浅谈有机化学实验的教学改革*

李欢欢

(南京邮电大学材料科学与工程学院，江苏 南京 210023)

有机化学实验是高校化学、材料、化工专业学生的一门重要的必修课程，不仅可以培养学生掌握基本的实验操作和实践技能，而且可以培养学生良好的创新思维和创新能力。但是，以往的有机化学实验的教学安排形式单调，学生通常是按照特定的教材上已有的操作方法以及步骤完成实验内容，导致学生在实验过程中缺乏对于实验的兴趣、探索以及求职欲望，只是接收实验课本或者教师的内容，并不能完全理解实验涉及的现象和实验原理，并且缺乏对于实验过程中涉及的知识和理论的深入理解，最终导致学生对于有机化学实验的教学参与度较低，学生在实验操作过程中，完全按照老师给定的实验步骤和药品用量进行操作，对实验现象的观察和实验数据的分析不够深入，学生实验操作能力和动手能力不足，很大程度上影响了有机化学实验的教学效果和学生科研能力和素质的培养，不能达到有机化学实验课程的设计初衷[1]。因此，在有机化学的实验教学过程中应该与时俱进地转变教育思想，结合新时代教学模式的变化，需要革新现有的教学观念以及教学模式，使得学生开启科研创新之路，充分激发学生的实验兴趣，提高学生的课堂参与度，培养出具有较高理论水平和较强实验能力的创新型人才[2]。

有机化学实验的教学内容是以最简单、绿色环保的原料为起点，通过一些合成手段制备一些复杂的化合物为主线，主要涉及分子合成、材料制备、化合物分离与提纯、分析测试与性能研究等实验环节，整个过程既包含有机化学实验的操作方法，又体现有机化学与其它学科间的交叉融合。因此，在有机化学实验中开展翻转课堂和思想实验相结合的实验设计，再辅助采用研究型、课题式教学模式，在教学中有意识地、创新性的引入科研思维训练，将课程思政理念渗透到教学的过程当中[3]。现在针对在有机化学实验教学中的一些经验总结如下：

1 实验课程安排与学生所在学院研究内容相结合

近年来，随着一些新的反应类型、新的技术路线、新的合成方法的不断涌现、新的现代分析及表征技术在有机化学实验中广泛应用[4]。因此，在实验课程安排中有必要设计到此方面的内容。在课程的编排过程中，要加强学生的基本操作训练以及科学方法的培养等，还要适应不同的培养目标包括教学、科研人才的培养以及将来从事工业化生产的相关能力。此外，为了使学生尽快的了解自己所在专业的研究内容，研究重点以及研究特点，可以在实验课程中安排与其所在学院的科研方向和研究内容密切相关的、有代表性的、典型的有机反应类型，特别是相关领域近年来所取得的新方法、新成果、新技术等。我们团队在自编教材《有机化学实验》的基础上，经过近10年多次修订，完善了有机化学反应的基本操作知识点，注重安全和规范操作在实验中的重要性，着重培养学生严谨、科学、认真和规范的工作态度和化学实验技能。2019年出版了《有机化学与光电材料实验教程》这本书，与原教材相比，内容上保留了有机化学实验基本技能的相关操作和典型反应，着重增加了有机电子学的相关知识、实验操作要点和技能训练，包括有机分子及其光电功能性质介绍、有机化合物特殊制备技术、有机半导体器件应用、材料分析技术与方法等方面的内容[5]。

2 改进实验操作模式，变通考试模式，启发学生创新能力

利用南京邮电大学虚拟方针实验平台，近年来虚拟仿真实验受到了大家的广泛推广，如南京邮电大学的国家级金课“傅克反应—螺芴氧杂蒽(SFX)的一锅法串联反应虚拟仿真合成”[6]。利用虚拟仿真技术，将圆底烧瓶、锥形瓶、冷凝管、旋转蒸发仪等一些实验“装备”一一出现在电脑屏幕上。屏幕右下角的小机器人会提示“取出圆底烧瓶”“称量药品”“打开活塞”等一系列的操作，我院本科生可以按照实验教学项目的演示进行操作。在实验平台上，设计了演示与教学实验、练习与考试实验及思维拓展实验三个项目，学生通过演示版学习后，在类似游戏的界面上，点击鼠标，取反应瓶等“装备”，完成萃取、重结晶、干燥和柱层析等任务。在考试实验中，将根据学生的实验操作情况，进行精准评分，让老师及时掌握学生的学习情况。在思维拓展实验中，只有对反应的优化条件正确选择，才能最后通关，获得化学产物。如果进行顺利，操作熟练，15分钟时间就可以完成一个“化学游戏”。学生在此过程中，能够了解傅克反应原理、芳烃化合物的傅克反应活性，掌握“一锅法”制备螺芴氧杂蒽的反应原理和方法等，同时对动力学、热力学、芳烃化学会有深刻的认识，还能顺便了解一些关于有机电致发光器件相关的产业知识。学生通过一台电脑便可以轻松学习化学实验操作，掌握十三年的科研精髓。这种模式的实验创新不仅可以增强学生的学习兴趣、课堂参与度，而且可以利用多种模式提高教学效果，增加学生对于相关知识点的理解以及深化，有利于学生掌握关键的实验技能和方法。2020年，突如其来的新冠肺炎疫情，打破了我们正常的生活，由于学生们尚不能返校学习、实验。其实线上教学是对所有老师、学生和家长增添了很多挑战，我们利用MOOC教学、虚拟仿真实验、chemdraw等软件、雨课堂线上教学平台、再辅助腾讯课堂、微信、QQ等多元化的学习网络，加深学生对线上实验的操作能力和细节的把握，加强学生们的操作技能和巩固实验的能力。

3 革新实验教学方法并与先进仪器和设备相结合

在实验制备的过程中，学生更加容易接受先进的实验技术以及教学方法，从而提高参与的积极性。比如，在虚拟仿真实验的基础之上，利用现代的虚拟现实(VR)技术，将先进的实验课程或者新的实验内容结合，是学生在及其安全的情况下，完成了自己的实验，从而增加其学习兴趣，并且可以加速信息+化学的交叉学科人才培养，培养出更多具有交叉学科融合能力的学生。采用先进仪器教学和设备，利用时下兴起的多媒体教学技术、翻转课堂、MOOC等形式给予学生一些新的课程内容来丰富有机化学实验的课程。

在有机化学实验课堂教学中引入与当前前沿以及热点科研方向和研究内容密切相关的、有代表性的、典型的有机实验内容，在基础的实验教学中引入科研训练内容，一方面，提高学生的积极性和实验兴趣，通过新型的课堂教学方法，加强学生的基本操作以及科学方法的培养，训练学生科学的思维方式，另一方面，利用最新的科学技术培养新型的专业性人才，加速信息与化学的交叉学科人才培养，培养出更多具有学科交叉融合能力的学生，满足高等教育对创新型人才培养的需求，实现培养高素质复合型人才的目标。