有機化學(xué)實驗混合式教學(xué)研究與實踐
——以“乙醚的制備”為例

吳云英，李德燕，謝建新，陳文靜，代剛良，陶艷，普夢蝶

玉溪師范學(xué)院化學(xué)生物與環(huán)境學(xué)院，云南 玉溪 653100

面對地方院校學(xué)生基礎(chǔ)相對薄弱，實驗教學(xué)過程中表現(xiàn)出師生互動較少、學(xué)生自學(xué)能力不夠、整體學(xué)習(xí)效率不高的現(xiàn)狀，有機化學(xué)實驗教學(xué)存在教學(xué)方法傳統(tǒng)、教學(xué)評價模式單一、教學(xué)時間不夠等方面的問題[1]。同時，為了適應(yīng)現(xiàn)代教育的發(fā)展，構(gòu)建“互聯(lián)網(wǎng)+”條件下的人才培養(yǎng)模式[2]，優(yōu)化“平臺+教育”服務(wù)模式與能力[3,4]，完善優(yōu)課、打造“金課”，提高教學(xué)質(zhì)量。因此，在高校有機化學(xué)實驗教學(xué)中實施混合式教學(xué)模式既符合實驗課程的性質(zhì)，又可有效地將教學(xué)任務(wù)分解，具有實施的必要性和可行性[5–10]。通過混合式實驗教學(xué)將傳統(tǒng)教學(xué)的優(yōu)勢和信息化教學(xué)的優(yōu)勢相結(jié)合，實現(xiàn)理論與實驗的混合、“線上”與“線下”的混合及教師與學(xué)生角色的混合，注重混合式教學(xué)的形成性評價和終結(jié)性評價的有機結(jié)合。整個教學(xué)過程注重面向全體，突出個體差異，尋求合作探索，實現(xiàn)成果共享。體現(xiàn)基于教材而又超越教材，著以生活色彩又附以歷史背景，注重貫徹化學(xué)與生產(chǎn)、生活、人類之間的聯(lián)系，從而有效地解決了有機化學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題。本文以高等教育出版社曾和平主編《有機化學(xué)實驗》[11]中的乙醚的制備實驗為例介紹有機化學(xué)實驗混合式教學(xué)的具體實施過程。

1 教學(xué)目標

知識與技能：理解由醇制備醚的反應(yīng)原理和實驗方法；掌握低沸點易燃液體的操作要點和注意事項；鞏固回流、蒸餾、洗滌和干燥等基本操作；探究乙醚制備的最佳實驗條件。通過制定實驗方案、觀察、調(diào)查、研究及記錄等，引導(dǎo)學(xué)生自主、合作、探究、設(shè)計學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生善于觀察思考，勇于發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力。

過程與方法：激發(fā)學(xué)生有效地利用學(xué)習(xí)資源，適應(yīng)混合式教學(xué)模式，提高學(xué)習(xí)效率；通過學(xué)生獲取信息，并用比較、歸納等方法對獲取的信息進行有目的性的整合與總結(jié)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力、實踐能力和人際交往能力。

情感態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學(xué)生勇于開拓的學(xué)習(xí)情操和辯證唯物主義觀點，求真務(wù)實，大膽質(zhì)疑，提升對化學(xué)現(xiàn)象的好奇心和探究欲，進一步激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。構(gòu)建學(xué)生關(guān)心社會、關(guān)心生活和關(guān)心生態(tài)環(huán)境的道德堡壘，讓學(xué)生獲得學(xué)以致用的滿足感。

2 教學(xué)方法

任務(wù)驅(qū)動法：在課前任務(wù)的驅(qū)動下，通過對學(xué)習(xí)資源的主動整合與總結(jié)，進行自主探索和小組互動協(xié)作的學(xué)習(xí)。在完成課前任務(wù)的過程中，引導(dǎo)學(xué)生實踐活動，堅持以“任務(wù)為主線，教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”的教學(xué)理念。

實驗探究法：化學(xué)實驗教學(xué)中常用的有效方法，以學(xué)生小組實驗與教師演示實驗相呼應(yīng)。學(xué)生探究自行選擇實驗裝置，并將裝置應(yīng)用于實驗，充分展示知識的構(gòu)建過程。

交流討論法：教師引導(dǎo)學(xué)生開展討論、交流，發(fā)揮學(xué)生的積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生獨立思維能力和口頭表達能力，促進學(xué)生靈活地運用知識。

結(jié)合法：充分利用“線上”與“線下”、“超星學(xué)習(xí)通”與“雨課堂”、學(xué)科課程之間的結(jié)合有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和欲望，生活實踐與理論知識結(jié)合有助于學(xué)生知識掌握及創(chuàng)新能力的提升。

