礦物加工工程專業(yè)有機(jī)化學(xué)課程建設(shè)的探索

張軍　王啟寶　王立艷

[摘 要]有機(jī)化學(xué)是礦業(yè)大學(xué)礦物加工工程專業(yè)的必修基礎(chǔ)課之一。有機(jī)化學(xué)與無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和物理化學(xué)并稱為化學(xué)四大壁壘，其研究?jī)?nèi)容相當(dāng)復(fù)雜，研究范圍極其廣泛?；诘V物加工工程專業(yè)特色，根據(jù)該專業(yè)對(duì)有機(jī)化學(xué)知識(shí)的要求，可以通過對(duì)有機(jī)化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容的精選和優(yōu)化，教學(xué)方法的改革和教學(xué)手段的更新等途徑進(jìn)行課程建設(shè)的探索。

[關(guān)鍵詞]礦物加工工程 有機(jī)化學(xué) 課程建設(shè)

[中圖分類號(hào)] G420 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437（2015）04-0164-02

有機(jī)化學(xué)是中國(guó)礦業(yè)大學(xué)（北京）礦物加工工程專業(yè)的必修基礎(chǔ)課之一。有機(jī)化學(xué)與無機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)和物理化學(xué)并稱為化學(xué)四大壁壘，其研究?jī)?nèi)容相當(dāng)復(fù)雜，研究范圍極其廣泛。隨著我校新一輪本科培養(yǎng)方案的調(diào)整，有機(jī)化學(xué)的教學(xué)學(xué)時(shí)縮減，而有機(jī)化學(xué)基本概念繁雜，化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，反應(yīng)機(jī)制難懂，學(xué)生普遍反應(yīng)難以理解掌握，造成了教師難教，學(xué)生難學(xué)的局面。[1]如何在短短的48個(gè)學(xué)時(shí)內(nèi)使學(xué)生最大限度地掌握有機(jī)化學(xué)基本知識(shí)，并較好地與后續(xù)專業(yè)課程銜接，是有機(jī)化學(xué)課程建設(shè)所必須研究的課題。結(jié)合礦物加工工程的專業(yè)特色及培養(yǎng)目標(biāo)，我們對(duì)有機(jī)化學(xué)課程建設(shè)進(jìn)行了探索。

一、礦物加工工程專業(yè)對(duì)有機(jī)化學(xué)知識(shí)的要求

我校的礦物加工工程專業(yè)為國(guó)家重點(diǎn)學(xué)科，是教育部和北京市特色專業(yè)。我校的礦物加工工程專業(yè)主要研究的是煤炭行業(yè)，用重選和浮選的辦法選出精煤，拋棄煤矸石，主要研究方向包括煤炭分選、潔凈煤技術(shù)、水煤漿制備、礦物加工分選。結(jié)合我校的煤炭特色，礦物加工工程專業(yè)對(duì)有機(jī)化學(xué)知識(shí)的要求與其他專業(yè)側(cè)重點(diǎn)有所不同。礦物加工工程專業(yè)除了要求學(xué)生必須掌握的有機(jī)化學(xué)基本知識(shí)外，還應(yīng)重點(diǎn)了解煤的化學(xué)組成、煤的化學(xué)性質(zhì)所涉及的有機(jī)化學(xué)的基本內(nèi)容，掌握礦物加工浮選過程中浮選藥劑的有機(jī)化學(xué)組成，以及在水煤漿制備過程中水煤漿添加劑的有機(jī)化學(xué)組成等內(nèi)容。特別是浮選藥劑和水煤漿添加劑中包含大量的化學(xué)表面活性劑和高分子化合物的知識(shí)，而該專業(yè)的后續(xù)課程中沒有專門的課程介紹這些有機(jī)化合物，因此有機(jī)化學(xué)課程學(xué)習(xí)中對(duì)這些內(nèi)容的補(bǔ)充尤為重要。

