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按照11版教學培養方案的修訂,有機化學由原來的126學時減少到108學時,上下半學期各54學時。同時,有機化學實驗也做了相應的修改,由原來的90學時減少到70學時,上下半學期各35學時。在此次教學方案修改的同時,有機教研室依據教育部規劃教材特點,結合我?;瘜W專業長遠發展需求,立足于學生可操作性,本著“微型化、節約化”原則,進一步梳理與完善了有機化學實驗教學內容。在堅持熟練基本操作的基礎上,將教師科研方向中的一些原料合成作為教學內容引入到了有機化學實驗操作中,例如,將降冰片烯二酸酐的制備引入教學環節,讓學生在鞏固雙烯合成理論的基礎上,進一步熟練如何利用已知原料合成目標產物的方法。再如,在重結晶實驗操作中,由于原料的恒定性,學生實驗往往很容易形成機械操作、簡單重復和照方抓藥等特點。為了打破重結晶原有實驗原料的單一性,我們借助重點實驗室這一平臺,跟有科研項目的老師一起交流并達成共識,他們合成的粗產物直接應用到有機化學教學實驗中,形成了原料種類多樣性。變換原料,學生就得通過重結晶的步驟,合理選擇理想溶劑,提高了學生參與實驗的主動性,同時也為老師科研提供了保障,避免了實驗產品的浪費。另外,對先前的常量化實驗也進行了改進,引入了微量實驗儀器,樹立學生節約意識,進一步強化學生的實驗技能。
1.2教學模式的轉換
傳統的實驗教學模式只注重學生實驗結果,往往忽視了實驗過程。有機化學實驗教改過程,首先,注重實驗前的準備。讓學生通過相關文獻檢索,吃透實驗操作中的一些問題,熟悉物料性質,確保實驗順利進行(見圖1)。其次,全面干預學生實驗操作過程。在實驗操作過程中既要強化學生的實驗操作技能,對于違規操作行為,要及時糾正,必要時要作為典型案例,引導全體學生注意,同時還要全面跟蹤學生實驗過程,設立專門教師實驗臺,實現學生和教師共同實驗,在實驗操作中及時將實驗過程中出現的問題反饋給學生,進一步培養學生對一些反?,F象的理解和認識,鍛煉學生分析與解決問題的能力(見圖2)。第三,做好實驗結果總結與實驗報告信息反饋。對于實驗結果來說,由于個人的操作或多或少存在差異,尤其在現象描述、收率計算和物理參數測定等方面都多少存在分歧,采取集中討論與分散交流相結合的方式,干預學生實驗結果討論,引導學生對實驗結果做出正確的判斷,為后續實驗報告的書寫奠定基礎;對于實驗報告信息反饋,一要堅持原有認真批改實驗報告的做法,二要在新的實驗開始時做好實驗報告的點評工作,既要突出表揚優秀的實驗報告,也要指出不合格的實驗報告,通過以“優幫差”,切實發揮好“傳幫帶”的作用,逐步完善學生對實驗報告的書寫。三是對學生在實驗創新中提到的一些改進措施要給予合理的解釋,激發學生積極嘗試實驗的熱情,增進學生對化學實驗的興趣。
1.3教學評價體系
老師通過實驗教學中的“預習、操作、衛生和實驗報告”可以直觀地給學生在某個實驗中給予合理的分數。反過來,學生也要發揮監督老師的作用,通過教學評價體系,可以反映出教師在實驗教學中的投入。學校雖然每年都通過教學評價系統,讓學生對老師教學做出客觀公正的評價,進一步激發教師的教學熱情,但效果往往不是很理想。我們在有機化學實驗教學環節中引入了“一個實驗一評價體系”,采取無記名信息反饋,梳理后將意見轉達給任課教師,通過教研室活動討論,確定整改措施,并及時地應用到下一個實驗中,并將有用信息擴大到了整個教研室活動中,使得教師在教學中豐富閱歷,使得學生在學習中長了見識。這種做法在學生與教師中已經形成了良性互動,并得到了很好的評價效果。
1.4科研協助教學改革
有機化學實驗是在大學二年級開設,學生已經初步掌握了一些基本的實驗技能操作,在有機化學實驗實驗教學過程中,積極引導學生參與教師科研活動,增強學生對學科前沿知識的了解,提升學生對化學實驗的興趣。具體可通過內蒙古每年舉辦的“挑戰杯”科技作品競賽和畢業生畢業論文的設計兩個途徑進行嘗試,讓學生以興趣小組形式參與到教師科研項目中,讓學生從教師科研活動中吸取寶貴的信息資料,獲得長足的進步。例如,β-氨基酮類化合物的合成(Mannich堿)是有機化學理論知識中的內容,基本的有機化學實驗教學中并沒有此類化合物的實驗操作內容,是一個綜合性很強的實驗操作,學生要從多組分溶劑的選取、TCL(薄板層析)、重結晶、熔點測定等一系列實驗技能入手,擴展了學生的思路,增強了有機實驗手段的連續性和銜接性。截至目前為止,已有兩屆學生10多人次,借助教師科研平臺,參與“挑戰杯”科技作品競賽,并獲獎;有三屆學生15人次,通過參與教師科研活動,發表了高水平的學術論文。當然,這些成績的取得反過來又促進了實驗教學的運行,在培養學生實驗技能的同時,進一步拓展了學生在實驗中“敢想、敢問、敢做”的理念,從某種意義上也完善了新版教學培養方案。
