理论与实践贯通的专题模式深化有机化学实验教学改革

2019-12-03陈雯雯

云南化工 2019年10期

陈雯雯

（山西师范大学化学与材料科学学院，山西临汾 041004）

随着就业形势日益严峻,激烈竞争的现代社会对大学生的能力和素质的要求越来越高。有机化学作为一门基础性很强的学科，是高校化学、化工、轻工、医药、农科类等专业独立开设的一门主干课程之一。有机化学实验作为有机化学理论课的有效辅助和补充，不仅可以有效的帮助学生在实践中理解、掌握和巩固有机化学中的基本理论，在培养学生的观察力、动手能力、分析与解决问题的能力等方面也起着至关重要的作用。此外，有机化学实验还可以培养学生的创新意识、创新思维，是学生养成良好科学素养的有效途径。因此，有机化学实验课程在专业人才的培养中发挥着非常重要的作用。

1 传统的有机化学实验教学中存在的问题

传统的有机化学实验基本遵循“课前学生预习→教师课堂讲演→学生课堂操作→学生课后完成实验报告→教师批阅报告”的教学模式。教师的主要精力限制在实验原理的讲解和仪器操作的演示，而学生按照要求模仿操作实验及采集实验数据，撰写实验报告。诚然，传统的有机化学实验教学已经形成了相对完善的内容体系，在人才培养的过程中发挥着积极的作用。但是，随着时代的进步，这种单一的实验教学模式很难适应新时期人才培养的需要，存在很多弊端[1]。

1.1 实验内容设置不合理

受有机化学实验课学时数的限制，并且考虑到安全因素，很多高校往往安排一些基本操作和简单的化合物的合成实验，很少安排设计性和探究性的实验，这些索然无味的验证性实验，导致学生“看菜谱式”的实验习惯，应付差事，使实验前的预习流于形式，观察实验现象时漫不经心。这样的教学自然难以激发学生主观能动性和探究科学问题的兴趣，不利于学生严谨的科学态度和创新能力的培养。

1.2 教学模式单一，教学成效较差

鉴于有机化学实验其自身自组装置多,操作步骤多,异常现象多,精密设备少 (三多一少)的特点，因此，该课程在培养学生的动手能力和科学素养等方面发挥重要作用。但在实际的教学过程中，存在着许多师生对有机化学实验课重视不足的问题。在学生开始实验前，教师通常会详细的介绍实验目的，实验原理以及实验步骤，甚至有时还要示范实验装置的搭建。在这种教学模式下，学生只是依据教科书“照方抓药”，机械的重复已经预料到实验结果的实验操作。由于整个过程中缺乏独立的思考，学生很难将所学的理论知识和实践相结合，更无法培养学生独立思维能力和创新能力，与社会所需求的创新应用型人才背道而驰[3]。

1.3 环境保护意识淡薄，环境污染严重

在有机化学实验中，学生不可避免地要使用一些毒性较大的化学原料和易挥发、易燃甚至有腐蚀性的有机溶剂；同时每次实验还会产生一些废气、废水和废弃物；此外，所安排的各个实验之间相互独立，使得反应得到的产物、副产物以及所用的有机溶剂没有充分利用和循环使用，这些问题不仅造成了资源的浪费，对环境也造成了很大的污染。因此，在确保学生安全有效地完成实验的同时，如何有效地利用这些有害试剂，如何最大限度地减少实验室污染，培养学生的环境意识已成为有机化学实验教学所面临的问题和挑战[4]。

2 现有有机化学实验教学模式的改进

从二十世纪开始，国内的有机化学实验工作者对传统有机化学实验教学中存在的问题进行了深入思考，结合自身多年的教学经验，在现有的实验教学模式下，提出了许多卓有成效的改革创新的建议。

2.1 翻转课堂

随着时代的发展，信息技术已经融入到社会的各个方面，同样也给有机化学实验提供了一种新的教学模式。翻转课堂教学模式下，学生可以提前进行与实验相关知识的学习，节省了老师在课堂上讲述的时间，因此，增加了学生参与化学实验，进行交流讨论，向老师请教与实验相关问题的机会。因此，这种模式有效的解决了学生动手能力弱，实验机会少以及实验时间不足的问题。实践证明，翻转课堂极大的激发了学生的学习兴趣，提高了学生的动手能力，分析问题和解决问题的能力。虽然翻转课堂对教学有许多积极的影响，但其作为一个较为理想化的教学模式，在实施过程中也存在许多不确定因素，如教师不在场时，学生是否真正进行了学习？学生的学习效果是否能得到保证？教师如何掌握学生的学习情况？这些都限制了翻转课堂在教学过程中的广泛应用[5]。

