科研思維融入有機化學(xué)實驗教學(xué)的實踐

陳冬生 劉家言

摘 要：以二苯羥乙酮的合成實驗為例，在有機化學(xué)實驗教學(xué)中引入合成方法學(xué)的研究方法，讓學(xué)生通過文獻查閱設(shè)計正交試驗，考查加熱方式和反應(yīng)時間對實驗結(jié)果的影響，并對實驗結(jié)果分析討論，將科研思維融入有機化學(xué)實驗教學(xué)。

關(guān)鍵詞：科研思維; 創(chuàng)新能力; 實驗教學(xué)改革

中圖分類號：G642? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A? ? ? 文章編號：1006-3315（2020）10-095-001

有機化學(xué)實驗是醫(yī)藥學(xué)本科院校教學(xué)中的一門基礎(chǔ)實驗課程[1]?？蒲兴季S是開展科學(xué)研究必須具備的、運用一定的科學(xué)方法進行思考的過程，可以有效保證創(chuàng)新過程的合理性。實驗教學(xué)側(cè)重于對學(xué)生動手能力、觀察能力、科學(xué)記錄和數(shù)據(jù)處理等綜合能力培養(yǎng)，學(xué)生初高中階段進實驗室自己動手做實驗的機會較少，大部分同學(xué)對實驗充滿了濃厚的探究欲和學(xué)習(xí)興趣，此時教師再精心設(shè)計實驗，將科學(xué)研究中的思想有針對的引入實驗教學(xué)，將大大提升學(xué)生的創(chuàng)新思維，并提前具備一定科研能力，對學(xué)生后續(xù)參加或主持類似大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的項目有很大的幫助。在科研工作中我們常用有機合成方法學(xué)篩選最佳的反應(yīng)條件，筆者的思路是依據(jù)現(xiàn)有的教學(xué)設(shè)施，對部分實驗內(nèi)容調(diào)整設(shè)計，在實驗教學(xué)中引入合成方法學(xué)理念，讓學(xué)生知曉科學(xué)研究的方法，培育學(xué)習(xí)興趣，拓展科研思維和提高創(chuàng)新能力。

二苯羥乙酮俗名安息香，通常由兩分子苯甲醛在稀堿催化下制備。傳統(tǒng)的教學(xué)模式中，教師先講授實驗原理、步驟及相關(guān)操作注意事項，然后將課堂交給學(xué)生，讓學(xué)生按照教材流程進行操作。在筆者實際的教學(xué)經(jīng)驗中發(fā)現(xiàn)，大部分學(xué)生只是實驗步驟的“操作工”，他們不會去主動思考實驗步驟每一步設(shè)計更深層次的原因，這種教學(xué)模式僅能夠培養(yǎng)學(xué)生淺層次的動手能力，遠未達到對基本實驗技能的要求，更不利于訓(xùn)練學(xué)生的科研思維[2]。為此，本文以二苯羥乙酮的合成為試點實驗，讓學(xué)生在正常實驗的基礎(chǔ)上，強化文獻查閱，自行細化和調(diào)整實驗步驟，對實驗結(jié)果進行大數(shù)據(jù)分析等，探索將科研思想中的合成方法學(xué)引入實驗教學(xué)。

1.實驗預(yù)習(xí)

在實驗預(yù)習(xí)環(huán)節(jié)，首先向?qū)W生講述美國的ACS數(shù)據(jù)庫、Willy數(shù)據(jù)庫、英國化學(xué)會的RSC數(shù)據(jù)庫和中國的知網(wǎng)、萬方等常見的中外文數(shù)據(jù)庫，然后再介紹J. Am. Chem. Soc.、Chem. Rev.、Org. Lett.、J. Org.Chem.等知名的有機化學(xué)期刊，要求學(xué)生去學(xué)校的圖書館查閱相關(guān)的紙質(zhì)和電子的期刊數(shù)據(jù)庫，充分了解近幾年來微波反應(yīng)在化學(xué)反應(yīng)上的應(yīng)用，并將查閱所得的相關(guān)文獻資料簡要記錄在預(yù)習(xí)報告上。在文獻查閱過程中，可以充分鍛煉學(xué)生文獻查閱和知識收集的能力，使他們掌握在有機實驗中可以針對不同的實驗使用不同的熱源，一般低于100℃采用水浴，100℃～200℃采用油浴，更高的溫度可以采用沙浴等等，對實驗內(nèi)容有更深刻的理解，并打下了一定的科研文獻的檢索基礎(chǔ)。

