地方院校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教改淺談

姚武冰，魏琪琦

(臺(tái)州學(xué)院，浙江 臺(tái)州 318000)

在課程改革教學(xué)中最為關(guān)鍵就是教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方式的改革，大學(xué)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)就是化學(xué)和化工等這類課程中最重要的專業(yè)基礎(chǔ)課程[1]。地方性院校實(shí)驗(yàn)教學(xué)受到傳統(tǒng)教育思想的局限性，在創(chuàng)新設(shè)計(jì)和科學(xué)設(shè)計(jì)方面有著較大的缺漏，而國內(nèi)外高校的有機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)不斷改革升級(jí)趨于信息化、綠色化。隨著現(xiàn)代化教育對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新能力和思考能力的要求提高，地方性院校在相應(yīng)的方面也亟需改革。

1 國內(nèi)外有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的趨勢

1.1 利用信息化建設(shè)

隨著時(shí)代的發(fā)展和教學(xué)信息化的普及，傳統(tǒng)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)在操作方面存在一定的局限性，國內(nèi)對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行改革。如果有一些實(shí)驗(yàn)對(duì)外部的實(shí)驗(yàn)環(huán)境有著很高的要求，或者在實(shí)驗(yàn)的過程中，要求學(xué)生等待實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而學(xué)生需要等待很長的時(shí)間[2]，學(xué)生的學(xué)習(xí)效率降低了。環(huán)境影響、操作誤差、不同的實(shí)驗(yàn)儀器等極易導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)失敗，而引入仿真模擬實(shí)驗(yàn)可以模擬實(shí)驗(yàn)所需的物理環(huán)境，使學(xué)生看到真實(shí)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并得到準(zhǔn)確可靠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，除此之外還解決了實(shí)驗(yàn)器材不夠，實(shí)驗(yàn)外界因素過于復(fù)雜時(shí)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)難以成功等不利的實(shí)驗(yàn)因素[2]。

而國外對(duì)實(shí)驗(yàn)教材進(jìn)行了改革，實(shí)驗(yàn)不再是單一無趣的文字，如Scoffstall 除了文字教材外，還有Course Website，這種實(shí)驗(yàn)課程網(wǎng)站可以介紹有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)背景；計(jì)算機(jī)處理的分子模型、旋光異構(gòu)體、構(gòu)象分析等微觀世界[3]。這種方式可以讓學(xué)生從不同渠道系統(tǒng)地學(xué)習(xí)與實(shí)驗(yàn)內(nèi)容相關(guān)的知識(shí)，拓展知識(shí)面，增加對(duì)學(xué)習(xí)有機(jī)實(shí)驗(yàn)的興趣。

1.2 微量實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合

自人們對(duì)如何減少化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)環(huán)境污染這個(gè)問題的重視度不斷增加，對(duì)于如何減少有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)廢液及固廢的排放的課題被國內(nèi)外的專家廣泛探究。1985年在美國被Butcher等人首次設(shè)計(jì)提出[4]，1988年，Wilecox Jr.在《Experimenta Organic Chemistry-A Small-Scale Approach》發(fā)表的部分內(nèi)容涉及到了材料藥品小量化規(guī)模的實(shí)驗(yàn)，他提出藥品用量可以僅是普通使用量的1/5，實(shí)驗(yàn)技能的鍛煉在于步驟的規(guī)范性，而不是單次實(shí)驗(yàn)操作所使用試劑多寡[5]。在國內(nèi)，周科衍等也出版了《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》(第二版)[6]，提出了以常量與小量化實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)與探究。

在有機(jī)實(shí)驗(yàn)中總是或多或少的產(chǎn)生有害化和環(huán)境污染，所以實(shí)驗(yàn)的綠色化尤為重要。而這種微量實(shí)驗(yàn)大大減少了試劑的用量、實(shí)驗(yàn)消耗、反應(yīng)廢棄物排放，還起到了要求的綠色環(huán)保和研究合成產(chǎn)率鍛煉學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作的目的，也節(jié)省了實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。

在查閱一些文獻(xiàn)后我們不難發(fā)現(xiàn)國內(nèi)、外化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革總趨勢都在不斷快速發(fā)展，培養(yǎng)高素質(zhì)、創(chuàng)新型人才是新時(shí)代對(duì)高等教育的要求，近年來地方性院校開始重視有機(jī)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教育，也在不斷加強(qiáng)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的建設(shè)，但現(xiàn)實(shí)中仍然存在一些問題需要進(jìn)一步的優(yōu)化與改革。

2 地方性院校在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的現(xiàn)狀

2.1 實(shí)驗(yàn)課程教授方式傳統(tǒng)

