高校應用化學專業(yè)有機化學實驗教學改革探究

翟智衛(wèi)， 楊雙花， 王銀霞， 尹國杰， 母小明

(洛陽理工學院 環(huán)境工程與化學學院， 河南 洛陽 471023)

在高校應用化學專業(yè)的學科建設中，有機化學是應用化學專業(yè)的一門核心課程，與之對應的有機化學實驗是實現有機化學從理論到實踐的關鍵環(huán)節(jié)。因此，有機化學實驗在基礎化學實踐教學中占有十分重要的地位。有機化學實驗能夠使學生更加深入地理解有機化學的理論知識，驗證有機化學所學的理論，掌握研究有機化合物的方法和技術，培養(yǎng)學生有機化合物合成，有機混合物分離、鑒定以及結構分析的技能，提高學生分析問題和解決問題的能力。同時，有機化學實驗也能培養(yǎng)學生嚴謹的工作作風、實事求是的科學態(tài)度和環(huán)保意識。此外，有機化學實驗教學內容和方式對學生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)造意識以及創(chuàng)作行為的形成至關重要[1]。然而，傳統的有機化學實驗課程教學，學生簡單地預習，教師課堂講授并示范，學生照葫蘆畫瓢、機械地完成實驗，很難達到現今實驗課程對學生提出的教學目標。因此，必須對有機化學實驗教學做出改革與創(chuàng)新，以適應當今社會的發(fā)展和人民對教育的預期。本文結合近幾年在實驗課程教學中實施的改進方法和創(chuàng)新點，從課程的育人功能和教學目標達成情況兩個方面來進行闡述。

1 重視實驗課的育人功能

要改變傳統的、不合時宜的有機化學實驗課程教學方法，必須先從教學理念上下功夫。在傳統知識傳授的基礎上，加強有機化學實驗課程教學的育人功能，多角度、全方位培養(yǎng)學生的安全意識、環(huán)保理念、科學精神、主觀能動性，樹立正確的人生觀和價值觀。

1.1 重視實驗室安全教育

安全責任重于泰山。實驗室安全，關系到師生的健康和生命，也關系到國家的財產安全。就化學學科實驗室而言，實驗操作風險較高容易引發(fā)事故，實驗安全更是第一要務，是保障科學研究的根本[2]。因此，安全教育強調再多也不過分，必須重視實驗室安全教育。2019年，浙江寧波的一場火災奪走了19人的生命。火災原因很大程度上正是香水生產員安全意識淡薄，起火后又出現用嘴吹、用紙板扇等不當處理方式，貽誤滅火時機，最終釀成大禍。學習化學的同學，將來極有可能會從事化學品的生產或管理，更應該對他們進行安全教育，時刻敲響安全警鐘，促使其時刻具備安全意識。同時，教育他們當出現危險化學品泄露、化學品起火、割傷、燙傷、腐蝕性藥品濺入眼睛等緊急情況時，果斷正確地處理，培養(yǎng)他們處理突發(fā)事件沉著冷靜解決問題的能力，為他人負責，為自己負責，為國家財產負責。

可以采用視頻教學的方式，在實驗課上集中給學生播放安全教育視頻，內容主要是化學品引起的重大災害、實驗室重大安全事故等，引發(fā)學生思考和討論，加深安全教育效果，使學生深化安全意識，學習安全知識，掌握安全技術。

1.2 培養(yǎng)學生綠色化的環(huán)保理念

2017年10月18日，習近平在十九大報告中指出，堅持人與自然和諧共生，必須樹立和踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念，堅持節(jié)約資源和保護環(huán)境的基本國策[3]。因此，在本科學習階段，就要培養(yǎng)學生綠色化的環(huán)保理念，使其在以后的工作學習中秉持環(huán)保理念，踐行環(huán)保意識。例如：在實驗《紅色素的柱色譜分離》中，紅辣椒中紅色素的提取，教材上利用二氯甲烷作提取溶劑，但二氯甲烷是有毒有機物。2017年10月27日，世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單中，二氯甲烷屬于2A類致癌物。2019年1月23日，二氯甲烷被列入有毒有害大氣污染物名錄[4]。2019年7月23日，二氯甲烷被列入有毒有害水污染物名錄(第一批)[5]。經過資料查閱、實驗驗證，我們發(fā)現乙醇對辣椒中紅色素的提取也能達到不錯的效果。因此，可以用無毒的乙醇來代替污染環(huán)境、對人體有害的二氯甲烷進行實驗。通過實驗方案的改進，讓學生理解保護環(huán)境的重要性。同時，引導學生思考環(huán)境保護背后的深層含義，進一步培養(yǎng)學生綠色化的環(huán)保理念，使學生樹立為國為民的憂患意識及社會責任感，從內心深處去珍惜家園，熱愛祖國[6]。