講授法：相關(guān)知識完全靠學(xué)生自學(xué)和設(shè)計總結(jié)存在一定難度，因此還需要教師講解和引導(dǎo)，采取問題探究式教學(xué)，促進師生有效互動交流，突破教學(xué)重難點。

巡回指導(dǎo)法：學(xué)生實驗過程中，及時指出學(xué)生的操作問題并予以糾正，督促學(xué)生觀察記錄實驗現(xiàn)象，歸納總結(jié)實驗結(jié)論。

3 教學(xué)過程

3.1 課前任務(wù)

利用學(xué)習(xí)通網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺，發(fā)放課前學(xué)習(xí)任務(wù)，如圖1所示。通過課前任務(wù)的驅(qū)動讓學(xué)生完成課前準備和課前視頻學(xué)習(xí)，小組合作查閱文獻、收集資料，有目的性地整合信息并歸納總結(jié)制定實驗方案、完成實驗預(yù)習(xí)報告、線上測驗等任務(wù)，達到混合式實驗教學(xué)的目的，以培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和強化創(chuàng)新應(yīng)用能力的培養(yǎng)。

圖1 超星學(xué)習(xí)通線上任務(wù)

3.2 課中任務(wù)

教學(xué)過程中，條理清晰，緊湊合理，注重突出重點，借助于雨課堂平臺開展混合式教學(xué)，如圖2所示，實時檢測學(xué)生學(xué)習(xí)情況，各項活動的安排也注重互動、交流，最大限度地調(diào)動學(xué)生參與課堂的積極性與主動性。

圖2 雨課堂教學(xué)課件

3.2.1 引入新課

引導(dǎo)學(xué)生回憶日常生活中的場景，使用多媒體呈現(xiàn)乙醚麻醉劑的發(fā)現(xiàn)與應(yīng)用，同時展示實物，創(chuàng)設(shè)問題情景，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，引導(dǎo)學(xué)生深入理解接下去要研究的問題。新課引入是教學(xué)非常重要的一個環(huán)節(jié)，聯(lián)系歷史，聯(lián)系生活，以日常生活與實物結(jié)合作為切入點，激趣導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生的求知欲，充分體會化學(xué)反應(yīng)的微妙應(yīng)用與生命生活的密切關(guān)聯(lián)。

3.2.2 講授新課

【環(huán)節(jié)1】 實驗?zāi)康?/p>

明確提出學(xué)習(xí)的目標，通過乙醚的制備實驗，讓學(xué)生知道本實驗的教學(xué)重點是認識乙醚的合成方法及性質(zhì)，并對實驗結(jié)果進行總結(jié)歸納，既要掌握知識，也要熟練應(yīng)用。難點在于設(shè)計實驗方案，探索實驗條件，改進實驗方法，操作關(guān)鍵環(huán)節(jié)的準確把握，從而有目的性地進行理論學(xué)習(xí)和實驗操作。

【環(huán)節(jié)2】 實驗原理

采用問題探究式教學(xué)方法，以學(xué)生為主體、教師為主導(dǎo)，圍繞乙醚制備的反應(yīng)原理進行引導(dǎo)分析，明確反應(yīng)實質(zhì)，了解常見醚類化合物的合成方法和原理。授課過程中注重創(chuàng)設(shè)問題情境，由淺入深地引導(dǎo)學(xué)生思考與分析以下問題：① 乙醚的合成選擇哪種制備方法？② 濃硫酸的作用是什么？反應(yīng)溫度過高或過低對反應(yīng)會有什么影響？③ 反應(yīng)完成后，產(chǎn)物中含有哪些雜質(zhì)？如何除去？通過層層設(shè)問，討論探究實驗理論基礎(chǔ)，為實驗操作打下可靠的基礎(chǔ)。設(shè)置雨課堂隨堂測試檢驗學(xué)生理解情況，主觀題：反應(yīng)完成后，在粗乙醚中有哪些雜質(zhì)？

【環(huán)節(jié)3】 儀器與藥品

簡單的介紹，此部分知識已要求學(xué)生在課前預(yù)習(xí)中查閱資料并收集整理，學(xué)生已知道實驗所需儀器和藥品的相關(guān)性能，了解安全知識與使用注意事項。因此，設(shè)置雨課堂隨堂測試檢驗學(xué)生自學(xué)情況，判斷題：乙醚是一種低沸點易燃的有機液體，一般放置在低溫通風處，遠離火源。

【環(huán)節(jié)4】 實驗裝置

課前已要求學(xué)生小組形式查閱文獻設(shè)計的實驗方案，并以平面方式畫出所設(shè)計的實驗裝置圖。授課時小組學(xué)生合作，選擇實驗儀器并完成組裝實驗裝置并展示，教師巡回指導(dǎo)，通過實際操作演示攻克教學(xué)重難點。教師根據(jù)學(xué)生組裝的裝置進行引導(dǎo)分析，提出新型改進裝置，實時檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)情況。判斷題：制備乙醚和蒸餾乙醚時，溫度計的位置是相同的。

