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關鍵詞:醫學有機化學 教學 探索 知識結構
中圖分類號:G64 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2015)12(b)-0236-02
有機化學是一門集理論性、實踐性和系統性為一體的學科。醫學有機化學是醫學、藥學以及生命科學等相關專業的基礎課程之一。它銜接無機化學,并為后續的生物化學、微生物學、免疫學、藥物化學、藥理學和醫學檢驗等課程提供了必備的基礎知識和基本理論。醫學有機化學的內容雖與化學、化工、生物工程等專業的有機化學課程大致相同,但教學的側重點、教學的方法須有所差異,對任課教師也提出了更高的要求。筆者從自身的教學實踐出發,從以下4個方面談醫學有機化學教學實踐中的
1 了解學生化學基礎
筆者所在學校的醫學專業面向全國招生,而現階段各省或地區的高考政策不盡相同,部分新生參加了化學學科的高考,因而具有較為系統的中學化學知識結構,同時對基本的元素、物質以及化學反應有一定的認識,這類學生具備較好的學習醫學有機化學的基礎;另有部分考生,未參加化學學科的高考,在高中階段學業水平測試之后便停止了化學的繼續學習,這部分新生的中學化學基礎薄弱,普遍存在概念模糊,對元素、官能團的認知不清以及對化學反應幾乎一無所知的問題,這些問題導致這部分學生學習困難,課堂參與度低,進一步導致學習興趣和信心的喪失,最終難以順利完成該課程的學習任務。針對不同生源的中學化學基礎參差不齊的情況,我們不僅需要在合班上課時考慮班級合理編排,更需要在課堂教學中照顧到基礎薄弱的學生,同時滿足基礎較好的學生更高的學習需求。另外,我們嘗試適當安排時間對基礎薄弱的學生單獨進行中學化學的重要知識點的回顧和講解,將有利于這部分學生跟上該課程的課堂教學進度,也有助于他們對后續課程的學習。
2 引導學生系統建立有機化學知識結構
多數有機化學教材,包括該校使用的醫學有機化學教材均按照化合物類型(如烷烴、烯烴、炔烴、芳烴、醛酮、羧酸及其衍生物、糖、氨基酸和蛋白質……)進行章節編排,雖利于學生依據化合物類型建立知識結構,但各章節內容仍稍顯分散,知識點較為繁雜,學生掌握不易。為了學生能夠從最基本的有機化學概念、原理出發建立完善的有機化學知識體系,我們有意識地加強了緒論部分尤其是關于有機結構和有機反應的基本理論的闡述。比如:緒論中我們介紹有機化學反應包含兩個基本的組成:反應物共價鍵的斷裂以及產物共價鍵的生成。共價鍵的斷裂方式只有兩種:異裂和均裂。前者產生自由基,后者產生離子對,兩者均為有機反應的活性中間體,大多數有機反應與這兩種活性中間體的生成及參與有關,從而派生出有機反應的三個基本類型:自由基反應、離子型反應(親核或親電反應)以及協同反應。在后續章節的講解中,我們將具體反應歸屬到上述基本反應類型進行講解。比如:講解烯烴的化學性質時,引導學生關注碳正離子如何形成、如何穩定以及如何參與化學反應;講解羥醛縮合時,引導學生關注碳負離子如何形成、如何穩定以及如何參與親核反應。這樣不僅讓學生能夠從根本上理解反應,并且能夠圍繞基本反應的類型及活性中間體,將內容龐雜的知識點進行歸類并逐步建立相應的知識體系。
3 注重有機化學與醫學的學科交叉
有機化學之所以成為醫學專業的基礎課程,不僅因為有機分子是構成動物、植物體的基本單位,體內的物質轉換及能量傳遞也均與有機化學反應息息相關。在醫學有機化學的教學中,我們有意識地引入相關的醫學知識,在強化對知識點理解的同時,闡釋相關的生物學或醫學現象,從而提升學生對有機化學的學習興趣和熱情。例如:在講解立體化學這一章節時,我們開篇即以“反應停”(沙利度胺)事件為例,讓學生認識到確定化合物立體構型的重要性。在20世紀50~60年代,“反應停”在臨床上被普遍用于抑制孕婦的妊娠反應,但隨之而來的大量“海豹畸形嬰兒”的出生使該藥物被禁止使用。后來的研究表明,當時使用的藥物“反應停”實際為一對對映體混合物,即安全的R構型及致畸的S構型的混合物。通過這一實例,學生自然意識到立體化學對于有機化合物結構的重要性,課堂專注度也顯著提高。
在具體章節的講解中,我們還嘗試以常見藥物分子為例來闡釋相關的官能團或者分子片段,做到醫學、藥學知識與有機化學知識點的融合。比如:在羧酸及其衍生物的講解中,我們以青霉素等為例向學生介紹了含特殊結構片段――“β-內酰胺”的一類抗生素,使學生對酰胺的理解得以強化。同時,我們還對青霉素的發現、發展和臨床應用背景進行了介紹,從而一定程度上激發了學生對醫學研究的興趣。如圖1
4 傳統教學手段與現代教學手段相結合
有機化學雖然是一門經典的理論學科,但是課程講授中也需要表達有如電子軌道、分子軌道、化合物空間結構以及反應機理、反應歷程等較為具象化的內容,因而多媒體的使用可以幫助學生理解和記憶相關內容、培養空間思維能力,從而提高教學效果。多媒體課件中,內容的呈現方法還應做到多樣而豐富,比如:我們課堂上利用Flas等形式向學生展示反應歷程、反應現象以及部分實驗的操作方法,取得了很好的效果。此外,在教學中仍然需要板書課堂內容的提綱和要點,以便于學生課堂記錄并迅速把握重要的知識點。
參考文獻
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關鍵詞:自主學習能力;有機化學;課程體系;教學方法與手段
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)01-0115-02
有機化學是農業院校許多專業重要的基礎課,尤其是對于中藥學、環境科學、食品科學、植物保護、應用化學、生命科學等專業,有機化學更是占有極其重要的地位。掌握有機化學的基本理論、基本知識和實驗技能,對學好后續的專業課都有很大幫助[1]。但是,由于有機化合物數目龐大,反應類型眾多,反應機理復雜,許多學生對這門課程望而生畏。因此,如何引導學生系統地學好這門課程是有機化學教學面臨的重要課題。當前,為適應時代的發展提出了“終身學習”和“自主學習”的理念,自主學習是學習的最高境界[2]。因此大學教育的使命不只是傳授有限的知識,更重要的是幫助大學生普遍養成自主學習能力。因此,本文將筆者在有機化學教學中培養學生自主學習能力的一些探索、實踐和體會總結如下,與大家交流分享。
一、精選教學內容,構建合理課程體系
在當前農林類高校,基礎課程的學時數日益減少,而課程的知識卻在更新和增加,因此教師必須結合專業特點和學生接受能力精選教學內容,構建合理的課程體系。本著“少而精,博而通”的教學思想,教學抓住基本內容、突出重點、教深教透,使學生能舉一反三,觸類旁通,融會貫通。例如結合本校中藥學專業特點,選用吉卯祉主編的全國高等醫藥院校規劃教材《有機化學》[3],此教材突出中藥學、藥學特色,在各類有機化合物的舉例中盡量采用藥物為例,且在各章節后附加與本章對應的代表性化合物。此教材將內容分成有機化學基本概念和各類有機化合物兩部分。基本概念部分闡述有機化學基本理論知識,其中電子效應和立體效應是重點,是貫穿各個章節的主線;各類有機化合物部分則介紹各類有機化合物的結構、命名、性質、制備和有關反應歷程等。在具體教學過程中,考慮學生的基礎和接受能力,對教學內容的講授順序進行調整,如將“立體化學基礎”這一章的內容分散到不同章節中講解,構象異構在講烷烴和環烷烴時介紹,順反異構放在烯烴講解,對映異構放在芳香烴后獨立一章講解,這樣把復雜難理解的知識點分散開,避免學生學習起來吃力,厭學。另外,重點講授與中藥化學關系密切的糖類、含氮化合物和雜環化合物3章內容。簡要介紹一些天然化合物的基本結構,如甾體的母核、萜類、蒽醌等,為學生后續專業課學習奠定基礎。