就目前地方性院校進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案而言，實(shí)驗(yàn)課程安排的課時(shí)數(shù)較少，一般為48～64個(gè)課時(shí)，課上通常以教師為主導(dǎo)，機(jī)械式灌輸知識(shí)，，即先按照課本內(nèi)容(實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)步驟、注意事項(xiàng)等)講授30 min，學(xué)生再根據(jù)書上的要求進(jìn)行一步步的實(shí)驗(yàn)操作，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后上交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。在過程中，學(xué)生只是被動(dòng)式教學(xué)，不懂得自己思考和探究實(shí)驗(yàn)的可行性，也沒有一種主動(dòng)參與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程的創(chuàng)新意識(shí)，課前的預(yù)習(xí)也只是被動(dòng)地抄寫書上的內(nèi)容進(jìn)行預(yù)習(xí)和了解。

教師和學(xué)生都是按部就班地進(jìn)行固定教育和操作，沒有創(chuàng)新意識(shí)也不會(huì)進(jìn)行深入探討了解，這使開設(shè)實(shí)驗(yàn)課程的真正意義難以得到全面實(shí)現(xiàn)[7]。在整個(gè)過程中只是做到了基礎(chǔ)目標(biāo)，讓學(xué)生會(huì)做實(shí)驗(yàn)完成課程考核，沒有達(dá)到實(shí)驗(yàn)反思探究的深層目的。

2.2 理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)脫節(jié)

由于一些地方性院校實(shí)驗(yàn)儀器不足、學(xué)校不夠重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)等，會(huì)出現(xiàn)將實(shí)驗(yàn)教師與理論教師分開，進(jìn)行獨(dú)立授課教學(xué)的情況。教師之間不能很好的溝通，銜接工作沒有做好，分工不夠明確，不能落實(shí)相關(guān)知識(shí)的教授工作就往往會(huì)導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)與理論內(nèi)容脫節(jié)，在學(xué)生沒有理解理論知識(shí)前進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)失敗的可能性會(huì)增加，造成實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)間和材料的浪費(fèi)，同時(shí)學(xué)生也不能充分理解每一個(gè)實(shí)驗(yàn)步驟的必要性；在理論學(xué)習(xí)一段時(shí)間后再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生會(huì)對(duì)知識(shí)點(diǎn)產(chǎn)生模糊，遺忘了一部分內(nèi)容，就不能將理論與實(shí)踐充分的結(jié)合。

綜上，理論教學(xué)與實(shí)驗(yàn)教學(xué)是不可分割的一塊內(nèi)容，理論可以幫助理解每一步實(shí)驗(yàn)藥品操作的必要性，為學(xué)生做實(shí)驗(yàn)打好基礎(chǔ)，同時(shí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)也可以促進(jìn)理論知識(shí)的理解與應(yīng)用，能夠?qū)⒗碚撿`活運(yùn)用于實(shí)踐，達(dá)到融匯貫通能夠進(jìn)行進(jìn)一步研究并提出創(chuàng)新的效果。

2.3 實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生環(huán)境污染

本科有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)室排放的主要污染物是：1)具有強(qiáng)腐蝕性的廢酸、廢堿；2)易揮發(fā)、易燃、易爆的有機(jī)廢溶劑；3)有毒、高危險(xiǎn)性的有機(jī)廢棄物[8]，如乙酸乙酯的制備實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生的乙酸乙酯、硫酸鎂，溴乙烷的制備中產(chǎn)生的溴乙烷、硫酸等。在有機(jī)實(shí)驗(yàn)過程中大多數(shù)實(shí)驗(yàn)都會(huì)產(chǎn)生廢棄物，而地方性院校對(duì)培養(yǎng)學(xué)生合理正確地處理廢液固廢的意識(shí)較為薄弱，同時(shí)實(shí)驗(yàn)室缺乏科學(xué)合理的管理，教師也在實(shí)驗(yàn)課上疏于管理。學(xué)生隨意取用化學(xué)藥品，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后直接將實(shí)驗(yàn)中使用的酸、堿、有機(jī)物等倒入下水道，最終導(dǎo)致廢氣廢物等對(duì)人體產(chǎn)生傷害，周邊環(huán)境產(chǎn)生不可逆轉(zhuǎn)的污染。

3 對(duì)地方性院校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的建議

3.1 優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

傳統(tǒng)的大學(xué)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)分三個(gè)階段組織教學(xué)，即：1)基本操作、基本技能實(shí)驗(yàn)；2)合成實(shí)驗(yàn)；3)綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)[9]。這樣設(shè)置課程會(huì)導(dǎo)致學(xué)生對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生輕視，過于簡單而失去學(xué)習(xí)的興趣，合成實(shí)驗(yàn)花費(fèi)的時(shí)間又太長，枯燥無趣，到了綜合實(shí)驗(yàn)又不能理解核心思想。學(xué)生往往是不求甚解，做過算數(shù)，下次實(shí)驗(yàn)時(shí)犯同樣的錯(cuò)誤，周而復(fù)始實(shí)驗(yàn)的效率、效果比較差[10]，只是進(jìn)入了“做了后面，忘了前面”的一種沒有效率的局面。所以這三個(gè)階段在教學(xué)上不能夠獨(dú)立安排，要讓學(xué)生重視三者的密切性，對(duì)課堂教學(xué)理論基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)一步的消化與理解，做到化學(xué)實(shí)驗(yàn)知識(shí)的綜合運(yùn)用。

