基于科研思維培養(yǎng)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革與實(shí)踐

朱曉波 李望

摘 要：有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為化工專業(yè)教育的必修課程，在培養(yǎng)學(xué)生的基本操作技能和科研思維能力方面有著極其重要的作用。本文從教學(xué)內(nèi)容編排、教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變、教學(xué)方法及實(shí)驗(yàn)考試考核辦法等方面，總結(jié)了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一些經(jīng)驗(yàn)。為建立以培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新科研思維綜合能力為核心的有機(jī)化學(xué)教學(xué)模式提供借鑒。

關(guān)鍵詞：有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革;創(chuàng)新能力

一、緒論

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生必修的一門重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，是有機(jī)化學(xué)理論課程的有效輔助和補(bǔ)充。作為一門獨(dú)立開設(shè)的課程，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課具有與理論課同等重要的地位。其教學(xué)的目的不僅是讓學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)的理論知識(shí)有更直觀的認(rèn)識(shí)和理解。更重要的是培養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生的動(dòng)手能力，掌握有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作，學(xué)會(huì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，培養(yǎng)科研創(chuàng)新思維[1]。

隨著對(duì)科研人才培養(yǎng)的迫切需要，高校教育教學(xué)改革不斷發(fā)展[1]。目前我院化工專業(yè)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)存在不足，如教學(xué)過(guò)程程式化，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作中“依葫蘆畫瓢”，按部就班不動(dòng)腦，實(shí)驗(yàn)反應(yīng)過(guò)程中不觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，只想快速完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)了事[1-2]。導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)過(guò)程枯燥，降低學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)課后實(shí)驗(yàn)報(bào)告千篇一律，實(shí)驗(yàn)考核成績(jī)量化困難。因此，為進(jìn)一步提高學(xué)生實(shí)踐能力，達(dá)到培養(yǎng)具有科研思維能力人才的教學(xué)目標(biāo)，全面提高學(xué)生綜合素質(zhì)，有必要對(duì)本專業(yè)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行改革。本文從總結(jié)目前教學(xué)中存在的問(wèn)題出發(fā)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置、教學(xué)方法及教學(xué)環(huán)節(jié)等方面，提出了幾點(diǎn)教學(xué)模式改革的意見(jiàn)和建議。

二、合理整合實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，提升學(xué)生基本技能和創(chuàng)新能力

針對(duì)化工專業(yè)特點(diǎn)，基于應(yīng)用型人才綜合素質(zhì)培養(yǎng)目標(biāo)，對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行合理整合和優(yōu)化。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的主要內(nèi)容包括：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)、分離和鑒定實(shí)驗(yàn)、化合物合成實(shí)驗(yàn)和提取實(shí)驗(yàn)[2]。按照實(shí)驗(yàn)類型可分為：基本操作、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)、綜合型實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)?？晒┻x擇的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目20項(xiàng)，其中選取的實(shí)驗(yàn)類型比例可按照基本操作和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)3—4項(xiàng)，基礎(chǔ)合成實(shí)驗(yàn)2—3項(xiàng)，綜合合成或提取實(shí)驗(yàn)5—6項(xiàng)，創(chuàng)新設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)1—2項(xiàng)。教師著重訓(xùn)練學(xué)生的基本操作及合成、提取實(shí)驗(yàn)基本技能，增設(shè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)科研創(chuàng)新思維。

對(duì)部分實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了重新編排，將部分性質(zhì)實(shí)驗(yàn)與合成實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，如：1-溴丁烷的合成實(shí)驗(yàn)，可以將鹵代烷烴的折光率性質(zhì)測(cè)試實(shí)驗(yàn)融入其中;將合成、提取實(shí)驗(yàn)與物質(zhì)表征鑒定實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，如在乙酸乙酯的合成實(shí)驗(yàn)，可將產(chǎn)物進(jìn)行氣相色譜分析表征實(shí)驗(yàn)融入。幫助學(xué)生將所學(xué)知識(shí)聯(lián)系起來(lái)，有助于學(xué)生日后系統(tǒng)科研的開展。

（一）精選基本實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，注重基本操作技能訓(xùn)練

基本操作技能和實(shí)驗(yàn)技術(shù)的培養(yǎng)是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)，單元操作有助于培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)操作習(xí)慣，提高學(xué)生精細(xì)化操作規(guī)范性[3]。將重結(jié)晶實(shí)驗(yàn)、蒸餾實(shí)驗(yàn)、萃取實(shí)驗(yàn)和色譜實(shí)驗(yàn)等基本單元操作內(nèi)容進(jìn)行單獨(dú)訓(xùn)練非常必要[4]。以往將基本操作合并在合成及提取實(shí)驗(yàn)中一起訓(xùn)練的做法效果不好，合成及提取實(shí)驗(yàn)流程長(zhǎng)，設(shè)計(jì)內(nèi)容多，綜合性強(qiáng)，學(xué)生不熟悉基本操作情況下，實(shí)驗(yàn)過(guò)程匆忙，不利于學(xué)生養(yǎng)成良好操作規(guī)范和科研習(xí)慣。因此，必須注重實(shí)驗(yàn)基本操作，讓學(xué)生熟練掌握有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)最基本、最重要的內(nèi)容，練好基本功，養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)、細(xì)致、規(guī)范化的操作習(xí)慣，才能以此為基礎(chǔ)培養(yǎng)出科研創(chuàng)新型人才。