針對原反應(yīng)裝置的不足，將教材中制備乙醚的實驗裝置進行了改進，如圖3所示。其一，將原裝置的球形滴液漏斗進行改良，使用恒壓滴液漏斗或設(shè)計的新型恒壓滴液漏斗(如圖3中c–e所示，核心在滴嘴部分延長設(shè)計)，實現(xiàn)滴加速度的觀察與控制，且能有效防止滴加液的揮發(fā)與反應(yīng)液的倒吸。其二，將蒸餾部分進行改良，引入分餾柱，從而使得未反應(yīng)的乙醇分餾至反應(yīng)瓶中繼續(xù)反應(yīng)，提高反應(yīng)產(chǎn)率。開放性設(shè)計改進了四種實驗裝置，學(xué)生自主選定實驗裝置。雨課堂投票：你認為哪個反應(yīng)裝置最好？實驗操作時學(xué)生通過實驗現(xiàn)象和結(jié)果對比分析裝置各裝置的優(yōu)缺點。

圖3 改進的乙醚實驗裝置圖

【環(huán)節(jié)5】 實驗步驟

有機合成實驗一般包含合成、純化、精制、檢驗四個環(huán)節(jié)，如圖4所示，實驗步驟以流程圖呈現(xiàn)直觀明了，邏輯清晰。具體實驗操作由學(xué)生獨立完成，考驗學(xué)生的動手能力和知識遷移能力、對比觀察能力和綜合分析能力，乙醚的制備實驗需要學(xué)生合理安排實驗時間，對實驗條件進行摸索、優(yōu)化實驗條件，以提高實驗產(chǎn)率。教學(xué)過程中，學(xué)生親自動手組裝實驗裝置，注重學(xué)生的主體地位，激發(fā)學(xué)生的思考與小組合作學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生進行實驗方法的設(shè)計。通過多媒體的輔助，顯示學(xué)生的實驗流程，增設(shè)有對比性和優(yōu)化性的實驗方案，由學(xué)生分析比較，引導(dǎo)學(xué)生歸納總結(jié)出知識的框架，培養(yǎng)學(xué)生多角度思考問題的能力。同時，針對提出的問題和實驗出現(xiàn)的問題，及時讓學(xué)生動手實踐，讓學(xué)生通過動手探索有關(guān)的知識，并引導(dǎo)學(xué)生進行交流、討論得出新知，解決問題，完成實驗。設(shè)置雨課堂測試實時檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)情況，選擇題：洗滌后，殘留的少量水分選擇下列哪種干燥劑除去。A. 氫氧化鈉固體 B. 堿石灰 C. 無水氯化鈣 D. 無水硫酸銅

圖4 實驗步驟流程圖

【環(huán)節(jié)6】 實驗注意事項

引導(dǎo)學(xué)生自行歸納總結(jié)，強調(diào)安全問題，強化實驗過程中的注意事項，避免學(xué)生實驗操作不規(guī)范，減少失誤。

3.2.3 課堂小結(jié)

課堂小結(jié)的目的是強化認識，可以把課堂知識盡快地轉(zhuǎn)化為學(xué)生的素質(zhì)；簡單扼要的課堂小結(jié)，強化重點，可使學(xué)生更深刻地掌握乙醚制備的實驗流程。知識遷移與新課引入前后呼應(yīng)，延伸設(shè)問：回歸到我們開始介紹的莫頓的公開表演，那么乙醚是否真能做到拍肩迷暈/路邊聞一下迷暈？為什么？課后線上討論，推動學(xué)生更深層次的自主探究，培養(yǎng)其獨立思考化學(xué)與生活、化學(xué)與社會的聯(lián)系。

3.2.4 學(xué)生實驗結(jié)果

學(xué)生自行選擇裝置在相同的實驗條件下完成實驗，投料量按照教材中減半[11]，充分體現(xiàn)綠色化學(xué)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用，得出四種改進平均產(chǎn)率分別為41.8%、56.4%、64.5%、47.7%，四種改進裝置的產(chǎn)率均高于教材中原裝置的產(chǎn)率[11,12]。實驗結(jié)果表明改進效果為：裝置3>裝置2>裝置4>裝置1>原裝置，制備乙醚的反應(yīng)需滴加反應(yīng)物-反應(yīng)-蒸餾出產(chǎn)物同時進行，引入新型恒壓滴液漏斗后，可以清晰地觀察到滴加的速度，且能有效提高反應(yīng)的產(chǎn)率。將教材中的滴液漏斗換成設(shè)計的新型恒壓滴液漏斗后產(chǎn)率明顯提高，同時在蒸餾部分加不通水的球形冷凝管的裝置3，產(chǎn)率最高，明顯比原裝置的產(chǎn)率高，其原因歸結(jié)于不通水的球型冷凝管能有效地實現(xiàn)乙醇的回流與乙醚的蒸餾。綜上所述，改進后的實驗裝置，不僅維持了原裝置的特點和功能，而且具有多變性。實驗教學(xué)中學(xué)生可通過實驗探討并驗證各實驗裝置的優(yōu)劣，提高實驗教學(xué)的探究性與創(chuàng)新性，提升學(xué)生學(xué)習(xí)的深度。