二、有機(jī)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的精選

為了培養(yǎng)礦物分選加工和礦產(chǎn)資源綜合應(yīng)用領(lǐng)域的工程技術(shù)人才，有機(jī)化學(xué)的教材內(nèi)容應(yīng)以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法，分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)，突出礦物加工工程專業(yè)特點(diǎn)，著力拓寬學(xué)生知識(shí)面。

據(jù)此，本課程選擇的是獲得第三屆國(guó)家教委優(yōu)秀教材一等獎(jiǎng)，由徐壽昌主編的《有機(jī)化學(xué)》，該教材按照官能團(tuán)系統(tǒng)分類，每一個(gè)章節(jié)介紹一類有機(jī)化合物，而每一章節(jié)又按照結(jié)構(gòu)、制備方法、物理和化學(xué)性質(zhì)為主線，便于學(xué)生歸納總結(jié)和綜合應(yīng)用。[2]但是在2011年我校在本科生培養(yǎng)方案的調(diào)整中，將礦物加工工程專業(yè)有機(jī)化學(xué)的教學(xué)課時(shí)由64學(xué)時(shí)縮減為48學(xué)時(shí)，有機(jī)化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容必須做出相應(yīng)的調(diào)整。

首先，我們貫徹“少而精”的原則，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化處理，在縮減課時(shí)的情況下，精選本學(xué)科中最基本、最重要、最精華的部分作為重點(diǎn)教學(xué)內(nèi)容。例如，①教材中烷烴、烯烴、炔烴、脂環(huán)烴、芳烴、鹵代烴、醇和醚、酚和醌、醛和酮、羧酸、胺、雜環(huán)化合物等每一個(gè)章節(jié)都包含有機(jī)化合物的分類和命名，而很多學(xué)生在高中階段對(duì)這些內(nèi)容略有掌握，因此我們?cè)诘谝徽掠袡C(jī)化合物的分類中，補(bǔ)充有機(jī)化合物的命名，將有機(jī)化合物按照官能團(tuán)命名方法進(jìn)行歸納和總結(jié)，后面的章節(jié)中就不再介紹。②教材中某種有機(jī)化合物的制備反應(yīng)和另一種有機(jī)化合物的化學(xué)反應(yīng)前后重復(fù)介紹，可以將這一部分內(nèi)容合并簡(jiǎn)化。以醇制備鹵烴為例，教材第九章鹵烷的制備方法中介紹了醇與氫鹵酸作用，而第十章醇的化學(xué)性質(zhì)又詳細(xì)介紹了鹵烴的生成，將這兩部分內(nèi)容整合有助于學(xué)生的理解，避免了重復(fù)。③教材中立體化學(xué)的內(nèi)容比較抽象，對(duì)學(xué)生的空間想象力有一定的要求，而立體化學(xué)和礦物加工的專業(yè)知識(shí)關(guān)聯(lián)較少，我們將其內(nèi)容適當(dāng)簡(jiǎn)化刪減。

其次，為了強(qiáng)調(diào)礦物加工專業(yè)特色，激發(fā)學(xué)生對(duì)專業(yè)的興趣，有機(jī)化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容必須重點(diǎn)講授一些和專業(yè)相關(guān)的內(nèi)容。例如，①我們學(xué)校的礦物加工專業(yè)主要是面對(duì)煤炭行業(yè)，學(xué)生必須對(duì)煤的相關(guān)知識(shí)了解透徹。煤是由有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)組成，煤中的有機(jī)質(zhì)又是由苯環(huán)、脂環(huán)、雜環(huán)和一系列的含氧、硫、氮的官能團(tuán)組成，要認(rèn)清煤的大分子結(jié)構(gòu)，必須掌握好有機(jī)化學(xué)中芳烴、環(huán)烷烴、酚和雜環(huán)化合物這些章節(jié)的內(nèi)容，另外煤經(jīng)常發(fā)生的一些化學(xué)反應(yīng)，如氧化反應(yīng)、裂解反應(yīng)、芳構(gòu)化反應(yīng)、加氫反應(yīng)、縮聚反應(yīng)、脫氧反應(yīng)和磺化反應(yīng)等也滲透在有機(jī)化學(xué)各章節(jié)中。