（二）開設(shè)創(chuàng)新設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)科研思維

學(xué)生通過(guò)基本操作熟練有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本技能，通過(guò)基礎(chǔ)及綜合合成、提取實(shí)驗(yàn)的鍛煉，大部分學(xué)生基本具備獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作及數(shù)據(jù)分析能力，綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰τ行嵘?。此時(shí)，教師給出實(shí)驗(yàn)課題，學(xué)生進(jìn)行自主設(shè)計(jì)。如乙酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn)，目前國(guó)內(nèi)外主要的生產(chǎn)工藝方法有4種，要求學(xué)生自己查找文獻(xiàn)資料，制定實(shí)驗(yàn)方案。鼓勵(lì)學(xué)生選用不同的合成工藝路線，自己選擇合適的實(shí)驗(yàn)裝置，擬定藥劑配比、反應(yīng)溫度及時(shí)間等實(shí)驗(yàn)參數(shù)條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，組織選用不同工藝路線的同學(xué)對(duì)所得的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行討論，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，總結(jié)各自合成方法的優(yōu)缺點(diǎn)。通過(guò)開設(shè)自主設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，鞏固了有機(jī)化學(xué)理論教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生獨(dú)立思考、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題綜合素質(zhì)全面提升，為后續(xù)從事科研實(shí)驗(yàn)研究打下基礎(chǔ)。

三、改革傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，注重學(xué)生為主，教師為輔

（一）結(jié)合多媒體網(wǎng)絡(luò)授課，提高實(shí)驗(yàn)演示效率

傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教學(xué)模式比較單一，一直是先由教師講解實(shí)驗(yàn)的目的意義、實(shí)驗(yàn)原理和注意事項(xiàng)，動(dòng)手演示實(shí)驗(yàn)操作。學(xué)生人數(shù)較多時(shí)，總會(huì)出現(xiàn)有同學(xué)距離教師比較遠(yuǎn)，無(wú)法近距離聽(tīng)講解，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)操作的情況，抑制了學(xué)生學(xué)習(xí)熱情。隨著近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的發(fā)展，將網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)應(yīng)用到有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中，對(duì)于一些精細(xì)操作的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，可以在課前安排學(xué)生在網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺(tái)上進(jìn)行虛擬仿真實(shí)驗(yàn)操作，讓學(xué)生系統(tǒng)化認(rèn)識(shí)整個(gè)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容;對(duì)于簡(jiǎn)單操作實(shí)驗(yàn)，可以將實(shí)驗(yàn)操作制作成小視頻，建立有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程討論QQ群，在課前分享視頻給學(xué)生觀看，學(xué)生學(xué)習(xí)有新鮮感，既節(jié)省教師講解時(shí)間，同時(shí)又保證每個(gè)同學(xué)都能學(xué)習(xí)到規(guī)范的操作流程，提高教學(xué)效果。

（二）轉(zhuǎn)變實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生“反客為主”

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式主要以教師單方面的講解為主，學(xué)生在多數(shù)情況下就像“聽(tīng)眾”一樣處于被動(dòng)接受的狀態(tài)，使得學(xué)生在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)中流于形式，只是照抄實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，限制了學(xué)生積極主動(dòng)思考的空間，不利于學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展，影響課學(xué)生綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)[5]。因此，需要對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行改革，讓學(xué)生能夠真正在實(shí)驗(yàn)技能上有所提高。

首先，在實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)階段，對(duì)于非設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，應(yīng)組織學(xué)生和教師一同參與實(shí)驗(yàn)課的準(zhǔn)備，包括安裝實(shí)驗(yàn)儀器、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)藥劑和維護(hù)教學(xué)儀器等工作，引導(dǎo)學(xué)生思考各類儀器的特點(diǎn)，教師可以適時(shí)提問(wèn)啟發(fā)學(xué)生思維，思考為什么本次實(shí)驗(yàn)需要用該儀器，別的儀器是否也可以替代？比如實(shí)驗(yàn)采用微波加熱方式和磁力攪拌加熱方式各有什么優(yōu)缺點(diǎn)。學(xué)生帶著問(wèn)題書寫預(yù)習(xí)報(bào)告，可以激勵(lì)學(xué)生主動(dòng)查找相關(guān)理論知識(shí)，能夠有效加深學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的印象。