2.實驗內(nèi)容

在實驗內(nèi)容方面，依據(jù)原課本的實驗的條件進行兩次改變，第一次將加熱時間縮減為60分鐘，第二次將上述實驗的熱源由熱水浴改為常壓微波合成反應(yīng)儀，其他條件都不變。在教師的指導(dǎo)下，學(xué)生依照反應(yīng)時間、加熱方式的不同，先自行正交設(shè)計實驗內(nèi)容，然后由教師進行指導(dǎo)修改。將全班同學(xué)進行隨機分組，兩名同學(xué)為一組，同組學(xué)生的實驗內(nèi)容隨機確定，然后將同組學(xué)生的實驗條件對調(diào)進行實驗。與之前的實驗教學(xué)模式相比，不僅能增加每個學(xué)生的操作次數(shù)，而且學(xué)生課前都不知道實驗內(nèi)容和結(jié)果，需專注的投入到實驗中，認真實驗得到數(shù)據(jù)，學(xué)生的實驗興趣高，可充分調(diào)動學(xué)生的積極性。該教學(xué)模式與合成方法的研究方法有機融合，將科研思維直接用于教學(xué)實踐，實驗探索性高，對學(xué)生實驗技能的培訓(xùn)、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、科研思維的培育起到重要作用。

3.實驗結(jié)果

在實驗結(jié)果分析方面，由于學(xué)生對數(shù)據(jù)綜合處理的能力欠缺，缺乏科學(xué)思維的能力，一般只進行簡單的收率計算，和理論收率進行比較，而不會對收率的高低進行認真分析，不會分析實驗中的問題，不會分析、總結(jié)實驗結(jié)果，更談不上提出科學(xué)的推論和見解[3-4]。而我們研究型新教學(xué)模式，每個小組的學(xué)生在不同的或是相同的實驗條件下會得到不同的實驗結(jié)果，這樣就會激發(fā)學(xué)生對產(chǎn)生該結(jié)果更深層次原因的進行總結(jié)和探究，對實驗結(jié)果進行分析討論。實驗結(jié)束后，教師將全班所有同學(xué)的實驗數(shù)據(jù)進行匯總統(tǒng)計，并發(fā)給所有學(xué)生，教師可以從大數(shù)據(jù)中對教學(xué)效果進行總結(jié)并發(fā)現(xiàn)不同學(xué)生的實驗操作能力的差異，從而進行有針對的輔導(dǎo)和提高，學(xué)生可以從大的實驗數(shù)據(jù)庫和其他組同學(xué)對比自己組的實驗結(jié)果，從加熱方式、反應(yīng)時間對收率的影響進行更深一步的總結(jié)，對不同實驗條件下的實驗結(jié)果有更多的探討和領(lǐng)悟。

4.結(jié)語

本文以二苯羥乙酮的合成為試點實驗，從實驗預(yù)習(xí)、實驗步驟設(shè)計及實驗結(jié)果處理與討論等方面對有機化學(xué)實驗教學(xué)中引入科研思維模式進行了探索。同傳統(tǒng)教學(xué)模式相比，該實驗教學(xué)模式能夠大大增加學(xué)生參與實驗的積極性與主觀能動性，在學(xué)習(xí)中探索，在探索中學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生對實驗的主人翁意識，激發(fā)學(xué)生對實驗的學(xué)習(xí)興趣，從而提高創(chuàng)新能力和綜合科研素質(zhì)，為國家培養(yǎng)更優(yōu)秀醫(yī)藥人才。

基金項目：南京醫(yī)科大學(xué)康達學(xué)院2018年度教育研究立項項目“基于合成方法學(xué)研究的有機化學(xué)實驗教學(xué)改革與實踐” （KD2018JYYJYB028）

參考文獻：

[1]張瑤，秦書芝.中藥學(xué)實驗教學(xué)改革探索[J]廣東化工，2013，3，175

[2]陳淼，李陽， 李智豪等.基于合成方法學(xué)研究的有機化學(xué)實驗教學(xué)改革與實踐——以苯甲酸乙酯制備為例[J]大學(xué)化學(xué)，2017，32（7）：23-27