1.3 培養(yǎng)學生精益求精的科學精神

化學實驗是一種嚴謹的實踐活動，實驗裝置的搭建、實驗藥品的量取、溫度的控制等，都有嚴格的操作規(guī)程。例如：實驗裝置的搭建要遵從“從下到上、從左到右”的原則，實驗藥品的量取要注意量器的精度和標準操作，溶劑的混合要注意溶劑的密度、酸堿性和加入順序等，溫度的升降避免驟冷驟熱。培養(yǎng)學生從基本操作做起，養(yǎng)成良好的實驗操作習慣，提高實驗成功的幾率，減少實驗藥品的浪費，減少對環(huán)境的危害。引導學生從嚴謹的操作習慣中，領悟規(guī)范操作的重要性，進一步培養(yǎng)學生精益求精的科學精神。

1.4 教育學生樹立正確的人生觀、價值觀

有機化學實驗過程中，經常會遇到很多有毒、有害的化學物質。在介紹有毒、有害化學物質安全使用的基礎上，引導學生合理運用化學反應，合理利用或轉化化學物質的毒性，使其造福人類。比如大家熟知的機物致癌物苯，當它通過取代反應轉化為甲苯時卻變成了對人類有用的化學品。同時，教育學生理解事物的兩面性，有些藥品理性使用對社會有益，倘若不當使用可能會釀成慘劇。比如，復旦投毒案：2013年4月上海復旦大學上海醫(yī)學院研究生林森浩在宿舍公用飲水機中投入劇毒化學品N-二甲基亞硝胺，致使室友黃洋中毒后死亡。通過正反實例，教育學生樹立正確的人生觀、價值觀。

1.5 培養(yǎng)學生主動探究的鉆研精神

以往的實驗教學，往往是“課前預習報告抄一遍，課上再聽老師講一遍，最后走過場重復一遍”[7]。學生很難深層次融入實驗，只是按部就班“照方抓藥”，被動重復實驗，效果不佳。為了引導學生積極參與實驗，從預習到操作都給學生提出任務，用任務驅動教學，變被動為主動。比如，在實驗《乙醇的蒸餾》中，可以讓學生思考以下問題：乙醇和水分離的原理是什么？這兩種物質能不能完全分離？不同的蒸餾方式對二者的分離效果有沒有影響？促使學生帶著問題深入預習，通過查找相關文獻資料，積極主動完成預習及后續(xù)實驗操作。再比如，在實驗《乙酰水楊酸的制備》中，讓學生解決以下問題：從柳樹中走出的“神藥”[8]乙酰水楊酸(又稱阿司匹林)對人類的作用？研發(fā)歷史？用到的化學反應類型？反應原理是什么？為什么在實驗室制備時用乙酸酐作?；瘎┦嵌挥靡阴Ｂ?？等等。通過一系列問題的設計，激發(fā)了學生對乙酰水楊酸這一物質的興趣，使他們積極主動地投入到實驗預習、資料查閱以及實驗操作當中，效果很好。實驗結束后，曾有同學在朋友圈曬出自己制備的白色粉末狀阿司匹林，并附言：以后生病可以自己做藥吃了。雖說這是玩笑話，但至少激發(fā)了學生的熱情，培養(yǎng)了學生主動探究的鉆研精神。

2 合理選擇實驗項目、創(chuàng)新重構綜合實驗、達成教學目標

教學理念的執(zhí)行，關鍵在于教學設計與實施。根據有機化學實驗教學目標和育人功能的需要，合理選擇實驗項目、創(chuàng)新重構綜合實驗。采取層層遞進的策略，先設計一些單一的單元操作，使學生逐步掌握有機化學相關的基本操作，然后再進行綜合實驗的訓練，拓展學生的有機化學思維，最后與當今社會發(fā)展前沿相結合，與化學學科的科研相結合，逐漸完成有機化學實驗的教學目標和育人目標。

2.1 基本操作及達成的教學目標

有機化學實驗思維與基本操作技能是將來從事有機合成、醫(yī)藥農藥研發(fā)、高新材料研發(fā)等領域專門研究的基本功。因此，必須重視基本操作的訓練。有機化學實驗中常常面臨有機化合物的合成、粗產物的分離與純化、結構測定、性質驗證等，因此精選的有機化學實驗基本操作項目如表1所示。通過這些基本操作訓練，使學生掌握必備的基本技能。

表1 精選的有機化學實驗基本操作及達成的教學目標

2.2 綜合實驗及達成的教學目標

在學生掌握有機化學實驗基本技能的基礎上，設計一些綜合性實驗，培養(yǎng)學生的綜合實驗能力。精選的有機化學綜合實驗項目如表2所示。在綜合實驗項目的選取中，阿司匹林是商品化的常備藥品，學生們在日常生活中也多有耳聞，能夠激發(fā)學生們的實驗興趣，在此項目開展之前的預習階段，要求學生們查閱文獻，了解阿司匹林背后的故事。在茶葉提取咖啡因項目中，我國把咖啡因列為“精神藥品”管制，屬于一種毒品，因此在實驗過程中也應進行人生觀、價值觀的引領，告誡學生遠離毒品，珍愛生命。

