地方工科院校有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)創(chuàng)新探索*

王 霞，王凌云，劉炎云，李愛陽，辛俊亮，劉 寧

(湖南工學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

湖南工學(xué)院是一所以工科為主，培養(yǎng)應(yīng)用型人才的普通地方本科院校。有機(jī)化學(xué)實驗是學(xué)?；ゎ?、材料類專業(yè)的必修基礎(chǔ)實驗課之一。通過有機(jī)化合物的合成和多維度實踐訓(xùn)練，考察學(xué)生理論知識與實驗基本操作的掌握程度，培養(yǎng)學(xué)生正確設(shè)計實驗方案、規(guī)范操作、嚴(yán)謹(jǐn)寫作的基本技能，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力、發(fā)散思維及學(xué)術(shù)誠信的科學(xué)態(tài)度。隨著科學(xué)技術(shù)與社會發(fā)展日新月異的更新迭代，傳統(tǒng)的教學(xué)已無法滿足學(xué)生和學(xué)科的發(fā)展需求，基于此，有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)團(tuán)隊經(jīng)過多年的教學(xué)實踐對此課程進(jìn)行了改革實踐探究。

1 傳統(tǒng)教學(xué)的現(xiàn)狀

學(xué)校共有化學(xué)工程與工藝、應(yīng)用化學(xué)、環(huán)境工程、高分子材料與工程、復(fù)合材料與工程、無機(jī)非金屬材料與工程共6個專業(yè)將有機(jī)化學(xué)實驗課程作為專業(yè)基礎(chǔ)實驗課，主要在大一第二學(xué)期開設(shè)。課程有8個實驗，包含1個驗證性實驗，6個設(shè)計性實驗和1個綜合性實驗。學(xué)生先修“無機(jī)化學(xué)” “分析化學(xué)” “無機(jī)化學(xué)實驗”和“分析化學(xué)實驗”等課程，具有一定的化學(xué)知識儲備，對化學(xué)實驗的基本操作也有一定的了解與適用，但因有機(jī)化學(xué)實驗有毒有害試劑較多，反應(yīng)易燃易爆，實驗環(huán)境較差，安全護(hù)品匱乏，學(xué)生易談“化”色變，轉(zhuǎn)專業(yè)比例較高；又因設(shè)備老舊，產(chǎn)地有限，部分實驗以小組開展，缺少自主操作的實踐機(jī)會；傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師講，學(xué)生做為主，打斷了激發(fā)學(xué)生的思維、好奇心，強(qiáng)化信息化技術(shù)能力的脈絡(luò)，造成學(xué)生對學(xué)科不感興趣，對專業(yè)認(rèn)同感不強(qiáng)的窘迫狀態(tài)。而“重報告輕過程”的評價方式，導(dǎo)致實驗報告數(shù)據(jù)美觀而實操技能基礎(chǔ)不牢，這與后期續(xù)修的“精細(xì)化工實驗” “專業(yè)綜合實驗”以及畢業(yè)論文實驗都需要學(xué)生達(dá)到能獨立設(shè)計實驗方案、規(guī)范操作、正確處理數(shù)據(jù)、能正確分析及解決問題的能力的課程目標(biāo)背道而馳。因此，筆者所在教學(xué)團(tuán)隊從教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)評價等方面進(jìn)行了改革與探究，獲得了學(xué)生的認(rèn)可，也取得了一定的成績。

2 教學(xué)改革

有機(jī)化學(xué)實驗基于以產(chǎn)出為導(dǎo)向，以學(xué)生為主體，以學(xué)生發(fā)展為中心，以“兩性一度”為抓手，持續(xù)改進(jìn)，促進(jìn)教學(xué)相長的課程理念，實現(xiàn)為培養(yǎng)基礎(chǔ)實、技術(shù)精、能力強(qiáng)、素質(zhì)高，具有創(chuàng)新精神與社會責(zé)任感的高素質(zhì)應(yīng)用型人才奠定實驗操作基礎(chǔ)的課程目標(biāo)。同時，從古有神農(nóng)嘗百草，到現(xiàn)有呦呦與青蒿的故事，譜寫家國情懷、文化自信、歷史傳承、創(chuàng)新精神和使命擔(dān)當(dāng)?shù)乃颊纷V，并逐步實現(xiàn)課程的三維目標(biāo)。

