促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)提高的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)研究
——以阿司匹林的合成實(shí)驗(yàn)為例

司靖宇，楊冰玉，陳 紅，孫 虹

（合肥學(xué)院 化學(xué)與材料工程系，安徽 合肥 230601）

1952年柯南特（J.B.Conant）在《科學(xué)中的普通教育》中第一次提出“科學(xué)素養(yǎng)”[1].美國科學(xué)家海菲利（Hively）曾指出一個(gè)人的科學(xué)素養(yǎng)決定其生存競爭能力.我國把科學(xué)素質(zhì)即科學(xué)素養(yǎng)定義為“了解必要的科學(xué)知識、擁有基本的科學(xué)精神、科學(xué)態(tài)度以及科學(xué)世界觀、具備以科學(xué)方法判斷和處理事物的能力”[2].科學(xué)素養(yǎng)理念的提出把以往在教學(xué)過程中注重對科學(xué)知識的傳授轉(zhuǎn)向全面的提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的教育[3]，可見科學(xué)素養(yǎng)對一個(gè)人的重要性.但據(jù)調(diào)查，我國公民的科學(xué)素質(zhì)與發(fā)達(dá)國家相比相差甚遠(yuǎn)，由于長期受應(yīng)試教育的影響，學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)也存在明顯的缺陷.化學(xué)作為一門實(shí)驗(yàn)性和操作性極強(qiáng)的科學(xué)，可以很好地將學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)有效的融入教學(xué)中，本文就以高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革為例談?wù)勗诨瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中對學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng).

1 化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，實(shí)驗(yàn)在化學(xué)教學(xué)中占有較大的比重，化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，掌握化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識及基本實(shí)驗(yàn)技能，為學(xué)生學(xué)習(xí)研究化學(xué)提供一定的方法和手段.然而目前化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在一定的弊端，課前，教師布置實(shí)驗(yàn)，學(xué)生依葫蘆畫瓢，抄預(yù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)前教師唯恐學(xué)生不懂，將知識完整講給學(xué)生，學(xué)生生搬硬套，實(shí)驗(yàn)過后，學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告敷衍了事.這種過于重視科學(xué)知識的傳授，而忽略科學(xué)方法、科學(xué)精神以及科學(xué)態(tài)度的教學(xué)方法已不能滿足飛速發(fā)展的現(xiàn)代社會的要求，因此提出以提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為目的，進(jìn)行化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革.

2 促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)培養(yǎng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)

以培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)為目的的化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革模式，是通過設(shè)置情境，提出問題，學(xué)生自主查閱文獻(xiàn)，獲取資料，交流討論，確定實(shí)驗(yàn)方案，小組合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)等方法解決問題.在問題解決的過程中，獲取一定的化學(xué)專業(yè)基本科學(xué)知識與基本技能，形成科學(xué)方法，擁有科學(xué)精神，體會科學(xué)的世界觀與科學(xué)態(tài)度，從而達(dá)到綜合培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的目的.

3 以阿司匹林的合成為例的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

基于以上對化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的分析，現(xiàn)以李霽良主編的高等教育出版社出版的《微型半微型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》（第二版）中乙酰水楊酸的合成為例，來闡述在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng).

3.1 阿司匹林的簡介

阿司匹林（Aspirin）又稱乙酰水楊酸，化學(xué)名稱2-乙酰氧基苯甲酸，是臨床常用的解熱、鎮(zhèn)痛、抗炎、抗風(fēng)濕、抗血栓形成的藥物[4].1899年，德國化學(xué)家菲利克斯·霍夫曼發(fā)明，并為他的父親治療風(fēng)濕類關(guān)節(jié)炎，療效極好.1899年由德萊塞介紹到臨床，取名為阿司匹林.到目前為止，阿司匹林已應(yīng)用百年，為醫(yī)學(xué)史上三大經(jīng)典藥物之一.近年來研究表明，阿司匹林還是一種植物生長激素和病毒的天然防御劑，在保護(hù)作物、促進(jìn)植物生長方面有驚人效果.近年來的醫(yī)學(xué)研究還發(fā)現(xiàn)阿司匹林具有抗血栓，預(yù)防結(jié)腸癌，抑制白血病細(xì)胞增殖等作用，對防治乳腺癌，肺癌，皮膚癌等也具有較好的功效.于是重新引起了人們對阿司匹林的極大興趣.

3.2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

3.2.1 提出問題

阿司匹林是一種療效可靠、家喻戶曉的解熱止痛，治療感冒的藥物.由此創(chuàng)設(shè)問題情境，由解熱鎮(zhèn)痛消炎藥引出合成阿司匹林實(shí)驗(yàn)，要求同學(xué)們查找所有有關(guān)資料，包括阿司匹林的化學(xué)史、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)（物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)）、制備方法（包括原理、儀器、具體操作步驟、注意事項(xiàng)等）、應(yīng)用領(lǐng)域及前景.