二、聯系專業知識,提高學生學習興趣
課堂教學是學生獲得知識的主要途徑之一,是影響教育教學效果的主要因素之一[4]。傳統的課堂教學多是注重知識的理論性和邏輯性,忽視了課程知識與實際生活、生產實踐的緊密聯系,使學生學習而不會用。在講授有機化學課程的各個環節,聯系專業特點,提高學生學習的動力。例如,在緒論的講解,首先采用回憶復習法,提問學生“你還記得哪些學過的有機化學知識?”,根據學生的回答,教師將內容分類分塊寫在黑板上,在此基礎上總結有機化學將要學習的內容,這樣就使學生對有機化學的一些基本知識、結構框架有所了解。向學生說明有機化學的特點,學習方法,減輕學生對有機化學學習的恐懼,使學生“樂學”。其次,引導學生思考“有機化學的研究對象是什么?日常生活中與有機化學相關的事物?對于自己的專業有多少了解?”等,通過提問與總結,使學生了解學習有機化學課程的必要性和重要性,從而“想學”。在授課過程中根據不同知識點融入專業知識,使學生了解有機化學知識在專業學習中的地位,知識點也由淺到深,由簡到難。如對于環境科學專業學生在講解酚時會留給學生作業“污染水中酚的測定及處理”,講授胺類物質前,讓學生查閱“為什么嬰幼兒奶粉會摻加三聚氰胺?”等,而對中藥學和食品科學專業學生的教學過程中介紹“酚的成酯反應時,以解熱鎮痛藥阿司匹林的合成為例;在講羧酸的酸性時,聯系酸性天然產物一般先用堿水液提取,再加強酸使有機酸性物質游離出來”等,從而激發學生學習的興趣,其自主學習能力會逐漸提高。
三、突出重點,使知識結構網絡化
要使學生在有限課時內掌握紛繁復雜的有機化學眾多知識點,教師必須熟悉教材,善于歸納總結,抓住重點,將知識點串聯進行分析,使知識結構網絡化。對于基本概念和基礎理論,教師要在課堂上反復強調,反復應用;而對于一般性知識如化合物的命名和分類等,只需作簡要講解。教師要善于運用立體化學、電子效應這條主線,對各類有機化合物作結構分析,進而指導學生學習化學反應。這樣使學生能清晰了解有機化學反應中的規律,進而輕松掌握各章節內容,也培養了學生歸納總結和舉一反三的能力。
四、合理布置作業,使學生學會分析解決問題
有機化學課程要講授的內容多,學生往往是聽課時明白了,而課下很快又忘記,因此教師在講解過程中要多舉例子。有機化學課程學時少,因此課后要精心布置作業,使學生在完成作業的過程中鍛煉如何運用有機化學知識,同時也逐漸學會如何記憶和掌握有機化學知識,漸漸學會自學。對于所留習題無時間講解的,教師將分析、解答過程及結果給學生參考,并且建立課程網站和聯系群等與學生交流。
五、改進教學方法與手段,提高教學質量
有機化合物結構復雜,理解時比較抽象,但是系統性很強。所以在教學過程中一定要充分運用類比法、歸納式、啟發式、邏輯推理法等教學方法[5]。在教學中減少大課精講細教的時間,留給學生足夠的探索空間和時間。
采取板書、模型演示、多媒體等教學手段有機結合,提高課堂效率。板書可以使學生掌握復雜的結構和有機反應機理的寫法,對于來龍去脈更清楚。多媒體教學通過圖形、文字、動畫等使有機分子的結構形象、直觀,不僅激發學生學習興趣,也可加強其感性認識,同時也使教師有更多時間專注于知識講解和與學生間互動交流。如將銀鏡反應、糖的顯色反應等一些特殊反應現象的實驗影像放在課件中,使枯燥的化學反應變得生動。搜集和篩選與課程有關的網絡上的優秀教學資源,以及教師根據本校學生特點制作的課件、教學錄像等資源放置在有機化學的精品課程網站上,或者將信息獲得和使用方法交給學生,讓學生根據自己的情況自由去選擇學習,做到因材施教。
六、改革考評方式,體現學生自主學習結果
將有機化學課程考核分為三部分,一是平時成績占20%,平時主要考察學生出勤、課堂討論、課外作業、課堂測驗等,以調動學生認真對待課堂;二是期中考試占30%,在課程中期采用開卷考試,學生可以帶教材,也可以帶參考資料,既檢驗了學生對基礎知識的掌握程度,也使學生對自己的學習情況有一個認識,做出評價,從而思考自己的學習方法是否合適,以便在后面的學習中進行合理調整;三是期末考試占50%,采用閉卷考試,考察學生對知識的理解和掌握。通過多元考核方式使學生逐步掌握有機化學的基本知識和技能,體現了學生自主學習的結果,也培養和提高了學生的自主學習能力。
總之,大學生自主學習能力的培養是一個日積月累的復雜過程,需要教師在教學過程中要不斷探索,多角度、深層次的研究大學生自主學習與教育模式之間的關系,在教學實踐中為學生營造出良好的學習氛圍,因材施教,幫助學生正確定位。這一切需要教師付出更多的時間和精力,教師要真正做到愛教育事業、愛學生、尊重學生、接納學生,一切為了學生。
參考文獻:
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Study on Organic Chemistry Teaching Based on Students' Self Regulated Learning
ZHAO Shu-Jie,LI Ming-tang,HONG Bo,ZHU He
(College of Resources and Environment,Jilin Agricultural University, Changchun 130118, China)
關鍵詞:大學有機化學實驗教學
有機化學是一門實踐性很強的學科。有機化學實驗課能夠幫助學生從理論上升到實踐來理解和掌握有機化學中的基本理論和基本反應,是幫助學生學好有機化學理論知識的必要環節和有效途徑。有機化學實驗教學是培養學生掌握有機化學實驗基本操作、基本技能的必經手段。良好的實驗教學能夠激發學生對有機化學的學習和探索激情。
一、大學有機化學和實驗教學的現狀與存在的問題
1.教學中演示不直觀
有機化學實驗教學中,反應方程式和機理數目繁多,書寫費時費力,并且很不直觀。尤其對于講解中的重點和難點,如有些有機分子的立體結構和立體化學問題感到困難。在黑板上畫出具體的立體異構時,很是費時,并且不具備規范性的比例關系。即使利用掛圖和自制分子模型也不能很好地顯示出實際分子的立體化學。而有機化學中的大分子和高分子的結構,如淀粉、糖類和蛋白質等,都不能很好地給學生進行演示,只能根據書本中的內容作簡單介紹。現在的課程一方面強調培養學生的自學能力,一方面大力壓縮課時。故而,教師在課堂上只能進行精簡的講解,自學多練大都依賴學生的自覺行為。如果要系統地闡述某些問題,時間上不允許。但是部分學生反映自學時難度很大,這樣,就產生了一個矛盾。我們主動積極地進行了網絡自學課件的開發,利用網絡CAI課件從很大程度上緩解了由于課時縮短、教學內容難以系統講解的困難。
2.實驗內容零散,重點不突出
傳統有機化學實驗與理論課程的進程不協調,實驗的重點內容限于物質性質的驗證性實驗和一些簡單的制備實驗,教學方法側重“依瓢畫葫蘆”式的照方抓藥操作,而且整個實驗室所有的學生的實驗內容和方式都一樣,缺乏創造性的激勵等弊端。因此,學生對有機化學實驗沒有多大興趣,把做實驗當作完成任務,將學習有機化學的重點放在記憶一些理論有機化學中的基本理論、基本概念和一些反應以應付考試,不能理論聯系實驗深刻理解有機化學中的精華。
