高等理科教育实践教学实施路径研究与探索——以“有机化学”为例

李振兴

中国石油大学(北京)新能源与材料学院 北京 100044

一、概述

高等理科教育是我国经济发展的基础,也是影响我国科学技术进步的重要因素。当前,我国高等理科教育的发展,对内急需培养大量创新型、应用型、复合型人才,对外急需培养国际顶尖人才,以促进国家现代化经济体系建设和未来战略竞争,这是我国高等理科教育发展的重中之重。我国高等理科教育的改革和创新,不仅推动了教育的发展,也为我国经济发展奠定了坚实的基础。以“有机化学”为例,“有机化学”内容繁多、知识结构复杂,是一门重要的基础学科,而且它也是符合现代应用的复合型化学工作者不可或缺的课程。其教学宗旨是通过对“有机化学”课程的学习,加深学生对有机化学的认识、掌握与运用,对有机化合物的反应、合成、反应机制、化合物之间的交互转化、制备方法和应用有深刻的理解,同时,为化学工作者日后的科研打下坚实基础,促进我国科研综合实力的提升。

针对传统有机化学教育目标,培养学生掌握有机化学基础知识、理论与技能,以适应化工教育、技术及管理领域。如今,高素质人才培养模式下,有机化学教育目标应不仅满足传统目标,更要储备学生成为胜任社会工作的人才。因此,有机化学教学需要不断创新与改进,成为必然的发展趋势[1-4]。

二、高等理科教育实践教学实施路径需面临的问题

目前,部分高等学校的高等理科教育实践教学实施路径阶段存在着脱节现象。以“有机化学”为例,主要表现在以下几点[5]：

(1)教学方式单一,有机化学本身机理方面就较为枯燥、难懂,单一的、单边的教学方式不利于学生融会贯通,但是,目前我国大部分的“有机化学”教学仍然是教师讲课、学生听课的上课模式,对学生的专业研究能力的提高并不能产生较明显的效果。

(2)大部分教学不能使学生把有机反应应用到实际中去,并且灵活地利用反应机理来说明有机反应现象的教学很少。为取得更好的教育成果,以“有机化学”为例,我们初步研究和探索了更适应人才发展需求的高等理科教育实践教学实施路径,实现以能力培养、研究式教育为目标的优质高等教育。

(3)经典有机化学教材的知识体系和基本内容基本相同。教材的具体内容主要包括各种有机化合物的命名、物理性质、化学性质、来源和制备方法。缺少对两个关键问题的关注:一是对有机化学反应机理的深入解读和分析;二是先进的研究和应用实例。课程内容更新缓慢,知识结构和体系陈旧。

(4)有机化学的授课模式是固定的,一般是按照现行教科书的规定,按照有机化合物的种类,严格讲解各种化合物的命名、物理性质、化学性质、由来、制备方法等。有机化学是在研究有机体中发展起来的一门学科。随着发展和认识的不断深入,已经形成了与人类生产生活密切相关的知识体系。在有机化学的教学过程中,教学内容众多,知识结构混乱,学生缺乏总结和组织能力,难以上手。并且现有的知识框架缺乏逻辑性和系统性。它一般以复合词的范畴作为分类和介绍的主线,学生主要通过记忆来学习,未能达到理想的教学效果。

(5)在课程中疏忽了学科的交叉融合。随着对有机化学的不断探索,已经形成了与其他学科密切相关的知识体系。对化学系列专业的有机化学科目杂环化合物、糖类和蛋白质等章节自学或内容有些理解存在疏忽,可加强有机化学和生物研究之间的联系,可进一步促进学科交叉融合。

(6)课程过于强调基础而轻应用。有机化学的教学以基础理论的教与学为主,教材和教具中涉及的反应实例主要停留在实验室研究,很少引用工业生产的实际实例。作为讲师,大多数教师没有工厂生产的实际经验,缺乏经验和深刻体会,在教学中不能有效地与生产实践结合。作为学习者,他们不能正确理解理论在实践中的重要性。对理论学习产生厌倦感,缺乏学习积极性。

(7)地方应用型高校学生自主学习能力差是有机化学教学中的一个难题,如何采取有效措施提高学生自主学习能力是提高教学质量的关键环节之一。为解决这一问题,将现代信息教育手段与教学相结合,可以提供切实有效的解决方案。

