化工專業(yè)有機化學實驗教學改革探索與實踐

吳紹艷，李 琴，章 焰，王 徽，楊登想

（湖北大學 知行學院生物工程系， 湖北 武漢 430011）

有機化學實驗是化工專業(yè)有機化學課程的重要組成部分，傳統(tǒng)的有機化學實驗教學采用“注入式”教學方式，這種教學方式只是讓學生驗證實驗結(jié)果與教材內(nèi)容是否符合，學生只能學到某些機械性的操作，不能獲得一個完整的實驗概念[1]。這不但阻礙學生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，而且也不利于學生綜合素質(zhì)的提高，很難收到實驗教學應(yīng)有的效果。為了提高有機化學實驗教學質(zhì)量，盡可能充分發(fā)揮實驗教學在培養(yǎng)學生操作水平和創(chuàng)新能力中的作用。從實驗課程本身與化工專業(yè)特點出發(fā)，就教學內(nèi)容和教學方法以及實驗考核體系幾個方面做了有益探索和改革，并倡導在實驗過程中始終貫徹綠色化學的教育思想[2]。

1 優(yōu)化實驗教學內(nèi)容

1.1 優(yōu)化實驗教學內(nèi)容

以往有機化學實驗多為驗證性實驗，上實驗課時學生缺乏做實驗的積極性。我們盡量循序漸進，合理規(guī)劃各類有機實驗操作，并注重實驗內(nèi)容設(shè)置的系統(tǒng)性與完整性[3]。有機化學實驗主要包括基本操作實驗、有機物合成實驗以及綜合性設(shè)計實驗，這是一個循序漸進的過程[4]。有機實驗基本操作中要讓學生掌握好最常用的基本技能實驗，如：熔點測定、沸點測定、簡單蒸餾、簡單分餾、水蒸氣蒸餾、減壓蒸餾，以及重結(jié)晶、減壓過濾、萃取等。有機化合物合成實驗一般都包含多個基本操作，如“乙酸乙酯的制備”實驗中包含了回流、蒸餾、萃取、干燥等基本操作練習。綜合性設(shè)計實驗包括一系列合成實驗，以及相應(yīng)有機中間體和有機產(chǎn)品的性質(zhì)檢驗和結(jié)構(gòu)分析[5]，實驗過程中難免會涉及如紅外光譜儀等各種分析儀器的使用，以及一系列更為復(fù)雜難度更高的實驗操作。基于學生的知識接受能力和普遍認知規(guī)律，按照從易到難、從簡到繁先后開設(shè)有機基本操作實驗、有機物合成實驗以及綜合性設(shè)計實驗。

1.2 擯棄陳舊實驗方法，引入新技術(shù)和新方法

以前的有機實驗教學中，對于熔點的測定實驗,不僅要求學生通過測純樣品的熔點來掌握毛細管法測熔點的基本原理和操作，還要求學生掌握測定混合物樣品和未知樣品的熔點。但現(xiàn)在實際的科學實驗和生產(chǎn)研究中，大多使用的是各種各樣的熔點儀來測定[6]，毛細管法測熔點幾乎沒有用武之地。因此對于類似實際研究中幾乎不再使用的實驗方法和操作，主要通過教師課件講解、現(xiàn)場演示的方法讓學生掌握其原理和方法，從而把有限的更多的時間用于學習并實踐較為先進、與當前科研條件更為接近的實驗技能和方法。有機合成實驗中一般都要用到加熱或者攪拌裝置，現(xiàn)在基本都采用更為方便的帶有磁力攪拌裝置的電熱套完成加熱和攪拌操作。并在部分實驗中引入微波或超聲波等合成實驗新技術(shù), 讓學生親身感受到現(xiàn)代科學帶給有機實驗的便捷。

