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關(guān)于有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)改革模式的探索與實踐論文
有機(jī)化學(xué)實驗是培養(yǎng)學(xué)生動手能力、實驗技能和思維創(chuàng)新能力的重要課程。因而，有機(jī)化學(xué)實驗內(nèi)容改革和實踐是有機(jī)化學(xué)教學(xué)最基本的任務(wù)。如何在有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)中樹立以學(xué)生為本，知識傳授、能力培養(yǎng)、素質(zhì)提高協(xié)調(diào)發(fā)展的教育理念和以能力培養(yǎng)為核心的實驗教學(xué)觀念，建立有利于培養(yǎng)學(xué)生實踐能力、開拓意識和創(chuàng)新能力的綜合性、創(chuàng)新性、研究性、微型、綠色性、實用型等多種實驗教學(xué)模式，深化實驗教學(xué)改革，已成為高校教師所關(guān)注的課題。構(gòu)建研究型實驗教學(xué)平臺，實施創(chuàng)新性實驗教學(xué)，在實驗教學(xué)過程中積極推廣啟發(fā)式、互動式、研究式教學(xué)新模式，已成為北京大學(xué)、清華大學(xué)、南開大學(xué)、武漢大學(xué)、南京大學(xué)等高等院校教學(xué)改革的重點。
一、有機(jī)化學(xué)實驗的現(xiàn)狀
目前，大部分高等院校開設(shè)的有機(jī)化學(xué)實驗主要是單科性的基礎(chǔ)性驗證型實驗。在整個實驗過程中，學(xué)生機(jī)械地照搬實驗教材內(nèi)容，教師則過多地注重學(xué)生掌握基本實驗操作技能，忽視對學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象、分析實驗結(jié)果、處理實驗數(shù)據(jù)的動腦能力的培養(yǎng);驗證性實驗較多，而探索性、開發(fā)性實驗較少的傳統(tǒng)實驗教學(xué)體系已不利于應(yīng)用型人才的培養(yǎng)，不利于學(xué)生綜合實驗設(shè)計能力的培養(yǎng)，限制了學(xué)生的創(chuàng)造性思維。而且許多實驗選用的原料、溶劑或催化劑等毒性較大，實驗過程會產(chǎn)生大量的“三廢”等有害物質(zhì)，不符合綠色化學(xué)發(fā)展的要求。因此，開設(shè)小量化、微型化有機(jī)化學(xué)實驗，以滿足綠色化學(xué)的發(fā)展;減少單科性、驗證性實驗，增加綜合型、研究性實驗;將傳統(tǒng)的課程進(jìn)行重新組合與優(yōu)化，進(jìn)行開放式、自學(xué)式、講授式等多種形式的實驗教學(xué);把最新科研成果轉(zhuǎn)化為實驗項目，把新技術(shù)、新儀器和新方法引入實驗教學(xué)，以提升實驗課的水平，已成為各高校教學(xué)改革的重點。
二、有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)改革模式的思考
(一)綜合型實驗教學(xué)模式
綜合性實驗是學(xué)生在完成基礎(chǔ)實驗、具有一定實驗操作技能的前提下，結(jié)合各專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和生產(chǎn)實際，進(jìn)行更系統(tǒng)、復(fù)雜的有機(jī)合成實驗。綜合有機(jī)化學(xué)實驗是以有機(jī)合成為主線，輔以常規(guī)分析及儀器測量等手段來培養(yǎng)學(xué)生綜合解決實際問題的能力。綜合型實驗內(nèi)容涉及本課程的綜合知識，學(xué)生通過若干個單元的實驗，受到綜合型實驗思想、技能、研究方法和手段的訓(xùn)練。綜合實驗既包括多步驟連續(xù)綜合實驗，又包括合成、分離、提純以及檢驗等實驗。如“呋喃甲醛的Can-nizzaro反應(yīng)”。該實驗屬于多步驟的有機(jī)合成綜合實驗，實驗包括原料的精制、產(chǎn)物的合成、分離、提純、檢驗。需掌握的基本操作技能包括：減壓蒸餾、歧化反應(yīng)、萃取、蒸餾、重結(jié)晶、測熔點、折光率測定等。通過該實驗項目的開設(shè)，學(xué)生的綜合實驗?zāi)芰翱茖W(xué)素質(zhì)可得到培養(yǎng)及提高。
(二)研究型、設(shè)計性實驗教學(xué)模式
研究型教學(xué)模式是指在教學(xué)過程中，教師模擬科學(xué)研究活動所設(shè)計和組織的一種課堂教學(xué)，以教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的知識積累為基礎(chǔ)，為學(xué)生營造一種類似于科學(xué)研究的學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)習(xí)氛圍。學(xué)生通過此途徑實現(xiàn)獲取知識、訓(xùn)練思維、培養(yǎng)能力、發(fā)展個性的目的。
