大學有機化學實驗對學生科學素質的培養(yǎng)與實踐

孟祥福 曹勝利 王健春 郭長彬 鄭曉霖

(首都師范大學化學系， 北京 100048)

大學基礎有機化學實驗是化學、化工、材料類本科學生的一門重要的必修基礎課程，其目的是培養(yǎng)學生掌握有機化學的基本實驗操作和技能.同時，也是培養(yǎng)學生創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力、嚴謹細致的科學態(tài)度和良好工作作風的重要環(huán)節(jié).而以往程序式的有機實驗教學形式單調，學生只是按部就班地根據(jù)教材上現(xiàn)成的操作步驟完成實驗內(nèi)容，缺乏學習興趣、求知欲望和探索精神，實驗過程中對實現(xiàn)現(xiàn)象和實驗原理完全沒有深入的思考，對主動探究意識和創(chuàng)新意識的訓練遠遠不夠.因此，造成了有機化學實驗教學過程學生參與度低、探索興趣不高、缺乏創(chuàng)新精神.學生在整個操作過程中，“照單抓藥”，敷衍了事，對實驗所涉及的理論知識缺乏深入理解，對實驗現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)的觀察分析不夠深入，很大程度上影響了有機化學實驗的教學效果和學生科學能力和素質的培養(yǎng).近年來，基礎學科教學在創(chuàng)新型人才培養(yǎng)中的重要性越來越受到廣泛的關注[1].大學基礎有機化學實驗作為創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的重要基地，也應與時俱進地轉變教育思想，更新教學觀念，改革教學模式，幫助學生開啟科學創(chuàng)新之路，培養(yǎng)出具有較高理論水平和較強科研能力的創(chuàng)新型人才[2].

大學有機化學實驗教學內(nèi)容以簡單的原料合成復雜的分子為主線，涉及合成、制備、分離、提純、分析測試、性能研究等環(huán)節(jié)，整個過程既涵蓋有機化學實驗的方法，又體現(xiàn)有機化學與其他學科間的交叉融合.因此，研究型有機化學實驗教學方式是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識和動手能力的重要載體，也是學生初步科研訓練的一個重要組成部分[3].大學有機化學實驗采用研究型教學模式，在教學中有意識地引入科學思維訓練，把每一個有機實驗都當作一個小的科研課題，不僅能訓練學生基本的科研技能，提升學生科學素養(yǎng)，并且為后期獨立從事科研項目的申報、實施、結題及畢業(yè)論文設計乃至進入研究生階段的學習奠定堅實的基礎[4].

1 創(chuàng)新教學模式，提高教學效果

要提高有機化學實驗課堂教學效果，提升學生科學素質，關鍵在于教師應樹立研究型的教學理念，將教學模式由傳統(tǒng)的知識傳授向科學探索轉變.在這種教學理念的指導下，有效地將科學素質的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的提升融入到有機化學實驗的課堂教學中，創(chuàng)新有機化學實驗的教學方法、教學內(nèi)容和考核方式，增加教師與學生的互動，使學生變被動接受為主動探索.讓學生成為實驗課教學的主體，教師通過引入學科前沿介紹，啟發(fā)學生科學的思維方式，鼓勵學生大膽探索，在基礎實驗課堂教學中積累科研技能，提升創(chuàng)新能力.例如，在芳香族硝基化合物還原的實驗教學中，常規(guī)的實驗步驟是在酸性溶液中用金屬或金屬鹽進行還原，需要消耗大量化學試劑，反應時間長，而且還原產(chǎn)物復雜.通過介紹引入光催化還原方法，可以在不需要消耗化學試劑的情況下，短時間內(nèi)即可將芳香族硝基化合物還原為苯胺.一方面，讓學生接觸到先進的科學前沿成果，開闊了學生的視野，豐富了實驗內(nèi)容.另一方面，鼓勵學生大膽創(chuàng)新實驗方案，通過嘗試不同的實驗方案提高實驗效率.在實際教學實踐中，讓學生提前查找文獻，獨立設計實驗方案，或與其他同學合作，研究不同還原方法的產(chǎn)率，引導學生采用不同還原方法進行對比實驗.通過創(chuàng)新教學模式，激發(fā)了學生的探索興趣，開拓了學術視野.同時，學生對未知領域的求知欲望增強，主動學習意識不斷提高，科研能力和科學素質逐步得到鍛煉和提升.因此，原本枯燥的芳香族硝基化合物還原實驗，通過創(chuàng)新教學模式變得生動起來，學生也不再拘泥于教材上的內(nèi)容，逐漸形成獨立思考的習慣.