1.3 選用經(jīng)典合成實驗，激發(fā)學生學習熱情

在有機實驗教學中經(jīng)常會發(fā)現(xiàn)，每次實驗完成后，學生能夠親眼看到自己的勞動成果通常都會感到異常興奮，而在這樣的實驗過程中學生往往更為認真專注，實驗中更有耐心。為了能夠得到高產(chǎn)率、高質(zhì)量、高純度的產(chǎn)品，學生在實驗過程中一般會更加嚴格遵守各種實驗條件和操作步驟。因此我們選擇了一些較為經(jīng)典、產(chǎn)率較高的有機合成反應(yīng)，盡可能保證每個有機合成實驗都能有針對性地訓練學生的基本操作技能。例如：“正溴丁烷的制備”、“乙酸乙酯的制備”、 “乙酰水楊酸的制備”、 “苯甲酸的制備”、“從茶葉中提取咖啡因”等實驗。

2 改革探索新的實驗教學方式

2.1 讓學生參與實驗準備，提高學習主動性

以前大多數(shù)實驗教學, 都是實驗老師準備好實驗所需器材，學生只負責做?，F(xiàn)在每次實驗課之前，安排學生分組輪流準備實驗所需器材，讓學生在實驗教師的指導下共同完成實驗準備工作。這樣安排要求學生必須自覺提前充分預(yù)習，對整個實驗框架有大致的認識，并有先睹為快的自豪感。實驗過程中參與準備的學生可以帶動或指導同一組的學生，從而提高實驗效率，而且每次實驗準備過程中，學生可與教師加強交流，促進教學順利進行。

2.2 開展創(chuàng)新性實驗教學，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力

除基礎(chǔ)必修實驗項目外，學生在老師指導下，選做一定創(chuàng)新性實驗，進行新實驗項目的開發(fā)[7]。學生在教師指導下查閱文獻，提出設(shè)計方案，并由教師組織學生討論實驗方案的可行性，并從藥品試劑的準備到實驗結(jié)果的分析都要求學生獨立完成。在實驗中遇到的問題，教師不直接告訴學生解決方法，而是要求學生自己分析，尋找問題的答案，培養(yǎng)學生解決實際問題的能力[8]。

創(chuàng)新性實驗項目的開設(shè)，提高了學生對有機實驗課的興趣，加深了學生對所學理論知識的理解，培養(yǎng)了學生獨立思考、綜合運用、創(chuàng)新思維等適應(yīng)科研工作的能力。為已經(jīng)掌握基本實驗技能的學生提供自主實驗機會。

2.3 建立科學嚴格的實驗成績考核體系

以往在學生的觀念里，普遍認為實驗課是最好混學分的，認為只要學生到課不缺席，做得好與不好都能混過及格拿到學分，實驗考核不嚴格也是學生混實驗而不是做實驗的主要原因[9]。我們在進行有機實驗教學時，對學生的每一個行為、每一個環(huán)節(jié)都作了嚴格的要求和規(guī)定。此類實驗時興趣很高，得到實驗產(chǎn)品后很有成就感，學習積極性大大提高。

對于實驗成績的評定，既要能能客觀、公平地反映學生的實驗綜合能力，又要盡可能增加學生對有機化學實驗的興趣，并從根本上讓學生重視實驗和掌握實驗規(guī)律[10]。我們將有機化學實驗成績的評定分為三部分，采用平時成績、實驗報告、實驗考試成績相結(jié)合的考核方式。平時成績包括預(yù)習報告，平時實驗操作表現(xiàn)等共占30%。預(yù)習報告由老師在學生做實驗過程中逐一檢查給分。實驗報告占20%，實驗報告主要包括：實驗原理，方法，實驗裝置圖，實驗結(jié)果與數(shù)據(jù)處理，討論與體會，要求學生不管實驗成功與否，結(jié)果好壞，產(chǎn)率高低，都必須認真思考，切實找到成功的原因或失敗的教訓并寫出實驗小結(jié)。實驗考試成績包括口試和操作考試共占50%。實驗考試過程中學生一邊操作，一邊隨時回答老師提出的有關(guān)問題。這樣的綜合考核方式有利于調(diào)動學生對實驗的主觀能動性，從而提高學生的動手能力和實驗基本素質(zhì)。通過對實驗成績考核方式的改革，充分考察了學生對基本理論知識學以致用的情況，引導學生重視實踐能力在實際工作中的重要性。