3.3 課后任務(wù)

通過課后問題解決，對課程中的重點知識進行應(yīng)用和回顧，引導(dǎo)學(xué)生融會貫通，加快學(xué)生構(gòu)建完整的知識結(jié)構(gòu)體系。針對學(xué)生素質(zhì)的差異，進行分層訓(xùn)練，課后任務(wù)包含開放性的課后思考題和知識擴展兩部分，這樣既可以使學(xué)生掌握基礎(chǔ)知識，又可以使學(xué)有余力的學(xué)生能增加學(xué)習(xí)的深度和廣度，從而達到拔尖和“減負”的效果。

4 實施情況與效果

2016年起，先后依托“超星學(xué)習(xí)通”和“雨課堂”平臺開展有機化學(xué)實驗課程的混合式教學(xué)，重點圍繞有機化學(xué)實驗的教學(xué)方法、教學(xué)內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)平臺等方面進行改革與建設(shè)，現(xiàn)已在本校2016–2019級化學(xué)及應(yīng)用化學(xué)專業(yè)的337名學(xué)生中開展了混合式實驗教學(xué)，通過“線上+線下”混合式教學(xué)模式提高實驗教學(xué)效果，學(xué)生實驗動手能力明顯提高，得到學(xué)生的好評與認可。同時，為了提高學(xué)習(xí)的參與度，充分利用信息化資源，重新調(diào)整課堂內(nèi)外的時間，教師盡量少占用課堂的時間來講授知識點，做好師生角色轉(zhuǎn)換，學(xué)生以小組的形式在課前完成自主學(xué)習(xí)，課中學(xué)生代表走上講臺講授理論，同組成員補充，教師點評與總結(jié)，該教學(xué)模式現(xiàn)已在師范類化學(xué)專業(yè)84人的有機化學(xué)實驗課程中實施，通過讓學(xué)生“教學(xué)”實踐提升師范生教學(xué)技能。通過考評發(fā)現(xiàn)，總體學(xué)生對相應(yīng)理論知識掌握得更快更好，實驗操作技能和實驗成功率都有明顯提高?？梢?，該教學(xué)模式充分體現(xiàn)了“任務(wù)為主線、教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體”教學(xué)理念，教學(xué)效果良好，為有機化學(xué)實驗教學(xué)方法的創(chuàng)新提供了一個新的案例。構(gòu)建了以學(xué)生為中心的教育生態(tài)，實現(xiàn)了“線上”和“線下”的混合、理論和實驗的混合及教師和學(xué)生角色的混合，豐富師生交互方式，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，最大限度地激發(fā)學(xué)習(xí)潛能，不斷提升學(xué)生的學(xué)習(xí)深度和自學(xué)能力，提高實驗課程教學(xué)質(zhì)量和人才培養(yǎng)質(zhì)量。

5 結(jié)語

通過本?；瘜W(xué)專業(yè)學(xué)生的實踐教學(xué)效果來看，借助多平臺的有機化學(xué)實驗混合式教學(xué)模式不僅可以提高學(xué)生課前的自學(xué)成效，而且還能促進教師教學(xué)水平的提升。在有機化學(xué)實驗教學(xué)中堅持以新型混合式有機化學(xué)實驗課程建設(shè)為載體，充分利用網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)優(yōu)勢，積極探索信息技術(shù)與實驗教學(xué)“線上+線下”深度融合，推動有機化學(xué)實驗課程教學(xué)質(zhì)量的提高，以達到“金課”水平。教學(xué)過程注重全體學(xué)生的參與度，充分利用“超星學(xué)習(xí)通”和“雨課堂”平臺各自的優(yōu)勢有效地將“線上”和“線下”的教學(xué)高效地結(jié)合起來。教學(xué)中堅持以“任務(wù)為主線，教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”，任務(wù)的“線”與教師的“導(dǎo)”均立足于學(xué)生的“學(xué)”，以問題為指引，放手讓學(xué)生自主探究與小組探究，讓學(xué)生參與到知識形成的整個過程，力求拓寬學(xué)生的認知視野，從而達到高水準的教學(xué)效果。最后，在教學(xué)過程中仍需進一步優(yōu)化和更新平臺資源，進而實現(xiàn)課前-課中-課后均能高效調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和能動性。