基礎有機化學實驗課程教學探索與改進

陳靜 (四川文理學院化學化工學院，四川 達州 635000)

0 引言

有機化學實驗是四川文理學院化學化工學院各個專業(yè)學生必修的實驗課程。其主要目的是培養(yǎng)學生掌握有機化學實驗的基本操作技能，正確安裝與拆卸實驗儀器，能夠熟練的進行各類有機化合物的制備與提純，及時觀察記錄實驗現(xiàn)象，準確處理實驗數(shù)據(jù)。通過實驗教學鍛煉學生的動手操作與觀察能力，培養(yǎng)學生分析問題和解決問題的能力，使學生在實驗中得到科學思維的訓練，鞏固和加深對有機化學基礎理論知識的理解[1]。有機化學實驗課程通過2～3人小組合作的實驗教學方法，提高學生的實踐創(chuàng)新能力與團隊合作精神。

1 有機化學實驗課程的學習現(xiàn)狀

有機化學實驗的教學模式一般是學生提前預習實驗內(nèi)容完成預習報告，課堂上教師講授實驗內(nèi)容的各個環(huán)節(jié)，演示實驗儀器的安裝與拆卸方法，學生在教師的指導下進行實驗，記錄實驗現(xiàn)象與實驗數(shù)據(jù)，最后完成實驗報告。在實際的教學當中發(fā)現(xiàn)存在以下問題：

(1)實驗內(nèi)容需要結合人才培養(yǎng)目標進行調(diào)整與優(yōu)化，適當開設創(chuàng)新型有機化學實驗，使實驗內(nèi)容符合綠色化學理念、遵循原子經(jīng)濟性原則。

(2)教學方法較為單一，學生的學習主動性與積極性欠缺。實驗預習的效果不理想，學生沒有主動查閱使用試劑的熔點、沸點、密度等物化性質(zhì)，對部分實驗儀器的使用方法不了解。

(3)有機化學理論課和實驗課幾乎同時進行，缺乏系統(tǒng)全面的理論知識。實驗過程中學生按照教材中的步驟進行實驗操作，在授課教師的指導下可以解決實驗過程中遇到的問題，但是學習興趣不濃厚，沒有結合學習的理論知識進行深入的討論和思考[2]。為有效解決有機化學實驗教學過程中出現(xiàn)的上述問題，結合有機化學實驗教學大綱和結合有機化學實驗教學大綱和大部分學生的學習情況，對有機化學實驗的教學內(nèi)容、教學方法和考核方法進行探索和改進，加強學生的實踐創(chuàng)新能力與綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，提升有機化學實驗的教學質(zhì)量。

2 有機化學實驗課程教學的探索與改進

2.1 實驗內(nèi)容的調(diào)整與優(yōu)化

有機化學實驗教材內(nèi)容包括有機化學實驗的一般知識、基本操作和實驗技術、有機化合物的制備、有機化合物的性質(zhì)實驗[3]。通過實驗課程學習鍛煉學生的基本實驗操作技術，掌握重要有機化合物的制備和性質(zhì)實驗、能夠分離、提純和鑒定合成產(chǎn)物。有機化學實驗的內(nèi)容圍繞教學大綱要求，包括基本操作和各種類型的合成反應及相關性質(zhì)實驗如圖1所示。基本操作實驗內(nèi)容有蒸餾、分餾、萃取、重結晶，這四個部分是實驗操作的基礎，是合成實驗順利完成的保證。合成實驗有乙醚的制備、乙酸乙酯的制備、溴乙烷的制備、乙酰苯胺的制備、茶葉中生物堿的提取等。物理與化學性質(zhì)實驗是乙醇沸點的測定和乙烯的制備和性質(zhì)。通過這些實驗鍛煉學生的實際動手操作與觀察能力，驗證和鞏固理論教學中的知識，實現(xiàn)理論和實踐的融匯貫通。