中圖分類號:G642.4 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2017)05-0263-02
有機化學實驗是一門必修基礎實驗課程,通過本課程的學習,使學生加深對有機化學反應機理的理解,掌握化合物熔點、折光率、旋光度等物化性質的測定方法,熟悉化合物萃取、蒸餾、柱層析、紙層析等分離純化手段。在培養學生正確和熟練掌握實驗方法及基本操作技能過程中,進一步提高學生觀察問題、分析問題和解決問題的能力,培養學生嚴謹、細致、實事求是的工作作風和操作規范、數據記錄科學、臺面整潔有序等良好的實驗習慣,為將來從事化工、藥學、醫學等領域的工作打下堅實的基礎。然而,我院的有機化學實驗課程面向我?;瘜W工程與工藝、應用化學、中藥和藥物化學等多個專業開設,教學任務重,任課教師多,且在專業背景、知識儲備和教學經驗方面有較大差異,這些差異造成學生的成績評定標準主觀性強,特別是影響平行教學班級的學生學科成績甚至獎學金的評定結果。同時,學生在實驗報告、實驗操作、課前提問、考勤、衛生等方面還需要規范,針對這些情況,我院有機實驗教研組探索更加合理的有機化學實驗教學考核模式。
一、考勤、預習實驗、實驗報告
針對有機化學實驗教學的特殊性,有機化學實驗最后的成績評定傳統都包含考勤、預習實驗報告和實驗報告部分。考勤一般采用點名的方式,這種方式毫無意義的浪費了所有人幾分鐘時間。預習實驗報告的撰寫往往流于形式,學生在思想上對實驗課程不夠重視,預習實驗報告照抄實驗教材,甚至出現幾個版本的情況。針對這些情況,我們將預習實驗報告和實驗報告合并,在實驗完成后,直接在預習實驗報告上添加實驗結果,并對實驗結果進行討論,這種隨堂上交實驗報告模式可以避免原有的考勤環節,同時要求學生在實驗前多下功夫,要求學生不但提前按照教材完成實驗目的、驗原理、實驗步驟和實驗裝置等撰寫,而且要對所用實驗藥品的物化性質進行列表整理。這種模式通過提高學生實驗前的知識儲備,增強自身的安全防護與處置事故能力,在使用有毒有害試劑時,能夠減少突發事故的發生和危害程度。其次,以往學生實驗報告的結果討論部分寥寥數語,不能利用實驗原理對實驗結果進行充分的分析討論,當實驗的預期結果與理論結果出現偏差時,不能對實驗過程中的重要實驗步驟和影響環節進行正確合理的分析。針對這一問題,要求學生在做有機合成實驗時提交多種制備方法,這促使學生學會利用大學的CNKI中文學術期刊和science finder檢索工具進行文獻調研,通過這種訓練,學生上交的實驗報告結果討論更加充分,同時掌握了文獻查閱能力,提高了英文的專業詞匯表達能力,為以后的就業或升學打下更加堅實的基礎。
二、紀律和衛生
在有機化學實驗的教學過程中,往往會受到儀器設備或實驗場地的限制,經常要求學生分組協作完成。由于有機合成復雜,反應時間長,以及缺乏良好的通風設備,實驗室氣味大,實驗過程中容易出現部分玩手機、走廊里到處走動、光看不練等濫竽充數、草率應付現象。此外,部分任課老師的教學科研壓力大,實驗教學責任心不強,在講授實驗后長時間脫崗或翻閱科研文獻,學生在遇到問題時不能在第一時間向老師詢問,影響教學效果。因此,在實驗教學過程對老師和學生都提出明確要求是必要的。(1)學生、教師必需穿著實驗服,方可進入實驗室。(2)為了保證教學質量,每位帶課新教師應提前完成實驗預試,熟練實驗步驟,操作順序,實驗關鍵及產品的純化及鑒別方法,并著力探索提出簡化實驗步驟,提高產品產率的新方法,熟悉實驗反應機理和所用儀器及用途。實驗過程中嚴格要求、管理學生,認真帶教;任課教師不得隨意更改實驗時長;帶教教師不得離開實驗室超過10分鐘。(3)實驗結束后,學生必須認真打掃實驗室,廢液必須倒入指定的廢液容器內,不得向下水道傾倒,學生要保證實驗臺和實驗儀器干凈整潔、井然有序,并打掃地面衛生,經教師檢查設備,簽字認可之后學生方可離開實驗室。為貫徹勤儉辦學的教學方針,學生打破儀器要及時填單賠償(填儀器賠損單),盡管賠償只是象征性的懲罰,但可增強師生愛護儀器設備的責任心,更好保護和使用實驗儀器設備,確保實驗教學的順利進行。教師檢查儀器設備和衛生后,才可進行班與班之間的交接工作。
