應(yīng)用型地方本科院校工科類專業(yè)有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革的探索與實(shí)踐

洪碧瓊 周岑 林棋

[摘 要] 在國家大力推進(jìn)新工科建設(shè)的背景下，工科類專業(yè)有機(jī)化學(xué)的教學(xué)缺乏應(yīng)用型特色，出現(xiàn)人才培養(yǎng)與社會(huì)需求相脫節(jié)，甚至面臨供不應(yīng)求的尷尬局面，有機(jī)化學(xué)教學(xué)十分有必要推陳出新，探索適應(yīng)新時(shí)代發(fā)展理念的教學(xué)方式。通過從有機(jī)化學(xué)教材的選擇，教學(xué)內(nèi)容的規(guī)劃，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化改革以及考核方式的調(diào)整與優(yōu)化等方面進(jìn)行了詳細(xì)的探討與分析。

[關(guān)鍵詞] 新工科;應(yīng)用型人才;有機(jī)化學(xué);教學(xué)改革

[基金項(xiàng)目] 2019年度閩江學(xué)院校級(jí)教改項(xiàng)目“新時(shí)代發(fā)展理念下的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化教學(xué)改革探索與實(shí)踐”（MJU2019B013）

[作者簡(jiǎn)介] 洪碧瓊（1984—），女，福建莆田人，理學(xué)博士，閩江學(xué)院海洋學(xué)院副教授，主要從事有機(jī)功能材料研究。

[中圖分類號(hào)] G64? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A? ? [文章編號(hào)] 1674-9324（2020）40-0236-03? ? [收稿日期] 2020-03-19

地方本科院校是我國高等教育體系一個(gè)重要的依托載體，堅(jiān)持特色辦學(xué)，培養(yǎng)應(yīng)用型人才是地方本科院校的必然選擇[1]。近幾年，在應(yīng)用型人才培養(yǎng)過程中，很多地方高校不同程度地存在培養(yǎng)目標(biāo)不明確、課程體系設(shè)置不符合應(yīng)用型人才培養(yǎng)的目標(biāo)、實(shí)驗(yàn)課程等實(shí)踐環(huán)節(jié)相對(duì)弱化、人才培養(yǎng)模式缺乏應(yīng)用型特色等一系列問題[2]。如此沒有針對(duì)性和特色的培養(yǎng)模式在一定程度上導(dǎo)致了應(yīng)用型人才的培養(yǎng)與社會(huì)的需求相脫節(jié)，甚至出現(xiàn)了供不對(duì)求局面，也導(dǎo)致了畢業(yè)生低就業(yè)率但是用人單位卻缺人的矛盾現(xiàn)象。如何進(jìn)行應(yīng)用型人才培養(yǎng)的供給側(cè)改革，提高應(yīng)用型人才培養(yǎng)的社會(huì)適應(yīng)性，為社會(huì)輸送“高素質(zhì)、強(qiáng)能力、應(yīng)用型”人才，是當(dāng)前地方本科院校應(yīng)用型人才培養(yǎng)所面臨的挑戰(zhàn)之一。