通過創(chuàng)設(shè)問題情境，從學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，可以巧妙地把實(shí)驗(yàn)主體阿司匹林推出，引出學(xué)習(xí)內(nèi)容，從而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)，做化學(xué)實(shí)驗(yàn)的興趣；實(shí)驗(yàn)前，要求學(xué)生預(yù)習(xí)，通過期刊網(wǎng)絡(luò)等各種方式查閱相關(guān)文獻(xiàn)資料，既鍛煉了學(xué)生收集信息，整理信息，從信息中判斷真假，整合信息的能力，又有效地避免了學(xué)生照抄預(yù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的現(xiàn)象；還可以使學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí)，自主獲得科學(xué)知識，學(xué)習(xí)科學(xué)方法，形成知識技能觀念，養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，達(dá)到提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)的目的.

3.2.2 整合信息

實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生分組，進(jìn)行組內(nèi)交流討論、整合搜集的信息，然后以組為單位展示，對于阿司匹林化學(xué)史，應(yīng)用領(lǐng)域前景等這些大致相同的資料，由一組主講，其他同學(xué)補(bǔ)充，而學(xué)習(xí)的重點(diǎn)，請兩到三個(gè)小組同學(xué)來講，然后組與組之間互相評價(jià)，結(jié)合學(xué)生的講解、問題，教師再適當(dāng)給予補(bǔ)充和總結(jié).例如，像制備方法，按所用催化劑可分為: 酸性催化劑、堿性催化劑和其他催化劑[5]，其中酸性催化劑包括濃硫酸、草酸、檸檬酸、磷酸鹽、氨基磺酸、三氯稀土等[6-8]，堿性催化劑包括碳酸鹽[9]、乙酸鈉[10]等,其他催化劑包括維生素C[11]等有多種.有些知識由于學(xué)生能力有限，部分搜集不到，要及時(shí)給予補(bǔ)充.然后從綠色環(huán)保，操作簡單，產(chǎn)率高及可行性等方面引導(dǎo)學(xué)生確定最終合成阿司匹林的方法，確定了實(shí)驗(yàn)方案后，然后可以請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案相同的同學(xué)（基本都為這種方法）分享他們所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)流程，實(shí)驗(yàn)原理，實(shí)驗(yàn)步驟，注意事項(xiàng)以及實(shí)驗(yàn)中可能遇到的問題及解決方法.通過學(xué)生對相應(yīng)知識點(diǎn)的講解，可以檢查學(xué)生課前的準(zhǔn)備情況，教師根據(jù)學(xué)生講解情況及時(shí)補(bǔ)充，肯定正確的說法，糾正偏差的說法，再次強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)和難點(diǎn)，形成清晰的知識脈絡(luò)，便與學(xué)習(xí)和記憶.另外還可以請一到兩人記錄、整理這一過程.

將學(xué)生分成小組進(jìn)行合作學(xué)習(xí)，與古語《周易·兌卦》中“君子以朋友講習(xí)”，《禮記·學(xué)記》中“獨(dú)學(xué)而無友，則孤陋而寡聞”的觀點(diǎn)具有一致性，學(xué)生之間在學(xué)習(xí)中互相合作，互相幫助和互相促進(jìn)可以增進(jìn)友誼、相互勸勉、共同奮進(jìn)、共同提高學(xué)習(xí)的質(zhì)量，獲得更加完善的知識體系，開闊視野.同時(shí)，同學(xué)們在展示時(shí)可以提升自己表達(dá)溝通的能力，通過自評，互評和他評，進(jìn)行自我反思，認(rèn)識不足，彌補(bǔ)不足，提升自己.改變了傳統(tǒng)的以講授為主的教學(xué)模式，而是以自主學(xué)習(xí)合作學(xué)習(xí)的方式，學(xué)生自由交流討論，提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，加深了對科學(xué)知識的掌握程度，在小組內(nèi)進(jìn)行資料篩選整合的過程中，提升了用科學(xué)方法判斷和處理事物的能力，學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)也得到了進(jìn)一步提升.

3.2.3 實(shí)驗(yàn)方案

通過以上的交流與討論確定合成乙酰水楊酸的實(shí)驗(yàn)方案為：水楊酸（鄰羥基苯甲酸）和乙酸酐在濃硫酸的催化作用下進(jìn)行酯化反應(yīng)得到.

