高等理科教育實踐教學(xué)實施路徑研究與探索
——以“有機化學(xué)”為例

李振興

中國石油大學(xué)(北京)新能源與材料學(xué)院 北京 100044

一、概述

高等理科教育是我國經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ),也是影響我國科學(xué)技術(shù)進步的重要因素。當前,我國高等理科教育的發(fā)展,對內(nèi)急需培養(yǎng)大量創(chuàng)新型、應(yīng)用型、復(fù)合型人才,對外急需培養(yǎng)國際頂尖人才,以促進國家現(xiàn)代化經(jīng)濟體系建設(shè)和未來戰(zhàn)略競爭,這是我國高等理科教育發(fā)展的重中之重。我國高等理科教育的改革和創(chuàng)新,不僅推動了教育的發(fā)展,也為我國經(jīng)濟發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。以“有機化學(xué)”為例,“有機化學(xué)”內(nèi)容繁多、知識結(jié)構(gòu)復(fù)雜,是一門重要的基礎(chǔ)學(xué)科,而且它也是符合現(xiàn)代應(yīng)用的復(fù)合型化學(xué)工作者不可或缺的課程。其教學(xué)宗旨是通過對“有機化學(xué)”課程的學(xué)習(xí),加深學(xué)生對有機化學(xué)的認識、掌握與運用,對有機化合物的反應(yīng)、合成、反應(yīng)機制、化合物之間的交互轉(zhuǎn)化、制備方法和應(yīng)用有深刻的理解,同時,為化學(xué)工作者日后的科研打下堅實基礎(chǔ),促進我國科研綜合實力的提升。

針對傳統(tǒng)有機化學(xué)教育目標,培養(yǎng)學(xué)生掌握有機化學(xué)基礎(chǔ)知識、理論與技能,以適應(yīng)化工教育、技術(shù)及管理領(lǐng)域。如今,高素質(zhì)人才培養(yǎng)模式下,有機化學(xué)教育目標應(yīng)不僅滿足傳統(tǒng)目標,更要儲備學(xué)生成為勝任社會工作的人才。因此,有機化學(xué)教學(xué)需要不斷創(chuàng)新與改進,成為必然的發(fā)展趨勢[1-4]。

二、高等理科教育實踐教學(xué)實施路徑需面臨的問題

目前,部分高等學(xué)校的高等理科教育實踐教學(xué)實施路徑階段存在著脫節(jié)現(xiàn)象。以“有機化學(xué)”為例,主要表現(xiàn)在以下幾點[5]：

(1)教學(xué)方式單一,有機化學(xué)本身機理方面就較為枯燥、難懂,單一的、單邊的教學(xué)方式不利于學(xué)生融會貫通,但是,目前我國大部分的“有機化學(xué)”教學(xué)仍然是教師講課、學(xué)生聽課的上課模式,對學(xué)生的專業(yè)研究能力的提高并不能產(chǎn)生較明顯的效果。

(2)大部分教學(xué)不能使學(xué)生把有機反應(yīng)應(yīng)用到實際中去,并且靈活地利用反應(yīng)機理來說明有機反應(yīng)現(xiàn)象的教學(xué)很少。為取得更好的教育成果,以“有機化學(xué)”為例,我們初步研究和探索了更適應(yīng)人才發(fā)展需求的高等理科教育實踐教學(xué)實施路徑,實現(xiàn)以能力培養(yǎng)、研究式教育為目標的優(yōu)質(zhì)高等教育。

(3)經(jīng)典有機化學(xué)教材的知識體系和基本內(nèi)容基本相同。教材的具體內(nèi)容主要包括各種有機化合物的命名、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、來源和制備方法。缺少對兩個關(guān)鍵問題的關(guān)注:一是對有機化學(xué)反應(yīng)機理的深入解讀和分析;二是先進的研究和應(yīng)用實例。課程內(nèi)容更新緩慢,知識結(jié)構(gòu)和體系陳舊。

(4)有機化學(xué)的授課模式是固定的,一般是按照現(xiàn)行教科書的規(guī)定,按照有機化合物的種類,嚴格講解各種化合物的命名、物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)、由來、制備方法等。有機化學(xué)是在研究有機體中發(fā)展起來的一門學(xué)科。隨著發(fā)展和認識的不斷深入,已經(jīng)形成了與人類生產(chǎn)生活密切相關(guān)的知識體系。在有機化學(xué)的教學(xué)過程中,教學(xué)內(nèi)容眾多,知識結(jié)構(gòu)混亂,學(xué)生缺乏總結(jié)和組織能力,難以上手。并且現(xiàn)有的知識框架缺乏邏輯性和系統(tǒng)性。它一般以復(fù)合詞的范疇作為分類和介紹的主線,學(xué)生主要通過記憶來學(xué)習(xí),未能達到理想的教學(xué)效果。