三、考查
對于理論課程的學習,最后成績的評定一般按照平時成績(30%-40%)和期末成績(60%-70%)兩個部分進行綜合評定,而有機化學實驗是一門實踐課程,更應注重理論與實踐相結合。實驗報告的討論部分往往能反應一個學生的理論水平和平時的準備情況,但實驗報告難以對學生的實驗操作能力進行區分。平時實驗難以避免同一實驗室學生間的交頭接耳甚至交流數據的現象,也難避免個別同學等別人的裝置搭好后照搬甚至求助別的同學直接幫忙現象,這造成按照實驗報告難以正確評價出他們的真實操作水平。因此,除實驗報告外,期末筆試、創新實驗或實驗操作考試等考核方法被許多高校采用,這些方式可以進一步彌補依照平時實驗報告評判的不足,有待于進一步的實踐摸索。但這些方式也面臨著一些問題,期末筆試考試如果采用卷面形式仍難反應學生的實驗操作能力,而實驗操作考試必然要設定多個實驗操作,學生隨機抽題確定各自的考試內容,這種考核一方面實驗的難度大小不一,更重要的是要占用任課老師大量的時間,且無法得到相應的經濟補償。創新實驗也面臨著內容和難度差異,難以尋找統一的評定標準。因此,通過平時實驗設定,使各實驗小組的實驗數據存在差異,從而通過已知實驗數據與學生所測數據間的對比,直接反應學生的操作水平。例如,我們在熔點、沸點、旋光度、折光率等實驗中可以設置不同的測試樣品。在熔點測試中可選取氯化鈉、尿素、咔唑、芴、氯化鈉和尿素不同比例的混合物等樣品。合成實驗可選一些具有紫外吸收的固態化學藥品,一方面可通過板層對照大致確定化合物的純度,同時,可利用重結晶方法進行純化,根據薄層層析和收率即可判定學生的操作水平,這種方法不僅簡單易行,又避免了因產品未進行核磁、質譜、氣相或液相測試,缺乏相應的譜圖數據,學生編造實驗收率的情況,并能夠真實反應學生的操作水平。
四、成績評定
經過上述設定,實驗報告能夠較全面的反應學生的操作和預習準備情況,通過實驗報告、考勤、紀律、衛生可以反應學生的理論和實驗水平,但不同的任課教師間的成績評定差別仍較大。在以往成績評定中,有的班級的優秀率(90及以上)高達50-60%,平均成績為89.9,而有的班級的優秀率(90及以上)僅為5%,平均成績85。另外,學生間的成績差距較小是有機化學實驗課程存在的另一個重要問題,這一問題會影響該課程在學生心中的重要性,造成后續教學過程中學生的積極性不高。因此,在后續的教學中統一成績評定標準,實驗報告70分,其余30分,且每班平均成績不得超過75分,優秀率控制在15%以內,個別差的學生成績可酌情打分,通過這種設定,使各平行班級間的成績更加合理,學生間的成績區分度更加明顯。
五、有機化學實驗考核方法改革的體會
通過強化文獻檢索在實驗報告中的作用,提高了學生的文獻檢索能力,增加了學生的化工專業英語詞匯量,使學生對有機化學的反應機理具有更深的認識。通過強化實驗紀律,使老師和學生更加認真的對待實驗,降低了實驗過程中突發事故的發生。通過標準化成績評定,提高了學生成績的區分度,增強了學生對該課程的重視程度,使學生的成績評定更加合理。
參考文獻:
開放性有機化學實驗課與高校有機化學專業各研究課題組的碩士博士研究生緊密相連。在完成學位論文的過程中,對于一些已經研究成熟的合成步驟,研究生常常需要人手幫助他們完成“量”的積累工作。把這些“量”的積累工作統一收集起來,作為開放性有機化學實驗課的實驗題目,讓大學生走進各研究課題組實驗室,來完成這些實驗題目。這也就是筆者在這里提出的所謂“開放性有機化學實驗課教學模式”。據筆者所知,國外很多高校如德國慕尼黑大學等都采用了這種實驗教學模式。這種實驗教學模式對培養學生的綜合實驗水平是行之有效、切實可行的:
(1)各研究課題組的研究生的學位論文,要么是當今有機化學學科的研究熱點,要么具有很高的實用價值,因此大學生可以接觸到有機化學學科前沿領域,開拓視野。
