研究生“高等有机合成”实验课的改革初探

2013-01-26刘六军赵永虎

中国林业教育 2013年1期

王波何静刘六军赵永虎

（北京林业大学材料科学与技术学院，北京 100083）

2002年，北京林业大学材料科学与技术学院为林产化工专业的研究生“高等有机合成”专业课开设了配套实验课。“高等有机合成”是国家2级学科“林产化学加工工程”的研究生必修课，其核心内容是介绍有机合成的基本反应规律、方法、机理、产物特征等，具有较强的理论性和实践性，是林产化工研究生进入工作岗位从事林产品化学深加工生产的预习和基本保障，也是对高层次人才进行技能培养和素质提高的重要途径。

一、研究生“高等有机合成”实验课存在的问题

“高等有机合成”实验课是以林产化工专业的相关专业知识为基础，利用高等有机合成技术，实现林产化学品的转化与产品深加工，目的在于培养学生严谨的科学态度及良好的实验素养，提高学生动手能力，巩固专业知识，加深对专业价值的认识，不但能开拓学生的智能，对研究生未来的就业和人生规划都具有现实意义［1］。由于当前实验教学受诸多因素的影响，导致“高等有机合成”实验课在教学过程中存在一些弊端。

（一）实验内容陈旧

一般来讲，利用森林的产物为原料，通过化学或生物化学加工过程，制取人类生活和生产所需要产品的工业称为林产化学工业［2］。松香产业是林产化学工业的重要支撑产业，也是国民经济发展的重要组成部分［3］。然而，在国际形势变幻、地球资源短缺、生态环境遭到严重破坏的情况下，科学技术和工业发展方向发生了巨大改变，国家科学和技术发展中长期规划和“十二五”规划中已经明确指出要把林业生物质能源的研究开发作为新时期林业工作的重点和方向［4］，林产化工专业的研究重点已经从原来的直接提取林木资源进行产品开发开始向综合利用农林废弃物、开发生物质资源进行转变，这也是林产化工专业一直从事和有待进一步发展的研究方向［5］。根据教学大纲的要求，当前“高等有机合成”实验课的授课内容为松节油环氧化制备氧化松节油的实验，选题和采取的实验方法都已经使用了几十年，只有及时更新，与时俱进，紧跟国际科技发展前沿，才能提高学生从事实验研究的自信心和兴趣，才能适应我国经济、科技发展对人才的需求。

（二）教学观念落后

有机合成本身就是一门以实验为主的基础自然学科，实验教学是其重要组成部分，对教学的整体质量起着举足轻重的作用，与理论课相辅相成，密不可分，它不仅可以加深学生对所学理论知识的理解，而且可以培养学生的观察、思考和实践动手能力，为今后的继续学习与发展奠定坚实的基础。由于受传统教学思想的束缚，目前在教学中普遍存在重理论轻实践的现象［6］。一般理论教学有较完善的教学大纲、教学计划、课程设置和比较成熟的管理和评估制度。传统的实验教学大多依附理论教学，学时设置一直较少，得不到重视，而学生需要掌握的内容又较多，这极大地制约了学生动手和创新能力的培养。例如，研究生的“高等有机合成”实验课还没有独立的研究实验室，授课以及实验成绩的评定没有规范化，从而导致了学生对实验课程应付了事，影响了学生的实验技能和动手能力的培养，以及对科学研究的正确认识。

（三）实验仪器设备老化

虽然目前学校对科技创新加大了投入，但研究生与本科生仍共用一个实验室，且实验仪器设备陈旧落后、数量有限，采用的测试分析手段落后，难以保证实验的顺利进行。例如，松节油环氧化的实验中的减压蒸馏，目前只能使用真空水泵，不但真空度不够，且不能量化，同时设备老化，性能不稳，几个小组共用一个水泵，且没有控压装置，导致在做减压共沸蒸馏过氧乙酸的过程中，多数实验发生爆沸，学生不得不多次重复实验，浪费了时间，还容易使学生产生厌烦情绪，对实验失去兴趣。另外，实验缺少大型精密仪器，实验结果缺少精准度。例如当学生完成松节油环氧化反应，得到的产物需要进行结构和纯度鉴定，目前的方法是使用阿贝折光仪，通过折光率测定来验证是否存在产物。此方法既不能确定产物结构，也不能给出纯度，且由于学生实验各异，所得产物成分复杂，很难通过折光率来判断产率高低，因此也无法判断实验结果的准确性。

二、研究生“高等有机合成”实验课改革的措施

实验教学是实现创新人才培养目标的重要教学环节，要使实验教学在培养人才创新能力中起到应有的作用，就必须深化实验教学改革，培养和提高研究生的基本操作技能、创新意识及综合实践能力，造就高水平的应用型人才［7］。所以，“高等有机合成”实验课程应该与时俱进，与国际发展接轨，不但应强化其理论知识在实际生产中的作用，更应引入国际科研发展动态、新信息和现代新技术，从课程内容、硬件设施、授课方法等方面进行变革，为培养学生成为国际化优秀人才提供保障。