(5)在課程中疏忽了學(xué)科的交叉融合。隨著對有機化學(xué)的不斷探索,已經(jīng)形成了與其他學(xué)科密切相關(guān)的知識體系。對化學(xué)系列專業(yè)的有機化學(xué)科目雜環(huán)化合物、糖類和蛋白質(zhì)等章節(jié)自學(xué)或內(nèi)容有些理解存在疏忽,可加強有機化學(xué)和生物研究之間的聯(lián)系,可進一步促進學(xué)科交叉融合。

(6)課程過于強調(diào)基礎(chǔ)而輕應(yīng)用。有機化學(xué)的教學(xué)以基礎(chǔ)理論的教與學(xué)為主,教材和教具中涉及的反應(yīng)實例主要停留在實驗室研究,很少引用工業(yè)生產(chǎn)的實際實例。作為講師,大多數(shù)教師沒有工廠生產(chǎn)的實際經(jīng)驗,缺乏經(jīng)驗和深刻體會,在教學(xué)中不能有效地與生產(chǎn)實踐結(jié)合。作為學(xué)習(xí)者,他們不能正確理解理論在實踐中的重要性。對理論學(xué)習(xí)產(chǎn)生厭倦感,缺乏學(xué)習(xí)積極性。

(7)地方應(yīng)用型高校學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力差是有機化學(xué)教學(xué)中的一個難題,如何采取有效措施提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力是提高教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。為解決這一問題,將現(xiàn)代信息教育手段與教學(xué)相結(jié)合,可以提供切實有效的解決方案。

三、“有機化學(xué)”實踐教學(xué)實施路徑研究與探索

(一)教學(xué)方法多樣性

由于傳統(tǒng)的教學(xué)工作中普遍存在教學(xué)方法單一、授課過程枯燥乏味等缺點,所以在實際教學(xué)過程中,每種教學(xué)方法都不應(yīng)該獨立存在,是多種教學(xué)方法相輔相成的,可結(jié)合授課內(nèi)容進行方法轉(zhuǎn)變。以下幾種教學(xué)方法可進一步優(yōu)化教學(xué)過程[6-7]。

1.興趣驅(qū)動法

眾所周知,有機化學(xué)作為一門涉及理論和反應(yīng)較多的課程,例如價鍵理論、電子效應(yīng)和共振論等內(nèi)容相對枯燥,作為初學(xué)者,很難從課本上的知識與實際生產(chǎn)生活相關(guān)聯(lián),因此很容易失去興趣。在備課過程中授課老師需要查閱大量的文獻和資料,需要對當今時事熱點進行了解,將枯燥乏味的知識與當下流行的元素相結(jié)合。這不僅能夠使學(xué)生加深對知識點的了解,還可以激發(fā)學(xué)生對“有機化學(xué)”課程的學(xué)習(xí)興趣。例如,不粘鍋已經(jīng)成為炒鍋產(chǎn)業(yè)發(fā)展的流行趨勢,幾乎大部分的家庭均使用了不粘鍋,不粘鍋具備不粘食物的特性,其實是因為鍋內(nèi)涂了一種被稱作“特富隆”的特殊物質(zhì)。這種物質(zhì)的化學(xué)名為聚四氟乙烯,常被俗稱為“塑料王”。所以教師在授課過程中可以引入這樣的例子,激發(fā)學(xué)生們對有機化學(xué)的興趣。

2.現(xiàn)代化的教育技術(shù)教學(xué)法

利用現(xiàn)代化的教育技術(shù)來改善課堂環(huán)境、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,加強師生交流,提高有機化學(xué)教學(xué)質(zhì)量。例如,制作豐富立體的多媒體課件可以增加課堂趣味性和活力,使教學(xué)課堂富有生機。除了理論知識相對較強、學(xué)習(xí)難度記憶難度較大外,有機化學(xué)中,立體化學(xué)常常讓學(xué)生感到困難。判斷原子或基團在空間中的位置,以及如何確定其R、S構(gòu)型和對映異構(gòu)體,這對學(xué)生來說始終是個難題。使用多媒體作為教學(xué)輔助,可以顯著提高學(xué)生對這一部分知識的理解。比如對乳酸R、S判斷的時候,空間想象能力差一點的同學(xué)就不知道-H、-OH在空間里怎么擺放。每個原子和基團通過多媒體課件輔助教學(xué),用不同的顏色、大小進行區(qū)分,十分立體,學(xué)生可以一目了然地看到-H和-OH在空間中的位置。顯然,使用多媒體課件作為輔助教學(xué)工具不僅可以幫助學(xué)生理解知識,還可以使課堂更加生動活潑[8]。