二、大學有機化學實驗教學模式改革
1.運用多媒體實驗教學,加強學生學習的能動性
在有機實驗中積極引入多媒體教學軟件,視聽教材、錄像、Powerpoint課件。在基礎理論課上運用多媒體電教室對基本實驗儀器,基礎操作進行演示和講解。每次實驗前,在對將要做的實驗進行講解后,在電腦中演示三維操作動畫,先將整個操作流程播放一遍,然后操作步驟進行回放和停頓,引導學生發現需要特別注意的,并對學生提出問題,學生在思考討論后,抽查一位同學進行示范和講解實驗操作鼓勵其他同學提出問題,并討論操作是否正確和規范。最后由老師進行點評和操作示范,學生按照操作順序和要點再練習獨立操作,并由老師逐一進行檢查評估,指導并及時對存在的問題加以糾正。
2. 精心選擇有機物合成實驗
在有機物制備實驗中,本著學習控制實驗條件以及鞏固基本操作訓練的原則,選擇了一些產率較高的比較經典的有機合成實驗,盡量保證每個合成實驗都能有針對性地訓練學生的實驗操作基本技能。在實驗中,注意培養學生的觀察能力,思維能力與實驗動手能力。教育學生不放過實驗中的異常現象,不輕易茍同書本或文獻的說法,允許學生在一定范圍內探索實驗,在保證安全性的前提下對實驗裝置進行改進,同時培養學生的良好實驗習慣:操作快速、規范,臺面整潔有序,裝置美觀、穩固,并且要求學生精確控制反應條件,力求達到較高的產率,得到純凈的產品。由于選擇的反應屬于經典反應,實驗條件易于控制,只要按照規定的要求進行規范操作,一般都可以達到滿意的效果。
3.開設設計性實驗
設計性實驗,需要學生結合理論課和實驗課知識,進行合成路線的設計,實驗條件的控制,實驗方法與實驗裝置的選擇,產物的提純與純度的鑒別的設計,還需要學生在實驗過程中探索最佳的反應條件,根據實驗中出現的問題認真分析討論,進行綜合,反復修改實驗設計方案,直至達到最佳實驗方案與結果。這種研究性的實驗給學生提供了獨立動腦、動手的機會,使他們自覺地去查閱相關文獻,綜合應用所學的理論知識與實踐技能,選擇實驗方法,制定實驗步驟,使學生在實驗過程中處于完全主動的地位,充分發揮他們的想象力與創造力,對培養他們獨立進行科學研究的能力有著非常重要的作用。
有機化學實驗教學應以培養學生的思維能力、動手操作能力、觀察能力、設計實驗的能力、提出實驗中遇到的問題并設計方案來解決問題的能力、以實驗為基礎理解化學的能力為重點,特別是要以培養具有基礎科研能力的人才為教學目標。
參考文獻
1.姚春鳳. 有機化學實驗改革探素[J]. 廣州化工,2004
關鍵詞:微型有機化學實驗;傳統有機化學實驗;科研能力;培養;本科生
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)51-0243-02
科教興國戰略已經成為當前高等院校教育改革的一個重要目標。有機化學實驗是化學化工專業本科生的一門專業必修課程,目的是讓學生熟練掌握有機化學實驗基本操作技能,培養學生發現、分析和解決問題的實踐能力,使其具有良好的科研素質。當前化學實驗特別是有機化學實驗已經成為高校新的污染源,隨著高校招生規模的不斷擴大,導致有機化學實驗藥品的用量急劇增加,化學實驗教學成本不斷上升。因此,對于本科生科研能力的培養和對有機化學實驗課程的改革已經刻不容緩。
一、傳統有機化學實驗課程存在著以下不足之處
1.實驗教學手段的過于陳舊,阻礙了本科生創新能力的培養。傳統有機化學實驗是預先將實驗目標、基本原理和操作步驟以及注意事項設計好,學生只需要按照上述規定的方法進行操作即可。這種實踐教學的培養模式只是讓學生對現有實驗方法的一種驗證,但由于學生在整個實踐過程中都處于被動地位,因此不利于學生的主動思考與自由探索。
2.實驗過程中會造成對環境的污染,違背了綠色化學的發展要求。常量性質實驗和制備實驗是傳統有機化學實驗的主要核心內容,易揮發性溶劑和毒性試劑的使用偏多,實驗過程中大量的廢氣、廢液、廢渣的產生是不可避免的,因此容易造成環境的污染和資源的浪費。
3.傳統有機化學實驗主要以驗證性實驗內容為主,學生只要按照實驗教材所寫的實驗方法進行操作即可,不利于提高學生科研思維的培養以及分析問題、解決問題能力的提高。
科教興國戰略與質量工程建設的實施對高校人才實踐能力的培養提出了更高的要求。微型有機化學實驗作為一種經濟、安全、高效、低污染的新型實驗技術手段,其社會效益和經濟效益都是顯而易見的,在大力倡導建設節約型社會的今天,對微型有機化學實驗的重點推廣尤為重要,因為它符合“綠色化學”的發展要求的同時,也為本科生科研能力的培養提供了有力保障。微型制備實驗把合成產物的數量控制在不超過后續測試的需用量作為一項原則。在滿足實驗所需獲取的化學信息要求的同時,盡可能地使原料試劑的用量大幅度地降低,減少了化學反應對環境的污染。這種微型制備方法,非常規化學實驗的簡單縮小,大部分是近代科研方法的模擬,將合成與鑒定結合在一起。通過由常規到微型實驗方式的演變,使學生體會到如何利用有機化學反應基本原理來重新設計、改造、組合各種儀器裝置,以滿足不同的實驗要求。
二、與傳統實驗課程相比,微型有機化學實驗課程教學具有如下特色
1.微型有機化學實驗課程堅持以人為本的原則,塑造綠色化學的環保理念。實驗內容上秉承傳統方法與實踐創新知識相結合,在保留基本實驗技能培養和經典有機合成實驗內容的同時,將不斷發展中的有機化學新技術、新理論、新方法以及最新的科研成果引入實驗教學課程體系中,擴充了基礎實驗、綜合實驗、設計實驗和創新型實驗等相關內容。
2.拓寬了學生的知識面,加強了對實踐課程教學最新進展的及時掌握。微型有機化學實驗不僅縮短了反應時間,而且還能夠充分發揮環境資源的效能,使學生全面地了解研究對象的性質和規律。還有益于師生身心健康的培養,學生環保意識加強以及綠色化學理念的建立。
3.由于微型有機化學實驗試劑用量較少,能夠有效避免傳統有機化學實驗過程中存在因試劑使用量大、原料價格昂貴、溶劑處理危險等問題,使得實驗課程教學內容能夠順利開展,加強了學生動手能力的培養。
三、微型有機化學實驗課程素質的培養主要體現在以下幾個方面
1.有利于本科生科研意識的培養。科研意識的培養主要考查學生對科研信息的全面收集、綜合分析、正確判斷以及積極實施的能力。微型有機化學實驗是有效途徑。要求學生做好實驗預習工作是培養學生科研意識、提高實驗教學質量的關鍵。實驗預習報告除了包括基本原理、操作步驟、實驗裝置圖以及實驗可能出現的現象和結果、實驗操作要求學生充分地利用校園網圖書館的豐富資源,認真查閱相關資料,了解反應物、產物、溶劑等相關的理化性質、毒性以及注意事項,使學生養成主動掌握化合物性質的習慣。
2.有利于本科生實驗技能的提高。微型有機化學實驗是鞏固基礎有機化學實驗基本操作單元,培養他們分析問題、解決問題的綜合能力以及科技文獻的查閱能力。改變學生實驗過程中完全依靠老師的不良現象,更多地為學生提供獨立設計和完成實驗的機會。充分發揮學生的想象力和創造力,進一步提高學生的科研實踐能力,以滿足現代科技社會對化學專業創新性人才的需要。
3.有利于本科生創新能力的培養。傳統的化學實驗教學,學生往往是“按部就班”,由于有機化學實驗條件的限制,學生獨立完成化學實驗的機會很少,通常由多人合作完成。微型有機化學實驗的正確引入,使得實驗儀器和實驗試劑進一步微量化,為實驗方案的重新設計和修訂提供了一個更加廣闊的空間。這對激發本科生的創造欲望和培養學生的創新能力具有重要意義。