設(shè)計性實驗是在完成基礎(chǔ)性實驗和綜合性實驗基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生科研能力和綜合素質(zhì)而開設(shè)的實驗。學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料、自行設(shè)計實驗方案、利用實驗室開放時間獨立完成自己感興趣的實驗。這是培養(yǎng)學(xué)生查閱中外文參考資料、獨立分析和解決問題、提高實驗操作技能和觀察實驗?zāi)芰ψ钪苯拥慕虒W(xué)、科研方式。如清華大學(xué)開設(shè)的“四氫咔唑及其衍生物系列合成”實驗，整個實驗過程涉及氧化、親電取代、消除、偶聯(lián)、配位化學(xué)、組合化學(xué)等一系列不同的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)類型和概念。該類實驗是系列合成，實驗技術(shù)幾乎涵蓋基礎(chǔ)實驗中所有的操作技術(shù)，甚至還涉及很多新的實驗操作技術(shù)，如：微波的使用、TLC跟蹤實驗、柱色譜分離產(chǎn)物，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀的使用等。
(三)創(chuàng)新型實驗教學(xué)模式
實踐教學(xué)是創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，它對提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新與實踐能力具有特殊的作用。經(jīng)典實驗中引導(dǎo)創(chuàng)新，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，實現(xiàn)基礎(chǔ)與創(chuàng)新的有機(jī)結(jié)合，是創(chuàng)新性實驗的主導(dǎo)思想。浙江大學(xué)化學(xué)實驗中心積極進(jìn)行有機(jī)化學(xué)實驗課程體系改革，開發(fā)出一系列的創(chuàng)新實驗項目，如乙酸正丁酯的合成采用不同的方案進(jìn)行合成;乙酰苯胺的制備中產(chǎn)品的純化采用不同的溶劑進(jìn)行重結(jié)晶探索;肉桂酸的制備分別采用傳統(tǒng)的加熱方式和微波輻射進(jìn)行合成。通過對比實驗探索，學(xué)生的創(chuàng)新能力可得以提高。
(四)綠色化實驗教學(xué)模式
綠色化學(xué)實驗是在傳統(tǒng)實驗教學(xué)基礎(chǔ)上的升華，是將綠色化學(xué)原理運用于實驗的設(shè)計中的一種教學(xué)模式。肉桂酸是合成農(nóng)藥、藥物、香料等化學(xué)品的重要原料，也可作為殺菌劑、防腐劑。傳統(tǒng)的有機(jī)合成實驗中肉桂酸的制備方法采用苯甲醛與乙酸酐縮合脫水而制得，這種縮合反應(yīng)時間長、溫度高、產(chǎn)率低。利用乙酸銨為催化劑，在微波輻射下由苯甲醛和丙二酸在無溶劑的條件下縮合，合成的肉桂酸反應(yīng)時間短，實驗過程簡單，產(chǎn)率高，基本無環(huán)境污染，是一種綠色化實驗教學(xué)模式。微型實驗也是實現(xiàn)綠色化教學(xué)模式的一個途徑。
微型化學(xué)實驗是在微型化的儀器裝置中進(jìn)行的化學(xué)實驗，具有試劑用量少、污染少、反應(yīng)時間短、實驗獲得的信息量大等優(yōu)點。如“苯甲酸制備的微型化實驗”同常量實驗比，就具有上述優(yōu)點。
開展多媒體進(jìn)行模擬化學(xué)仿真實驗，實現(xiàn)綠色化教學(xué)，已成為近幾年國內(nèi)外高�；瘜W(xué)教學(xué)改革的熱點。有機(jī)化學(xué)實驗自身存在一些問題：如成本高，周期長，實驗中反應(yīng)物和產(chǎn)物大多易燃，并且有毒、有害，實驗的廢棄物難以處理。因此，對有機(jī)化學(xué)實驗進(jìn)行計算機(jī)輔助教學(xué)是十分必要的。
(五)開放實驗教學(xué)模式
要提升實驗室建設(shè)水平，實現(xiàn)資源的合理配置和高效共享，則必須實行實驗室的開放。開放性實驗室既是時間和空間的開放，又為學(xué)生的主動學(xué)習(xí)創(chuàng)造了一個良好的外部環(huán)境。學(xué)生可根據(jù)自己的學(xué)習(xí)與實驗進(jìn)程，自主選擇實驗時間，把握動手操作的機(jī)會。中南大學(xué)在本科教學(xué)實驗室的建設(shè)與開放運行管理中，積極探索一條適合拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)的實驗室建設(shè)與開放的道路。學(xué)校根據(jù)實驗項目的性質(zhì)、資源的容量等探索了多種開放運行模式，對綜合性較強(qiáng)的專題實驗、課程設(shè)計等實現(xiàn)指定時間段的預(yù)約開放，為學(xué)生科學(xué)研究、工程訓(xùn)練及個性發(fā)展創(chuàng)造出先進(jìn)優(yōu)質(zhì)的硬環(huán)境。開放式實驗是一種有利于培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題、解決問題能力和創(chuàng)新能力非常好的教學(xué)方法，實驗室的開放運行會對實驗教學(xué)質(zhì)量的提高和學(xué)生能力培養(yǎng)起到進(jìn)一步的推動作用。