圖1 有機化學實驗內(nèi)容

例如在乙烯的制備和性質(zhì)實驗中學生首先使用乙醇、濃硫酸、五氧化二磷制備乙烯氣體，然后將其通入酸性或中性高錳酸鉀溶液中，觀察溶液的褪色情況、記錄溶液由紫色變?yōu)闊o色需要的時間。通過這個實驗學生可以直觀的了解乙烯與酸性或中性高錳酸鉀的反應過程與反應現(xiàn)象，對以乙烯為代表的不飽和烯烴的氧化反應有具體深刻的印象。有的同學在乙烯的制備過程中反應溫度上升過快使導氣管與橡膠管的連接處破裂，導致橡膠管漏氣觀察不到乙烯氣體均勻產(chǎn)生的現(xiàn)象。這種情況下可以采取更換實驗儀器的方式解決實驗過程中遇到的問題，順利的完成整個實驗。學生通過理論課程的學習基本掌握烯烴、炔烴等不飽和烴的基礎知識以及它們的各種反應類型。面對實驗過程中的各種現(xiàn)象，在授課教師的指導下能夠運用已經(jīng)掌握的理論知識進行分析和解決，即時驗證實驗的結果，有效激發(fā)學生的學習興趣。同時，教師需要深入挖掘實驗課程中蘊含的思想政治教育元素，把對學生的思想教育貫穿實驗教學的全過程[4]。例如結合實驗內(nèi)容介紹我國科學家顧方舟對脊髓灰質(zhì)炎活疫苗和脊髓灰質(zhì)炎糖丸活疫苗的研發(fā)過程，讓學生了解科學家們的奮斗經(jīng)歷增強民族自信心，提高學生的科學素養(yǎng)和思想道德水平。另外，在多年的實驗教學中教師容易出現(xiàn)教學方法的依賴，未能及時全面了解各個班級的學生動態(tài)、掌握當前學生對實驗課程的需求。因此，在常規(guī)合成實驗的基礎上，可以適當開設創(chuàng)新型有機化學實驗，使實驗內(nèi)容符合綠色化學理念、遵循原子經(jīng)濟性原則，盡量采用綠色溶劑與綠色試劑減少對環(huán)境的危害。還可以貼近人們的實際生活、與當前科學研究的熱點問題、前沿內(nèi)容相銜接[5]。例如進行校園內(nèi)的水質(zhì)監(jiān)測，制備抑菌沐浴液、洗手液，將合成反應催化劑由傳統(tǒng)的硫酸、鹽酸等無機酸改變?yōu)榻饘儆袡C酸等小分子化合物，增加低溫反應裝置以及熔點儀、折光儀等檢測儀器。

2.2 實驗教學方法的改進

首先，要求學生按時認真完成預習報告。報告內(nèi)容包括實驗目的、實驗原理、實驗步驟，所用試劑的理化性質(zhì)、實驗裝置圖和注意事項。預習報告在實驗前交指導教師檢查，要求簡明扼要，不要照抄實驗教材?？梢越榻B如中國大學MOOC等精品在線課程網(wǎng)絡資源，讓學生自學各個大學實驗課程的授課內(nèi)容，實驗開始前反復觀看當前的實驗內(nèi)容操作視頻，對實驗內(nèi)容、試劑及操作細節(jié)有較為直觀的印象。

其次，在課堂上安排學生講解和示范精選的實驗內(nèi)容。實驗課堂上教師講解實驗目的、原理、過程和注意事項，然后進行操作示范，反復強調(diào)重點操作。學生按照教師的授課內(nèi)容進行實驗，對實驗內(nèi)容的探索缺乏主動性和積極性，如果在課程上要求學生來講解重點內(nèi)容并進行儀器的安裝示范，有助于提高全體學生的學習主動性[6]。由于學生對實驗內(nèi)容的理解程度和語言表達能力參差不齊，在講解及示范過程中學生會出現(xiàn)失誤，教師要及時地給予糾正和正確的指導。大部分學生對于自己講解并示范完成的實驗內(nèi)容普遍印象深刻，接下來的實驗基本能夠順利的完成。

再次，在實驗過程中要求學生認真操作，如實記錄實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)。多數(shù)學生能夠按照要求準確取用試劑，使用完成后蓋好瓶塞。正確的安裝實驗裝置，在實驗過程中認真觀察實驗，細心記錄實驗現(xiàn)象與實驗數(shù)據(jù)。根據(jù)實驗的具體情況允許學生采用合理的修改方案完成整個過程。實驗中教師查看各組學生的操作情況，及時指導他們解決實驗中的問題，結合實驗的關鍵操作、安全技術等內(nèi)容引導他們思考實驗步驟與不同實驗現(xiàn)象之間的關系[7]。例如在乙醚的制備實驗中，要求反應溫度迅速上升至140 ℃，有的實驗小組同學對加熱裝置控制不當導致加熱過猛，反應瓶內(nèi)溫度迅速上升至160 ℃以上，可以觀察到反應瓶內(nèi)反應液由無色變?yōu)辄S色，然后迅速變?yōu)楹诤稚?，滴液漏斗中滴下的乙醇大部分還未參與反應就被蒸出。反應結束后餾出液內(nèi)加入8 mL的5% NaOH溶液后沒有出現(xiàn)分層現(xiàn)象，主要是產(chǎn)品乙醚太少，最終實驗結果很不理想。為了盡量減少這種情況的發(fā)生，在反應開始的時候提醒同學們注意控制反應進程，避免出現(xiàn)升溫過快的現(xiàn)象。當反應溫度超過180 ℃時，反應瓶內(nèi)的液體完全變黑的情況下，要求學生立即停止實驗，待反應溫度降低后再進行后續(xù)操作。