3.第二課堂教學(xué)法

第二教室是與第一教室有關(guān)的教學(xué)活動。從教學(xué)的內(nèi)容上講,其根源在于教材,但對素質(zhì)教育的培養(yǎng)起著重要作用,它的學(xué)習(xí)地點具有多樣性,可以在學(xué)校,也可以在社會開展。例如,為了更好地提高學(xué)科的前沿性,營造一種濃郁學(xué)校的學(xué)術(shù)氛圍,可以邀請化工專業(yè)的專家對國內(nèi)化工發(fā)展現(xiàn)狀進行分析講解,不僅可以促進學(xué)術(shù)交流,還可以讓學(xué)生們了解學(xué)科最新進展。講座上,學(xué)生們與校外專家熱情交流,對化工領(lǐng)域近年來的熱點問題作深入分析,突顯了“有機化學(xué)”理論在前沿科學(xué)應(yīng)用中的重要性。因此,在“第二課堂”的支持下,學(xué)生能夠更多接觸科研,其在引導(dǎo)和啟發(fā)學(xué)生方面扮演重要角色,使得有機化學(xué)理論應(yīng)用于科研領(lǐng)域。通過參加不同專家學(xué)術(shù)講座,運用其有機化學(xué)知識,學(xué)生與專家一同分析并探討科研方向,大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和參與感,營造出了優(yōu)質(zhì)的學(xué)習(xí)氛圍。

4.小組討論法

在討論教學(xué)法中,為了激發(fā)學(xué)生的興趣和積極性,老師精心設(shè)計討論的問題和情景。通過問題和情景引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題,提出問題,使學(xué)生主動產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣。教師設(shè)計的討論題應(yīng)盡可能與課本知識和實際生產(chǎn)相結(jié)合,特別是與實際工業(yè)生產(chǎn)中遇到的技術(shù)問題和瓶頸問題相結(jié)合。例如,在講述本章醛類、酮類等碳基化學(xué)物質(zhì)的內(nèi)容時,結(jié)合對甲醛在生活中危害的了解,可以設(shè)計如何通過碳基化學(xué)反應(yīng)去除室內(nèi)裝飾或家具中存在的甲醛的危害。把學(xué)生分成小組,下課后查看資料,上課時討論。在討論過程中,引導(dǎo)各組學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題,互相討論。討論中要結(jié)合教材的理論知識解決提出的問題。這種討論式教學(xué)方法,使學(xué)生教科書深化對理論知識的認知,靈活運用它能夠解決實際問題,而且提高了學(xué)生的思維能力、口頭能力、團隊合作能力、自學(xué)能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng),真正提高了學(xué)生的綜合素質(zhì),適應(yīng)應(yīng)用型人才的培養(yǎng)需要。

(二)課堂內(nèi)容和考核方式多樣化

為了使廣大學(xué)生增強學(xué)習(xí)的主動性,使課堂教學(xué)更加生動活潑,培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),增強學(xué)生的創(chuàng)造性,需要在教學(xué)過程中著重優(yōu)化課堂內(nèi)容[8-9]。

1.豐富課堂內(nèi)容,激發(fā)學(xué)生興趣

授課教師在備課過程中著重介紹一些名人的背后故事、有機化學(xué)歷史上的著名事件、化學(xué)公司的發(fā)展等相關(guān)內(nèi)容,將顯性的知識傳授和隱性的德育熏陶融會貫通。例如,在講授烯烴部分時,教學(xué)課程導(dǎo)入:2005年,諾貝爾化學(xué)獎授予了在烯烴復(fù)分解反應(yīng)方面做出突出貢獻的三位科學(xué)家——法國科學(xué)家肖萬、美國化學(xué)家施洛克和格拉布(Grubbs)。因此可以激發(fā)學(xué)生的愛國主義精神,增強責(zé)任擔當意識,激發(fā)學(xué)生對“有機化學(xué)”的興趣和積極性。

2.加強實驗教學(xué),深化理論知識

傳統(tǒng)的有機化學(xué)實驗授課過程中,授課教師需要花費大量時間介紹操作方法、步驟和注意事項等,并進行演示,但是缺少創(chuàng)新能力的培養(yǎng),這樣導(dǎo)致學(xué)生只會重復(fù)實驗而無法培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。但是,有機化學(xué)的實驗課不僅要鍛煉學(xué)生的動手能力,還需要培養(yǎng)他們?nèi)绾卧O(shè)計實驗、如何完成這個設(shè)想,這是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此授課教師首先應(yīng)要求學(xué)生獨立規(guī)劃實驗流程,然后協(xié)助學(xué)生分析反應(yīng)機理,探討實驗的可行性,提前為學(xué)生分析此實驗的危險性,最后教師應(yīng)為學(xué)生集中采購試劑并提供實驗平臺,使學(xué)生真正將具有研究價值的設(shè)計型實驗融入教學(xué)過程。

