有機化學實驗教學現(xiàn)狀分析與對策

王麗輝 徐 玲 段莉梅 白鎖柱

內蒙古民族大學化學化工學院 內蒙古通遼 028043

近年來，全球性的金融危機導致國內的就業(yè)形勢越來越嚴峻，用人單位對大學生的要求也從過去的“看成績”轉變?yōu)椤爸丶寄堋盵1]，高校開始加大實驗教學在教學活動中所占的比重?；瘜W本身就是一門實驗性學科，如何有效地進行實驗教學改革，讓學校培養(yǎng)的學生滿足社會的需求，是當今開設化學專業(yè)的高校急需解決的問題[2]。現(xiàn)今，化學院系中有機化學實驗課程的開設主要是為了配合有機化學理論課的需求[3]，希望通過有機化學的實驗教學理解和感受有機化學理論課中的概念和現(xiàn)象，鞏固所學知識。然而，在實際教學過程中，對于很多理論知識，學生在理論課教學過程中已經(jīng)掌握，如果實驗教學僅僅單純地重復理論課的內容，會使學生感覺枯燥、乏味，很難激發(fā)他們的學習興趣。針對這種情況，很多高校積極開展有機化學實驗教學改革和探索，希望有機化學的實驗教學在完成其傳統(tǒng)任務的同時，能夠培養(yǎng)學生的創(chuàng)新能力和實踐能力。

隨著科學技術的發(fā)展，國家加大了對高?？蒲泄ぷ鞯馁Y金支持力度，高校的科研工作也取得了較為可觀的成果[4]。近幾年來，我國高?？蒲腥藛T的研究成果紛紛發(fā)表在國內外著名期刊中。但是，身處高校的本科生對這些研究成果一無所知[5]，這主要是由于前沿成果在實驗教學中沒有體現(xiàn)出來，學生仍在重復最為原始的有機合成反應。這種現(xiàn)象嚴重抑制了學生的學習熱情[6]。所以有機化學實驗教學應與科研工作結合。通過實驗教學，不僅幫助學生理解和深化所學的理論知識，還應注重培養(yǎng)學生提出問題、分析問題和解決問題的能力。筆者對當前有機化學教學中存在的問題進行了分析，然后從實驗選題、實驗課程設置、教學手段和實驗環(huán)節(jié)等方面對有機化學實驗教學提出了建議。

1 有機化學實驗教學中困擾師生的問題

改進有機化學實驗教學，首先要搞清教學活動中兩個主體人群教師和學生所遇到的困擾。

1.1 教師的困擾

(1)有機化學教學中經(jīng)常出現(xiàn)這種現(xiàn)象，教師揮汗如雨地講解實驗操作內容，學生沒興趣聽。

(2)在實驗操作過程中，學生不能做到帶著問題去做實驗，主觀能動性差。

1.2 學生的困擾

(1)有機課本中的實驗課題很少涉及科技前沿問題，學生很難判斷所做實驗是否具有應用價值。

通過對學生的問卷調查發(fā)現(xiàn)，60%的學生覺得有機化學課本中的實驗課題過于陳舊，距離實際生活太過遙遠，難以預見其應用性。

(2)合成實驗中缺少必要的檢驗手段，學生很難知道實驗是否成功，很難從實驗中獲得成就感。

2 有機化學實驗教學改革對策

2.1 高校教師應整合自己的科研課題，將最基礎的實驗過程提煉出來

目前高校使用的有機化學實驗教材中實驗方案設計陳舊，嚴重脫離研究前沿[5]。不僅如此，實驗結束后，學生合成的實驗樣品無實際用處，還為廢棄藥品的處理增加了負擔。高校教師應通過整合自己的實驗課題，將一些基礎性的實驗研究引入本科教學，既提高學生的積極性，又做到節(jié)約能源，避免浪費。

2.2 實驗課程的設置應將合成過程和檢測手段并重

目前的教材，大多重點講解一個合成過程，而對于產(chǎn)物的樣品分析則較為輕視。但在實際工作和科研活動中，樣品的分析與檢測是判斷實驗工作是否具有意義的重要手段，所以在高校中更應注重培養(yǎng)學生使用分析儀器的技能。必要的檢測手段，一方面，使得學生明確所做實驗的目的、意義和激發(fā)其實驗的興趣，還能提高實驗室中一些中小型儀器的利用率；另一方面，如核磁、質譜儀、熔點分析儀、紫外—可見光譜分析儀、電化學測量等儀器的使用能加深學生對理論知識的理解。筆者以所合成的有機小分子光電材料為例，概述以上儀器的使用對理論課學習的重要意義[6]。

2.2.1 核磁和氫譜可用于有機小分子結構的確定

核磁氫譜和質譜是有機合成中較為常用的結構表征手段。在氫核磁的測量中，每個原子都有自己的化學位移值，可通過對氫原子化學位移的分析確定所合成的小分子的大致結構。質譜儀可用來測定所合成的樣品的分子離子峰，通過質譜和氫核磁譜的綜合分析可以確定所合成樣品的結構。學生通過對譜圖的解析會進一步明確理論課中核磁和質譜的理論知識。