三、“有机化学”实践教学实施路径研究与探索

(一)教学方法多样性

由于传统的教学工作中普遍存在教学方法单一、授课过程枯燥乏味等缺点,所以在实际教学过程中,每种教学方法都不应该独立存在,是多种教学方法相辅相成的,可结合授课内容进行方法转变。以下几种教学方法可进一步优化教学过程[6-7]。

1.兴趣驱动法

众所周知,有机化学作为一门涉及理论和反应较多的课程,例如价键理论、电子效应和共振论等内容相对枯燥,作为初学者,很难从课本上的知识与实际生产生活相关联,因此很容易失去兴趣。在备课过程中授课老师需要查阅大量的文献和资料,需要对当今时事热点进行了解,将枯燥乏味的知识与当下流行的元素相结合。这不仅能够使学生加深对知识点的了解,还可以激发学生对“有机化学”课程的学习兴趣。例如,不粘锅已经成为炒锅产业发展的流行趋势,几乎大部分的家庭均使用了不粘锅,不粘锅具备不粘食物的特性,其实是因为锅内涂了一种被称作“特富隆”的特殊物质。这种物质的化学名为聚四氟乙烯,常被俗称为“塑料王”。所以教师在授课过程中可以引入这样的例子,激发学生们对有机化学的兴趣。

2.现代化的教育技术教学法

利用现代化的教育技术来改善课堂环境、激发学生学习兴趣,加强师生交流,提高有机化学教学质量。例如,制作丰富立体的多媒体课件可以增加课堂趣味性和活力,使教学课堂富有生机。除了理论知识相对较强、学习难度记忆难度较大外,有机化学中,立体化学常常让学生感到困难。判断原子或基团在空间中的位置,以及如何确定其R、S构型和对映异构体,这对学生来说始终是个难题。使用多媒体作为教学辅助,可以显著提高学生对这一部分知识的理解。比如对乳酸R、S判断的时候,空间想象能力差一点的同学就不知道-H、-OH在空间里怎么摆放。每个原子和基团通过多媒体课件辅助教学,用不同的颜色、大小进行区分,十分立体,学生可以一目了然地看到-H和-OH在空间中的位置。显然,使用多媒体课件作为辅助教学工具不仅可以帮助学生理解知识,还可以使课堂更加生动活泼[8]。

3.第二课堂教学法

第二教室是与第一教室有关的教学活动。从教学的内容上讲,其根源在于教材,但对素质教育的培养起着重要作用,它的学习地点具有多样性,可以在学校,也可以在社会开展。例如,为了更好地提高学科的前沿性,营造一种浓郁学校的学术氛围,可以邀请化工专业的专家对国内化工发展现状进行分析讲解,不仅可以促进学术交流,还可以让学生们了解学科最新进展。讲座上,学生们与校外专家热情交流,对化工领域近年来的热点问题作深入分析,突显了“有机化学”理论在前沿科学应用中的重要性。因此,在“第二课堂”的支持下,学生能够更多接触科研,其在引导和启发学生方面扮演重要角色,使得有机化学理论应用于科研领域。通过参加不同专家学术讲座,运用其有机化学知识,学生与专家一同分析并探讨科研方向,大大提高了学生的学习积极性和参与感,营造出了优质的学习氛围。

4.小组讨论法

在讨论教学法中,为了激发学生的兴趣和积极性,老师精心设计讨论的问题和情景。通过问题和情景引导学生自己发现问题,提出问题,使学生主动产生学习兴趣。教师设计的讨论题应尽可能与课本知识和实际生产相结合,特别是与实际工业生产中遇到的技术问题和瓶颈问题相结合。例如,在讲述本章醛类、酮类等碳基化学物质的内容时,结合对甲醛在生活中危害的了解,可以设计如何通过碳基化学反应去除室内装饰或家具中存在的甲醛的危害。把学生分成小组,下课后查看资料,上课时讨论。在讨论过程中,引导各组学生发现问题,互相讨论。讨论中要结合教材的理论知识解决提出的问题。这种讨论式教学方法,使学生教科书深化对理论知识的认知,灵活运用它能够解决实际问题,而且提高了学生的思维能力、口头能力、团队合作能力、自学能力和创新能力的培养,真正提高了学生的综合素质,适应应用型人才的培养需要。