同學(xué)們獲得的資料、文獻(xiàn)渠道與方法不同，所以每位同學(xué)對試劑的濃度、用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間可能會有所不同，由此可以向同學(xué)們提出問題，“不同的反應(yīng)條件對反應(yīng)過程及結(jié)果會有什么影響”，引導(dǎo)有能力的學(xué)生在組間作對比試驗(yàn)，探究反應(yīng)條件對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響；由于反應(yīng)物水楊酸和反應(yīng)產(chǎn)物乙酰水楊酸具有特征官能團(tuán)，且有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中常常伴隨著副反應(yīng)，由此引導(dǎo)學(xué)生思考可能發(fā)生的副反應(yīng)，如何控制條件減少副反應(yīng)的發(fā)生提高乙酰水楊酸的產(chǎn)率；通過交流討論確定實(shí)驗(yàn)流程和實(shí)驗(yàn)步驟，討論實(shí)驗(yàn)步驟細(xì)節(jié)，預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析易發(fā)生錯(cuò)誤的操作步驟及其造成的后果和彌補(bǔ)方案，使學(xué)生認(rèn)識到實(shí)驗(yàn)操作程序的重要性；根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟確定所需要的試劑和儀器.打破以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中直接給出實(shí)驗(yàn)試劑和儀器，而是由實(shí)驗(yàn)步驟確定實(shí)驗(yàn)試劑和儀器，逆向思維，打破常規(guī)，有利于學(xué)生回憶一些基本實(shí)驗(yàn)技能的操作過程，及時(shí)查漏補(bǔ)缺，避免在實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)不知如何操作的情況，進(jìn)一步掌握基本實(shí)驗(yàn)技能，提高科學(xué)技能.通過問題的提出，引導(dǎo)學(xué)生，改變學(xué)生的思維方式，處理問題的方式，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與發(fā)散思維，提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng).

3.2.4 實(shí)驗(yàn)原理

乙酰水楊酸即阿司匹林（aspirin）它是一種具有雙官能團(tuán)的化合物，一個(gè)酚羥基，一是羧基，羧基和羥基都可以發(fā)生酯化，而且還可以形成分子內(nèi)氫鍵，阻礙?；王セ从车陌l(fā)生.

反應(yīng)式為：

副反應(yīng)：

3.2.5 實(shí)驗(yàn)流程

3.2.6 實(shí)驗(yàn)過程

開始實(shí)驗(yàn)，按照實(shí)驗(yàn)方案，步驟分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，教師在一旁起指導(dǎo)作用，把學(xué)生作為學(xué)習(xí)活動的主體，教師起主導(dǎo)作用.學(xué)生在過程中要記錄實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，請各組同學(xué)來分享實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，先讓同學(xué)們自行討論解決的辦法，教師適時(shí)做適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，當(dāng)場解決問題，探究解決方法的可行性.例如，同學(xué)們可能會發(fā)現(xiàn)抽濾比較困難（因?yàn)榉磻?yīng)環(huán)境是酸性的，反應(yīng)液是酸性成分，黏度很大，和濾紙有作用，所以抽濾比較困難），我們可以從學(xué)生已有的知識經(jīng)驗(yàn)，加水可以稀釋，降低黏性出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生，學(xué)生可以比較容易地想到多次用水洗滌，或者使用洗滌劑.

實(shí)驗(yàn)過程中，組織學(xué)生認(rèn)真觀察，如實(shí)記錄，對出現(xiàn)的意外現(xiàn)象查找并分析原因，尋求解決方案.這樣既培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，又開闊思路，培養(yǎng)其分析問題、解決問題的能力，學(xué)會解決問題的一般方法.在完成實(shí)驗(yàn)之后，組織學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)中儀器的裝置特點(diǎn)，提出疑問，這樣的裝置還可以用于哪些實(shí)驗(yàn)，發(fā)散學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生由特殊到一般的歸納推理的科學(xué)方法，可以達(dá)到舉一反三，觸類旁通的效果；實(shí)驗(yàn)操作過程的激起學(xué)生求真，循理的興趣，同學(xué)們在實(shí)驗(yàn)時(shí)相互配合，互相合作，學(xué)會合作學(xué)習(xí)；鍛煉了動手能力，掌握了有關(guān)阿司匹林的知識，提升了實(shí)驗(yàn)技能，如蒸餾，抽濾，除雜，干燥，重結(jié)晶.

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，教師只教給學(xué)生關(guān)于實(shí)驗(yàn)的方法，思想，而具體的操作、分工、細(xì)節(jié)等都要自己動手動腦，這樣在學(xué)生的頭腦中已經(jīng)形成了一定的基礎(chǔ)，雖然整個(gè)過程需要花費(fèi)大量的時(shí)間和精力，但學(xué)生的思維邏輯，考慮問題的全面性都得到了很大的提升.學(xué)生具有了這些基本實(shí)驗(yàn)技能之后，還可以對一些學(xué)有余力或者感興趣的同學(xué)進(jìn)行一定的指導(dǎo)，使其可以進(jìn)行一定的綜合性實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生獨(dú)立思考、解決問題的能力的進(jìn)一步提升.藥學(xué)實(shí)驗(yàn)與化學(xué)實(shí)驗(yàn)的有機(jī)結(jié)合還可以極大地拓展了學(xué)生的知識視野，對事物認(rèn)識的深度和廣度有較大的提升.