2.1 教學(xué)內(nèi)容重構(gòu)

基礎(chǔ)實驗課最重要的環(huán)節(jié)在于訓(xùn)練與培養(yǎng)學(xué)生規(guī)范實踐操作能力，同時，實驗項目的效果很大程度上也取決于操作的規(guī)范性。以往大部分學(xué)生在實驗課堂的狀態(tài)就是“身在曹營心在漢”，機(jī)械性模仿重復(fù)，完全沒有領(lǐng)悟到經(jīng)典實驗項目設(shè)計操作的原理和要點。為保障課堂教學(xué)的質(zhì)量與效果，在教學(xué)過程中要求“實踐規(guī)范化”建設(shè)，通過設(shè)置了“安全護(hù)品常態(tài)化” “報告格式化” “操作程序化” “數(shù)據(jù)處理現(xiàn)場化”等環(huán)節(jié)，如防護(hù)用品的一穿三戴，逐步幫助學(xué)生克服“渡劫”心理，為學(xué)生的身心健康砌好防護(hù)墻，保障實驗項目的正常運行。通過預(yù)習(xí)報告和實驗報告的格式模塊化，有助于學(xué)生理解實驗?zāi)康?，加深鞏固理論知識，理清實踐思路，并得以反思。通過課前推送線上優(yōu)質(zhì)資源全方位學(xué)習(xí)操作細(xì)節(jié)，課中面對面教師演示，課堂討論答疑解惑，在學(xué)生自主實踐操作過程中，教師對操作細(xì)節(jié)的共性與特性問題給予集中和分散交流的“操作程序化”，逐步實現(xiàn)操作技能從規(guī)范到熟練，從理解到能獨立設(shè)計，突破“理論通，實踐痛”的現(xiàn)狀。在測定液體有機(jī)化合物的折光率時，很多學(xué)生不能準(zhǔn)確寫出數(shù)據(jù)，為此通過實驗報告的“數(shù)據(jù)處理”模塊要求學(xué)生當(dāng)堂將產(chǎn)物的產(chǎn)率以過程化的形式呈現(xiàn)，并考察和強(qiáng)化有效數(shù)字的運用，實現(xiàn)“數(shù)據(jù)處理現(xiàn)場化”。

因?qū)嶒炘霞爱a(chǎn)物都具有一定的毒性，若處理不當(dāng)，對身心和環(huán)境都會造成一定程度的影響。在保障實驗效果的情況下，優(yōu)先選用少毒試劑、減少有毒原料的用量、產(chǎn)物循環(huán)使用，并對“三廢”進(jìn)行分類處理。例如，在乙酸乙酯的合成實驗中，學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料設(shè)計了反應(yīng)分離同步實施的裝置，經(jīng)恒壓滴液漏斗滴加“剩余乙酸”，分餾柱分離產(chǎn)物，減少了原料的揮發(fā)，實現(xiàn)了“合成實驗微型化”，將產(chǎn)物經(jīng)重蒸純化后用于乙酰乙酸乙酯的合成以及學(xué)生的畢業(yè)論文實驗，實現(xiàn)了“產(chǎn)物循環(huán)化”。

