加體現出良好的效果。它能將文字轉變為圖形,生動地體現實驗操作過程,使學生能及時注意到實驗操作中容易出現的紕漏點,降低學生在具體實驗操作過程中出現錯誤的幾率,增強實驗效果。其次,加強了對學生實驗過程的指導,指導教師一直堅守在實驗室,及時和學生進行交流,為學生解答實驗中所遇到的疑惑。在實驗即將結束時,對學生的實驗結果進行檢查,對于產率低、產品純度差等由操作失誤引起的問題進行分析,讓學生徹底領悟實驗要點和掌握實驗技能,這是實驗教學改革的目的,同時讓學生自己找出其他可行性實驗方案,并進行對比,找出優缺點。此舉極大地了開發了學生的創新能力。
4.完善了實驗教學考核體系。
我們改變了以往只通過實驗考試和實驗報告考察(各占50%)的考核體系,現在的考核模式在以往基礎上,更加側重于平時的實驗技能的考察:包括學生的實驗預備情況、實驗過程中操作能力、實驗結果的分析和實驗結束后學生整理臺面、處理污染物的方法和能力。新的考核體系實驗考試占30%,實驗預習占30%,平時實驗室實際操作能力占40%。此舉不僅避免了單一的考核體系對學生實驗成績考核的誤差,而且使學生實驗更加規范化,避免了學生平時實驗課出現不認真的現象。[2]
二、基礎有機化學實驗教學改革的探索
1.綠色化學改革。
綠色化學已成為當今社會化學研究的前沿區域,全球化學污染比較嚴重,嚴重影響居民生活和生命安全。[3—4]隨著工業生產批量化,人類對環保要求越來越高。要有效地控制污染,必須從源頭上加以遏制。雖然每次化學實驗排放污染物的量很少,但是多批次的學生實驗會使排放的污染物的累積量驚人。控制好化學實驗室污染物的排放對于環境保護有重大意義。以下對有效控制實驗室污染物的排放進行分析:
(1)減少實驗反應物物質的量并將有機物循環利用。
要控制污染物的排放,必須從源頭著手。在化學實驗中,有效減少反應物物質的量勢在必行。對于有機物合成實驗,必須改變原來將大量藥品用于實驗的模式,代之以微量進行實驗。將有機物循環利用也是減少化學污染排放的良好措施,表一中實驗(3)和實驗(8)的藥品可以循環利用,在對乙酰苯胺進行制備后,保存多余的乙酰苯胺,待下一年度有機物重結晶進行再次利用。加強有機物的循環利用既能節省藥品,又能保護環境。
(2)盡量使用易處理、無毒性藥品代替管制、毒性比較大的藥品。
目前,國家對藥品進行控制和管理。尤其是對劇毒、易制毒、易燃易爆性藥品限制性出售,一般市面上這類藥品已經銷聲匿跡,需要采購的單位必須經過公安部門的審批。使用易處理、無毒性藥品已是大勢所趨。使用危害小的化學試劑,提高了實驗教學安全性,且有利于社會治安。在實驗(4)中,我們可以選擇乙酸乙酯代替乙醚萃取冰醋酸和水的混合液中的醋酸。乙醚屬于易制毒藥品,并且具有麻醉性,用乙酸乙酯代替乙醚,既能達到萃取醋酸的目的,又易于購買,對環境污染小。
(3)對反應產生的污染物進行后續處理,嚴禁向下水道傾倒。
有機化學實驗很難避免化學反應產生的污染物,尤其是有機合成實驗,為防止這類化學污染物危害生活環境,對反應產生的污染物進行后續處理已經迫在眉睫。化學污染物的處理有兩種方式,一是實驗室人員對污染物進行處理,二是采購污染物處理設備。針對基礎有機化學實驗,污染物主要來源于實驗(8)和實驗(9),一般采取方式一進行解決。乙酸乙酯的合成實驗中,可以在合成裝置后面接上尾氣吸收裝置。這樣既能使廢氣得到處理,又能增強學生的環保意識。在乙酰苯胺熔點測定實驗中,實驗結束后,我們可以將裝有乙酰苯胺的熔點管收集起來,放置于空氣中自然冷卻,經過研碎、溶解、過濾,重新收集乙酰苯胺。少量的廢棄物排放對環境污染小,但是周而復始的有機化學實驗教學會使這種污染物積少成多,為防止污染,我們不得不引起足夠重視。
2.適當增加應用型實驗和開放性實驗。
為了提高學生對基礎有機化學實驗的學習興趣,縮小學校和社會對人才培養與需求之間的差距,增強學生社會競爭力,可在實驗教學內容上增加應用型實驗和開放性實驗。阿司匹林學名乙酰水楊酸,具有解熱止痛和治療感冒的作用。增加阿司匹林的合成實驗,不僅鞏固了重結晶提純法操作,而且對于應用型人才培養起到了舉足輕重的作用。設置開放性實驗必須根據學校實驗室自身條件和學生總體素質水平展開。開放性實驗項目可包括現代有機分析儀器的操作實驗、與科研相結合的開放性實驗、[5]與校企合作項目相結合的開放性實驗。開放性實驗讓學生接觸到平常很少或者幾乎沒見過的大型儀器,極大地提高了學習積極性,很快參與到全開放實驗教學的全過程中。開放性實驗教學為學生提供了一個展示自我能力的機會和平臺,與我校的人才培養目標緊密結合。過去的實驗教學目的是培養學生的基本操作技能,驗證理論的正確性,培養學生實事求是的科學素養,這固然重要,但忽略了學生的主動性和創新性。通過增加應用型實驗和開放性實驗,能拓寬學生視野,增強學生科研創新能力,激起學生的求知欲,同時為學生學習后續專業課程打下堅實基礎。
3.開設化學實驗室安全教育課,增強師生安全意識。
隨著我國高等教育的不斷發展,化學實驗室教科研活動日趨平凡,各種實驗室安全問題日益凸顯,強化實驗室安全管理,建設教科研不斷運行及不斷創新的實驗室是高校師生不可忽視的一項重要工作。長期以來,化學實驗室安全教育一直以來沒有得到足夠重視,一般只是在學生上實驗課之前由授課老師簡單提一下,并沒有做系統、全面的講解。學生掌握的只是支離破碎的安全教育相關知識。在此境況下,開設化學實驗室安全教育課已不可或缺。化學實驗室安全教育課內容包括:①化學實驗室規則和注意事項;②各種常見的強酸、強堿、易燃、易爆、易制毒、劇毒藥品的使用方法和預防;③常見滅火器分類和使用方法;④實驗室廢液的處理;⑤外傷、化學腐蝕的預防和處理;⑥安全用電。[6]對學生實施系統性、全面性實驗室安全教育,不僅能大大提高實驗室的利用率,減少人為災害帶來的損失,而且能強化學實驗教學效果。
三、結語
我們在現有化學實驗教學框架下進行了改革,優化了實驗教學體系,學生的綜合素質得到了提高。他們基礎扎實、動手能力強,并且具有一定的開拓創新能力,得到了社會各界一致好評。在進行有機化學實驗改革的同時,還要著力促進教師團結合作,提高教師業務水平。基礎有機化學實驗改革還需繼續探索,為培養出與現實接軌、社會滿意的新型人才作出貢獻。
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