2 豐富實驗內(nèi)容，提升訓練水平

大學有機化學實驗的教學目標是培養(yǎng)學生掌握有機化學的基本技能和操作，在有機化學實驗課程之前，學生已經(jīng)學習了無機化學實驗，具備了初步的實驗操作技能.為了在有機化學實驗課堂上進一步提升學生的科學素質，激發(fā)科研思維，培養(yǎng)初步的科研能力，從以下幾方面進行了改革與實踐.

2.1 注重文獻調研及實驗方案的設計

在學生進入到實驗室開始實驗之前，提前將一學期內(nèi)所有的實驗題目提供給學生.學生根據(jù)實驗題目，結合教材內(nèi)容，查閱相關文獻，獨立設計實驗方案，要求至少提出1條有別于教材上的實驗方案，或者是對現(xiàn)有實驗步驟上的改進.學生需要通過預習、查閱文獻資料、考慮試劑的化學性質才能完成.這樣做的目的不僅可以使學生深入了解實驗原理和方法，還可以拓寬學生的視野，洞悉最新的科研進展，逐步培養(yǎng)學生的學術意識.相比過去整段從書上照抄實驗步驟的預習報告，文獻調研式實驗預習及實驗方案的設計，使學生對實驗了然于心，明確實驗目的，獲取實驗中關鍵的實驗數(shù)據(jù).經(jīng)過一個學期的訓練，學生逐漸掌握了對于一個給定課題的研究方法和思路，為后期獨立從事科研項目的申請打下了良好的基礎.

2.2 創(chuàng)新實驗內(nèi)容，提升實驗興趣

大學有機化學實驗中的內(nèi)容大部分與日常生活無關，例如環(huán)己烯、溴乙烷、正溴丁烷的合成等實驗，學生對實驗內(nèi)容本身就沒有特別強烈的興趣，因而在實驗操作的過程中很難激發(fā)對理論知識的思考.如果將部分內(nèi)容替換為學生日常喜聞樂見的內(nèi)容，學生的實驗興趣會得到極大的提升.例如，在水蒸汽蒸餾實驗中，教材中采用的是蒸餾提純苯胺.苯胺屬于中等毒性化合物，易經(jīng)皮膚吸收，引起過敏反應，學生都比較忌憚該實驗.利用水蒸汽蒸餾原理提取香精香料是一種古老的方法，將其應用到有機實驗課堂中，能起到很好的教學效果.把實驗內(nèi)容改為水蒸汽蒸餾提取天然香精香料，學生自帶桔子皮、八角等天然產(chǎn)物，利用水蒸汽蒸餾的方法提取香料物質，貼近生活實際，大大激發(fā)了學生的實驗興趣.在薄層色譜的實驗中，教材中用薄層色譜分離偶氮苯和蘇丹III，實驗過程簡單，缺少探索內(nèi)容.我們創(chuàng)新性地將該實驗改為辣椒素提取并用薄層色譜法分離，讓學生根據(jù)測定的Rf值，判斷辣椒素中幾種主要色素及其極性.實驗內(nèi)容的豐富改變了學生對有機化學實驗的為難情緒，不但激發(fā)了學生實驗操作的興趣，更重要的是養(yǎng)成了獨立思考的習慣.

