探討有機化學實驗教學新模式的問題論文
摘要：為滿足社會發展對人才的需求, 探索新的人才培養模式對現在高校的生存與發展至關重要。我國“十三五”規劃明確提出了高校向應用型大學轉型發展的總體目標, 而創新型應用人才的培養無疑是實現這一目標的“強心劑”。筆者將對有機化學實驗教學模式進行初步探討, 針對傳統實驗過程中存在的一些問題進行分析, 提出改革方案, 在新實驗教學內容中植入“綠色化”、“應用性”等概念, 以此激發學生對有機化學實驗研究的興趣, 其最終目的是培養并向社會輸送所需的專業化人才。
關鍵詞：有機化學實驗; 教學模式; 綠色化; 應用性; 專業化;
國家轉型發展的關鍵時期急需高校培養出一批創新型應用人才, 有機化學實驗教學在大學生的創新意識、創新思維和創新能力培養方面具有不可替代的作用, 也是提高化學學科教學質量的根本保證。[1]就從目前有機化學實驗的教學內容來看, 大多數實驗項目是單列的、孤立的, 而不是在綜合型實驗中進行的訓練, 這容易使學生形成“照方抓藥”的惰性, 不能主動的進行思考, 故而不利于培養學生的創新能力和對知識的應用能力。針對以上實際問題, 筆者主要從以下幾個方面對有機化學實驗教學新模式進行探討。
1 結合專業特點, 選擇、開發實驗項目, 完善各專業的教學大綱
根據專業培養目標, 結合各專業學生的職業能力要求與職業去向, 選擇符合專業特色的實驗項目, 開發綠色化、應用性、創新型實驗項目, 進一步修訂、完善各專業的有機化學實驗教學大綱。分大類建立必修實驗項目和選修實驗項目, 解決基本實驗技能培養和為專業實踐服務的問題。
2 優化設計實驗
2.1 實驗內容的優化
就目前的有機化學實驗教學而言, 部分教學內容陳舊, 缺乏新意, 各項實驗項目自成體系, 內容無關聯作用, 大部分實驗條件和過程不綠色。另外, 實驗教學內容一直處于滯后狀態, 與實際生活、生產相脫節。這些現狀容易導致學生主觀能動性的減弱, 并且容易喪失對實驗研究的興趣。因此, 筆者認為非常有必要轉變傳統的實驗教學模式, 以《基礎有機化學》教材中的經典理論為引導主線, 把握新形勢下化學綠色化的發展方向, 結合我國高校提出的向應用型大學發展的目標, 更新傳統的實驗教學內容。其具體實施方案主要包括: (1) 引入實驗新技術, 更新實驗手段, 體現“時代性”, 如利用微波輻射進行合成。 (2) 對部分有機化學實驗內容和方案進行改進、優化或更新, 體現“綠色化”, 在保證教學效果的前提下, 盡可能減少藥品用量、使用低毒或無毒的藥品、改進實驗裝置 (使用微量或半微量裝置) 、縮短反應時間, 提高學生的實驗興趣。 (3) 結合生活、生產實際, 選擇或開發新的實驗項目, 體現“應用性”。如針對化工專業學生, 可開發一些精細化工產品的簡單合成;針對食品科學專業, 可開發一些食品中有機物的提取、純化、純度檢驗等實驗。這些應用性實驗的開設, 不僅可以激發學生的學習興趣, 還能培養學生的創新思維, 這將對有機化學實驗教學起到有效的促進作用。[2]
2.2 改“驗證性”試驗為“探究性”設計實驗
在傳統實驗教學當中, 驗證性試驗所占比例太大, 學生的知識面得不到擴充, 這容易導致學生學習積極性的喪失。因此, 有必要針對高年級學生開設探究性設計實驗。在實驗教學過程中, 在確保安全的前提下, 確立老師為引導、學生為主導的教與學的關系, 以此來調動學生進行實驗研究的主動性和積極性。在這項改革中, 老師應當起催化劑的作用, 主要給學生點撥基礎有機化學教材當中的'經典理論, 引導學生主動查閱文獻資料, 讓學生充分了解經典理論在實際生產和研究實踐中的應用現狀, 這樣學生會產生一些自己的想法, 再和老師進行討論, 確定探究性設計實驗的方向和思路, 然后學生以小組為單位進行討論、方案擬定和可行性分析, 老師在這個過程中要把好關。開設探究性設計試驗, 目的在于激發學生實驗探究的積極性, 讓學生想實驗、想研究, 這樣使學生查閱文獻能力、全面考慮問題的綜合能力、實驗動手能力以及對知識的應用能力都得到提升。[3]
3 開設“系列化、綜合性”設計實驗項目