4.有利于本科生綠色化學理念的建立。對于有機化學反應,盡量減少或避免使用產生有害物質的化學藥品是綠色化學的核心內涵。它對化學藥品的基本原則是不用危害品,減少用量,回收并循環利用。微型有機化學實驗降低了化學試劑和藥品用量,節約了化學實驗教學經費的支出,具有良好的經濟效益;同時減少了實驗過程中“三廢”的產生,降低了對實驗室環境污染和易燃、易爆、有毒物質的排放。因此,在有機化學實驗的教學過程中,給學生灌輸預防化學污染的思想觀念,有利于培養本科生綠色化學理念的形成。
5.有利于培養本科生嚴肅認真的科學態度。微型有機化學實驗是對常規化學實驗的重新設計和再實驗,通過使用微量試劑獲取盡可能多的化學信息,所以說微型有機化學實驗并不是常規化學實驗的簡單縮小。因此,微型有機化學實驗要根據具體實驗內容進行精心的設計,由于試劑用量少,實驗裝置的尺寸相對較小,實驗過程中容易引起反應物和產物的損失,這對反應產率的高低產生較大的影響。這就要求本科生必須具有扎實的實驗操作技能和細心、嚴謹、認真的工作作風,使學生養成嚴肅認真、實事求是的科學態度。
6.有利于培養學生的團隊合作精神。利用一些綜合性很強的微型有機化學實驗,例如多安排一些合作性較強的實驗,帶有研究性、探究性的實驗以及綜合趣味性的實驗,這些實驗單憑個人力量很難完成,需多人參與完成,讓學生體會到團隊協作的重要性。培養學生的團結意識和協作能力。通過取長補短,互相學習,充分發揮集體的智慧和力量取得成功。這不僅有助于調動學生的參與意識與表現欲望,而且有利于培養學生積極向上的心理素質。通過對實驗中所遇到的問題的共同分析、思考與合作,建立起與他人良好的人際關系,增強了學生團體合作的精神,提高學生團隊協作完成任務的能力。
四、微型有機化學實驗存在的問題及措施
微型有機化學實驗還處于起步階段,需要摸索和探求,微型實驗產品量少,做實驗需要小心謹慎,特別仔細、認真,對稱量儀器精度自然要求會比較高;微型實驗操作難度較大,需要更細心、更高的實驗技能和技巧,開始不容易掌握要求很精細的操作,需要用常規實驗啟發或者引導;此外,微型制備實驗相對損耗大,易造成產率偏低,與生產實際偏離較大。所以在積極推廣微型有機化學實驗的過程中,要正確看待常規有機化學實驗對本科生科研能力培養的積極作用。正確認識微型有機實驗與常規有機實驗的關系,合理安排兩者比例。常規實驗與微型實驗各有所長亦各有所短,如何合理安排是關鍵所在。基于以上分析,我們認為微型化學實驗和常規實驗是相輔相成、相互補充、取長補短的關系,兩者只有相互配合才能更好地提高有機化學實驗教學質量,增強學生的科研能力水平。
總之,微型有機化學實驗課程是將學生作為實驗教學的主體,既注重實驗理論知識和基本實驗技能的強化,也重視學生科研能力和創新思維的培養,在實驗教學中提高培養學生的創新意識,全面培養學生的科研綜合素質。微型化學實驗在教學實踐中仍存在一些實際問題需要進一步解決。相信通過我們廣大教育工作者的不斷努力,一定能夠使微型有機合成實驗在基礎化學實驗教學中得到進一步推廣,從而提高本科生的科研能力和創新意識。
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關鍵詞翻轉課堂有機化學教學模式教學實踐
有機化學是各化學化工專業極其重要的專業基礎課,其不僅是后續專業課程的基礎,而且是培養專業學習思維和自學能力的主要載體課。有機化學的特點是龐大豐富的知識體系,不但基本反應類型下的化學反應眾多,而且特定條件下的反應(如人名反應、重排反應等)也眾多復雜,理論性綜合性強,反應機理抽象,傳統課堂教學早就顯得捉襟見肘。且目前的國內外的有機化學教材基本是按照官能團編排章節,形式上比較有序,但內容上顯得不夠系統,特別是面對課時的壓縮,教學效果往往大大低于教學設計的預期。為了提高教學質量和教學效果,培養和激發學生對有機化學的學習興趣,提高自主學習的積極性和主動性,探索或應用一種符合當前有機化學教學要求的新型教學模式勢在必行。
1翻轉課堂教學基礎
隨著信息技術的發展和普及,時間和空間的概念日漸模糊。例證之一是現實的教學傳統模式在美國的科羅拉多州的山區鎮學校“林地公園高中”化學課上實現了突破,翻轉課堂(FlippedClassroom)新教學模式有效解決了學生學習中的山區空間障礙,出人意料地提高了教學效果。翻轉課堂,就是教師創建視頻等相關學習資料,學生在家中或課外觀看視頻等電子資源資料,回到課堂上師生面對面交流和完成作業等這樣一種教學形態。翻轉課堂是通過顛倒知識傳授和知識內化來改變傳統教學中師生角色并對課堂時間的使用進行重新規劃的新型教學模式,其是基于掌握學習法理論。它將傳統的課堂傳授知識,課后完成作業的教學模式進行了徹底的翻轉。在課前,學生通過觀看教學視頻、查閱相關資料、教師和同學在線交流等方式,對相關知識進行學習,而教師則在課堂中與學生進行溝通和交流,指導學生解決問題。翻轉課堂源于大學課堂,流行于中學課堂,正走向大學課堂實踐。“翻轉”讓學生自己掌控學習,增加了學習中的主動性和課堂教學的互動性。其注重了學習過程,強調了學生活躍的思維方式、學生自主學習習慣和學生合作精神的培養。實踐證明,翻轉課堂在激發學生學習興趣,提高學生考試成績和提升教師工作成就感等方面都具有促進作用,對于大學的理論和實踐課的創新教學有著重要意義。雖然翻轉課堂是一個較為理想的教學模式,然而在實施過程中卻存在許多實際問題。除了教師的各環節教學設計外,學生的知識基礎和課前自主學習的有效性也是翻轉課堂教學模式能否成功的關鍵,而且大學的專業課程教學不同于中學課程,教學內容和目的因專業而有所不同。因此,翻轉課堂在大學課堂的實施需要因時因地因專業進行實踐。
2有機化學翻轉課堂教學實踐
有機化學知識體系既有深度又有廣度,深度上可以拓寬到物理有機化學,廣度上可以借調最新的研究成果及其應用。傳統的有機化學教學限于大綱框定的三基內容,且常常囿于課時限制,導致基本內容很難講授完,更談不上能力的培養和知識面的拓寬。我們教學課堂上強調的自學能力和獨立思考能力的培養往往因考試分數的導向而遺憾多多。那么,如何能發揮有機化學課程在專業培養上的最大功用呢?翻轉課堂教學也許是個較為理想的選擇,因為翻轉課堂的教學模式切合了有機化學知識廣泛以及自學能力培養的要求。在實施之前,我們仔細研究了翻轉課堂在有機化學課中實施的可能性,分析其實施的可操作性,特別是面對應試教育走來的學生及其專業培養目標。經過再三比較權衡,我們決定在小范圍有所保留地實行翻轉課堂教學,實際就是進行教學試驗。以下是我們在有機化學教學過程中的教學設計過程:首先是學習資源的準備。考慮到學生的自主性不強,我們準備的學習資源包括必看部分和選看部分兩大塊,必看部分就是基本知識及專業方向關聯度比較大的重難點知識,比如烯烴的命名、結構和性質作為基本知識,同時要求重點把握烯烴親電加成反應機理;選看部分是知識的拓寬,包括從理論上解釋反應過程和更多的烯烴反應性質及綜合合成上的應用等等。這兩部分資料在形式和比重上也各有不同,必看部分是指定的課本相關內容和微視頻,首先要求看書本,有助于培養自學能力,還包括歸納總結和探究能力,然后觀看微視頻,通過觀看微視頻來比較自己的自學效果和對知識的掌握情況。這部分內容不用占用學生過多的學習時間,因此,資料內容少而精為好。選看部分則沒有上限,通過天空教室及相關資源可以盡情地看,但教師在學生自主學習之前就要有所介紹,以便學生有選擇的看。其次是學生的自主學習。