3.優(yōu)化考核方式,學(xué)生更加重視

傳統(tǒng)上,理論性較強的課程采用閉卷考試的方法。“有機化學(xué)”也屬于理論課程,但是由于學(xué)生化學(xué)基礎(chǔ)和專業(yè)背景存在差異,所以考核方式可以多種多樣。為必考科目的學(xué)生進行閉卷測試,學(xué)生選修課采用封閉式,開放式或難度低的紙質(zhì)考試等方式。評估的目的是評估學(xué)生整體的學(xué)習(xí)成果。通過這種靈活的評價,學(xué)生可以更好地學(xué)習(xí)評價內(nèi)容,深入了解有機化學(xué)過程,減少過多的壓力。

4.創(chuàng)新試卷類型,強化應(yīng)用能力

為了提高試卷的質(zhì)量,測試學(xué)生分析問題、綜合運用知識和解決實際問題的能力,需要對有機化學(xué)試卷的結(jié)構(gòu)進行調(diào)整。試題以客觀題(包括反應(yīng)式)、應(yīng)用分析題(基礎(chǔ)理論分析、機理分析、光譜分析)和復(fù)合題為主,取代了傳統(tǒng)的選擇題、填空題和判斷題,注重對學(xué)生綜合分析能力和實際應(yīng)用能力的考核。

5.精簡教學(xué)內(nèi)容,確保授課內(nèi)容主次分明

針對“高等有機科學(xué)”課程內(nèi)容過多、課時過少的問題,通過采用“主線”教學(xué)法,使授課內(nèi)容簡潔流暢。如在活性中間體一章中,碳正離子的研究是最早、最深入、應(yīng)用最廣泛、涉及最基本的反應(yīng)過程,以碳正離子為例,其結(jié)構(gòu)、制備方法和影響其穩(wěn)定性詳細說明了留存的原因。為了節(jié)省教學(xué)時間,對于碳、氮的含量,只講授簡單的分析結(jié)構(gòu)和制備方法。

(三)加強師資建設(shè)打造實踐型的師資隊伍

教師作為教學(xué)活動的主導(dǎo)者,擁有什么樣的教師團隊將極大地影響教學(xué)模式的質(zhì)量。因此,為了構(gòu)建應(yīng)用型人才培養(yǎng)模式,有必要更新教師隊伍。目前,雖然中國高校教師普遍具有較高的學(xué)歷,他們往往有深厚的理論知識儲備,但是實踐經(jīng)驗相對不足,在應(yīng)用型人才培養(yǎng)中,教師對實際應(yīng)用等過程進行指導(dǎo)。此外,還可以根據(jù)時代和行業(yè)的變化進行就業(yè)指導(dǎo),發(fā)展應(yīng)用型人才培養(yǎng),建立實踐型教師隊伍是非常重要的。因此,高校未來應(yīng)積極推進雙師型教師隊伍建設(shè),加強與相關(guān)企業(yè)的合作,使教師達到理論與實踐的平衡,將具有深厚教學(xué)經(jīng)驗的教師和具有豐富工作經(jīng)驗的人員融合成一支教師隊伍。并依托校企合作、大學(xué)生創(chuàng)業(yè)項目等平臺下建立的實訓(xùn)基地,開展應(yīng)用型綜合人才培養(yǎng)。

四、“有機化學(xué)”課程教學(xué)改革的成果

通過合理地調(diào)整課堂內(nèi)容和考核方式,采用不同的教學(xué)方式,不斷探索和改善教學(xué)方法,結(jié)合實踐經(jīng)驗,有助于提高有機化學(xué)教學(xué)質(zhì)量,能培養(yǎng)出適應(yīng)社會需求的高技能人才。通過對有機化學(xué)教學(xué)的改革,一方面,學(xué)生們對有機化學(xué)的興趣顯著提高,因此畢業(yè)生考研率直線上升,畢業(yè)后繼續(xù)從事化工行業(yè)的學(xué)生也逐漸增多,學(xué)生發(fā)表科研能力的水平明顯提高;另一方面,教學(xué)改革進一步提升了教師的科研水平,激發(fā)了授課教師教學(xué)熱情,促進了教學(xué)和科研的發(fā)展,提高了教學(xué)效果。

結(jié)語

本文結(jié)合當前高等理科教育實踐教學(xué)面臨的問題以及有機化學(xué)的特點,為進一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)有機化學(xué)的興趣,培養(yǎng)學(xué)生運用有機化學(xué)理論知識解決問題的科學(xué)素養(yǎng)的創(chuàng)新能力的增強。因此提出了教學(xué)方法多樣性、課堂內(nèi)容和考核方式多樣化的新想法,有機化學(xué)教學(xué)改革的目標是全面提高有機化學(xué)教學(xué)質(zhì)量,建設(shè)中國石油大學(xué)(北京)一流的本科教育隊伍。希望能為我國高等理科教育,特別是有機化學(xué)教育改革提供有益的參考資料。