(2)大學生在研究生的指導下,參與到科學研究當中,可以親身感受科研活動,從而認識完整的科研過程,達到教學目標。
(3)這種教學模式無需額外的經費購買藥品和實驗設備,無需占用基礎實驗室,具有可行性和可操作性。
(4)學生的實驗結果可以馬上應用到研究生的下一實驗步驟當中,不會造成資源的浪費。
開放性有機化學實驗課的教學模式
1開設時間
一般來說,有機化學實驗課是大學第二學年開設,共兩個學期。開放性有機化學實驗課是屬于有機化學實驗課的一部分。因為需要具備一定的基本實驗操作技能,所以開放性有機化學實驗課適合在第二個學期末,學生完成所有基礎實驗室的實驗之后進行。
2題目征集
由實驗課教師設計好實驗題目表格(包括表格1和2),向本校有機化學專業各研究小組的研究生征集實驗題目。具體表格形式如表1(用于實驗題目的申領階段)和表2(用于學生查閱文獻之后)所示。研究生根據課題的進展,把需要學生完成的有機化學反應以及要求填寫在表格1中,每個表格只能填寫一步反應。研究生可以根據需要填寫多個表格提供多個實驗題目,然后由有機化學實驗課教師匯總。
3題目申領
在第二學期末完成所有基礎實驗之后,學生向實驗課教師申請開放性有機化學實驗題目。教師隨機把研究生所提供的實驗題目(表格1)交給學生,要求學生根據實驗題目查閱相關文獻,提出可行的操作步驟。
4文獻檢索及實驗設計
學生通過Scifinder或WebofScience等文獻檢索數據庫,完成前期的文獻檢索工作,并根據文獻設計實驗裝置、實驗條件、反應監控、分離純化以及產物的譜圖鑒定等詳細操作步驟。
5實驗設計的合理性評定
學生完成“文獻檢索及實驗設計”步驟后,向教師提交相關參考文獻以及自己制定的具體操作步驟。教師根據研究生所提供的具有參考文獻和操作步驟的表格2對實驗設計的合理性進行評定,確定學生查閱的文獻和操作步驟無誤后,把表格2交給學生。學生按照表格2中地址找到提供該題目的研究生。
6題目的開展
在研究生的指導下,學生按照要求系統的完成實驗。在實驗室里,通過單對單的訓練,學生可以了解本校教師的研究方向,掌握新的實驗操作技能,系統了解如何檢測反應、處理反應、純化產物以及有機化合物譜圖分析等。
7題目的完成數目
按照上述步驟,要求學生在不同課題組完成四步不同的有機合成實驗。學生在不同課題組可以多方面的學習和掌握不同的實驗操作技術和方法,了解有機化學學科不同研究方向的前沿領域,為以后研究生階段選擇導師和研究方向提供依據。
8成績評定
學生按照要求完成實驗后,把實驗報告交給研究生,研究生根據學生的表現以及實驗報告的質量進行評分。學生把評分后的實驗報告最終交給實驗課教師記錄匯總。教師把開放性有機化學實驗課的成績并入平時的實驗課成績。
G642.4;O62-4
通化是位于吉林省東南部一座現代醫藥城,近年來對藥學方面的人才需求越來越多。我校作為吉林省東南部唯一一所高校有責任為其培養更多的專業人才,為適應現今社會對人才的需求,結合我校學生特點,確立了實踐性應用型人才培養模式。從藥學專業的課程設置(無機化學及實驗、有機化學及實驗、生物化學及實驗、藥物化學及實驗、分析化學及實驗等)可看出,有機化學及實驗具有承前啟后的作用,可為后續課程打下良好基礎。在當今的實踐性應用型人才培養模式下,學生的動手操作能力成為衡量人才的重要標準之一,所以在藥學專業的有機化學實驗教學中,改革傳統的實驗教學模式,培養和加強學生的實驗動手能力和創新能力顯得日益重要[1]。本文從以下四個方面就我校藥學專業的有機化學實驗教學改革進行簡單總結。
一、依專業特點改革教學內容
對于藥學專業來說,有機化學實驗是必修課,與其后續課程生物化學實驗、藥物化學實驗聯系緊密。由于在后續課程中多是合成實驗,所以要求在有機化學實驗中要打好基礎,提高學生的實驗技能。因此我們在設計有機化學實驗內容時加大了基礎操作的比例,如熔點的測定、折光率和旋光度的測定、蒸餾和沸點的測定、水蒸氣蒸餾等。而對于綜合性設計性實驗的選擇,一方面我們要考慮其與藥物的相關性,如乙酰苯胺(解熱鎮痛藥)的制備;二要考慮對基礎操作的應用,如呋喃甲醇和呋喃甲酸的制備,在這個實驗中會進一步熟悉鞏固洗滌、萃取、蒸餾、減壓過濾、重結晶等基礎操作;三還要考慮學生的學習興趣,激發他們學習的積極性和主動性,因此我們選擇茶葉中提取咖啡因這個實驗。對合成出來的產品,我們會進行不同的分析檢測,如性質實驗、熔點或折光率的測定、紅外光譜分析等。依據新的實驗內容,學生通過一學期有機化學實驗課的實訓,不僅提高了實驗技能,為后續課程打下堅實基礎,同時因為實驗可以對理論知識進行驗證,也提高了學生學習有機化學理論課的興趣。
