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淺析有機化學實驗教學改革的探索與實踐論文
1引言
有機化學實驗是一門重要的基礎實驗課,是化學、化工、材料、生命科學、環(huán)境科學、醫(yī)藥及海洋等學科學生必修的主干課程之一。通過實驗課的教學,不僅能培養(yǎng)學生熟練的實驗技能,加深對有機化學基本理論和概念的理解,還可逐漸培養(yǎng)學生觀察、思考、解決問題的能力,樹立嚴謹?shù)目茖W態(tài)度,以提高學生的綜合素質和創(chuàng)新能力。
1999年,廈門大學啟動本科基礎化學實驗教學改革,著眼于以素質與創(chuàng)新精神培養(yǎng)為重點的新教學實驗體系的構建。2001年,我校又全面啟動化學實驗教學示范中心的建設,并根據(jù)“以學生為本”的實驗教學理念,對管理體制、課程體系和教學內容體系進行全面的改革。實踐證明,實驗教學改革取得了一定成效,2005年我校化學實驗教學中心榮獲教育部公布的化學類第一批國家級實驗教學示范中心稱號。本文結合我校有機化學實驗教學的具體情況,闡述了在實驗內容、教學方式和考核評價體系三方面進行的改革探索與實踐。
2改革實驗教學內容
以往的實驗課程多是以理論課程為主設置的驗證式實驗,將化學實驗局限在傳統(tǒng)的二級學科范圍內,不合理地割斷了化學學科內在的聯(lián)系。基于傳統(tǒng)有機化學實驗內容上的缺點和不足,我校從以下幾方面進行了改革。
2.1實驗教學內容“綠色化”
傳統(tǒng)的常量實驗藥品用量大導致教學經(jīng)費投入大,資源利用率低,環(huán)境污染嚴重等。相對于常量實驗,小量、半微量實驗對學生實驗技能、實驗的準確性和精密度、學生自身綜合能力都提出了更高的要求。我校編輯的新版教材《有機化學實驗》中,本著盡量安排符合“綠色化學”要求的實驗原則,根據(jù)不同的要求,每個基本操作及合成實驗都涉及小量、半微量或微量實驗操作。
綠色化的教學內容是實施綠色化教學的核心問題,我校對實驗內容的“綠色化”也進行了相應的調整。微波化學作為化學領域中的新興學科在國外的研究十分活躍,微波化學反應因其高效節(jié)能無污染,屬于綠色化學的范疇。在2006年德國召開的IUPAC(國際理論和應用化學聯(lián)合會)第一屆綠色化學會議中,微波化學就是其中的重要一項議題。因此,在我們的新版教材《有機化學實驗》中增加了微波合成的內容,包括阿司匹林、乙酰苯胺等的小量微波合成。
2.2實驗教學內容“優(yōu)化”
優(yōu)化和重組了實驗教學的內容與結構,從“基礎、綜合、設計”三個層次上全面培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新意識。
基礎實驗不僅訓練學生的基本操作技能,提高學生的動手能力、操作規(guī)范,養(yǎng)成學生良好的實驗習慣,而且為以后的綜合實驗和設計實驗打下堅實的基礎。基礎實驗內容包括實驗室的安全和注意事項、工具書的使用、常規(guī)儀器的熟悉和使用、化學藥品的性質、規(guī)格和使用等。其中常壓蒸餾、減壓蒸餾、水蒸氣蒸餾、萃取、重結晶、熔點的測定、升華等基本操作實驗,我們采用對比法讓學生盡快掌握。