三、我校在構(gòu)建多種有機(jī)化學(xué)教學(xué)模式的探索與實踐
為了深化有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)改革，在有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)中更好地培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、實驗創(chuàng)新能力及環(huán)境保護(hù)意識，我們有機(jī)化學(xué)教研室的老師積極進(jìn)行有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)改革實踐，取得了一定的成績。如硝基苯胺和鄰硝基苯胺的薄層色譜分析實驗，因這兩種物質(zhì)均為高毒物質(zhì)，可引起比苯胺更強(qiáng)的血液中毒，皮膚接觸后會引起濕疹及皮炎，長期大量接觸可引起肝損害。實驗所用的展開劑甲苯對皮膚、黏膜有刺激性，對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有麻醉作用，對環(huán)境有嚴(yán)重危害，對空氣、水環(huán)境及水源可造成污染。為了構(gòu)建綠色化教學(xué)模式，我們對實驗進(jìn)行了改革，采用無毒的水和低毒的36%的醋酸為展開劑，對甲基橙和熒光黃進(jìn)行分離鑒定薄層色譜分析實驗，效果較好。我們有機(jī)化學(xué)教研室的孔祥文教授近些年用氨基磺酸、對甲基苯磺酸或固體超強(qiáng)酸來代替濃硫酸做催化劑分別用于制備4-乙酰氧基苯甲酸、阿司匹林和乙酸正丁酯。探索上述化合物綠色合成的新工藝，改進(jìn)后的實驗教學(xué)新工藝具有廉價、綠色、易操作等優(yōu)點，對工業(yè)生產(chǎn)及實驗教學(xué)有積極的指導(dǎo)意義。在“高校精品課程建設(shè)中實施創(chuàng)新教育的探索與實踐”一文中，孔祥文老師闡述了自身通過教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)方法的改革提高學(xué)生創(chuàng)新能力的方法，通過學(xué)年論文及大學(xué)生科技創(chuàng)新、創(chuàng)業(yè)等形式，使學(xué)生科研能力、分析和解決問題的能力得以增強(qiáng)。為了構(gòu)建研究型、設(shè)計型、綜合型有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)模式，我們結(jié)合科研不斷地探索各種模式實驗教學(xué)開展的條件及可行性，探索出了無機(jī)離子顯色劑7-(4-安替吡啉偶氮)-8-羥基喹啉合成及與銅的顯色反應(yīng)、多酸催化乙酸酯類化合物的制備研究等一系列綜合實驗項目的開設(shè)方案。在5-(4-安替吡啉偶氮)水楊醛的合成與分光光度法測定鈮(V)的綜合實驗中，我們通過重氮化和偶合反應(yīng)合成5-(4-安替吡啉偶氮)水楊醛，用自制的5-(4-安替吡啉偶氮)水楊醛作為無機(jī)離子顯色劑，與稀有金屬鈮進(jìn)行顯色反應(yīng)，探索顯色反應(yīng)的最大吸收波長、表面活性劑的選擇與用量、工作曲線的繪制及回收率的測定等因素對顯色反應(yīng)的影響。通過此綜合實驗，我們將有機(jī)化合物的制備、無機(jī)離子的定量分析方法及分析化學(xué)中的分光光度法等基本理論與基本實驗操作技能融合在一起，使實驗具有了綜合性。在1-溴丁烷的合成實驗中，我們將有機(jī)合成和產(chǎn)物物理性質(zhì)中折射率的測定結(jié)合在一起。通過此實驗，學(xué)生不僅學(xué)會了回流、蒸餾、分液、洗滌等有機(jī)化學(xué)實驗基本操作技能，而且還掌握了阿貝折光儀的使用方法，為以后從事科學(xué)研究奠定了一定的基礎(chǔ)。
四、結(jié)束語
改革傳統(tǒng)的實驗教學(xué)模式，旨在建立以學(xué)生為主體，培養(yǎng)其創(chuàng)造性思維、開發(fā)創(chuàng)造力的新型的教學(xué)模式。多媒體教學(xué)的引用、實驗室開放，開展學(xué)生創(chuàng)新性、研究性、設(shè)計型、綜合型和微型實驗項目等措施，切實提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。紅外光譜、核磁共振譜、阿貝折光儀等產(chǎn)品分析檢測手段應(yīng)用到本科實驗中，為學(xué)生提供了一個良好的學(xué)習(xí)平臺，是有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)改革的一個重點。
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