二、依學生特點改革教學方法
傳統的有機化學實驗課程采用“填鴨式”教學方法,這種灌輸式教學、機械式操作、結論性結果,嚴重束縛了學生的創新能力,使得學生普遍缺乏實驗的熱情和主動性[2]。不利于學生創新思想的培養,更不利于培養實踐性應用型人才。因此我們從以下兩方面進行改進:
1.課前預習
預習是實驗課的前奏。預習程度是否充分直接影響后續實驗的結果[3]。對于每一個有機化學實驗,都會提前一周布置任務,每一個大組(15人左右),分成三個小組,自行安排實驗預習任務,包括文獻的查閱,上課內容的講解,課后習題的解答等,在每組上交的預習報告內要注明每位同學的分工,老師在課堂上會根據每名同學的分工不定r提問,以防有的同學偷懶,渾水摸魚。對于綜合性設計性實驗,每組同學之間也可相互溝通,通過查閱文獻論證實驗方案的可行性,確定不同的實驗方案,如乙酰苯胺的制備,這是一個胺的?;磻刹捎脗鹘y的方法即苯胺和乙酸作為反應原料,是否可以用羧酸衍生物來代替乙酸呢?這就需要學生做好充分的預習,給出合理的實驗方案。這樣的預習方法既給了學生一定的壓力,也會讓他們產生將理論知識應用于實踐的成就感,提高了學習興趣。
2.改變教學主體
在實驗的講解過程中,讓學生成為課堂上的主體。每組派出一名代表講解實驗方案,不同的實驗可派不同的人講解,讓每位學生都參與實驗教學過程,成為教學的真正主人,即可以全面、自由地發揮自己所掌握的知識,積極主動思考實驗有關問題,又可以讓學生體驗教師職業的神圣與不易。教師則對學生的教學過程和表現綜合評價打分。這樣的教學過程不再是教師對學生灌輸知識,而是學生在教師的指導下,積極獲取知識,提高學習能力的過程。隨著學習興趣提高,學生通過自我講解,自我展現、自由發揮,活躍了課堂氣氛,融洽了師生關系,提高了實驗教學效果[4]。教師在學生實驗的過程中要不斷巡視,及時糾正學生的不規范操作,現場指導和答疑。對于實驗過程中出現的問題要求學生以組為單位討論解決,并分析其原因。也可采用啟發式的提問方式引導學生思考,給出合理的解決辦法。
三、完善實驗考核機制
由于有機化學實驗課注重培養學生的動手能力及分析問題、解決問題的能力,因此在考評方法上加大了平時成績所占的比例:即平時(60%)和期末(40%)。平時成績的評判原則包括預習報告(30%)、實驗操作(40%)、實驗結果(10%)及實驗報告(20%),這四項成績的綜合即為平時成績。預習報告包括以組為單位實驗方案的設計及在課堂上的講解;實驗操作除了考察學生的動手能力外,還包括學生對實驗的記錄情況,要求在實驗中詳細記錄實驗現象;實驗結果指每組產品的質量或體積、外觀及顏色等。實驗報告中應記錄最終實驗方案、實驗結果及結果分析,分析實驗中出現的問題、實驗結果與預期結果的差距,產生原因及解決方法等。期末考核則包括筆試及操作兩部分,各占20%,筆試由教研室教師集體討論出題;操作則是對基礎操作進行考核,對不同的操作進行編號,學生抽簽決定考哪一個操作,這就要求學生在考前充分準備,培養其嚴謹的科學態度和實驗習慣。
四、開放有機化學實驗室
有機化學實驗室對于化學學院的學生一直是開放的,但由于制藥學院與化學學院分屬不同學院,因此很少有藥學專業的學生過來做實驗。我們在課堂上加大了宣傳力度,向學生保證我們的“售后服務”較好,對于學生在后續課程中遇到的問題可以到有機實驗室尋求解決方法,同時有機實驗室也和制藥學院的生物化學實驗室、藥物化學實驗室合作開放,兩個學院的學生可以在做畢業論文的時候實現資源共享。
總之,有機化學實驗課程的教學改革通過近兩年的實踐,取得了較好的效果,提高了學生的學習興趣,充分發揮學生的主觀能動性,為培養實踐性應用型人才打下了良好的基礎,但在日后的教學中我們還會繼續努力。
參考文獻:
[1]劉杰. 高職藥學專業有機化學實驗教學方法初探[J]. 山西職工醫學院學報, 2010 , 20 (1): 99-100.