綜合實驗以制備實驗為主,將實驗教學大綱中所要求的基本操作、性質實驗融合在每次的制備實驗中,在各種制備實驗中反復訓練基本操作技能。如:在肉桂酸的制備實驗中,不僅要求掌握回流、水蒸氣蒸餾、重結晶等基本操作,還需測定產(chǎn)品的熔點,并根據(jù)α,β-不飽和酸的特點,進行初步的性質檢驗。這樣既節(jié)省實驗時數(shù),又降低藥品的消耗,擴大了實驗教學的信息量,強化了基本操作,提高了學生的學習興趣和實驗教學效果。
通過基礎和綜合實驗技能的培養(yǎng),在學生基本掌握實驗技能的基礎上開展設計實驗。教師提前兩周提供選題,學生選擇感興趣的實驗,再進行實驗前的文獻查閱,對實驗的原理、試劑和儀器,操作步驟等自行設計。實驗前學生進行實驗原理和步驟等的闡述與講解,教師參加討論并給予適當?shù)闹笇?學生根據(jù)自己設計的方案獨立完成實驗。設計實驗大大提高學生的實驗積極性、主動性,以及學生分析問題和解決問題的能力,加強綜合素質的培養(yǎng)和提高。
2.3實驗教學內容“更新”
實驗教學內容需要及時的修正。如:在肉桂酸的制備實驗中,早期的實驗教材中采用氫氧化鈉溶液來中和反應混合液,而實踐證明強堿氫氧化鈉易使未反應的苯甲醛發(fā)生歧化反應,生成苯甲醇和可溶于水的苯甲酸鈉。這樣就不能由水蒸餾將苯甲酸鈉除凈,酸化后生成的苯甲酸與肉桂酸混合物影響產(chǎn)品純度。因此,在我校使用的新教材中將氫氧化鈉改為了碳酸鈉,能獲得更好的實驗效果。
除了重要的傳統(tǒng)有機反應類型外,在學生已基本上掌握有機化學實驗的基本操作和技能基礎上,適當開設多步驟合成實驗,把前一步實驗的產(chǎn)品作為后一步實驗的原料。由于每一步產(chǎn)品的產(chǎn)率及純度都關系到下一步實驗的進行,這就要求學生必須細心操作。通過這種復雜的有機合成實驗,使學生掌握各類有機化學反應的機理、各種官能團之間轉化的方法,,從而全面了解有機化合物的內在關系,并且使學生的實驗綜合能力也得到提高。
適當增加應用性實驗。為加強學生應用學科知識和綜合能力的培養(yǎng),使學生明確化學與生活的關系,并激發(fā)學生對有機化學實驗的興趣,我們在有機化學實驗的教學中,相應地增加了一些關于香料、藥物的合成及天然有機物的提取等應用性的實驗,能達到好的教學效果。
3改革實驗教學方法
傳統(tǒng)的有機化學實驗教學方式是教師“照本宣科”,學生“照方抓藥,做完了事”,形成“教師講的累,學生聽的煩”的惡性循環(huán),學生沒有了自由發(fā)展和自我思考的空間。這種教學方式,既束縛了學生創(chuàng)造性思維的發(fā)揮,又不利于學生實驗能力和科學創(chuàng)造力的培養(yǎng)。
3.1注重“學生預習、教師備課”
學生實驗前,必須認真預習實驗內容,寫出具有一定規(guī)格的預習實驗報告,在我們要求學生在預習時要做到“看、查、寫”三點。“看”就是要求學生仔細閱讀與實驗有關的內容,如實驗原理、實驗步驟、實驗注釋以及實驗中的注意事項等;“查”就是要求學生通過查閱資料來了解本次實驗中要用到化合物的性質和物理常數(shù);“寫”就是要求學生在“看”和“查”的基礎上認真做好預習筆記,使學生對本次實驗有一個整體的把握。這種預習方式?jīng)Q不是按教材上的內容簡單“照抄”,其目的是讓學生對所要做的實驗做到心中有數(shù)。