這是翻轉課堂的關鍵,為了防止學生無監控下偷懶,我們要求學生必須有有機化學學習實時紀要,包括書本學習痕跡,視屏播放痕跡和QQ或微信問題探討,移植MOOC的學習形式,并加大平時成績在這一塊的比重,以保證自主學習的有效性。比如我們使用的教材都有插題,要求學生用鉛筆在書上進行草稿紙板式的實訓,檢查時根據字跡一看就知道是不是真正地在自主學習了,其它如視屏和QQ等可以隨機查看學生的學習痕跡的,依此給予平時分值。再次是課堂活動。這部分對學生來說是一個知識內化的過程,我們通常在上課前花上幾分鐘把相關內容梳理一下,比如烯烴,分析結構連帶出性質,這樣一來鏈接學生的自主學習環節,二來整合知識體系,有利于學生有機知識體系的形成。接著就是學生的自由發言,談知識,談學習感受,提出問題互相解答,這時的教師角色很重要,也就是課堂的主導,適時拋出問題并組織協調問題探究和討論。這些問題可以是書本知識的內在銜接,也可以是考研試題等,形式多樣,以該堂課內容為中心,自由輻射,這正是發散思維的培養過程,也就是創新思維的訓練,也能從中不斷提高學生的科學素養和專業素質。此時,教師需要參與到活動中,為學生提供有針對性的指導,并評價學生的課堂活動,賦予學生的課堂活動分,分數作為指揮棒有利于翻轉課堂的有效實施。最后是教學反饋與評價。在實施翻轉課堂教學于有機化學課程中時,反饋和評價是需要的,因為有時學生沒有在課前很好把握住相關內容,那么老師在教學中就要實時補充相關基本內容。對于那些不愛學習或不善于展現自己的學生,如何兼顧到他們的學習也是一個必須要考慮的問題。比在課堂上討論問題比較好,但考試就是考不好的學生又如何教學等等。這些反饋都值得我們思考。如果及時發現問題,我們會及時調整和修正教學策略。雖然翻轉課堂對于老師來說是“自找麻煩”,增加了老師的工作量,還要面對課堂學生的各種挑戰,實屬不易,但學生的培養確實上了一個臺階,對他們的學習熱情,有機化學自我知識體系的構建和思維能力的培養都是極其重要的,這些都不能從考試分數上看得出。翻轉課堂有利于有機化學的教學,有利于層次性人才培養,有利于現代教師主導、學生主體的教學理念落實,應該成為有機化學教學的主流模式。
3有機化學翻轉課堂教學思考
通過對翻轉課堂教學模式在有機化學課程中一定程度的實踐,我們對此給予了梳理和總結,對該理論實踐進行了思考。翻轉課堂教學模式是有機化學課程比較理想的教學模式,能夠改變有機化學教學因內容多填鴨式的教學過程,解放了教學思想,實現有機化學課堂教學的有效性,實踐著學生主體和教師主導的知識傳遞和能力培養的教學理念。然而,教學過程中也發現有許多要改進和認真對待的問題。主要是要認真全面設計翻轉課堂教學,包括內容和形式。不僅要設計學習資料還有設計課堂的教學形式,尤為關鍵的是根據學生特點和知識掌握情況以及專業培養目標進行教學設計,因為中國的學生大多受應試教育和傳統的“師為父”思想約束,不善于自主學習和開口辯論。因此,教學設計就必須考慮這一點。教學中也發現不是所有的有機化學內容都適合采用翻轉課堂教學,需要適當處理這部分教學內容,有時需要采用混合式教學方式來進行。教學資料的準備上要涵蓋培養大綱上的基本內容,形式上要多樣、生動有趣,適合不同學生學習習慣的需要,課堂活動要以重難點知識為中心展開多方位的理解和應用討論,同時問題的討論要顧及不同層次的學生都能參與互動,這兩個環節必須要制定合理有效的靈活性的考評方案,以最大程度調動學生的學習主動性和對知識的探究自學能力的培養。由于學習資料的準備和課外的在線輔導工作量極大,需要教師團隊的支撐。因此,翻轉課堂也促進了真正教學團隊形成及其相關資源的建設利用。
4結語
翻轉課堂是新的教學模式,其教學過程切合著有機化學課程,通過有機化學知識的課前學習和課堂知識內化過程可切實地提高教學效果。針對教學內容和學生特點以及專業要求進行有效地課程設計是極其重要的一環,教學資料的完美準備是前提,調動學生自主學習積極性和課堂互動氣氛是根本,靈活的教學評價也是必不可少的保證。進一步的接地氣的有機化學翻轉課堂教學實踐和理論有待發展和完善。
參考文獻
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關鍵詞:環境學科專業;有機化學教學;教學改革
有機化學是高等院校化學、化工、環境、制藥、醫學和材料等專業的重要的基礎學科,有機化學教學包括理論教學和實驗教學,理論課程教學內容包括各類有機化合物的組成、結構、性質、應用以及各類有機化合物之間相互轉化等[1]。隨著科技的迅速發展,在內蒙古地區環境(大氣、水、土壤)污染日益嚴重,而環境污染檢測與治理人才匱乏,少數民族人才更為稀少,針對這一現象內蒙古師范大學化學與環境科學學院2004年開設環境科學專業,2015年向蒙古族考生招生,培養地方性、民族性的環境專業復合型技術和管理人才。在我學院環境學科專業課程設計中有機化學在無機化學、分析化學等理論基礎上開設的必修理論課程,其教學質量對于學生的建立完整的知識結構,培養獲取和應用知識的能力以及創新能力有重要作用。然而,從有機化學課程性質而言,理論性強,有機化合物種類繁多,各種官能團結構性質不同而反應機理不同,不過眾多有機化合物只有C、H、O、N少數原子組成,各類官能團的化學反應有規律可循,其影響因素主要與誘導效應、共軛效應等電子效應和空間效應有關。雖說學生常常感到難理解和掌握,但是通過教學改革創新,有機化學完全可以讓學生簡單易懂,且記憶深刻的學科。另外,由于教學內容頗多,而課時相對少,正所謂時間緊任務重。導致學生在學習過程中出現學習壓力大,查詢相關文獻的時間相對少,從而學習興趣不高,失去學習積極主動性,因此達不到預期的教學目標。目前,加強環境科學專業有機化學教學改革迫在眉睫,面對有機化學教學存在的問題,立足于地方性和民族特性,從提高學生學習興趣入手,以教學內容和方法改革提高教學質量。
1有機化學課程的教學改革
內蒙古師范大學是培養基礎教育、民族教育師資和蒙漢兼通少數民族復合型人才的重要基地,奔著培養環境人才為目標,化學與環境科學學院對環境專業設置了合適的培養方案及目標。對環境專業學生而言,有機化學課程為必修理論課程,其教學內容要服務于后續開設的環境專業課程,要起到其上承下的作用。并其教學目的為:通過比較系統和全面地學習有機化學理論知識熟悉有機化合物微觀結構與物理、化學性質之間的關系,掌握有機基本的反應類型及反應機理;并引導學生認識和分析環境問題,激發探究能力和創新能力,達到運用有機化學理論學習有關專業課程,解決實際問題。根據學校特色和環境專業特性對有機化學課程教學改革要求,應優化課程內容,體現專業特性。
1.1精選教材和教學內容
以我校環境專業的課程設置來看,大二學年要完成學校開設的必修課程學習以外,環境專業必修課程學習,有機化學和物理化學及其實驗等基礎課程學習,有機化學學習分為理論和實驗部分,其中理論教學在一個學期。不同專業,有機化學內容側重點不同。首先,根據環境專業要求,精選教材。我學院通過比較非化學專業使用的教材,選用了高等教育出版社出版的由汪小蘭主編的“有機化學”進行課堂教學。這本教材涵蓋了有機化合物的基本性質、結構、命名等基本理論知識和分子軌道理論以及現代光譜學原理等內容,重點介紹了反應機理和立體化學。其次,結合實際情況,精選教學內容。結合目前課時少,內容多的情況,制定了環境科學專業有機化學教學計劃。由于后續開設了有機分析和波譜分析等相關課程,所以對有機化合物的分離提純,結構分析以及光譜在有機化學中的應用等內容進行刪減。除此之外,含硫和含磷有機化學其結構和性質,與含氧和含氮化合物類似,作為學生自學內容。