3 貫徹綠色化學的教育思想

3.1 優(yōu)化實驗項目，體現(xiàn)綠色化學思想

有機實驗作為化學實驗的重要組成部分，在綠色化學理念指導下，最終有機合成要實現(xiàn)綠色合成[11]。本著將毒害降低到最小的宗旨，我們合理選擇實驗項目，對每次實驗方案進行優(yōu)化。在選擇實驗項目方面，盡量依據(jù)低能耗、低毒原則進行篩選，如“已二酸的制備”實驗，可以采用高錳酸鉀氧化法替代硝酸氧化法，避免實驗中產(chǎn)生大量有毒氧化物氣體和使用硝酸帶來的強腐蝕性，從而提高了實驗安全性。再如對硝基苯甲酸乙酯的合成，常規(guī)方法是以濃硫酸為催化劑來合成的。這種方法，雖然催化劑價廉、活性高，但反應(yīng)復(fù)雜，副產(chǎn)物多，且濃硫酸腐蝕設(shè)備、污染環(huán)境。如果以價廉易得、性質(zhì)穩(wěn)定安全的苯磺酸為催化劑來合成就可以克服這些缺點，且產(chǎn)率較高[12]。

3.2 采用微型化實驗，增強節(jié)約意識

現(xiàn)代科學的發(fā)展已進入超小規(guī)模領(lǐng)域[13]，微型化成套合成實驗儀器的出現(xiàn)，為微型化實驗提供了可能。微型化實驗具有現(xiàn)象明顯、反應(yīng)快速、節(jié)省藥品、減少環(huán)境污染等優(yōu)點。在保證同樣的教學效果情況下，同時傳授環(huán)保、經(jīng)濟的教育理念[14]。基于此，有機實驗要逐步實施常量、微量與半微量相結(jié)合方式。如“乙酸乙酯的制備” 、“乙酰水楊酸的合成” 、“茶葉中提取咖啡因”等實驗項目中，實驗藥品用量比常量實驗減少1/2或1/3，反應(yīng)時間大大縮短，實驗仍然保持較高的產(chǎn)率，同時也減少了污染并降低了實驗費用。

3.3 合理回收利用實驗廢棄物，貫徹環(huán)保意識

有機化學實驗產(chǎn)生的廢棄物，量雖然不算大，但久而久之會對環(huán)境造成較大污染。而且實驗過程中任意處置實驗“三廢”會淡化學生環(huán)保意識[15]，尤其是對于化工專業(yè)的學生對環(huán)保要求更高。實驗完成后將產(chǎn)生的廢液統(tǒng)一進行回收，然后鼓勵并指導學生利用所學的專業(yè)知識對廢液進行回收利用，既提高了學生環(huán)保意識，又鞏固了學生專業(yè)知識。從而基本做到實驗室少污染，實驗產(chǎn)品鏈式利用的良性循環(huán)。

4 結(jié)束語

化工專業(yè)有機實驗教學改革的實踐表明，通過一系列整合實驗教學內(nèi)容，改革實驗教學模式的措施，調(diào)動了學生對實驗課的學習積極性，培養(yǎng)了學生的實踐創(chuàng)新能力，全面提高了實驗教學質(zhì)量，同時增強了化工專業(yè)學生環(huán)保意識。當然，我們的實驗教學中還存在著許多不足和欠缺的地方，需要我們在今后的教學中進行更多的努力和探索，真正有效地激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新能力，切實提高有機化學實驗的教學質(zhì)量，從而滿足當今社會需要動手能力強、創(chuàng)新能力高的應(yīng)用型人才的要求。

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