近幾年，教育部門大力推行新工科建設(shè)。在新工科視域下，教育要求以立德樹人為引領(lǐng)，以應(yīng)對(duì)變化、塑造未來為建設(shè)理念，以繼承與創(chuàng)新、交叉與融合、協(xié)調(diào)與共享為主要途徑，培養(yǎng)適應(yīng)未來發(fā)展的多元化、創(chuàng)新型卓越工程人才[3]。有機(jī)化學(xué)是很多工科專業(yè)的學(xué)科基礎(chǔ)課，為后續(xù)的其他課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)，尤其是應(yīng)用化學(xué)、高分子材料與工程、制藥工程、輕化工程等工科化學(xué)類專業(yè)的專業(yè)必修課。然而，從目前有機(jī)化學(xué)課程教學(xué)上看，目前面臨一些亟待解決的矛盾。一方面，有機(jī)化學(xué)課程內(nèi)容豐富、有機(jī)化合物數(shù)量多且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、反應(yīng)類型繁雜且機(jī)理抽象，這使得地方本科院校的學(xué)生普遍認(rèn)為有機(jī)化學(xué)的知識(shí)點(diǎn)難以理解和掌握，因而學(xué)習(xí)積極性差;另一方面，工科類專業(yè)的有機(jī)化學(xué)教學(xué)還要克服學(xué)時(shí)數(shù)較少（理論課64課時(shí)，實(shí)驗(yàn)課36課時(shí)）、大類招生條件下學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)也相對(duì)薄弱、地方院校學(xué)生基礎(chǔ)不好學(xué)習(xí)積極性也不高等不利因素。因此，在國家大力推進(jìn)新工科建設(shè)的背景下，針對(duì)應(yīng)用型地方本科院校工科類專業(yè)的有機(jī)化學(xué)教學(xué)進(jìn)行改革就顯得尤為重要。近幾年，不少地方本科院校都在積極探尋符合本校辦校特色并且能滿足社會(huì)需求的教學(xué)方式。本文總結(jié)閩江學(xué)院近三年教學(xué)改革的實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)應(yīng)用型地方本科院校工科類專業(yè)的培養(yǎng)目標(biāo)和培養(yǎng)要求，我們對(duì)有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革進(jìn)行了以下三個(gè)方面的探索。

一、有機(jī)化學(xué)理論課教材選擇和教學(xué)內(nèi)容的規(guī)劃

目前有機(jī)化學(xué)教材多數(shù)以官能團(tuán)為主線，同時(shí)將雜化軌道理論、波譜分析、立體化學(xué)等穿插在教學(xué)內(nèi)容當(dāng)中，教學(xué)內(nèi)容豐富且龐雜。想要在有限的64課時(shí)內(nèi)系統(tǒng)講授，幫助學(xué)生掌握適應(yīng)社會(huì)需求的知識(shí)儲(chǔ)備，就十分有必要精選理論課教材，并且對(duì)教學(xué)內(nèi)容根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)和特色進(jìn)行一定的刪除和增補(bǔ)。教材是教學(xué)內(nèi)容的載體，是學(xué)生學(xué)習(xí)的重要參照，適用性強(qiáng)的教材能夠幫助學(xué)生更好地領(lǐng)會(huì)教學(xué)內(nèi)容，掌握知識(shí)框架，也是提高教學(xué)質(zhì)量的一個(gè)重要手段。根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)和課程設(shè)置，選擇了比較貼近專業(yè)特色的高等教育出版社徐壽昌主編的《有機(jī)化學(xué)》（第二版）作為教材。以工科學(xué)生應(yīng)該掌握的基本理論和概念為基本框架，采用“少而精”的理念，授課過程揚(yáng)長(zhǎng)避短，結(jié)合專業(yè)特點(diǎn)，不拘泥于現(xiàn)有教材的體系，增加具有關(guān)聯(lián)性、啟迪性、教學(xué)實(shí)用性和學(xué)科前沿性的內(nèi)容，從而提高學(xué)生的綜合能力和專業(yè)技能。