其次，在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，適當(dāng)轉(zhuǎn)換角色，讓學(xué)生講，教師聽(tīng)。每學(xué)期教師可以挑選1—2個(gè)基礎(chǔ)性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，要求學(xué)生查閱資料，做實(shí)驗(yàn)課前準(zhǔn)備，并進(jìn)行課堂講解和示范。講解過(guò)后，其他學(xué)生和教師均可以提出相關(guān)問(wèn)題，講解的學(xué)生進(jìn)行回答，教師從旁輔助補(bǔ)充。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生“反客為主”的教學(xué)方法，給學(xué)生適當(dāng)?shù)膲毫?，可以幫助學(xué)生變被動(dòng)為主動(dòng)，有助于鍛煉學(xué)生膽量，不僅培養(yǎng)了學(xué)生歸納總結(jié)能力，還能讓學(xué)生加深對(duì)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的總體認(rèn)識(shí)。

最后，鼓勵(lì)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程結(jié)束后主動(dòng)提出問(wèn)題進(jìn)行分組討論。比如，（1）對(duì)于可采用多種方法合成的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)，組織學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行討論，通過(guò)對(duì)比不同實(shí)驗(yàn)方法和工藝手段，有利于學(xué)生工程應(yīng)用思維的培養(yǎng);（2）對(duì)于存在副反應(yīng)的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，組織學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)原理部分的討論，幫助學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐，弄清反應(yīng)機(jī)理;（3）對(duì)于實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的“反?！钡膶?shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可開展實(shí)驗(yàn)關(guān)鍵步驟和注意事項(xiàng)的討論，幫助學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，為其他同學(xué)提供學(xué)習(xí)參考。

四、改革實(shí)驗(yàn)考核方法，實(shí)現(xiàn)綜合公平評(píng)定學(xué)生成績(jī)

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)同時(shí)注重學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的掌握和實(shí)驗(yàn)操作技能的培養(yǎng)，綜合公平的實(shí)驗(yàn)考核方法，讓學(xué)生將學(xué)習(xí)過(guò)程分散到平時(shí)實(shí)驗(yàn)的點(diǎn)點(diǎn)滴滴當(dāng)中，起到對(duì)學(xué)習(xí)過(guò)程的督促作用。為此，筆者參考了相關(guān)專業(yè)高校的評(píng)分方法[5]，結(jié)合化工專業(yè)特點(diǎn)，采用平時(shí)考核、自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)考核和期末考核相結(jié)合的一套綜合成績(jī)?cè)u(píng)定方法。平時(shí)考核包括：（1）實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)（占總成績(jī)10%），主要考查學(xué)生預(yù)習(xí)報(bào)告撰寫規(guī)范，實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)步驟，藥劑物理參數(shù)掌握情況，以及課前準(zhǔn)備和實(shí)驗(yàn)討論表現(xiàn)。（2）實(shí)驗(yàn)操作（20%），主要考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作熟練程度，實(shí)驗(yàn)儀器安裝是否準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)操作是否規(guī)范。（3）實(shí)驗(yàn)報(bào)告（10%），主要考查學(xué)生實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象記錄是否細(xì)致、真實(shí)、及時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)確，分析是否合理，思考題是否解答準(zhǔn)確。自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)考核（20%），主要考查學(xué)生文獻(xiàn)查閱數(shù)量，實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)操作完成情況，數(shù)據(jù)分析報(bào)告是否準(zhǔn)確。期末考核包括：（1）操作考試（20%），教師設(shè)定幾個(gè)實(shí)驗(yàn)題目，學(xué)生抽簽進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作，主要考查學(xué)生基本技能操作的掌握情況。（2）理論考試（20%），主要考查學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的理解，以及對(duì)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)的掌握情況[5]。通過(guò)考核方法的改革，讓學(xué)生將實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)真正體現(xiàn)在對(duì)平時(shí)學(xué)習(xí)的點(diǎn)滴積累當(dāng)中，起到了對(duì)學(xué)生真實(shí)學(xué)習(xí)情況的檢驗(yàn)作用。

五、結(jié)語(yǔ)

通過(guò)合理整合有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容，加大自主設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和改革課堂教學(xué)方法，調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，學(xué)生在學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程時(shí)表現(xiàn)得積極主動(dòng)，興趣濃厚。新的教學(xué)方法的實(shí)施，取得了初步成效，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能明顯提高，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察能力、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析能力及科研創(chuàng)新思維能力增強(qiáng)。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程著重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力，在日后的教學(xué)過(guò)程中，我們還有很多問(wèn)題需要不斷地探索和思考，為更有效地提高學(xué)生基本操作技能和科研思維能力不懈努力。

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