2.3 改革實驗報告，鍛煉總結分析能力

有機化學實驗報告反映學生對整個實驗操作技能及實驗數(shù)據(jù)處理能力的掌握程度，是綜合實驗素質的考核依據(jù).在實驗操作完成之后，對實驗進行總結歸納，討論觀察到的實驗現(xiàn)象，并對實驗數(shù)據(jù)進行深入的分析，以科技語言的形式表達出來.傳統(tǒng)的實驗報告主要包括實驗目的、實驗原理、實驗試劑及儀器、實驗裝置圖、實驗步驟、結果討論等，通常學生往往照搬教材內(nèi)容，對實驗步驟、實驗細節(jié)不進行周全的考慮，不會分析和討論實驗中的實驗現(xiàn)象，久而久之養(yǎng)成對實驗不重視、對現(xiàn)象不思考、對數(shù)據(jù)不分析的不良習慣.在有機化學實驗中采用小論文的形式，每一個實驗都可以當作一個小的研究課題，把實驗操作和具體合成物質作為論述的主要內(nèi)容.例如，乙酰乙酸乙酯的合成是有機化學實驗中非常重要的內(nèi)容，學生在實驗前查閱文獻，在充分了解乙酸乙酯的精制處理、鈉珠粒度和溶劑苯作用的基礎上，選擇最佳實驗條件，設計實驗細節(jié)，提高產(chǎn)率，減少副反應，也可以鼓勵學生采用新的合成方法，比如微波合成法等.通過小論文的形式，學生對實驗內(nèi)容的整體認識更加深入，同時掌握了論文的撰寫規(guī)范，為日后科研論文的寫作和畢業(yè)論文奠定了基礎.

3 改進考核方式，啟發(fā)創(chuàng)新能力

實驗課考核的目的主要檢驗學生實驗技能的掌握程度，從實驗預習、實驗過程、小論文、實驗結果討論等全方位進行綜合評價，弱化實驗結果、實驗產(chǎn)率的比重，通過考核引導實驗過程中強調動手能力、創(chuàng)新能力、現(xiàn)象觀察及分析、發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的能力等.小論文式的實驗報告強調學術性的論述，而不是簡單的一份記錄報告.對實驗數(shù)據(jù)結果的分析和討論要更加深入，例如，在分餾測有機物折光率的實驗中，提示學生討論折光率的影響因素，并與其他同學的數(shù)值進行對比，討論折光率數(shù)值偏高或偏低的原因.最后，有的同學在結果與討論部分深入分析了混合物折光率與物質的量之間的線性關系，并又主動重新設計實驗來驗證這一結論.同樣的一次實驗課，去獲得了更加豐富的內(nèi)容，學生的探索欲望也沒激發(fā)出來.

4 有機化學實驗中科研訓練的實施效果

在有機化學實驗中進行科研素質的訓練，使學生對科研產(chǎn)生了興趣，改變了學生對科研“深不可測”的印象，提高實驗教學效果的同時，學生的創(chuàng)新意識和學術意識得到提升，這一模式彌補了學生在理論知識、興趣、能力和時間投入方面的不足，使學生在面對各種科研項目的申請時不再感到茫然，這些科研素養(yǎng)在日后的訓練中不斷積累強化，會使學生在科研和學術的道路上越走越輕松.

5 結 語

在基礎有機實驗教學中引入科研訓練，一方面，使學生的實驗積極性和實驗興趣大大提高，實驗課結束后，還有學生利用課余時間把實驗課上的其他想法在實驗室進行探討.另一方面，學生的創(chuàng)新意識和探索精神得到了提升，這種意識有效地傳遞到有機化學理論學習，使學生敢于大膽假設并利用實驗課進行驗證，不再是以往“照方抓藥”式被動接受，而是帶著疑問和思考進行學習，表現(xiàn)出很強的創(chuàng)新意識.

總之，實驗課程是培養(yǎng)創(chuàng)新人才的重要基地，在學生剛剛接觸實驗教學時，進入科研素質的訓練，可以是實驗教學更加規(guī)范，學生受到的能力訓練也更全面、更有針對性，為學生日后從事科研項目、畢業(yè)設計乃至走上科研道路打下良好的基礎.同時，也滿足高等教育對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的要求，實現(xiàn)培養(yǎng)高素質復合型人才的目標.