②煤的浮選過程中浮選藥劑分為捕收劑、起泡劑和調(diào)整劑三種，這些藥劑大多是有機(jī)化合物。捕收劑主要是煤油、輕柴油等，它們是石油裂解的餾分產(chǎn)品，主要是C11-C16的烷烴，在有機(jī)化學(xué)烷烴的學(xué)習(xí)中可以介紹；起泡劑包含天然起泡劑松醇油（α-萜烯醇），工業(yè)副產(chǎn)品起泡劑雜醇和仲辛醇，人工起泡劑醚醇類化合物，在有機(jī)化學(xué)萜類、醇類和醚類化合物的講授中介紹；調(diào)整劑主要是一些乳化劑和絮凝劑，涉及有機(jī)化學(xué)中高分子聚合物的知識(shí)。[3]

③水煤漿是一種新型的煤基流體燃料，由煤70%、水30%和少量添加劑經(jīng)一定工藝流程加工而成，添加劑起著關(guān)鍵作用。水煤漿添加劑中主要是分散劑和穩(wěn)定劑，分散劑是磺酸鹽、羧酸鹽、聚烯烴類化合物，穩(wěn)定劑是高分子表面活性劑、聚丙烯酸鹽類化合物，這些涉及羧酸和高分子聚合物的相關(guān)知識(shí)。

目前，多學(xué)科交叉、滲透、融合，以基礎(chǔ)知識(shí)與專業(yè)知識(shí)密切結(jié)合為切入點(diǎn)，將相互具有內(nèi)在聯(lián)系的有機(jī)化學(xué)、煤化學(xué)、選礦學(xué)的教學(xué)內(nèi)容融合，將打破過去有機(jī)化學(xué)、煤化學(xué)和選礦學(xué)在課程設(shè)置上過于獨(dú)立、缺乏聯(lián)系的局面，整合原有課程內(nèi)容，拓展學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)。

三、有機(jī)化學(xué)教學(xué)方法的改革

傳統(tǒng)教學(xué)方法以教師在課堂上的“填鴨式”教學(xué)模式為主，往往忽略了學(xué)生的主體性，不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。為了培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力和思考能力，提高教學(xué)效率和質(zhì)量，我們?cè)诮虒W(xué)中采用了靈活多樣的教學(xué)方法，通過啟發(fā)式、互動(dòng)式和討論式等多種教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生課堂上積極思考，獨(dú)立解決問題。

在教學(xué)過程中我們?cè)黾右恍┙炭茣蠜]有列出的反應(yīng)及其具體應(yīng)用實(shí)例，將同類型的反應(yīng)隨時(shí)進(jìn)行總結(jié)，既可提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，又可開拓學(xué)生的視野和擴(kuò)大知識(shí)面。

例如，①水煤漿添加劑中普遍用到的分散劑是萘磺酸鹽，在萘磺酸鹽的制備過程中涉及我們所學(xué)有機(jī)化學(xué)中萘的磺化反應(yīng)，萘在165℃時(shí)與濃硫酸反應(yīng)的主要產(chǎn)物是β-萘磺酸，β-萘磺酸經(jīng)過與甲醛發(fā)生縮合反應(yīng)后與堿中和即可得到我們所需的產(chǎn)品萘磺酸鹽。學(xué)生通過這個(gè)實(shí)例的學(xué)習(xí)，將會(huì)加深對(duì)萘的磺化反應(yīng)的認(rèn)識(shí)，同時(shí)拓寬了知識(shí)面，還與所學(xué)的專業(yè)知識(shí)也聯(lián)系起來。

②FS-201作為一種浮選劑在很多選煤廠使用，它的藥劑用量比煤油低30%左右。這種藥劑的主要成分是輕質(zhì)烷基苯。這種藥劑的合成涉及有機(jī)化學(xué)中最著名的傅克烷基化反應(yīng)。它的合成是烯烴與苯在三氯化鋁的催化作用下進(jìn)行傅克烷基化反應(yīng)，反應(yīng)物經(jīng)堿洗、水洗再經(jīng)脫苯、精餾，截取255℃以前的餾分。課本中一個(gè)普通的化學(xué)反應(yīng)在工業(yè)上得到應(yīng)用，學(xué)生將會(huì)印象深刻。