地方性院校在實(shí)驗(yàn)安排上可以做一些整合，例如乙醇的普通蒸餾收集的乙醇可作為制備乙酸的原料，合成的乙酸乙酯可進(jìn)一步作為合成乙酰乙酸乙酯的原料，如教學(xué)需要，還可將乙酰乙酸乙酯作為中間原料制備酸或酮，所得產(chǎn)物可在驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中研究其性質(zhì)[11]。這種方式可以考察學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)的了解情況，培養(yǎng)學(xué)生分析問題的意識(shí)，提高學(xué)生的整體素質(zhì)。

3.2 注重實(shí)驗(yàn)綠色化

目前綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)呼聲漸高，進(jìn)行環(huán)境無害的化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)領(lǐng)域的長期目標(biāo)[12]。在地方性院校的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，首先教師要在認(rèn)識(shí)上重視，在實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)講解過程中有意識(shí)的向?qū)W生強(qiáng)調(diào)綠色化學(xué)的理念，潛移默化的對(duì)其進(jìn)行影響。在預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)時(shí)可以讓學(xué)生搜集資料，了解本次實(shí)驗(yàn)所用實(shí)驗(yàn)藥品的物理性質(zhì)和部分化學(xué)性質(zhì),特別是所用藥品是否有毒性、毒性的強(qiáng)弱、中毒途徑有哪些、如何預(yù)防等[13]。

近些年，小量化、微量化實(shí)驗(yàn)的發(fā)展呈現(xiàn)極速上升趨勢，其大大減少了試劑的用量、實(shí)驗(yàn)消耗、反應(yīng)廢棄物排放，減少環(huán)境污染，在國內(nèi)各大高校有85%以上的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)采用了微量化和半微量化操作。因此，結(jié)合地方性學(xué)校的實(shí)際，在保證實(shí)驗(yàn)效果和實(shí)驗(yàn)操作訓(xùn)練的基礎(chǔ)上，在部分合成實(shí)驗(yàn)中采用試劑減量化，儀器小型化[14]。除此之外還可以將仿真技術(shù)充分利用，如甲烷替代的實(shí)驗(yàn)為例，學(xué)生可以在虛擬的環(huán)境中使用實(shí)驗(yàn)教學(xué)器材進(jìn)行化學(xué)操作實(shí)驗(yàn)，然后可以看到氯氣與甲烷反應(yīng)后，氯氣的黃綠色逐漸變淡，管壁上出現(xiàn)油狀物，與真實(shí)結(jié)果幾乎相同[3]，也可以實(shí)現(xiàn)綠色化、環(huán)境無害化的目的。

3.3 創(chuàng)新教學(xué)方式

在教學(xué)方面老師需要有一種創(chuàng)新性教學(xué)思維，將灌輸填鴨式教育轉(zhuǎn)變?yōu)閱l(fā)引導(dǎo)式教學(xué)，被動(dòng)學(xué)習(xí)反而會(huì)磨滅學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)“刨根問底”的研究興趣，學(xué)生應(yīng)該成為班級(jí)的主要成員，積極探索實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)師生之間的溝通和互動(dòng)；同時(shí)注重將理論與實(shí)踐結(jié)合，讓學(xué)生學(xué)以致用，體會(huì)到學(xué)習(xí)理論知識(shí)的成就感，也能增加對(duì)有機(jī)實(shí)驗(yàn)的興趣。

利用信息化平臺(tái)，如“翻轉(zhuǎn)課堂”，將網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、課前學(xué)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)及課后學(xué)習(xí)融為一體，為有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革提供了新的思路[15-16]。優(yōu)點(diǎn)在于將“線下”課堂與“線上”碎片化知識(shí)系統(tǒng)地整合，教師還可以將課程相關(guān)的文檔、視頻上傳至平臺(tái)，可以充分利用網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)勢；學(xué)生可以通過手機(jī)隨時(shí)隨地下載瀏覽，也可以在討論區(qū)提出問題與其他同學(xué)一起探討交流，在“課前+課后”的每個(gè)環(huán)節(jié)都能科學(xué)化進(jìn)行指導(dǎo)，讓教學(xué)更高效。

4 結(jié)語

為了應(yīng)對(duì)國內(nèi)外有機(jī)化學(xué)的發(fā)展大趨勢，同時(shí)培養(yǎng)應(yīng)用創(chuàng)新型人才需要地方性院校在目前的基礎(chǔ)上對(duì)現(xiàn)有的有機(jī)化學(xué)教學(xué)方式進(jìn)行創(chuàng)新和優(yōu)化，通過優(yōu)化教學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)方式，注重綠色化實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新和綠色的理念，提高教學(xué)質(zhì)量，推動(dòng)地方性院校的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)改革進(jìn)程，逐步跟上世界實(shí)驗(yàn)教改的大趨勢。