（一）科学选择实验内容

随着林产化学工业的飞速发展，特别是生物质资源的开发利用、林产化学品深加工制造等，使林产化工新产品和新能源不断推陈出新，给林产化工专业人才培养带来巨大挑战。由于实验教学受诸多因素的影响，尤其是农林院校，开展什么样的实验，在某种意义上来说，不仅关系到实验教学能否顺利展开，而且将大大影响今后很长时间内该校实验教学的走势［8］。

1.实验内容应具有代表性

对有机合成实验课程内容的选择，一般要求既能够验证理论、巩固知识，又能培养学生的操作技能，为专业课程服务［9］。因此，设计实验内容，首先要考虑实验的基础性，锻炼学生实验操作的基本功；其次实验内容要精炼，能够举一反三，既要避免过于繁琐耗时的实验，又能融合多种实验操作，使学生做到理论知识和实际实验的融会贯通，培养学生的科研创新能力。

2.实验内容应具有新颖性

主讲教师在与学生的交流中，发现研究生不愿意在实验中充当操作工的角色，不喜欢按部就班的完成设计好的实验步骤。他们对于实验的目的性更加敏感，想知道自己做这件事情的意义所在，对专业技能提升、对未来从事实际生产有何作用；同时，他们对所学知识在科研领域中的重要性、在国际学术发展过程中具有的地位也表现出强烈的求知欲。因此，研究生的实验课程内容要以专业知识为基础，与实际生产相结合，应该优先选择源于科研项目，并与教学密切相关的学术、工程技术问题，要有创造性的因素，能解决一些较为复杂的问题，以便使学生得到较全面的训练，从而达到巩固、加深、扩大研究生的专业知识面、培养学生工作技能以及创造力的目的。例如，用林产化工工业原料和副产品来代替购买的化学试剂，开设循环式实验，以简单的林产化工产品合成一系列高附加值衍生物，是有效利用农林废弃物、缓解能源压力、遏止环境恶化、达到减排温室气体、保护环境和实现人类可持续发展的重要手段。这样的题目既新颖，又符合当前能源发展需求，也是当前科学研究的前沿领域，因此容易得到研究生的认可，能激发他们学习和科学探索的兴趣，实现良性循环。

3.实验内容应具有可操作性

如果实验安排过难过繁，在现有条件下很可能无法完成，也会大大打击学生从事实验的自信心和兴趣；反之，实验过易过简，又不能激发学生理论联系实际的动力，难以达到实验教学的真正目的。所以在实验的选择上一定要科学，安排合理，所选实验本身既要有针对性，又要有一定的理论深度，要紧密结合实际，使学生能在规定的时间内完成实验任务。

（二）提高对实验课程的重视程度

实验仪器是研究生顺利完成实验任务、对实验课进行科学合理评定的基本条件。为保证学生接触到新仪器、新技术，掌握先进的实验技能，学校应该在有限财力的基础上对购买实验设备加大倾斜度，增添一些新的实验设备。同时，对现有的实验室进行必要的整合和调整，优化实验室结构。例如将分散孤立的实验仪器合并在统一的实验室。此外，还可以通过改革管理制度，合理地调动其他实验室的资源，实现科学仪器的共享［10］。例如，学院的很多课题组都自行购置了很多先进的实验设备和分析仪器，如大型核磁共振仪、拉曼光谱仪、X-Ray衍射仪等，学院可以对研究生的实验课程给予一定的方便与优惠，使学生接触更多的先进设备，开拓视野，学习更先进的科学技能，为学生开展科研活动和综合性、设计性实验提供更多保证。

（三）引入英文专业教材

通过引入原版英文专业教材，选择和设计特点鲜明的实验案例，可以使实验教学内容能紧跟国际科学前沿、体现林产化工产品多样性、加强理论知识的应用性、培养学生的创新能力。在实验过程中涉及到的所有反应名称、名词、化学试剂和仪器设备等全部引用原始英文名词，使学生在实验教学当中锻练了外语能力，强化了科技文献查阅能力，培养了学习的自觉性和专业性，提高了国际学术交流的能力。

（四）调动学生学习的主动性

1.课前预习要做好

首先应培养学生进行课前实验预习的良好习惯，针对实验内容进行文献调研，深刻理解实验的目的、实验方法、实验原理，以及体会实验课程设置的意义，提前预见将要遇到的问题。

2.进行分组实验

在实验过程中应让学生独立进行实验，但又要进行人员分组，以组为单位共用大型仪器设备，共同探讨问题和学术交流，既能锻炼学生的独立工作能力，又能培养学生团队协作能力和交流能力，进一步提高学生的人格修养和个人综合素质。