中圖分類號:G642.1 文獻標識碼:B 文章編號:1674-9324(2012)08-0209-02
有機化學實驗課是一門理論和實踐緊密結合的基礎課,是有機化學教學的重要組成部分。是一門將基本操作與物質的性質﹑實驗技術融為一體的理論聯系實際的綜合性課程。有機化學實驗課對鞏固學生的理論知識、練習學生的動手能力、提高學生的操作技能、增強學生的科技創新能力以及運用理論知識解決新的實際問題的能力、培養學生實事求是的科學態度等方面都起著舉足輕重的作用[1,2]。成功的有機化學實驗課會使學生受益匪淺,不僅讓學生對有機化學的基本概念、基本理論和基本知識有全面的感性認識和理解,更重要的是在培養學生動手能力的同時,提高學生在專業方面對遇到的問題有提出﹑分析﹑解決的綜合能力。
一、師生在思想上共同重視有機化學實驗課程
有機化學本身是一門以實驗為基礎的學科,許多的理論和規律都是從實驗中總結出來的。所以有機化學實驗課作為一門獨立的課程,它不但與理論課的地位同等重要,而且與理論課相輔相成,缺一不可。但現實中在很多高校有機化學實驗課并未受到重視,經常被視為有機化學理論課的附屬課程[3]。通常表現為讓一些剛畢業的﹑沒有經驗的﹑不能獨立勝任教學崗位的教師擔任此課程,擔任實驗室課的教師業務水平低,導致部分教師不愿意擔任實驗課程,或者即使擔任也是對學生放松要求,力求簡化﹑敷衍了事。我們的教師自身存在“重理論輕實踐”’的思想,在教學中無意識地把這種思想傳遞給同學,使同學仍然迷信應試教育,保留高中階段應試教育形式的重理論、輕實踐的慣性,導致學生對實驗課程缺乏足夠的重視,認為一切學習都只是為理論考試做“嫁衣裳”,不能很好地理解實驗課對于個人綜合素質的提高所具有的重要意義[4]。其實有機化學實驗課是一門獨立于專業課卻又與專業課有千絲萬縷聯系的一門專業課程[3],而只有師生一致從思想上認可它,理解它的重要性,教師本著對有機化學實驗課肯定、負責的態度對待這門課程;讓學生認識到實驗課上所表現出來的能力才是我們所說的個人綜合能力的體現,是素質教育的體現;認識到大家今后的實際工作環境往往與實驗更為接近,認識到實驗是對今后工作的一個非常好的前期鍛煉,我們才能共同上好這門課。
二、師生共同做好課前準備
傳統上讓一些技術力量薄弱、經驗少的教師擔任實驗課是錯誤的做法。若想上好一門實驗課,教師光靠一顆責任心是遠遠不夠的,重點是教師的知識體系,由于有機化學實驗的特殊性,沒有相對完整知識體系的教師很難搞好實驗教學。因為不但要求任課教師要有較寬的知識面,還要有扎實的基本功和豐富的理論知識。教師在授課前,要針對實驗中涉及的內容,自覺查閱相關專業資料和書籍,認真學習;吃透教材內容,把握實驗的來龍去脈,找出教學的重點、難點、疑點[5]。做到要給學生一碗水,自己先有一桶水。預習是實驗成功的基礎。許多同學在進入實驗室前,迫于老師檢查預習報告的要求,只是比葫蘆畫瓢地抄寫教材上的實驗目的和實驗步驟,導致在做實驗時問題多、秩序亂、拖堂、誤差大等,原因就是同學們對實驗內容不熟悉,知其然而不知其所以然。學生一定要做好課前預習,書寫預習報告。當然預習報告不是簡單的抄寫,是在對實驗涉及的化學原理、裝置、步驟、常用儀器的用途和使用方法、注意事項、數據處理等實驗流程理解的基礎上,做到熟悉實驗內容、搞懂實驗原理、明確實驗目的、記清實驗程序、掌握要領以及注意事項,做到胸有成竹。通過預習了解實驗中的重難點,帶著問題上課,對不理解的問題或疑惑及時向老師求助,這樣不但對老師講解的內容能很好地消化吸收,還能充分發揮學生的主動性和創造性,提高教學效果[6-8]。
三、師生實驗課中要認真細心