創(chuàng)新構建《辣椒中紅色素的提取及薄層板分析》綜合實驗。在有機化學實驗教材中，《辣椒中紅色素的提取及柱色譜分離》是一個實驗，《薄層板色譜分離分析》是另外一個實驗。但柱色譜實驗耗時較長，分離有一定難度。為此，我們創(chuàng)新性地將柱色譜分離分析改為簡單的薄層板色譜分離分析，目的是讓學生能在短時間內觀察到辣椒提取液中的紅色液體并不是只有一種物質，其成分非常復雜，從而使學生明白天然產物提取、分離工作的意義，激發(fā)學生對天然產物化學的興趣，拓展學生的化學思維能力。

表2 精選的有機化學綜合性實驗

2.3 與科研相結合

教學應與社會發(fā)展并駕齊驅，不能落后于社會進步。因此，有機化學實驗也應與科研有機結合，一方面可以保持知識的及時更新，另一方面也能使學生明白所學有所用，進一步激發(fā)學生的學習興趣。比如，河北大學的齊林等[9]將國家自然科學基金項目“銅催化下烯基腙和簡單胺的雙胺化反應”轉化為學生的有機化學研究與創(chuàng)新實驗項目。段輝等[10]將大型科研儀器X-射線單晶衍射儀用于學生基礎實驗。與科研相結合雖然能夠激發(fā)學生學習興趣、保持知識及時更新，但在項目選取時也應注意要選擇與實驗室條件相匹配的項目。因為并不是所有的科研項目都可以轉化為基本的教學實驗項目。

3 優(yōu)化教學評價過程

傳統的教學考核往往以學生的預習報告、實驗報告為依據進行評價。而這些資料不能充分體現學生的學習過程，也不能有效激發(fā)學生的實驗動力和學習興趣。因此，應加強過程考核，弱化預習報告、實驗報告的成績比重。在預習階段，學生除了要了解實驗目的、實驗原理、實驗步驟等內容外，針對具體實驗項目提出具體問題由學生解答，并要求學生設計合理的實驗路線，在課堂上回答問題，討論所設計實驗路線的合理性；在實驗過程階段中，更加關注學生的操作安全性、規(guī)范性，實驗數據記錄的準確性，廢棄物的處理是否符合要求，有沒有環(huán)保意識，實驗結果的有效性等。實驗報告考查學生實驗報告的結構完整性，規(guī)范性，完成質量，結論分析等。期末考核以閉卷考試的形式，考核學生對實驗安全、實驗原理、儀器裝置、操作、實驗現象等方面的掌握程度[11]。綜合考慮這些內容，給學生一個過程性評價成績。學生的最終實驗成績由以下4部分組成(如表3所示)：預習報告(10%)+ 過程評價(40%)+ 實驗報告(20%)+ 期末考核(30%)。

表3 教學考核評價

4 課程改革效果評價(調查問卷)

對于有機化學實驗課程改革的效果，我們通過調查問卷(https://www.wjx.cn/vj/QdJfnEH.aspx)的形式對學生進行了調查并對問卷結果進行了分析。調查結果顯示：絕大大多數學生認為有機化學實驗課程的教學目標與理論課程之間關系緊密，有機化學實驗課程的開展對有機化學課程的學習起到加強深化的作用，在實驗過程中，他們體會到實驗室安全操作的重要性，不能隨意傾倒廢液，培養(yǎng)了他們的環(huán)保意識，創(chuàng)新重構的新實驗啟發(fā)了學生們的創(chuàng)新思維，若有機會他們愿意積極參與到科研開發(fā)工作中去，去為人類解決一些重大難題，進一步提高人民的生活質量，達到了有機化學實驗課程預期的育人目標。

5 結 語

化學學科中，理論指導實踐，實踐也在助推理論快速發(fā)展。因此，有機化學實驗對有機化學課程的學習至關重要，對學生有機化學理論知識的構筑和綜合能力的培養(yǎng)起著非比尋常的作用。本文從教學理念、教學設計與實施、教學評價三個方面闡述了有機化學實驗中存在的問題，以及自己近幾年教學改革的思路和方法，力求最大限度地提高學生的學習興趣，提高教學效果，使學生真正意識到有機化學實驗的重要性，主動去學習相關的技能和操作，扎實掌握有機化學的理論知識，熟練有機化學實驗的基本操作，為更深層次的學習和將來的工作打基礎、指方向。