對于實驗中出現(xiàn)的不同實驗現(xiàn)象與結果，讓學生具體討論分析其成敗的主要原因，培養(yǎng)學生細心觀察和實事求是的科學態(tài)度。最后，提高學生的實驗安全環(huán)保意識。每學期實驗第一課都會對學生進行實驗室的安全教育，熟悉實驗室安全守則、實驗室事故的預防及其處理方法、急救藥品的位置與使用方法。在課程中重點講解實驗室內(nèi)的各種設置，包括電源總開關的位置、廢液缸的放置地點、滅火器的存放位置與使用方法。進入實驗室要求穿實驗服，實驗室內(nèi)禁止飲食。在實驗過程中，每個小組的同學們互相配合進行實驗操作，個別小組的同學出現(xiàn)摔碎燒瓶、溫度計套管、接引管等玻璃儀器的情況時，及時指導學生處理并做好記錄。實驗完成后整理實驗臺，清洗使用的實驗儀器，實驗產(chǎn)生的廢液倒入指定的廢液缸。每次實驗課結束后，安排學生及時打掃衛(wèi)生，檢查實驗臺上的儀器是否清洗干凈，保持實驗室的環(huán)境衛(wèi)生整潔，離開實驗室的時候關閉水和電。如圖2所示實驗教學方法改進后，大部分學生的動手操作能力、語言表達能力、安全環(huán)保意識以及分析問題與解決問題的能力都得到了提高。

圖2 實驗教學方法的改進

熟練掌握基礎有機化學實驗技能對于學生今后學習其他化學實驗課程或者參加各級各類科研項目、畢業(yè)論文的實驗操作有重要的意義[8]。但實驗中仍存在如設備老化、儀器數(shù)量不足等需要克服的問題。實驗課程中教師不僅要傳授知識，還要及時處理各種實驗過程中的突發(fā)事件，以及來自學生的各種疑難問題，逐步積累實踐教學經(jīng)驗，這也是對教師的一種鍛煉和提升。

2.3 實驗考核方式的完善

有機化學實驗課程成績評定方法由平時成績和期末考試成績兩部分組成。平時成績包括預習報告、實驗操作、實驗安全、衛(wèi)生、實驗報告，占總成績的比例為60%。預習報告檢驗學生的預習成果，“好的開始是成功的一半”大部分的學生能夠按時完成，發(fā)現(xiàn)個別學生的預習報告不完整時讓其按照要求補上。實驗操作主要檢查學生的實驗步驟以及實驗的結果，動手能力強的學生通常取用試劑、安裝儀器方面比較流暢，得到的實驗結果較好，動手能力較弱的學生需要較長時間在教師的指導才完成整個實驗。

實驗中鼓勵學生對遇到問題迎難而上進行深層思考，找出實驗出現(xiàn)問題的原因，培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和獨立解決問題的能力。學生打碎玻璃儀器或者操作失誤導致實驗失敗都會扣分。實驗報告不僅包括實驗步驟、數(shù)據(jù)和結果，還要求有實驗現(xiàn)象的描述，鍛煉學生用科學、規(guī)范、有較強邏輯性的專業(yè)語言來準確描述實驗過程、現(xiàn)象及結果，并對實驗進行總結討論，達到提高學生寫作能力的目的[9]。教師批改實驗報告后，下一次實驗前進行講評，表揚鼓勵優(yōu)秀的學生。

對于學生在操作過程中常犯的錯誤、容易出現(xiàn)的問題以及由此造成實驗失敗的原因，結合實驗的關鍵操作、安全技術等問題進行重點講解?；A有機化學實驗一般有多組學生共用一間實驗室，因此實驗的安全和衛(wèi)生需要師生共同維持、共同努力，保證實驗室的日常管理和安全順暢的運行。期末考試通常是乙酰苯胺的制備、乙酸異戊酯的制備等綜合性實驗，檢查學生的整體學習情況。結果發(fā)現(xiàn)大部分的學生能夠在規(guī)定的時間內(nèi)完成實驗，但是各個實驗小組的同學得到產(chǎn)物的外觀和產(chǎn)量不一樣，這也體現(xiàn)了不同學生的學習差異。

3 結語

在有機化學實驗教學過程中，從實驗內(nèi)容的調(diào)整與優(yōu)化、實驗教學方法的改進、實驗考核方式的完善三個方面總結經(jīng)驗，進行實驗教學的探索與改進，努力創(chuàng)建綠色化學導向的創(chuàng)新型有機化學實驗，加強學生的創(chuàng)新思維與實踐能力的培養(yǎng)，努力提升有機化學實驗的教學水平和教學質(zhì)量，實現(xiàn)“三心四能五復合”的高素質(zhì)應用型人才培養(yǎng)目標，為地方經(jīng)濟社會發(fā)展提供源源不斷的具有較強理論與實踐能力的新動力。