3.加强实验中的引导

教师应加强实验中的引导工作，坚决杜绝按照实验指导书规定的测试方法、实验步骤机械化操作。“照方抓药”就可以完成实验任务的教学模式，导致了学生分析能力差，依赖性强，难以发挥学生主观能动性，不适应新形势下创新型人才培养的要求［11］。因此，在实验过程中教师应引导学生自己观察实验，对实验现象进行分析解释，对所获得的实验结果进行小结，培养其独立的分析问题和解决问题的能力。

（五）提高教师的讲解与示范能力

教师应尽量增加实验机理、实验操作过程的讲解时间，可以针对实验进行提问，与学生互动，甚至可以将问题引申到实验外的相关专业知识，不仅可以督促学生要仔细的预习实验，而且使学生学会如何预习实验。例如，在“高等有机合成”实验中，其中一个步骤是采用共沸技术蒸馏过氧乙酸，教师可以制作和搜集与理论知识相关的反应机理模拟视频和三维动画图，采用多媒体演示的方法，将二元共沸体系的共沸原理以及相图变化，通过动画的方式表现出来，使深奥的机理讲解生动化，提高学生学习兴趣。教师可以适当提供一些实际生产工艺流程录像，让学生能够直观地体会到“原理—实验—生产”这一过程的演变。同时，为了加深学生对共沸原理的认识，可以举出多种相似的共沸体系示例，例如乙醇-水共沸体系，这在白酒酿造中就有应用。这样，不但让学生理解了本实验中某一操作的机理，同时还能加深对机理的认识，让学生对所涉及的实验有新鲜感，并能够充分发挥想象力和创造力，对实验产生浓厚的兴趣。

（六）成绩考核灵活化

实验结束后，学生的成绩评定要遵循科学、客观、公正、严格、全面的原则，切忌只根据实验考试、实验结果确定实验成绩，这样不能真实地反映学生的实际水平［12］。失败的实验往往能给学生带来更多的信息、理解和收获。另外，学生报告中对本次实验进行的总结非常重要，能够集中体现学生独立思考能力、观察能力以及科研能力。因此完善的实验考核办法应包括平时成绩及实验报告2部分［13］。平时成绩的考核应包括以下几个方面：①学生实验预习报告情况；②学生实验具体操作情况；③学生实验现场回答问题情况；④学生对实验常识性问题的理解与掌握情况；⑤学生对实验过程突发情况的处理情况。平时成绩应占总成绩的60%。实验报告完成情况，包括：①报告书写的规范性情况；②实验完成的量化评定情况；③对实验完成后的思考总结情况。这些应占总成绩的40%。教师应从以上2方面综合考虑进行考核，给出科学、合理的学生实验成绩。

通过对教学内容、教学方法、思想观念和考核制度的改革探索，使研究生的“高等有机合成”实验教学能够充分激发学生对专业的兴趣，发挥学生的个性和潜力，提高学生的观察、思考和动手实践能力，使学生养成既重视理论又重视实验的科学作风，使整体教学符合我国现有林产化工的发展趋势，对培养学生严谨的科学态度和良好的实验素质起到了至关重要的作用。

［1］岳红艳，梁淑芳.高等农林院校化学实验课教学方法改革初探与实践［J］.中国林业教育，2000，18（6）：53-54.

［2］贺近恪，李启基.林产化学工业全书［M］.北京：中国林业出版社，2001：12-15.

［3］黄道战，雷福厚，曾韬.溶剂沉淀分离法松脂加工工艺的研究［J］.南京林业大学学报：自然科学版，2011，35（4）：96-100.

［4］中华人民共和国国务院.国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要［EB／OL］.［2012-03-04］.http：／／www.gov.cn／2011lh／content＿1825838.htm.

［5］宋湛谦.生物质产业与林产化工［J］.现代化工，2009（29）：2-5.

［6］张建刚，张丽.对农林高校化学实验课的思考［J］.现代农业科学，2009，16（3）：270-271.

［7］王玲，马晶军，周雅璇，等.农林学科化学实验课改革与设想［J］.河北农业大学学报：农林教育版，2003，5（3）：34-35.

［8］党玉丽，徐翠莲，宛新生，等.浅谈农林院校基础化学实验课的教学改革［J］.河南教育学院学报：自然科学版，2008，17（1）：58-59.

［9］张兴梅.硕士研究生分子生物学教学浅谈［J］.南方医学教育，2005（4）：26-27.

［10］王淑秋，张婷，梁衍锋，等.充分利用现代化实验仪器改革实验教学［J］.黑龙江医药科学，2008，31（6）：77-78.

［11］童岩，舒友琴.农林牧专科学校基础化学实验课单独设课的探讨与实践［J］.郑州牧业工程高等专科学校学报，2000，20（1）：69-71.

［12］王勇，宋万年.改进综合性、设计性实验考核办法提高学生实验能力［J］.实验技术与管理，2006（4）：35-38.