2.2.2 紫外—可見光譜分析儀可用于合成樣品的光學性質測量

紫外—可見光譜分析儀(如圖1所示)操作非常簡單，將所要測量的樣品配成CHCl3的稀溶液，盛于樣品池中，另準備一個空樣品池用作空白校正，其余操作過程按儀器所配備的軟件指示操作即可。有機小分子光電材料要求在可見光范圍內有較好的吸收，通過紫外—可見光譜分析儀，可確定所合成材料的吸收范圍，一般要求在300～800 nm。通過這一測試不僅培養(yǎng)了學生的動手能力，還讓學生直觀地感受了合成樣品特有的光吸收性質(如圖1中右圖所示)。有機分子的光吸收是由電子的躍遷活動引起的，含有苯環(huán)等芳香性基團的有機小分子具有較好的光吸收性質，使學生進一步了解分子共軛體系中電子的躍遷情況。

圖1 紫外—可見光譜分析儀和所測分子的紫外吸收譜圖

2.2.3 CHI610D型電化學工作站可用于測定分子的前線軌道能級

可利用循環(huán)伏安法通過CHI610D型電化學工作站測試小分子的電化學性質。筆者采用三電極體系，其中以玻碳電極作為工作電極，鉑絲電極為輔助電極，Ag/Ag+電極作為參比電極，實驗在0.1 M四丁基四氟硼酸銨的無水二氯甲烷溶液中進行，掃描速度為100 mV/s。該測試是利用電化學方法，通過材料的起始氧化—還原電位來測定材料的HOMO和LUMO能級，采用二茂鐵電對(Fc/Fc+)作為內標物。通過測試可得到圖2右圖中的氧化還原曲線，根據(jù)起始氧化還原峰位可計算出分子的HOMO(最高未占軌道)與LUMO(最高已占軌道)能級值。此性質的測量使學生知道不同的有機分子有著不一樣的電子能級，進一步了解分子軌道理論的意義。

圖2 CHI610D型電化學工作站照片和所測電化學能級圖

2.2.4 熔點分析儀的使用

熔點分析儀是用來測量物質的熔點，其分為兩個構成部分，一個為顯微鏡部分，另一個為加熱裝置。取少量樣品于顯微鏡的載玻片上，調好鏡頭的焦距使樣品清晰地呈現(xiàn)在鏡頭下，同時開啟加熱裝置，觀察樣品的溶解狀態(tài)，記錄樣品從開始溶解到完全溶解的溫度范圍，即為所測樣品的熔點。通過熔點測量可使學生知道不同的物質具有不同的溶點，進一步了解影響有機物熔點的因素。

2.3 在高校中開設創(chuàng)新實驗課程

在學生掌握了一些基本實驗技能之后，為了進一步鍛煉學生的學習和工作能力，部分高校開設了創(chuàng)新實驗這門課程。將對科研有興趣的學生分派到各個科研室，由教師根據(jù)學生自身的工作能力和學習程度分配科研任務，使其進行一定程度上的獨立性研究，并開展階段性報告，使教師了解各個學生的實驗進展和科研思路，便于在實驗過程中做到因材施教。

2.4 將學生平時的實驗課題與其畢業(yè)論文關聯(lián)起來

我們知道，本科生的畢業(yè)論文在其課程設置中占有一定的學分比例，很多學生也把畢業(yè)設計看成是對其四年大學生活的檢驗手段，所以教師在平時的教學中應引導學生發(fā)現(xiàn)其感興趣和擅長的領域，避免學生在做畢業(yè)論文時盲目選題。

2.5 以工作總結的形式，代替實驗報告

有機化學實驗教學中常發(fā)生的現(xiàn)象是學生的實驗報告千篇一律，且都是照搬教材中的實驗操作過程，這種作業(yè)不僅不利于學生對所學知識進行鞏固，而且易于使學生喪失學習興趣。而每堂實驗課后，讓學生簡明扼要地總結一下這節(jié)課所學的內容、遇到的問題，并設計進一步的實驗方案等，更有利于提高學生對實驗課的重視程度，培養(yǎng)其良好的科研品質。

3 結束語

新形勢下，有機化學實驗教學迫切需要改變傳統(tǒng)的教學方式，在本科生的教學活動中引入現(xiàn)代科技前沿知識，激發(fā)學生的學習熱情，同時培養(yǎng)學生的實際動手能力和勇于探索的精神。

[1]陳綺虹,周錦蘭.化學實驗教學的創(chuàng)新與學生能力的培養(yǎng)[J].實驗室研究與探索,2006,25(11):1429-1432.

[2]高靜,王延吉.基于綠色化學理念的工科(化工類)化學課程體系及內容的改革與實踐[J].化工高等教育,2005,22(1):111-113.

[3]江文輝,羅一鳴,唐瑞仁,陳國輝,王微宏.有機化學實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗室研究與探索,2009,28(12):116-118.

[4]鄭春滿,韓喻,謝凱.有機化學實驗教學改革與學生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究[J].高等教育研究學報,2011,34(1):98-100.

[5]楊世芳,周艷,鄧文娟.化工基礎實驗教學改革與實踐[J].實驗技術與管理,2010,27(12):178-179.

[6]陳震,江棟,曹曉群,張昌軍,姜洪麗.有機化學實驗教學改革的探索[J].中國現(xiàn)代教育裝備,2011(21):84-86.