作為實驗教師也應該認真?zhèn)湔n。實驗課的備課不僅要求教師掌握和講述實驗有關的原理等理論知識,還要掌握本次實驗過程中可能出現(xiàn)的問題和難點、疑點,做到“成竹在胸”。近年來,不斷有年輕的新教師參與有機實驗的教學工作。由于教學經(jīng)驗不足,加上所受的有機實驗技能訓練也參差不齊,因此對有機化學實驗任務與要求的理解也不同,特別是對基本實驗操作的規(guī)范要求不完全統(tǒng)一。因此,我們采用了以“老帶新”以及新教師必須經(jīng)過嚴格的培訓,試講合格才能上崗進行實驗教學的措施,保證實驗教學的高質量、高水平。我校在1998、2000年連續(xù)兩屆全國大學生化學競賽中榮獲有機實驗操作個人第一名,2006年第五屆全國大學生化學實驗邀請賽又獲得一枚金牌和兩枚銀牌的佳績。
3.2注重“學生成為教學主體”
改革教學模式,就是要在實驗教學這個舞臺上,教師由“主角”變成“導演”,而學生由“觀眾”變成了“主角”,通過實驗探索,由感性認識升到理性認識。學生由知識的被動接受者變成知識主動的發(fā)現(xiàn)者,成為教學主體。這就要求主講教師在講解實驗課時,不但要簡明扼要,抓住重點、難點講授,而且還要生動形象,富有啟發(fā)性。在講授實驗課時,教師應盡可能加大學生的思維量,讓學生自己去探索、發(fā)現(xiàn)問題,尋找規(guī)律,并加以總結和提高。例如采用討論式、提問式、發(fā)現(xiàn)式、比喻式、啟發(fā)式、比較式等多種方法對學生加以引導,把學生放在主導地位,由他們自己完成對本次實驗課內容的理解和掌握。這種教學模式,能提高學生的主動性,課堂氛圍良好而又互動。
3.3注重“多媒體教學與傳統(tǒng)教學相結合”
實驗教學中多媒體的應用可以提高學生的興趣。采用Powerpoint以及Flash動畫相結合的課件演示,在一定程度上避免了傳統(tǒng)實驗教學中教師在黑板上板書的單調與枯燥。當然,對于實驗原理或反應機理等重點還應結合板書,才能重點突出,否則學生光看課件就會覺得像放電影一樣一晃而過,無法達到最佳的教學效果。再如,利用《有機化學實驗MMCAI教學課件》,學生可以在電腦中進行模擬實驗儀器的選擇、儀器的順序安裝和拆卸等,提高了實驗的新鮮感。如果只用CAI教學軟件,不用真實的實驗儀器進行演示,學生面對真實儀器不知如何操作,所以先進的CAI教學只有和傳統(tǒng)實際演示相結合,才能成為完美的教學手段。
4完善考核評價體系
實驗成績評定制度直接影響著學生對實驗課學習的態(tài)度和積極性。規(guī)范的實驗成績考核制度是為了充分調動學生學習的積極性,培養(yǎng)學生綜合素質和創(chuàng)新能力。
實驗成績評定,應避免根據(jù)各次實驗成績計算平均分的方法,這樣反映不出學生對實驗方法和實驗技能的掌握情況。為此,我們不斷完善了考核評價體系。對有機化學實驗課成績的考核分平時考核和期末考試兩部分。學生的實驗課成績以平時考查為主,占總分的60%,平時成績又分預習報告(20%)、實驗操作(40%)、實驗報告(40%),每次實驗均按上述項目及比例給出成績;在課程結束時,為了進一步復習和鞏固實驗教學內容,我們將進行期末考試,期末考試占總分的40%,期末考試又分筆試和實驗操作兩部分,其中筆試成績占40%,操作考試占60%。由于各個實驗班的主講老師評分尺度有所差異,我們再將各班的學生成績進行排隊,最后將學生的實驗成績評定為“優(yōu)、良、及格、不及格”四個等級,其中“優(yōu)”的人數(shù)占全班總人數(shù)的15%。這種考核辦法,體現(xiàn)了宏觀和微觀相結合,橫向和縱向相交疊,比較全面、客觀、公正地反映了學生學習有機化學實驗的實際情況,提高了學生對有機化學實驗課學習的積極性、主動性和熱情。
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