1.2體現環境科學專業特色
非化學專業學生普遍存在“重專業知識,輕化學知識”的觀念,于是學習有機化學首要任務是使學生認識到其重要性,從而觸發學習激情[1]。自入學起,環境學科的學生有困惑,那就是環境專業為何學化學知識?于是要求教師講授有機化學時,注重與環境學科之間鏈接。有機化學理論知識與實驗手段與環境科學專業后續開展的環境學、環境化學、環境檢測等環境專業必修及其實驗課程和相關選修課程內容都是息息相關的。教師將有機化學理論知識與環境實際問題結合起來,可以結合地方特性,舉出身邊的例子,比如黃河水內蒙古段干、直流水源是呼和浩特市人民主要飲水來源,其中有機污染物直接危害到本地區的人民(包括學生本人),來詳述有機污染物的來源,結構,檢測以及治理方法等。另外,教師通過介紹國內外環境科學的發展情況和先進的科學技術在環境治理中的應用,比如白色污染塑料等高分子材料通過化學手段降解形成燃料,使學生豁然開朗,提高學習積極性,主動查閱文獻,切身感受到有機化學的重要性及其在環境科學中應用[2]。
2課程教學方法的改革
在有機化學教學過程中,以課堂教學為主,在環境專業有機化學教學中,結合環境科學國內外發展、地方和學校實際情況、環境科學專業課程設置與理論需求、學生學習狀態,以教師深入學生,以提高學習興趣,以使用先進的教學手段,以查閱學科前沿為輔助,以進行針對性的實驗等改革教學方法,提高教學質量。
2.1因材施教,培養學生環境責任感
在教學活動中,學生是主體。環境科學專業的有機化學教學過程中,出現教師注重理論的教育忽視專業特色。因此,教師應因材施教,以培養環境科學人才為目標,針對環境專業的特色進行系統的有機化學理論教學的同時發揮專業特長,以介紹國內外環境污染情況,污染根源以及治理措施并用專業角度分析其原理等,培養學生環境責任感。
2.2旁搜遠紹,激發學生學習興趣
培養學生學習興趣,激發學生創新能力。教師在環境專業有機化學教學中,引導學生關注身邊的環境問題,培養環境責任感的同時激發應用所學的知識去改變世界的創新想法。教師巧用具體例子,促使學生認識學習有機化學理論的重要性。比如,在緒論中講述有機化學的進展,日常生活中的有機化學,有機污染物以及藥物有機化合物等內容,使學生感受到有機化學與人和社會息息相關;在講述烷烴過程中,汽油的“辛烷值”、汽油柴油的區別、石油醚的成分等為例,講別能夠發生化學反應的基團,其化學反應在官能團的周圍發生,而且化合物之間一定條件下可以相互轉化,引發學生的探究能力,使學生帶著興趣去掌握和應用有機化學理論知識;從介紹苯系物對環境污染及其對人類健康的影響,介紹此類化合物的機構、性質等,引導學生去查閱文獻,使了解污染源以及治理方法;以舉實例如“三聚氰胺”的形成及其危害、“復旦大學的投毒案”、疊氮化合物的爆炸性、禁用偶氮染料的結構性質及生態環境的危害等等,詳述含氮化合物的結構、化學性質及其相互轉換等,使學生對其產生濃厚的興趣同時培養學生環境責任感。另外,教師布置學生查閱學科前沿文獻,擴展知識體系。在我學院環境科學專業學生在第一學年有“專題講座”課程,三位環境專業科班出身、具有出國留學背景、承擔國家和自治區科研項目并具有碩士研究生導師資格的教師承擔這門課程,系統的介紹學科發展,學術前沿。在此基礎上,教師在有機化學教學過程中,特定的內容布置相關的查閱文獻任務,組織小組討論,總結寫查閱文獻報告。使學生了解國內外的環境學科中有機化學理論的應用,進一步體現有機化學與環境學科之間的銜接,培養查閱文獻能力,文獻總結歸納能力。另外,使學生產生濃厚的興趣,培養探究能力;擴展知識體系,初步形成科研意識[3]。
2.3殊途同歸,適當使用多媒體教學手段展示不同內容
有機化合物結構復雜,反應機理中涉及到電子轉移、重排以及立體化學,教師使用單一的講述形式,使學生感到枯燥,缺乏空間想象力的同學無法跟上課程進度,從而很難達到教學目標。不同教學內容選用適當的多媒體手段,可提高教學質量和效率。比如,講述旋光異構現象時,使用FLASH展示物質的實物和鏡像不重疊的性質———手性,用圖表列示物質的異構現象以及旋光異構的范疇,使用PPT簡單的動畫形象的描述手性物質的費歇爾投影式表示方法;在烯烴的親電加成和鹵代烴的親核取代反應中的立體化學的講述假如使用傳統的板書展示,學生很難領悟其中立體變化,使用簡單的動畫視頻演示物質結構和反應中的立體化學可克服此類困難;再如,單糖的結構特征,結構轉換以及通過不同糖苷鍵形成不同類型的雙糖、寡糖和多糖,氨基酸的結構特征以及通過肽鍵形成多肽和蛋白質,蛋白質的一級結構、二級結構、三級結構和四級結構,這兩個章節內容較多,涉及到的結構復雜,使用板書講述耗去大量的課堂時間,無法重復展示和對比介紹,使用生動的PPT和簡單的動畫演示,使教學內容簡單易懂,同時克服課時少,內容多的弊端。然而,多媒體是一種教學輔助手段,教師在課堂上需要積極與學生互動,觀察學生的反映來調整進度,重復放映或者進行對比,忌諱教師脫離主體,唱“獨角戲”[4]。
2.4學以致用,理論和實驗相結合
環境科學專業學生在后續開設的專業實驗操作與有機化合物密不可分,需要選作針對性的實驗,理論和實驗相結合,掌握有機化合物的研究方法和手段,提高學生動手能力、解決和分析問題的能力。有機化學實驗課程內容包括:(1)物理常數測定實驗:固體化合物的熔點測定、液體化合物的沸點和沸程、旋光活性物質的旋光度的測定、液體化合物的折光率的測定等,使學生掌握有機化合物的物理常數的測定操作,了解物理常數與結構之間的關系,進一步體會物質結構決定性質的原理;(2)分離提純實驗:蒸餾方法分離提純有機化合物、重結晶和升華的方法提純固體有機化合物、紙上層析的方法分離氨基酸,使學生熟練的掌握有機化合物的分離提純的方法和手段,有機化合物的物理化學性質是其分離提純的依據;(3)簡單合成實驗:合成簡單的環烴、醚、羧酸衍生物等有機化合物,使學生了解有機化合物之間的相互轉化,熟悉根據反應物質和反應產物設計合理的實驗步驟,力求達到較高的轉化率,熟練掌握有機化合物的合成、分離提純以及相關的操作手段;(4)性質實驗:在有機化學理論教學中,醛酮的化學反應較復雜、反應種類多,學生很難記牢,通過性質驗證試驗加深理論知識,經過觀察反應速度和沉淀顏色等實驗現象,分析其原因,培養學生分析問題的能力。而在后續環境化學實驗中,設計到有機化合物的元素定量分析、用氣質聯用法測定室內空氣中的苯系物測定等實驗,使學生進一步認識到有機化學理論和實驗課程的重要性、延伸性以及實踐性[5]。
2.5南腔北調,教學語言母語外語兼用
目前環境問題日益嚴重新型詞匯屢屢涌現,有機化學教學語言需要南腔北調,解決目前出現的教學難題。我校介于少數民族地區高等院校,漢語授課班需要使用漢語兼英語教學,蒙語授課班需要蒙語兼漢語、英語進行教學,以此克服某些教學中專業術語難解釋、難理解的困難。教師在專精專業有機化學教學改革中,結合地方性和學科實際情況合理制定教學目標,結合學科的專業要求精選教材和教學內容,根據整體培養計劃注重環境學科專業的其他課程的銜接。結合實際情況,將教師、學生、多媒體、學科前沿、實驗、教學語言等五個因素有機融入到教學實踐中,實現有效的教學活動,提高教學質量。
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“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: 有機化學 藥學 教學