3.2.7 交流展示

實(shí)驗(yàn)階段完全結(jié)束后，進(jìn)入交流討論互評階段，這一階段同學(xué)們可以在教師的指導(dǎo)下或通過與他人討論，自由交流討論此次實(shí)驗(yàn)的全部過程，從問題導(dǎo)入，收集信息，實(shí)驗(yàn)過程，以及收獲.對探究結(jié)果的可靠性進(jìn)行評價(jià)，對探究學(xué)習(xí)活動進(jìn)行反思、在這個(gè)過程中，學(xué)生可以，發(fā)現(xiàn)自己的長處以及存在的不足，并提出改進(jìn)的具體建議.再次復(fù)習(xí)鞏固獲得知識，提升能力，以及獲得知識與能力的策略的提升同時(shí)體驗(yàn)到探究活動的樂趣和學(xué)習(xí)成功的喜悅.

最后請同學(xué)們將以上所學(xué)（知識、方法、技能、情感等）做總結(jié)，可以以各種形式體現(xiàn)出來，使同學(xué)們在做總結(jié)的過程中形成自己的知識體系，內(nèi)化知識.鍛煉了學(xué)生用口頭、書面等比較明確地方式表述自己的探究過程和結(jié)果，與他人進(jìn)行交流和討論的能力；培養(yǎng)了同學(xué)們既敢于發(fā)表自己的觀點(diǎn)，又善于傾聽別人的意見的能力.

3.3 反思與評價(jià)

為了防止有些同學(xué)課前不預(yù)習(xí)，不做充分的準(zhǔn)備，我們并不提前安排好具體任務(wù)將任務(wù)落實(shí)到個(gè)人，這樣可以促進(jìn)全體學(xué)生參與的積極性，保證每個(gè)學(xué)生都能達(dá)到有效學(xué)習(xí)的目的；這種實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ胶臅r(shí)較多，需要同學(xué)們投入大量的時(shí)間和精力，所以應(yīng)選取典型的實(shí)驗(yàn)采用這種教學(xué)模式；對教師要求較高，教師準(zhǔn)備要充分，現(xiàn)在的同學(xué)們都是思維活躍，好奇心強(qiáng)，問題五花八門，為此教師應(yīng)該做好充分準(zhǔn)備，及時(shí)做出令學(xué)生滿意的解答.另外，阿司匹林的多種合成方法，實(shí)驗(yàn)條件對實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響，影響其反應(yīng)速率的因素等，由于課上時(shí)間有限，并沒有展開探究，對這些感興趣的同學(xué)可以深入查找資料，進(jìn)行研究，提供必要的技術(shù)支持，培養(yǎng)學(xué)生未來發(fā)展興趣，挖掘潛能.

針對耗時(shí)較多問題，我認(rèn)為可以調(diào)整實(shí)驗(yàn)過程，提出問題環(huán)節(jié)，可以在上一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)創(chuàng)設(shè)問題情境，引出阿司匹林制備實(shí)驗(yàn).給學(xué)生留有一定時(shí)間，自行整合資料，然后對于耗時(shí)較多的小組討論，確定實(shí)驗(yàn)方案、原理、流程、步驟都可以利用現(xiàn)代發(fā)達(dá)的科技如可移動化信息設(shè)備，這樣即可以節(jié)約大量時(shí)間，還可以將整個(gè)實(shí)驗(yàn)從準(zhǔn)備階段到反思與評價(jià)都可以完整的保存下來，方便以后查閱、學(xué)習(xí).

4 結(jié)束語

以阿司匹林的合成為例，介紹了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)從以教師為中心講解實(shí)驗(yàn)的模式，轉(zhuǎn)變?yōu)橐詫W(xué)生為中心的自主學(xué)習(xí)模式，加強(qiáng)教師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生之間的溝通與交流，學(xué)生成為積極主動的參與者，在學(xué)習(xí)過程中學(xué)生學(xué)會自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)，獲得科學(xué)知識；學(xué)生的學(xué)習(xí)主體性得到充分發(fā)揮，培養(yǎng)了學(xué)生用科學(xué)方法思考問題、解決問題；教師啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑和探究，營造學(xué)生與教師間的平等、和諧、創(chuàng)新的課堂學(xué)習(xí)氛圍，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力、創(chuàng)新思維、創(chuàng)造能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng).

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