2.2 慕课

互联网、多媒体技术的发展和普及，促进了以发展学生自主学习能力为目标的线上教学课程。慕课（MOOC）作为一种教学信息化革命于2012年兴起并席卷全球。老师将每一个有机实验制作成短小精悍的微视频课件，在视频中，不仅教会学生基本的实验操作，还诱导学生通过不断改变实验条件的方法来获得更佳的实验结果。通过微视频，学生在实验之前便对整个实验过程有了大致的了解，具体实验时就避免了边看书边做实验的不良习惯。除此之外，学生在实验过程中对老师提到的问题能够做到主动思考，积极探索解决方法，从而实现理论与实践相结合，提高学生分析问题、解决问题能力的目的。但在随后的发展与实践中，慕课面临了诸多困难与挑战，集中表现在投资成本高、学习管理难、缺乏创新的教与学方式、缺乏浸润式学习体验[6]。

为顺应培养高素质专业性人才的要求，有机化学教学工作者提出了有机化学实验教学过程中的教学模式、教学方法、教学内容、教学技术、教学设备、考核机制等众多方面的改革措施，诸如采取开放式实验教学，采用实验考核综合评价方式，改进实验设备等等。这些改革措施过多地强调教师在教学中所扮演的传道授业解惑者的角色，弱化了学生的主体地位，不利于学生发挥其主观能动性，学生无法利用所学知识解释实验现象。

3 理论与实践贯通的专题模式深化有机化学实验教学改革

要培养学生学习有机化学的思维模式，对实验现象进行分析、比较、归纳、演绎的能力，必须结合有机化学实验其自身“三多一少”的特点，做到以学生发展为中心，充分调动学生的学习主动性，坚持理论与实践相贯通的模式，开设自主设计的专题型实验，提高学生的综合实验能力。

何为自主设计专题实验呢？就是老师安排相关的实验课题给学生，学生拿到课题后利用所学知识，查阅相关文献，设计出自认为最优的实验路线，并和老师讨论路线的可行性，可行性分析通过后，学生实施合理实验方案的一种新型实验教学模式。具体研究如下几个方面：

3.1 合理设置和优化有机化学实验的教学内容

有机化学实验不仅要实现训练学生的基本实验技能，使学生掌握简单化合物的合成、纯化和鉴定的目的，更要培养学生的动手能力和创新思维方式。因此，对有机化学实验的教学内容进行适当的调整势在必行，在实验教学改革中开设一些自主设计型实验。在选题时，课题组将采取走访、座谈、问卷调查、查询等方式对不同专业学生的学习特征与学习需求进行认真调研和分析，结合各专业学生的学习特点及专业方向的科学研究和社会需求，合理选择与专业契合的自主设计型专题实验。

3.2 改革有机化学实验教学方法，注重学生为主体

有机化学实验是面向化学、食品科学及生命科学等专业的学生开放的课程。课题组结合有机化学实验自身“三多一少”的特点和不同专业学生的特征，选出适合不同专业的学生且与之相匹配难度的课题，学生拿到课题后利用所学知识，查阅相关文献，进行小组讨论后设计出自认为最优的实验路线，并和老师讨论该路线的可行性，最后由学生实施合理的实验方案。

在现有的有机化学实验教学内容的基础上，根据化合物的类型不同来划分专题，如卤代烷、芳香烃、醇、酮、羧酸、胺等，其中每一个专题都有包含这类化合物的制备实验、性质实验、拓展实验等。对于实验中所涉及的反应机理以及实验中出现的问题等，学生要从理论的高度对其解释。以卤代烷的专题实验为例，实施方案如图1所示。

图1 卤代烃专题实验方案

3.3 引导学生树立绿色化学理念，积极创建绿色化学实验室

有机化学实验需要大量使用一些毒性较大的化学原料和易挥发、易燃甚至有腐蚀性的有机溶剂；所安排的各个实验之间相互独立，使得反应得到的产物、副产物以及所用的有机溶剂没有充分利用和循环使用，不仅造成了资源的浪费，对环境也造成了很大的污染。因此，在确保学生安全有效地完成实验的同时，引导学生树立绿色化学的理念，将“绿色化学”、“原子经济性”等理念贯穿于整个实验过程中。其次，选择“绿色化”的实验内容。在教学实践过程中，要尽量选择一些无毒或低毒试剂，其次，化学实验实现微型化。最后，对实验中产生的废弃物进行科学合理的处理。