研究性有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的探索與實(shí)踐

唐伯孝 匡仁云

（井岡山大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，江西 吉安 343009）

實(shí)驗(yàn)是科學(xué)理論研究的源泉，是自然學(xué)科發(fā)展的根本，也是工藝技術(shù)的基礎(chǔ)。有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)一直以來都是高等學(xué)?；瘜W(xué)、生物學(xué)、藥學(xué)等相關(guān)專業(yè)本科生的重要實(shí)踐課程之一。目前，大部分高校由于教育模式和辦學(xué)條件的限制，所開設(shè)的有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)一般都是一些驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟趨于標(biāo)準(zhǔn)化、模式化，學(xué)生只能被動(dòng)接受，照方抓藥，無須思考與分析。這種教學(xué)方式固然能培養(yǎng)學(xué)生的一些基本實(shí)驗(yàn)技能，但是這種灌輸式的教學(xué)模式難以培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，不利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。總之，傳統(tǒng)的有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程過于依賴教材，教學(xué)模式單一，教學(xué)內(nèi)容陳舊，教學(xué)方法簡(jiǎn)單，已經(jīng)與新形勢(shì)下高等教育的培養(yǎng)目標(biāo)有脫節(jié)趨勢(shì)。在有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，就如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，獲得創(chuàng)新能力，我們學(xué)院進(jìn)行了許多教學(xué)改革嘗試與實(shí)踐。在二年級(jí)本科教學(xué)階段，主要讓學(xué)生掌握有機(jī)合成的基本常識(shí)，熟悉有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)的基本操作。隨著學(xué)生知識(shí)量的增加與實(shí)驗(yàn)技能的提高，對(duì)具有一定實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練基礎(chǔ)的大三年級(jí)本科生提出研究性有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)新模式。針對(duì)這種研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，我們從實(shí)驗(yàn)方案選擇、教學(xué)組織等方面入手進(jìn)行了一系列教學(xué)探索。以前沿研的有機(jī)研究方向?yàn)閷?shí)驗(yàn)內(nèi)容，調(diào)動(dòng)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)和主動(dòng)探索的積極性，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與能力，使學(xué)生掌握今后從事科學(xué)研究、產(chǎn)品研發(fā)的基本方法和思路，對(duì)于培養(yǎng)國(guó)家所需的拔尖創(chuàng)新人才具有重要意義。

1.研究性有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)的選題

選擇恰當(dāng)?shù)难芯啃詫?shí)驗(yàn)是能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵步驟，實(shí)驗(yàn)方案的選擇必須注重科學(xué)性、前沿性與可行性相結(jié)合。為了達(dá)到預(yù)期教學(xué)目的，在實(shí)驗(yàn)選題時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）要以學(xué)科建設(shè)為基礎(chǔ)，充分利用教師的科研平臺(tái)，結(jié)合科研前沿動(dòng)態(tài)，對(duì)學(xué)科研究技術(shù)發(fā)展的前沿進(jìn)行調(diào)研，提煉出反映學(xué)科發(fā)展和熱點(diǎn)的研究性實(shí)驗(yàn)，要極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并發(fā)揮主動(dòng)探索的積極性；（2）考慮大三年級(jí)本科生的知識(shí)水平和實(shí)驗(yàn)技能，每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)和內(nèi)容，既要有一定的思考難度，又要給學(xué)生留下較大發(fā)揮空間，不至于使學(xué)生難以上手；（3）實(shí)驗(yàn)中所涉及的內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)儀器使用等技能要與學(xué)生的工作和就業(yè)適當(dāng)接軌，有助于學(xué)生的進(jìn)一步深造和就業(yè)；（4）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)該確定在指導(dǎo)老師的大范圍內(nèi)，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣閱讀大量文獻(xiàn)資料提出實(shí)驗(yàn)方案，經(jīng)過與指導(dǎo)老師討論后確定可行實(shí)驗(yàn)方案。例如，我們一直探索的綠色Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)：Suzuki交叉偶聯(lián)反應(yīng)是構(gòu)建C-C鍵的重要手段之一，目前該類型反應(yīng)由于催化劑昂貴和有機(jī)溶劑對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了它的實(shí)際應(yīng)用，因此，綠色Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)具有很好的科學(xué)前沿性。實(shí)現(xiàn)該類型反應(yīng)綠色化的方法很多，可以采取微量實(shí)驗(yàn)方法［1］，減少化學(xué)試劑和溶劑的使用，節(jié)約反應(yīng)成本，也可以用綠色溶劑替代傳統(tǒng)有機(jī)溶劑［2］，甚至可以考慮催化劑的循環(huán)利用［3］。 這些方法都可以實(shí)現(xiàn)Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)的綠色化，每個(gè)學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣選擇實(shí)驗(yàn)方案，這樣既可保證實(shí)驗(yàn)的前沿性，又可極大地保留學(xué)生的發(fā)揮空間。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程的組織與實(shí)施