立德樹人是教育的根本任務(wù)。作為一門基礎(chǔ)化學(xué)實驗課，教學(xué)團(tuán)隊通過案例引入、實踐操作及心得反思等環(huán)節(jié)全程實施思政教育，讓內(nèi)隱的思政元素潤物無聲。如在乙酰苯胺的合成實驗中，線上引入案例-阿司匹林的發(fā)展史。從古代中華醫(yī)藥有用柳枝接骨減少疼痛的臨床實錄，感悟民族自豪[1]。阿司匹林與海洛因兩者的合成均為乙?；磻?yīng)，反應(yīng)機(jī)理相同，但底物不同，導(dǎo)致產(chǎn)物大相徑庭，感悟科學(xué)是把雙刃劍，要樹立正確的價值觀和人生觀。從陳學(xué)思院士團(tuán)隊利用阿司匹林，制備的能改善腫瘤的免疫抑制微環(huán)境阿司匹林高分子鍵合藥[2]，感悟民族自豪與文化自信。從實踐操作的規(guī)范、數(shù)據(jù)處理的真實準(zhǔn)確以及三廢處理的分類等環(huán)節(jié)考察學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、學(xué)術(shù)誠信和環(huán)保意識[3]。學(xué)生撰寫實驗心得，反思自身在知識與能力、情感與價值等方面的體會，潛移默化地進(jìn)行思政熏陶。

2.2 教學(xué)模式轉(zhuǎn)變

有機(jī)化學(xué)實驗因課時少，步驟繁瑣，傳統(tǒng)教學(xué)模式單一刻板，枯燥的理論知識無法激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，更無法充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。為此，教學(xué)團(tuán)隊根據(jù)實驗項目類型和操作難度，采用“微翻轉(zhuǎn)+PBL” “項目驅(qū)動式”等多樣化教學(xué)方法，通過逐步轉(zhuǎn)變角色，實現(xiàn)學(xué)生發(fā)展中心，從基礎(chǔ)驗證性實驗、設(shè)計性實驗和綜合性實驗逐步實現(xiàn)從“低階”到“高階”，“守舊”到“創(chuàng)新”，“故步自封”到“自我挑戰(zhàn)”的跳躍。

課程均采用課前課中課后三段式評價追蹤學(xué)習(xí)效果，課前發(fā)布線上教學(xué)資源和測試任務(wù)，根據(jù)學(xué)生的測試反饋針對性備課，課中通過教師引導(dǎo)學(xué)生從基礎(chǔ)驗證性實驗“看+聽+做”到設(shè)計性和綜合性實驗的“講+評+做”，逐步實現(xiàn)學(xué)生主體，課后通過報告撰寫及線上回看復(fù)習(xí)鞏固，加深理解。如正溴丁烷的制備實驗中，結(jié)合課前疑問，教師主講課程內(nèi)容并設(shè)置相關(guān)問題進(jìn)行討論答疑，并演示回流和蒸餾裝置操作細(xì)節(jié)，為實現(xiàn)翻轉(zhuǎn)課堂做鋪墊。在環(huán)己烯與肉桂酸的制備實驗中，以“微翻轉(zhuǎn)+分段式”鍛煉學(xué)生合理安排實驗環(huán)節(jié)，把握整體進(jìn)度的良好習(xí)慣，此階段大部分學(xué)生能夠獨立完成整個實驗流程。在乙酸乙酯、乙酰苯胺、正丁醚的合成實驗以及從茶葉中提取咖啡因的實驗，采用了“項目任務(wù)式”與“PAD+點評式”為主。將實驗大組分小組，項目負(fù)責(zé)人統(tǒng)籌安排實驗項目運行，安排小組成員參與“收集資料，確定方案” “制作課件,設(shè)計板書” “課堂講授、答疑解惑”、“制作視頻，檢查衛(wèi)生”各環(huán)節(jié)。課前，學(xué)生通過查閱文獻(xiàn)資料，設(shè)計實驗方案，并與教師溝通確定最終方案，同時教師引導(dǎo)主講學(xué)生通過創(chuàng)設(shè)問題情境突破重難點，培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計與表達(dá)能力。課中，學(xué)生講授內(nèi)容后討論答疑(學(xué)生的提問和答疑均作為加分項)，并鼓勵其他組提出不一樣的方案，經(jīng)師生討論點評后操作，以此培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力與解決問題能力。同時，為訓(xùn)練學(xué)生合理安排實驗環(huán)節(jié)及團(tuán)隊合作能力，采用競爭式驗收，并對共性與特性問題，進(jìn)行集中與分散講解，對癥下藥。實驗結(jié)束后，對不同方案產(chǎn)物的純度與產(chǎn)率進(jìn)行比較，課后，討論總結(jié)。課后通過撰寫實驗報告記載收獲與感受，大部分同學(xué)都認(rèn)為做好實驗細(xì)心規(guī)范是首要，團(tuán)隊合作很重要的感悟。