教師首先要講清楚實驗目的、原理以及每一步的作用和注意事項。讓學生真正理解這個實驗的目的何在,理論依據是什么,此實驗又驗證了哪個理論知識,每一步操作的關鍵和需要注意的地方是什么。有機化學實驗中常用到一些易揮發、易燃、易爆甚至有毒的試劑和藥品,所以在教學過程中要強調注意事項,操作規范,加強學生的安全防范意識。但是老師也不能過分強調藥品的毒害作用,夸大實驗的危險性,不能人為增添實驗的“緊張”氣氛。應在講解過后,放手讓學生去做,加強巡視指導,及時發現實驗中的不規范操作,給予幫助、指導和糾正。學生在實驗過程中要在理解的基礎上認真操作,仔細觀察實驗現象及變化細節,并如實做好實驗記錄。有些實驗現象稍縱即逝,只有認真仔細觀察才能隨時捕捉,還有些實驗現象,只有深入細致地觀察才能發現細微變化。
四、師生做好課后總結
實驗課程結束以后,教師既要及時總結一堂課的成功之處,把授課過程中偶然出現的靈感或解決問題的方法記下來;也要把處理不當的教學重點、難點以及安排不妥的教學內容記錄下來,仔細查找根源,尋求對策,以免重犯。并且要把由于操作錯誤而導致的各種異常作為培養學生獨立思考、分析問題能力的切入點,積極引導他們通過對理論知識的理解、實驗步驟的分析、課外資料的查詢,來提高獨立思考和分析問題能力。學生課后一定要認真仔細地寫好實驗報告,做實驗的過程固然重要,但是實驗的總結過程是一個升華的過程。實驗報告要求全面、具體、有新意。實驗報告內容一般包括:實驗目的、原理和內容;實驗記錄,實驗現象,原始數據;實驗結果,要有現象分析和解釋,性質變化規律的歸納總結,原始數據的處理,實驗結果討論,對實驗內容和方法改進意見。實驗報告的書寫過程可以加深學生對實驗過程的思考,提高歸納總結的能力[5]。
有機化學實驗是有機化學的重要組成部分,是學生鞏固理論知識,掌握操作技能,提高動手能力和綜合素質的重要環節,既培養了學生的科學素質,又鍛煉了實驗工作能力。教師要懷著強烈的責任感不斷提高自身的業務素質,改進教學方式,注意探索實驗教學的規律,啟迪學生的學習興趣,在實驗教學中有重點地進行訓練,既重視操作技能,又注意科學思維方法的養成,還要鍛煉其從事實驗的能力。教師和學生要攜起手來,從思想上、行動上保持一致,努力提高有機化學實驗課的教學質量。
參考文獻:
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1.1教學模式單一
目前我校的有機化學實驗教學主要以傳統的實驗項目為主,實驗教學手段落后、教學模式比較單一,一般采用“基本操作—驗證理論”、“教師主講—學生主做”的簡單模式,教學過程分為預習、實驗、報告三個階段,學生做完試驗后還是知其然,不知其所以然。利用計算機多媒體系統進行輔助教學、利用網絡平臺和資源開展立體化教學等才剛剛起步。
1.2教學內容陳舊
有機化學實驗主要按基本操作、驗證實驗、綜合和設計實驗三個部分設計,主要以基本操作、驗證實驗為主,綜合和設計實驗所占比例偏低,實驗項目主要來自于出版發行的獲獎教材或規劃教材,由于教材的出版時間較早,實驗內容略顯陳舊、落后,不能與學科的基礎研究有效銜接,與日常生活問題結合也不緊密,無法引起學生興趣,導致實驗教學效果不理想。
1.3創新訓練不足
在實驗教學過程中,幾乎都是學生課前按教材或講義進行預習,課中教師講解實驗目的、原理、操作方法和注意事項,然后學生按教材的步驟和要求完成實驗,學生完全跟著老師和教材走,處于被動學習的地位,不能按其它實驗方法步驟進行,學生沒有自由發展和思考的空間,這種教學方式嚴重束縛了學生的創造性思維,不利于學生實驗能力和科學創新能力的培養。
1.4考核方法簡單
我校對有機化學實驗課程的考核分為筆試和操作兩部分,筆試主要考查學生對基本理論和基本知識的掌握情況,操作主要考查學生的實踐動手能力,筆試和操作各占總成績的50%,并可根據實際情況進行調整,學生只要按要求完成實驗并通過筆試,一般都能獲得該課程的學分。此種考核辦法雖然具有一定的合理性,但卻不能全面反映學生的實驗綜合素質和能力,無法增強學生對有機化學實驗課的興趣。
2強化創新能力培養的措施
2.1優化整合教學內容,構建新的教學體系