有機(jī)化學(xué)理論課程應(yīng)用型教學(xué)內(nèi)容分為基礎(chǔ)理論模塊和理論應(yīng)用模塊，我們精心設(shè)計(jì)由結(jié)構(gòu)與命名、反應(yīng)類型與機(jī)理、有機(jī)合成這三大體系組成的基礎(chǔ)理論模塊，理論應(yīng)用模塊主要是結(jié)合高分子材料、染料中間體、藥物合成等方面。在教學(xué)過程中處理好教學(xué)內(nèi)容的基礎(chǔ)性、先進(jìn)性和應(yīng)用性三者之間的關(guān)系，重點(diǎn)講解有機(jī)化學(xué)反應(yīng)類型與反應(yīng)機(jī)理及其合成方法，同時(shí)需要把有機(jī)化學(xué)發(fā)展的前沿、生產(chǎn)中的最新應(yīng)用以及相關(guān)學(xué)科的交叉知識(shí)等引入課堂教學(xué)中。比如在立體異構(gòu)這一章節(jié)中，谷氨酸右旋體具有調(diào)味作用，維生素C右旋體可以用來治療壞血病，麻黃堿右旋體才具有舒張血管治療高血壓的作用。香芹酮和薄荷油是旋光異構(gòu)體，但是味道卻相差甚大，為什么？引起學(xué)生對(duì)藥物左旋體和右旋體功能差異大的重視，同時(shí)也激發(fā)他們對(duì)藥物性質(zhì)的學(xué)習(xí)興趣。再如，講到醇酚醚那一章，給學(xué)生講解生活中酒的度數(shù)，介紹發(fā)酵法釀酒的過程，酒后駕車的檢測(cè)方法等，讓學(xué)生也意識(shí)到酒駕的危害性并感知到知識(shí)就是生命，讓應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的學(xué)生感受到有機(jī)化學(xué)“無處不在、無處不用”。再比如，講到偶氮化合物章節(jié)介紹酸性、媒染、分散、中性、陽離子等偶氮染料，顏料色彩豐富多彩，如何廣泛應(yīng)用在紡織品服裝的印染工藝中，讓輕化工程專業(yè)的學(xué)生體會(huì)到有機(jī)化合物與專業(yè)課之間的關(guān)聯(lián)，激起他們學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的興趣。

二、有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)綠色化改革

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是有機(jī)化學(xué)教學(xué)最重要的實(shí)踐環(huán)節(jié)。目前，在大部分地方本科院校中有機(jī)化學(xué)的教學(xué)普遍存在一些有待改進(jìn)的問題，比如缺少先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備、學(xué)生主動(dòng)參與度不高、實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)比較薄弱、理論用以解決實(shí)際問題的能力比較差等[4]，這些問題很不利于應(yīng)用型人才的快速成才。實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，熔沸點(diǎn)和折光率的測(cè)定、蒸餾與分餾、萃取和重結(jié)晶、薄層色譜和柱層析等有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本技能要夯實(shí)，正溴丁烷、雙酚A、乙酰苯胺、二苯甲醇、乙酸乙酯等需要掌握幾種經(jīng)典的合成方法，通過從茶葉中提取咖啡因等實(shí)驗(yàn)掌握有機(jī)化合物的分離與提取方法。教學(xué)過程中還需要合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動(dòng)，將學(xué)生合理分為各個(gè)學(xué)習(xí)小組，讓不同學(xué)習(xí)小組圍繞實(shí)驗(yàn)題目?jī)?nèi)容展開驗(yàn)證或設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生將課堂所學(xué)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)操作技能通過實(shí)踐很好地應(yīng)用在實(shí)驗(yàn)過程中。并且，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的改革應(yīng)結(jié)合工科專業(yè)特色來開展，注重專業(yè)業(yè)務(wù)能力的提高，同時(shí)需要強(qiáng)化環(huán)境保護(hù)意識(shí)，灌輸“綠色化學(xué)”的理念，從實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)原料、實(shí)驗(yàn)源頭、實(shí)驗(yàn)過程等方面實(shí)現(xiàn)綠色化。

（一）精選和合理優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，從實(shí)驗(yàn)原理上實(shí)現(xiàn)綠色化