中圖分類號:G642文獻標識碼:A 文章編號:1673-9795(2014)04(a)-0000-00
有機化學是藥學專業教學中的一門基礎課程,他與醫學專業關系密切。因此,對有機化學的掌握程度直接影響了微生物學、生物化學、天然藥物化學、藥物化學和藥理化學等課程的學習。可見學好有機化學對于藥學專業的學生來說至關重要。但是,有機化學屬于公共基礎課程,未受到學校的足夠重視,致使教學質量不太理想。如何搞好藥學專業有機化學教學,培養合格的醫學人才是每位有機化學教師不斷思考的問題。本文結合筆者幾年的從教經驗與體會,探討藥學專業有機化學教學的一點心得。
1 培養學生的興趣
興趣是最好的老師。在教學過程中, 我們注意從多方面入手, 培養學生的學習興趣, 調動學生的學習積極性和主動性,例如:在教學中,可以把與藥學專業相關的藥物知識滲透到課堂中來,比如增設一些藥物發展史資料,豐富授課內容,如1965年9月17日,中國首次人工合成結晶牛胰島素,1933年美國哥爾倍格從牛奶中提取出維生素B2,缺少它會患皮炎、口腔炎等;維生素C是在檸檬汁中被發現的,維生素D是在魚肝油中發現的。這些都是平時同學較熟悉的藥物,在授課時引入到教學中來可以增強課堂的趣味性,提高授課效率[1] 。另外教師可以把最前沿的科研成果與相關章節內容相結合進行授課,提高學生學習興趣,增強教學效果。例如近幾年一直在研究的手性氧化和手性氫化合成藥物問題,對映體具有不同的反應活性,兩個異構體在體內代謝過程,藥理活性往往存在顯著差異,有的一個對映體有療效,而另一個對映體產生副作用,比如1959~1963年歐洲出現的12000多名形如海豹一樣可憐的畸形兒,就是因為(S)-沙利度胺所致,而其對映體(R)-沙利度胺具有鎮靜作用[2] 。
2 注意強調有機化合物的結構和性質的關系
有機化學能充分體現出“結構決定性質,性質反映結構”的規律。在有機化學的教學中,教師一定要很好地利用這把鑰匙,幫助學生弄清結構與性質的關系。烴分子中有 , ,烴的衍生物中有 , , , , , ,等不同的官能團,這些官能團決定了有機化合物具有各自典型的性質,有機化合物的結構是以分子中的碳原子結合成的碳骨架為基礎,故首先讓學生弄清楚碳碳原子結合方式和成鍵情況。有機化合物的結構與碳原子的成鍵方式有關。碳原子最外層4個電子,得失電子都不容易,主要以共價鍵與其它原子結合。依據共用電子對數可將碳原子形成的共價鍵分為單鍵、雙鍵、三鍵這三類;依據共用電子對是否有偏向可分為極性鍵和非極性鍵;依據原子軌道重疊成鍵的方式又分為σ鍵、π鍵,有的還存在大π鍵。
3 講清有機化學里電子效應和空間效應
有機化學的核心部分是電子效應和空間效應,而學生對電子效應和空間效應的掌握程度決定了學生能否學好有機化學。所以,要想學習出現的有機問題能夠迎刃而解,就要讓學生掌握好電子效應和空間效應 [3]。電子密度分布的改變對物質性質的影響被稱之為電子效應。根據其作用方式可將電子效應分為誘導效應和共軛效應。空間效應又稱立體效應或位阻效應,主要是指分子中某些原子或基團彼此接近而引起的
空間阻礙和偏離正常鍵角而引起的分子內的張力。例如芳香烴親電取代定位規律解釋:兩基團定位效應不一致時, 第三個基團進入位置主要由強定位基決定(定位能力: 致活基> 致鈍
基)。間硝基甲苯第三個取代基應該進入甲基的鄰位和對位,但是由于2位有空間效應,所以
取代基主要進入4號位。例如影響羰基化合物親核加成反應活性的因素解
釋:羰基碳的正電性越大,親核加成速度越大,反應活性越大。羰基碳所連的吸電基(-I,-C)使其親核加成反應的活性增加,而供電基(+I,+C)則使其活性降低。如活性順序:
如 被認為是活性極低的化合物。因為(1)苯環與羰基形成π-π共軛效應(增加羰基穩定性);(2)苯環對羰基的+C效應(降低羰基碳的正電性);(3)苯環與羰基形成π-π共軛效應,加成后羰基碳氧鍵發生斷裂,產物失去共軛能,反應活化能高;(4)立體效應的影響:羰基碳sp2雜化變成sp3雜化,苯環體積較大,過渡態和產物的張力大幅增加。
4 對各章節相關知識點進行類比、總結和歸納
教師在課程講授的過程中多對各章節的相似知識點進行類比,盡可能的將這些知識系統化,這樣學生對知識點的理解和記憶起來會比較容易。在學習的過程中,有部分學生反映在學習時,會出現猴子掰苞米現象,邊學邊忘,這就提醒我們教師在授課的過程中不要只注重講授新知,要不時的對以前所學的知識進行類比、歸納和總結。比如講到碳負離子反應,我們可以把全書涉及到碳負離子反應加以總結,碳負離子反應不光是縮合反應。前面學習的格式試劑反應,炔基鈉作為負離的反應都是碳負離子的反應。比如講到醛酮的親核加成反應,可以讓學生復習回憶烯烴的親電加成反應,講到芳香烴的親電取代反應,可以讓學生先回憶鹵代烴的親核取代反應,這樣,就會使一些分散的知識點相互聯系,便于學生掌握和記憶。
5 講清容易混淆的概念
引導學生運用科學的方法,準確地掌握有機化學的基礎知識。比較易混淆的概念,要牢固掌握概念的內涵和外延[4]。有機化學里兩大基本反應親電反應和親核反應,學生容易混淆,教師應仔細分析,加以區別,親電反應指缺電子(對電子有親和力)的試劑進攻另一化合物電子云密度較高(富電子)區域引起的反應。親電反應屬于離子型反應(ionic reaction)的一種,是有機化學的基本反應之一。它分為親電取代反應和親電加成反應。芳香烴主要是發生親電取代反應,而烯烴主要是發生親電加成反應。與之相反的另一類有機反應親核反應,親核反應是指電負性高的或者電子云密度較大的親核基團向反應底物中的帶正電的或者電子云密度較低的部分進攻而使反應發生,這種反應為親核反應。它分為親電加成反應和親核加成反應。鹵代烴主要是發生親核取代反應,而醛酮主要是發生親核加成反應。
6 加強實驗教學, 注重學生能手能力培養
有機化學本身就是一門以實驗為基礎的學科,有機化學實驗在有機化學教學中有著十分重要的地位。當前社會需求的是大量開拓型,研究型的人才,通過有機化學實驗課的開展,要達到能加強學生對所學理論知識的理解和掌握,培養學生的分析問題及解決問題的能力,提高學生的動手能力。那么,如何加強實驗教學,我認為:(1)教師自身要重視實驗,這樣才能教導學生,讓他們在心理對實驗重視。(2)理論課盡量的與實驗課同步,讓學生在理論課上所學的知識得到驗證。(3)開展基礎實驗增強學生的基本操作技能的同時,可以給學生布置一些綜合性、設計性、研究性實驗,讓學生通過自己查閱文獻資料,設計,準備,實驗操作,直至完成實驗報告均自己完成。(4)實驗室定時對學上開放,利用課外增強學生的創新能力培養。(5)設立開放型實驗,注重校企聯合,加強學生應用能力培養。學校可以結合地方工業生產實際, 建立了穩定的校外實習基地使學生了解和參與化工產品從實驗室研制到實際生產的全過程, 增強了學生開發新產品的知識和能力, 有助于畢業生進人工廠企業從事技術性工作。
7 結束語
總之,在有機化學教學中,教師要不斷地積累經驗,注意抓住教學的重要環節,有效地激發學生思維的積極性、靈活性, 調動學生學習的興趣和主動性,才能使學生從“學會知識”到“會學知識”。把化學知識變抽象為形象,變枯燥為生動,使學生既掌握了知識,又鍛煉了學生的綜合能力,使有機化學教學質量在不斷探索中得到提高。
參考文獻
[1] 高金玲.淺談藥學專業有機化學教學的改革與實踐[J].黑龍江農業科學,2013,(3):141-142.