通過這些實(shí)例的學(xué)習(xí)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)課程并不是完全和自己所學(xué)的專業(yè)沒有關(guān)系，專業(yè)知識(shí)也并不是深?yuàn)W難懂，基礎(chǔ)課程和專業(yè)課程相輔相成，融會(huì)貫通。

四、有機(jī)化學(xué)教學(xué)手段的更新

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，多媒體教學(xué)成為課堂的主流教學(xué)手段，它增加了課程容量，提高了課堂效率，使有機(jī)化學(xué)中抽象的內(nèi)容變得形象生動(dòng)化。但是多媒體教學(xué)在有機(jī)化學(xué)的教學(xué)中也存在一些弊端，如學(xué)生覺得幻燈片的變換太快，知識(shí)內(nèi)容太多，難以領(lǐng)悟，學(xué)生在課堂上看得多，思考得少。因此我們?cè)诮虒W(xué)過程中將多媒體技術(shù)與傳統(tǒng)教學(xué)手段結(jié)合起來，每次課堂前十分鐘，通過板書的方式回憶上一次課堂內(nèi)容，這樣就能鞏固和復(fù)習(xí)舊的知識(shí)點(diǎn)。在課堂上我們還增加了一些課練習(xí)，讓同學(xué)上講臺(tái)演示做法，大大提高了學(xué)生的興趣。

為了讓多媒體生動(dòng)形象，教師根據(jù)教學(xué)大綱的要求，對(duì)原有的掃描的方程式和圖表采用ChemOffice軟件重新制作，使課件更加美觀，內(nèi)容更加飽滿。ChemOffice是英國(guó)劍橋公司出版的世界上優(yōu)秀的桌面化學(xué)軟件，包括ChemDraw Ultra、Chem3D Ultra、ChemFinder Ultra等一系列完整的軟件。它可以將化合物名稱直接轉(zhuǎn)為結(jié)構(gòu)圖，省去繪圖的麻煩；也可以對(duì)已知結(jié)構(gòu)的化合物命名，給出正確的化合物名稱；還能夠繪制化合物的3D分子輪廓圖及對(duì)分子軌道特性進(jìn)行分析。與此同時(shí)，我們還引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生自學(xué)掌握ChemOffice軟件的使用，課后作業(yè)用軟件完成，上交電子作業(yè)。學(xué)生對(duì)于這些基本工具的掌握，將對(duì)未來畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）中化合物的書寫，以及發(fā)表學(xué)術(shù)論文有很大的幫助。

模具教學(xué)也是我們有機(jī)化學(xué)的重要輔助手段，有機(jī)化學(xué)中的分子、原子、各種基團(tuán)以及化合物的構(gòu)型是肉眼看不見和摸不著的，學(xué)生對(duì)有機(jī)化合物的立體結(jié)構(gòu)、反應(yīng)機(jī)理感到抽象和難以理解，我們通過購(gòu)買的模具演示，學(xué)生更易接受和理解，加深印象。

總之，多種教學(xué)手段的結(jié)合，將發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，各種教學(xué)手段的使用恰到好處，使課堂教學(xué)更加豐富，充滿活力和吸引力。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 蔡佩君，吳瓊.礦物加工專業(yè)有機(jī)化學(xué)教學(xué)探討[J].廣東化工，2014，41（5）.

[2] 姜文鳳，陳宏博，于麗梅等.改革有機(jī)化學(xué)課程教學(xué)管理模式的探索[J].中國(guó)大學(xué)教學(xué)，2006，（9）.

[3] 李亞萍，沈麗娟，陳建中等.煤炭浮選藥劑評(píng)述[J].選煤技術(shù)，2006，（5）.

[4] 蔣林斌，段文貴，周敏，等.有機(jī)化學(xué)精品課程建設(shè)的探索與實(shí)踐[J].廣西大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2007，32（6）.

[責(zé)任編輯：羅 艷]