在現(xiàn)有有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材的基礎(chǔ)上，對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行精選，并根據(jù)專業(yè)特色優(yōu)化實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，形成專業(yè)特色鮮明的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容編排。通過引入新實(shí)驗(yàn)技術(shù)和方法，設(shè)計(jì)循環(huán)或回收實(shí)驗(yàn)，采用微量或者半微量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，借助計(jì)算機(jī)輔助、虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等手段實(shí)現(xiàn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的綠色化。盡量設(shè)計(jì)一些串聯(lián)實(shí)驗(yàn)，使回收的產(chǎn)物可以重新利用。如“乙酸乙酯的制備”產(chǎn)品，經(jīng)過除水后，可用作“乙酰乙酸酯的制備”實(shí)驗(yàn)的原料;1-溴丁烷的制備產(chǎn)物可作為“2-甲基-2-乙醇的制備”的原料;“甲基橙的制備”的產(chǎn)物可進(jìn)行重結(jié)晶基本操作，純品可供給分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)用。

（二）實(shí)驗(yàn)試劑的低碳優(yōu)化，從實(shí)驗(yàn)原料上實(shí)現(xiàn)綠色化

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的試劑使用量大，選擇不當(dāng)易造成浪費(fèi)和環(huán)境污染，在實(shí)驗(yàn)過程中，盡量用無毒試劑代替有毒試劑，用高效，無毒，無害的催化劑代替腐蝕性嚴(yán)重的催化劑。如：常壓蒸餾95%的工業(yè)酒精所得的乙醇可以用于乙酸乙酯的制備;萃取洗滌得到的苯甲酸用于熔點(diǎn)的測(cè)定等;苯甲醇的制備可以用正丁醇、乙酸乙酯、二氯甲烷等替代乙醚作萃取劑;水蒸氣蒸餾采用橘皮或橙皮來代替過去常用的苯甲醛，蒸餾得到具有光學(xué)活性的檸檬烯，又可以將其作為旋光度測(cè)定的原料。整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單、安全可靠，對(duì)周圍環(huán)境及人體沒有危害，實(shí)驗(yàn)所用的純天然材料成本低廉[5]。

（三）推行半微量或微量化學(xué)實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)源頭上實(shí)現(xiàn)綠色化

微型化學(xué)一直是化學(xué)實(shí)驗(yàn)低碳綠色化的重要手段之一，在不影響實(shí)驗(yàn)?zāi)康那疤嵯?，將?shí)驗(yàn)藥品半微量或微量化以及實(shí)驗(yàn)儀器微型化，從而縮短了實(shí)驗(yàn)時(shí)間、減少了實(shí)驗(yàn)耗材、大大降低污染等。比如實(shí)現(xiàn)“乙酰水楊酸的制備”實(shí)驗(yàn)的微量化既能減少試劑用量和環(huán)境污染，還能達(dá)到原定的教學(xué)目標(biāo)。再如在正溴丁烷的制備實(shí)驗(yàn)中，由于濃硫酸氧化溴化鈉，結(jié)果逸出很多游離的溴，造成環(huán)境污染。如果我們?cè)谳^小的儀器中，采用盡可能少的試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，則觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象有很大差異，半微量法反應(yīng)瓶中的顏色較淺，沒有溴逸出，實(shí)驗(yàn)時(shí)間也較短。

（四）引入新技術(shù)新方法改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)過程中實(shí)現(xiàn)綠色化

微波、超聲波促進(jìn)有機(jī)反應(yīng)或提取，超臨界流體、離子液體等用于有機(jī)合成，生物轉(zhuǎn)化等融入有機(jī)化學(xué)中，這些技術(shù)往往會(huì)大大縮短反應(yīng)時(shí)間，使得有機(jī)實(shí)驗(yàn)在溫和條件下進(jìn)行，同時(shí)實(shí)現(xiàn)提高產(chǎn)率和減少甚至無有害物質(zhì)排放等。如Na2CO3催化微波合成阿司匹林相對(duì)于濃硫酸催化加熱合成法，反應(yīng)速度提高了10倍，產(chǎn)品純度高，而且還不污染環(huán)境和腐蝕設(shè)備。還可以利用Lozano等[6]報(bào)道的文獻(xiàn)方法來改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，即在超臨界CO2中進(jìn)行酯化反應(yīng)，在超臨界CO2中丁基乙烯酯與1-丁醇反應(yīng)生成丁基丁酸酯的選擇性大于99%。此外，可以運(yùn)用虛擬仿真實(shí)驗(yàn)技術(shù)，探索綠色化實(shí)驗(yàn)的全新實(shí)驗(yàn)方式。