[2] 尤思路.手性藥物及其不對稱合成的研究進展[J].西南軍醫,2010,1(12):109-111.
高師基礎有機化學理論教學內容如何面向未來、面向世界、面向高素質教育,體現時代性是我們高師有機化學__「作者現在必須要思考的問題。有機化學這門學科近年來發展很快,對人類日常生活、國民經濟、其它學科和高新技術的影響都十分巨大,因此是一門實用性和理論性都極強的基礎化學。眾所周知,近年來匕速發展的化學明顯地偏重在有機化學方面。所合成的化合物絕大多數是有機化合物。與此同時,新理論、新反應、新性質、新的研究手段和生產技術不斷產生,極人地發展了有機化學新應用領域,從而推動了有機化學的快速發展。、傳統的高師基礎有機化學教學內容強調了學科本身的系統性,注重了基礎理論和基本知識,使學生能掌握這門學科的發展歷程和基本內容。面對迅速發展的有機化學,這種傳統性教學內容雖然經歷了百余年的歷史考驗,有許多優點,但己顯然不能適應時展的需要了,有不少值得進一步探討改革的地方。
1.應盡量通過結構調整使官能團體系貫徹于整個教學內容的始終
傳統的基礎有機化學教學內容雖然大多采用了官能團體系,但又沒有完全按官能團體系進行教學。例如,對于具有重鍵鏈狀化合物,仍將烯烴、炔烴和多烯烴分章編寫或教學;糖類化合物實際上按官能團體系應屬T.烴的含氧衍生物,但把它們分出來單列專章與含氧衍生物分離開在教學將近結束時進行;本來低分子化合物與高分子化合物在結構上、性能上都分屬兩個截然不同的體系,但在教學中,大然高分子化合物與其單體合并,而合成高分子化合物與其單體分離,同是高分子的天然高分子與合成高分子都不進行比較學習。凡此等等,不一而是,因此使得現行的基礎有機化學教學內容顯得多而雜、雜而亂。為此,應設立“不飽和鏈烴”一章,取消分設的烯烴、炔烴和多烯烴各章;將含氧有機化合物按碳氧單鍵、碳氧雙鍵和復合碳氧單雙鍵二種類型分設二章。含碳氧單鍵化合物一章中包括醇、酚、醚,醇中包括菇醇、幽醇:醚中包括環醚,把含氧雜環歸入醚中。含碳氧雙鍵化合物一章包括醛、酮、醒、菇醛、幽酮、茨酮等均歸入本章。含碳氧單雙鍵復合化合物一章包括同碳碳氧單雙鍵復合化合物(狡酸及取代酸等)和異碳碳氧單雙鍵復合化合物(糖類化合物等);將含氮雜環化合物、含氮生物堿、氨基酸、單核普酸等均歸入含氮有機化合物一章;設立包括大然高分子化合物(多糖、蛋自質、核糖核酸)和合成高分子化合物的高分子化合物專章。這樣,取消了“砧類和幽族化合物”、“雜環化合物”、“氨基酸和蛋白質”、“碳水化合物”等各章。通過這樣調整,使傳統基礎有機化學的官能團系統更顯突出,更為有序,結構更為嚴謹。它表明這樣的教學內容是在充分尊重傳統化學的基礎上發展起來,具有歷史唯物主義的辯證性。
2.應盡量體現綠色化學的教學內容
現在高師基礎有機化學理論教學是傳統“粗放型”化學的典型反映,沒有體現“集約型”綠色化學的特點,因而不符合時代的要求。目前影響人類健康、污染環境的化學品大多為有機化合物,許多反應起始物本身就極具毒性,許多反應過程的排放物造成對小至實驗室、實驗樓、車間、工廠大至周圍環境、大氣、江河湖海的嚴重污染,許多反應溶劑、催化劑、也具毒性,許多反應產物(目標產品)也危害人體健康。而目前的基礎有機化學教學內容僅片面地從學科本身系統性、理論與知識的完整性去考慮,不考慮人類及其生存環境的可持續性發展問題,因而教學內容中往往精華與糟粕不分。因此,在教學中除了在有關教學內容中注重聯系環境保護問題外,有意識地從緒論開始就培養學生的綠色意識,并注重從有機化學反應過程的四個基本要素(反應起始物、反應條件、轉換反應和試劑、反應產品)盡可能體現綠色化學的內容。另外,還將近兩年獲“美國總統綠色化學挑戰獎”的獲獎項目作為實例在有關教學內容中進行教學,使學生對綠色化學的理解具體化。
3.應盡量體現“少而精”的原則
近年來由于有機化學的迅速發展,基礎有機化學理論教學的內容為了反映具代表性的•新化合物、新理論、新性質、新反應、新研究方法和手段,很少在“少而精”上卜功夫,往往簡單地在量上加碼,使教科書的篇幅越來越人,教材越來越厚,內容越來越多,理論越來越深,要求學生熟記的東西份量越來越重,習題的難度也越來越人,教學內容大大超過了學生的認知水平,造成教與學的極大困難,使得本來因與日常生活極為貼近而易引起學生學習興趣的有機化學變為學生越學畏難情緒越大。為此應減除己過時的、己淘汰的化合物與化學反應,刪除己陳舊的理論,代之以具代表性的新化合物,新理論、新性質、新反應、新的研究手段等科技成果,以充分反映教學內容面向21世紀的新時代性。例如,對于傳統教材中介紹的各種己被國際、國內淘汰的農藥、染料、致冷劑等等在教學內容中不再予以介紹或僅介紹其中被淘汰的原因;對于拜耳環張力學說、對映異構體R/S構型的方向盤判斷法、左右手三指判斷法等等陳舊的理論和研究方法不再予以介紹,代之以介紹具有代表性的新化合物(比如富勒烯)、新反應(比如富勒烯的加成反應)、新理論(比如在不飽和鏈烴一章中通過乙烯、丁二烯等的環加成反應就直接引進分子軌道對稱守恒原理理論)、新性質(比如各類化合物的性質除了原有的物理性質、光譜性質和化學性質等教學內容外,新增加生物特性這個新性質教學內容,以讓學生對各類化合物的生物特性有所了解,它雖然占篇幅不大,教學內容不多,但體現注重人體健康和環境安全這一面向21世紀的新內容)、新的研究方法(比如在“測定有機物結構的近代物理方法簡介”一章中增加X一射線衍射和隧道電子顯微鏡兩個方法簡介的內容)。通過以上兒個方面的改革,減少了許多不必要的重復,刪繁就簡,真正取代傳統有機化學之精華作為教學內容。以體現由“粗放型”傳統有機化學向“集約型”精品有機化學的轉變。
4.應盡量注意讓教學內容密切聯系
學生實際現行高師基礎有機化學理論教學內容在很大程度上受到學科中心論的支配,強調學習傳統的學科體系,強調學生要系統地掌握有機化學基本理論與基礎知識,而相對地較少重視教學內容與社會生活、生產實際的聯系,較少引導學生去關心重大的社會利益、生產技術和對人類賴以生存環境等實際問題。這對高師化學專業畢業生擔任中學化學教師所必須具備廣泛知識的要求來說相距甚遠。為此要注意讓教學內容密切聯系學生周圍的日常生活和生產實際,聯系學生畢業后從事的中學化學教學實際。通過適當擴人學生知識面和適當降低理論要求(如對反應機理的要求降低為了解主要歷程,不要求掌握詳細歷程)來實現這方面的調整。