高校有机化学实验教学改进之虚实结合

杨琴

(西华师范大学化学化工学院，四川南充637002)

关键字：实验教学；虚拟仿真；虚实结合

0 引言

实验教学是高校化学教学的重要组成部分。在实验操作中学生不仅能巩固化学理论知识，而且能加强学生实践操作能力。理论与实践相结合是科学学科的重要教学和学习方式。新世纪对人才的要求也提出了实践能力、创新能力的培养。由此可见实验教学是高校化学必不可少的一部分。然而，据调查，现如今高校学生对有机化学实验课程普遍缺乏学习兴趣。由此可见高校有机化学实验教学改进迫在眉睫。

1 存在问题

传统的高校有机化学实验教学模式为教师讲解实验原理、实验操作等知识后学生按照老师讲解按部就班完成实验。现如今高校学生人数增多，实验场地、实验仪器设备等补充赶不上学生人数增长。许多高校采取学生小组搭档实验，这样导致并不是所有学生都能积极主动参与实验课程中。此外，由于有机化学实验本身也存在一定风险因素，导致学生对其有思想顾虑。高校有机化学实验教学存在问题主要集中在以下两方面。

1.1 外在问题

高校学生较以往有大幅度增长，许多高校存在实验室不足，实验室容纳人数较多，师资力量不足，高校实验教学生师比例普遍较高。有些高校一个教师甚至一堂课程需要承担30多个学生的实验指导。众所周知，有机实验课程主要时间是学生的动手操作，很多时候多个学生可能同时在完成同一个操作，如样品的取用方法、添加等，这样的操作可能全班同学在数分钟内就全部完成，一个指导老师不可能在这么短的时间内关注到所有同学的操作。此外，学生在实验过程中也会存在一些疑问，一个指导教师对应30多个学生的情况下，一节实验课的课时有限，老师完全可能会出现顾此失彼现象。其中部分学生可能会长期得不到老师的关注，这会造成这部分学生慢慢地对有机化学实验课程失去兴趣。同时，这样传统的实验课会造成指导老师一直不停的指导学生仍然没法满足学生需求，长此以往，实验教师会身体过于疲惫，对实验课程的教学也会失去信心和耐心。

1.2 内在问题

高校有机化学实验教学内在问题主要是由有机化学实验课程本身的特点决定。有机实验课程存在以下几个特点。第一，实验课程时间长。一个普通的有机物的制备包括合成、分离提纯、物质检验。如经典的有机制备实验正溴丁烷的制备，课堂上老师讲解约30分钟，学生加料-搭建装置-合成，这一步骤约1～1.5小时。分离纯化包括蒸馏、多次洗涤分液，这一过程需1～1.5小时，如果检验方法采用测试产物沸点又需0.5小时以上。实验结束后学生还要清洗仪器、整理桌面又需约0.5小时。整节实验课顺利完成需4～4.5小时。我校学生下午上课时间为14:30开始，如果下午开课，实验课结束大概在18:30～19:00。晚上第一节上课时间为19:00，这样一来，如果晚上有课的学生没有一点休息时间，甚至连晚饭时间都很着急。这不仅影响学生其他课程的学习，也给学生造成身体健康的不良影响。试问这样的实验课程又怎会让学生对其产生兴趣、产生好感呢？第二，有机药品气味难闻。我校开设的有机化学实验有己二酸的制备、辅酶法合成安息香、肉桂酸的制备及水蒸气蒸馏、康尼查罗反应制备苯甲酸和苯甲醇、乙酰乙酸乙酯的制备、苯甲酸异戊酯的制备、甲基橙制备、三苯甲醇的制备等。这些实验项目会环己醇、苯甲醛、异戊醇、N,N-二甲基苯胺、溴苯、乙醚等均为气味难闻、毒性较大的药品。一次实验课程学生一般在实验室呆4小时左右，长期在这环境下，影响学生及老师身体健康。第三，有机实验危险性大。有机实验中不仅会大量使用有毒有害药品，挥发性、腐蚀性、易燃易爆也是药品也会经常用到。学生往往会对有机实验产生恐惧和排斥心理。

综上所述，传统有机化学实验课程无论从教学硬件设施还是课程本质都不利于学生学习积极性提高。因此对传统有机化学实验课程实施改进是课程发展需求也是必然趋势[1]。当代信息计算发展迅速，信息化在教育中的应用受到广泛关注。随着虚拟实验技术的成熟，人们逐渐关注到虚拟仿真实验室在教育领域的应用价值。近年来，国内的许多高校都根据自身教学条件建立了符合自身需求的虚拟仿真实验室。虚拟仿真实验的应用成为传统实验教学改革的一个重要趋势[2]。虚拟仿真实验室之所以能在实验教学改革中受到重视，主要是由其在实验教学中不可替代的特点决定。

2 虚拟仿真实验教学特点

2.1 无毒化实验教学

在有机化学实验教学中引入虚拟仿真实验最大的优点之一是虚拟仿真实验能在无毒化的情况下就能实现化学实验教学。虚拟仿真化学实验是利用计算机技术(软件设备和硬件设备)模拟实验教学过程，学生操作也是在计算机上虚拟实验操作。因此整个过程不会用到真实的化学药品，也不会有有毒药品排放问题。此外，虚拟实验利用虚拟技术完成实验，解决了实验室使用有毒化学品造成的安全问题。化学实验室安全问题一直是传统实验教学需要解决的重要方面。虚拟仿真实验对有毒药品零使用零排放，不仅解决了化学药品毒性强对学生身体造成不利影响问题，还使得有机实验教学绿色化、环境友好化，符合绿色教育要求[3]。

2.2 低成本实验教学

课堂实验教学有时会涉及到价格比较昂贵的特殊药品，学生人数增多，药品使用量增加，教学成本也会随之增加。一些实验使用到大型仪器，如有机制备实验教学产品检验用到质谱仪、核磁仪等价格都很昂贵。普通高校学校不可能配备多台此类仪器供本科实验教学使用。将虚拟仿真实验应用到有机化学实验中就能很好的解决大型仪器不足造成的问题[4]。

2.3 分散性实验教学

传统实验教学学生集中在实验室学校，需要宽敞的实验场地，学生集中在一起实验，一些学校师资力量不足，不能关注到每一个学生，学生积极性不高，教师工作疲惫。虚拟实验教学场地不限，学习时间也不受限制，学生在线就可以参与实验教学，在线学习实验原理，完成实验操作，并且可以实现多次重复学习。虚拟仿真实验的分散性教学特点解决了场地、师资不足等问题。同时学习时间的可选择性还解决了传统有机化学实验时间过长，学生学习疲惫的问题。

3 结语

目前，传统有机化学实验教学存在各种问题如：场地不足、师资有限、实验时间过长、实验大量使用有毒有害药品，危险性大，环境污染严重等。基于此，将虚拟仿真实验教学手段应用到有机化学实验教学中，利用虚拟仿真实验无毒化、低成本、分散性等优点能较好的解决传统实验教学中面临的诸多问题。尽管虚拟仿真实验优点是传统有机化学实验教学不可及的，但有机化学学科不能完全实行虚拟化。虚拟实验不能切实锻炼学生实际操作能力，只能在层面上进行学习，缺乏动手能力培养的真实性。因此，有机化学实验教学改进应遵循虚实结合，虚实互补不足，采用线上线下混合式教学模式。唯有这样才能更好地完成有机实验教学的教育目标。