三、考核方式的調(diào)整與優(yōu)化

考核評(píng)價(jià)是教學(xué)全過程的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，科學(xué)合理的考核評(píng)價(jià)模式，可以幫助任課教師對(duì)教學(xué)效果和學(xué)習(xí)情況進(jìn)行評(píng)估，以便在后續(xù)的教學(xué)過程中有針對(duì)性地進(jìn)行調(diào)整和改進(jìn)，提升教學(xué)質(zhì)量[3]。目前，有機(jī)化學(xué)的考核方式多采用期中考試成績(jī)（30%）與期末考試成績(jī)（70%）相結(jié)合的形式。教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)這樣的考核方式存在一定的弊端：首先，考核成績(jī)以期末成績(jī)?yōu)橹?，缺乏?duì)學(xué)生平時(shí)學(xué)習(xí)態(tài)度、學(xué)習(xí)能動(dòng)性、分析解決問題的能力等多方面的綜合評(píng)定，不利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維;其次，以閉卷成績(jī)?yōu)橹鞯目己朔绞綍?huì)加大學(xué)生的記憶負(fù)擔(dān)，帶來重理論、輕能力的負(fù)面效應(yīng);最后，考試次數(shù)偏少，僅憑一次期末考試成績(jī)不能完全充分體現(xiàn)學(xué)生的整體能力和學(xué)習(xí)效果。因此，我們需要轉(zhuǎn)變教育教學(xué)觀念，研究探索適合課程特點(diǎn)和專業(yè)特色的考試考核方式，切實(shí)有利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)促進(jìn)良好學(xué)風(fēng)的形成。通過強(qiáng)化課堂教學(xué)的過程管理，注重知識(shí)的實(shí)用性，不再一張?jiān)嚲頉Q定成績(jī)，采用形成性評(píng)價(jià)方式在評(píng)定學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，即通過平時(shí)成績(jī)（包括考勤、作業(yè)評(píng)定、課堂提問、章節(jié)小測(cè)、期中考試、合成路線設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)的完成情況、操作的規(guī)范性等）（占40%）和期末閉卷考試成績(jī)（占60%）來全面評(píng)價(jià)學(xué)生對(duì)知識(shí)的掌握程度以及解決實(shí)際問題的能力，有利于激發(fā)學(xué)生在課堂上的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力，培養(yǎng)學(xué)生的知識(shí)應(yīng)用能力和創(chuàng)新思維。

四、結(jié)語

在教育發(fā)展新形勢(shì)下，國家大力推進(jìn)新工科建設(shè)，我們對(duì)本學(xué)院應(yīng)用化學(xué)、高分子材料與工程、輕化工程、制藥工程等工科類專業(yè)的有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革探索取得了初步的成功。但是，仍然存在一些不足之處，還需要不斷加強(qiáng)對(duì)有機(jī)化學(xué)教學(xué)的優(yōu)化改革工作，針對(duì)培養(yǎng)目標(biāo)有效構(gòu)建出科學(xué)完善又符合實(shí)際需要的有機(jī)化學(xué)教學(xué)體系。教師們?nèi)孕璺e極轉(zhuǎn)變教學(xué)理念，采用先進(jìn)的教學(xué)方法和手段，根據(jù)新工科專業(yè)的特色探索有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革的有效模式，實(shí)現(xiàn)“不求最大、但求最優(yōu)，但求適應(yīng)社會(huì)需求”的辦學(xué)思想和理念，力爭(zhēng)打造具有應(yīng)用型工科專業(yè)特色的精品有機(jī)化學(xué)課程。

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