綜合性實驗對學生創新能力和實驗素養的培養也至關重要, 通過綜合性實驗訓練, 學生的實踐能力能得到有效提高, [4]因此, 非常有必要開設“系列化、綜合性”設計實驗項目。一方面, 以有機化學實驗基本操作訓練為依據, 將實驗進行整合, 科學地選擇、開發“系列化”實驗, 既能避免進行多次重復操作的情況, 又能使藥品循環使用, 還能激發學生積極認真地進行實驗, 提高學生的實驗操作能力。另一方面, 開發、增加“綜合性”設計實驗項目, 在充分研究學科前沿的基礎上, 結合當今有機化學反應的熱點問題, 立足于對本科生綜合實驗能力的提升和專業知識的加強, 激發學生的創新實踐精神, 增強學生的學習興趣, 讓學生體會到有機化學理論的重要性和有機化學實驗的魅力所在。例如, 增加設計實驗, 以《基礎有機化學》經典理論烯烴的親電加成反應為理論依據, 以工業原料苯乙烯為起始底物, 采用綠色、溫和的反應體系, 設計通過烯烴雙官能團化[5]一鍋法反應合成得到具有應用價值的藥物中間體和精細化工中間體-溴代酮這一目標產物, [6]這一反應過程綠色化體現在采用氧化溴負離子原位產生溴單質, 然后在水溶劑中進行親電加成反應, 產物中氧源來源于水。
4 對比國外實驗教材預測國內有機化學實驗教學改革方向
4.1 國內外實驗教學研究與改革的現狀分析
筆者對國外的有機化學實驗教材及化學教育雜志進行了一些調研, 從中深刻體會到了有機化學實驗教學改革的總趨勢。從20世紀80年代到21世紀初, 有機化學實驗主要由常量規模性實驗過渡到現在的微量化或半微量化實驗, 合成的可操作性難度提升, 同時對操作的技術要求也有了提高。此外, 國外特別是西方發達國家對環保的意識早與發展中國家, 他們的實驗項目側重于精準化綠色合成, 微量化實驗不僅提高了學生的基本操作技能, 還節約了試劑用量, 降低了實驗經費, 減少了大規模實驗帶來的反應廢液的排放和處理成本。早在上個世紀八十年代, 我國教育工作者出版了以常量與微量化實驗相結合的《有機化學實驗》教材, [7]并被國內一些高校采用。隨著有機化學實驗技術和手段的日益發展和更新, 人們更加注重實驗的有效性和過程的綠色化。先進科研工作者, 特別是承擔《有機化學實驗》教學任務的年輕教學科研人員清楚的認識到了實驗教學改革的必要性, 并提出了符合綠色化微量或半微量合成實驗的概念。但將微量實驗用于本科生實驗教學當中曾引起了一些爭論, 原因在于微量實驗操作難度大、可控性和重復性都不能保證, 因此極容易造成實驗的失敗。但真正體現出實驗過程的綠色化, 這才是新形勢下我國有機化學實驗教學改革的關鍵問題, 也是難點問題, 值得我們每一位相關教學人員深思。
4.2 將現代新科技、新教學手段應用于實驗教學課堂
當前科技飛速向前發展, 有機化學實驗研究成果層出不窮, 特別是在我們國家, 有機化學科研工作者居多, 每天都有很多新成果公諸于世, 我國已成為世界上的科研大國, 這也給我們有機化學實驗教學的改革帶來了機遇與思路。因此, 非常有必要在學生基礎實驗教學內容中滲入科研的觀點, 向他們展示相關領域發展的新成果、新動態, 以此擴充學生的知識面, 讓學生認識到實驗的魅力和重要性, 讓他們想實驗、熱愛實驗。另外, 通過使用新型的教學手段, 分享實驗操作視頻和有機化學實驗相關的科技資源等, 以此來豐富實驗教學內容。最終, 使教學效果得到提升。
5 結語
我們的目標是培養創新型應用人才, 通過引入新的實驗教學模式, 優化實驗教學內容, 完善實驗教學大綱, 開發和選擇新的實驗項目, 增加有機化學實驗的時代性、應用性、綜合性和創新性, 提高實驗過程的綠色化、安全性和可控性, 為有機化學實驗的順利開展提供有力保障。突出培養學生的實驗操作能力, 重視學生的創新意識和創新能力的協同發展, 通過教學模式和教學內容體系的改革提高教學的有效性, 同時激發學生對有機化學理論和實驗的學習興趣, 為社會培養創新性的專業化人才, 為現代化建設做好人才資源的儲備。這是當前我國高等院校義不容辭的責任。
參考文獻
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[6]Q.Jiang, W.Sheng, C.Guo.Synthesis of phenacyl bromides via K2S2O8-mediated tandem hydroxybromination and oxidation of styrenes in water.Green Chem., 2013, 15, 2175-2179.
[7]周科衍, 呂俊民.有機化學實驗 (第二版) [M].北京:高等教育出版社, 1984.
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