2.3 教學(xué)評價革新

傳統(tǒng)的實驗成績評價方式主要是根據(jù)實驗報告的成績核算出最終成績。這種單一的成績評定方式，不能全面反映學(xué)生實驗課的學(xué)習(xí)情況，容易造成學(xué)生只注重報告的書寫，而忽視實驗的操作以及課堂外知識的拓展。

為了全面、客觀、公正地反映學(xué)生實驗課的學(xué)習(xí)情況，提高學(xué)習(xí)積極性，教學(xué)團(tuán)隊建立了一套詳細(xì)的、多元化的成績評定體系，最終成績=預(yù)習(xí)報告(10%)+實踐操作(40%)+實驗報告(15%)+翻轉(zhuǎn)課堂(35%) (表1)。翻轉(zhuǎn)課堂模式全方位考核項目小組自主設(shè)計實驗方案的能力，組內(nèi)評價個人在團(tuán)隊中的貢獻(xiàn)，組間互評團(tuán)隊協(xié)作創(chuàng)新能力。

表1 實驗成績的評分標(biāo)準(zhǔn)

每一個實驗的操作部分滿分40分，根據(jù)操作的重點、難點制定詳細(xì)的評分標(biāo)準(zhǔn)，如表2。教師在巡查學(xué)生實驗操作過程中，根據(jù)學(xué)生的完成情況給出實驗操作成績，一般很難完全按此表格給出實際成績。通常做法是教師在課堂巡視過程中若發(fā)現(xiàn)學(xué)生操作中共性錯誤，將集中講解，特性錯誤隨時指出要求學(xué)生及時糾正。除非有重大操作失誤或重復(fù)犯錯，才會酌情扣分。制定操作評分細(xì)則主要是通過知識點的量化與細(xì)化，明確操作難點重點，并為后續(xù)實驗技能競賽做好有效的指引。

表2 操作評分標(biāo)準(zhǔn)

3 教學(xué)成效

通過不斷優(yōu)化的有機(jī)化學(xué)實驗課堂內(nèi)容、教學(xué)方法和考核方式，教學(xué)質(zhì)量顯著提高了，學(xué)生的綜合素質(zhì)也得到了全面的提升。雖學(xué)校為地方應(yīng)用型本科院校，但在“新工科”背景下，社會對人才的要求更著重于創(chuàng)新與實踐能力的培養(yǎng)。經(jīng)過實驗課系統(tǒng)的培訓(xùn)學(xué)習(xí)，縮短了學(xué)生從“科研小白”到自主承擔(dān)大學(xué)生科研項目的過渡期，為學(xué)生拓展“第二課堂”，順利開展科研工作提供了有力的保障，同時也增強(qiáng)了學(xué)生對專業(yè)的認(rèn)同感和作為“化學(xué)人”的使命感。目前學(xué)生陸續(xù)在學(xué)科競賽、大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)實踐項目、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目、“互聯(lián)網(wǎng)+” “挑戰(zhàn)杯”等等比賽獲得了不錯的成績。教學(xué)相長，以課程目標(biāo)和人才培養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向的課程改革，以學(xué)生為中心，創(chuàng)設(shè)學(xué)生主動探索知識能力提升的教學(xué)環(huán)境，凸顯地方應(yīng)用型人才創(chuàng)新思維能力和工程實踐能力的培養(yǎng)特色。