為了保證研究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式更好地實(shí)施，實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，我們以綠色Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)為例，教學(xué)過程如下：（1）指導(dǎo)教師確定實(shí)驗(yàn)大致內(nèi)容，要求學(xué)生用綠色化學(xué)方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案；（2）實(shí)驗(yàn)以小組為單位進(jìn)行，充分發(fā)揮學(xué)生的自我管理、自我完善能力，并選出小組長(zhǎng)負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)實(shí)驗(yàn)方案的制訂；（3）組員分工協(xié)作，查閱文獻(xiàn)資料，發(fā)揮每個(gè)人在小組中的特長(zhǎng)，既要完成各自的任務(wù)，又要共同協(xié)調(diào)合作，以便培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立性、責(zé)任心、交流與合作的能力，共同完成實(shí)驗(yàn)方案；（4）指導(dǎo)教師與學(xué)生一起討論綠色Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方案的可行性，并完善實(shí)驗(yàn)方案；（5）實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施，數(shù)據(jù)處理與分析，并完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。表1給出了該教學(xué)過程的具體細(xì)節(jié)過程。在整個(gè)教學(xué)過程中要求指導(dǎo)教師分階段指導(dǎo)、檢查實(shí)驗(yàn)完成的質(zhì)量和進(jìn)行綜合講評(píng)，與學(xué)生共同討論解決實(shí)驗(yàn)中遇到的難點(diǎn)問題，最后按照時(shí)間表要求完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)工作。這樣的實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式讓整個(gè)教學(xué)活動(dòng)始終圍繞學(xué)生進(jìn)行，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)主體，主動(dòng)學(xué)習(xí)。讓學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)研究性實(shí)驗(yàn)的全過程：選題，文獻(xiàn)查閱，實(shí)驗(yàn)方案的準(zhǔn)備，師生討論，確定實(shí)驗(yàn)方案與實(shí)施，數(shù)據(jù)分析，書寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告等環(huán)節(jié)。學(xué)生在較長(zhǎng)時(shí)間段內(nèi)處于科學(xué)探索的氛圍之中，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，為今后繼續(xù)深造和就業(yè)奠定良好的科研實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

表1 研究性有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)具體案例

3.教學(xué)效果

研究性有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)涉及的內(nèi)容和知識(shí)面都比較廣，需要更全面地考慮問題。通過開展研究性的實(shí)驗(yàn)，考察與培養(yǎng)了學(xué)生對(duì)前沿有機(jī)化學(xué)研究的分析、判斷及利用的能力，發(fā)展了學(xué)生的創(chuàng)新能力，取得了比較理想的教學(xué)效果?？偨Y(jié)起來有如下幾點(diǎn)：

3.1 激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

研究性實(shí)驗(yàn)擺脫傳統(tǒng)的本本教學(xué)，在教材甚至網(wǎng)絡(luò)上找不到現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生會(huì)不由自主地帶著問題追根尋源，由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)。同時(shí)，由于實(shí)驗(yàn)方案的選擇留有學(xué)生發(fā)揮的空間，這樣最大限度地提高了學(xué)生的探索興趣。

3.2 培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神

做好研究性實(shí)驗(yàn)，僅憑個(gè)人的能力往往難以實(shí)現(xiàn)，只有在小組成員的共同努力下才能完成，這就需要大家相互協(xié)作。同時(shí)，學(xué)生之間的協(xié)作往往是出現(xiàn)新思路的好機(jī)會(huì)，同樣的問題，不同學(xué)生思考的方式及深度都會(huì)有差異，這種差異通過團(tuán)隊(duì)合作會(huì)解決得更完美，使學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力得到提高。

3.3 提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力

通過實(shí)驗(yàn)前的文獻(xiàn)調(diào)研，使學(xué)生獲得創(chuàng)新意識(shí)。放手讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在開放的氣氛中探索自己想要了解的問題，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動(dòng)性和創(chuàng)造性，鍛煉了學(xué)生的實(shí)踐能力，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

總之，研究性有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)精神，為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才提供了一個(gè)良好模式。

［1］孫雁，王秋長(zhǎng).內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報(bào)，2009，第15卷：18-19.

［2］Herrerías，C.I.； Yao，X.； Li，Z.； Li，C.-J.Chem.Rev.2007，107，2546-2562.

［3］Tang，B.-X.； Fang，X.-N.； Kuang，R.-Y.； Hu，R-H.；Wang，J.-W.； Li，P.； Li，X.-H.Synthesis.2013，2971-2976.