(二)课堂内容和考核方式多样化

为了使广大学生增强学习的主动性,使课堂教学更加生动活泼,培养学生的科学素养,增强学生的创造性,需要在教学过程中着重优化课堂内容[8-9]。

1.丰富课堂内容,激发学生兴趣

授课教师在备课过程中着重介绍一些名人的背后故事、有机化学历史上的著名事件、化学公司的发展等相关内容,将显性的知识传授和隐性的德育熏陶融会贯通。例如,在讲授烯烃部分时,教学课程导入:2005年,诺贝尔化学奖授予了在烯烃复分解反应方面做出突出贡献的三位科学家——法国科学家肖万、美国化学家施洛克和格拉布(Grubbs)。因此可以激发学生的爱国主义精神,增强责任担当意识,激发学生对“有机化学”的兴趣和积极性。

2.加强实验教学,深化理论知识

传统的有机化学实验授课过程中,授课教师需要花费大量时间介绍操作方法、步骤和注意事项等,并进行演示,但是缺少创新能力的培养,这样导致学生只会重复实验而无法培养他们的创新能力。但是,有机化学的实验课不仅要锻炼学生的动手能力,还需要培养他们如何设计实验、如何完成这个设想,这是创新能力的培养。因此授课教师首先应要求学生独立规划实验流程,然后协助学生分析反应机理,探讨实验的可行性,提前为学生分析此实验的危险性,最后教师应为学生集中采购试剂并提供实验平台,使学生真正将具有研究价值的设计型实验融入教学过程。

3.优化考核方式,学生更加重视

传统上,理论性较强的课程采用闭卷考试的方法。“有机化学”也属于理论课程,但是由于学生化学基础和专业背景存在差异,所以考核方式可以多种多样。为必考科目的学生进行闭卷测试,学生选修课采用封闭式,开放式或难度低的纸质考试等方式。评估的目的是评估学生整体的学习成果。通过这种灵活的评价,学生可以更好地学习评价内容,深入了解有机化学过程,减少过多的压力。

4.创新试卷类型,强化应用能力

为了提高试卷的质量,测试学生分析问题、综合运用知识和解决实际问题的能力,需要对有机化学试卷的结构进行调整。试题以客观题(包括反应式)、应用分析题(基础理论分析、机理分析、光谱分析)和复合题为主,取代了传统的选择题、填空题和判断题,注重对学生综合分析能力和实际应用能力的考核。

5.精简教学内容,确保授课内容主次分明

针对“高等有机科学”课程内容过多、课时过少的问题,通过采用“主线”教学法,使授课内容简洁流畅。如在活性中间体一章中,碳正离子的研究是最早、最深入、应用最广泛、涉及最基本的反应过程,以碳正离子为例,其结构、制备方法和影响其稳定性详细说明了留存的原因。为了节省教学时间,对于碳、氮的含量,只讲授简单的分析结构和制备方法。

(三)加强师资建设打造实践型的师资队伍

教师作为教学活动的主导者,拥有什么样的教师团队将极大地影响教学模式的质量。因此,为了构建应用型人才培养模式,有必要更新教师队伍。目前,虽然中国高校教师普遍具有较高的学历,他们往往有深厚的理论知识储备,但是实践经验相对不足,在应用型人才培养中,教师对实际应用等过程进行指导。此外,还可以根据时代和行业的变化进行就业指导,发展应用型人才培养,建立实践型教师队伍是非常重要的。因此,高校未来应积极推进双师型教师队伍建设,加强与相关企业的合作,使教师达到理论与实践的平衡,将具有深厚教学经验的教师和具有丰富工作经验的人员融合成一支教师队伍。并依托校企合作、大学生创业项目等平台下建立的实训基地,开展应用型综合人才培养。

四、“有机化学”课程教学改革的成果

通过合理地调整课堂内容和考核方式,采用不同的教学方式,不断探索和改善教学方法,结合实践经验,有助于提高有机化学教学质量,能培养出适应社会需求的高技能人才。通过对有机化学教学的改革,一方面,学生们对有机化学的兴趣显著提高,因此毕业生考研率直线上升,毕业后继续从事化工行业的学生也逐渐增多,学生发表科研能力的水平明显提高;另一方面,教学改革进一步提升了教师的科研水平,激发了授课教师教学热情,促进了教学和科研的发展,提高了教学效果。

结语

本文结合当前高等理科教育实践教学面临的问题以及有机化学的特点,为进一步激发学生学习有机化学的兴趣,培养学生运用有机化学理论知识解决问题的科学素养的创新能力的增强。因此提出了教学方法多样性、课堂内容和考核方式多样化的新想法,有机化学教学改革的目标是全面提高有机化学教学质量,建设中国石油大学(北京)一流的本科教育队伍。希望能为我国高等理科教育,特别是有机化学教育改革提供有益的参考资料。