我校有機化學實驗課的教學一般選用曾昭瓊主編的《有機化學實驗》教材,在教學過程中,我們對現有有機化學實驗項目進行進一步的的優化和重新組合,改變傳統的的基本操作、驗證實驗、綜合和設計實驗三段式教學體系,建立以有機物的合成為主線,通過分離與提純、性能表征等強化基本操作的教學體系,將基本操作訓練與化合物的合成過程有機結合,使學生真正理解基本操作訓練的目的和意義以及熟練掌握基本操作的重要性。如在教學過程中以環己烯的合成為主線,通過環己烯的精制,加強學生對分餾、蒸餾、洗滌與分液、干燥等操作的練習,強化學生動手能力;在乙酰苯胺的制備實驗中,將合成、重結晶、干燥、熔點測定等單元操作整合在一起,讓學生了解一個化合物從合成到表征的全過程,了解每一個單元操作的作用,熟悉科學研究的基本過程和方法。
2.2重新設計實驗項目,開發研究性實驗
針對傳統實驗項目陳舊落后的現狀,將傳統實驗進行重新設計,注重引入與現代研究成果,特別是本校教師的研究成果,開發探索性和研究性實驗,提高研究性實驗所占比例;每一個實驗都設計多種方法和條件,開闊學生視野,激發學生興趣。如咖啡因的提取實驗,學生可選擇采用直接升華提取、溶劑一次萃取提取、索氏提取器提取等方法進行實驗,然后要求學生對實驗結果進行分析和總結,使學生理解為什么現行實驗教材中都采用索氏提取器提取咖啡的原因;結合教師的科研成果,開發了十八水硫酸鋁催化合成乙酸環己酯等實驗。
2.3強化創新能力培養,創新實驗教學模式
以培養學生創新能力為目標,改革現有的“老師照講,學生照做”的教學模式,建立“學生主導,教師輔導”的創新教學模式,實行研究式教學。教學中,對實驗的講解主要由學生來完成,老師、學生的角色發生了轉換,學生變被動為主動,教師變主導為輔導和引導。同時,對于同一個實驗項目,允許學生通過查閱文獻資料,自己制定實驗方案,在不同條件下進行對照實驗,充分調動學生積極性,提高學生對有機化學實驗的興趣,培養學生科研意識。在做酯化反應時,學生可查閱文獻資料,結合教師的研究成果,選擇不同催化劑,在不同條件下進行合成,確定最佳反應條件。通過分析比較,學生會深刻體會到傳統無機強酸催化劑與新型綠色催化劑的不同,從而建立環保意識與科研意識。
2.4課內實驗與課外創新結合,實行開放教學
近幾年來,我校對學生課外創新非常重視,在政策與經費上給與了大力支持,2004年,學生創新訓練項目立項近400項。同時學院也積極為學生科研創造條件,鼓勵學生進行課外創新。在有機化學實驗教學中,我們以此為契機,將有機化學實驗教學貫穿于對學生課外創新的指導中,實現了教師、內容、實驗設施和場地的全方位開放式教學,使學生課外創新成為有機化學實驗教學的有效延伸和補充,極大的提升了學生的創新意識和能力。
2.5改革實驗考核辦法,構建新的評價體系
現有的考核體系主要以考查學生對基本知識、基本技能的掌握為主,已不能適應有機化學實驗教學改革的需要。為此,我們通過實踐,建立了以考查學生綜合實驗創新能力的考核體系,即在實驗課程結束的時候,提出多個實驗項目(無具體實驗內容及方案),學生可以根據自己的興趣進行選擇,然后通過查閱文獻資料、設計實驗方案直至完成實驗并寫出實驗報告。在考核過程中,以文獻檢索、實驗方案、實驗操作、實驗報告為指標,按一定權重計算學生最終成績,這種考核辦法,即考核了學生對基本知識、基本技能的掌握情況,又考核了學生的綜合素質和創新能力,對學生創新能力的培養起到了很好的促進作用。
有機化學是藥學專業中一門重要的專業基礎課,是以實驗為基礎的學科,因此必須加強學生對有機化學實驗重要性的認識,引起學生重視,才可能養成良好的實驗習慣和正確的實驗態度,避免一些學生只重視實驗結果,不重視實驗細節和過程,操作不規范、不熟練的現象。
2 改革實驗教學內容及教學方法,使學生學習由被動變主動
有機化學實驗教學內容及教學方法的改革,能夠充分發揮學生積極性、主動性,不僅可以提高學生實驗操作技能,還可培養學生自主分析問題和解決問題的能力,從而提高學生學習的質量。
2.1 對傳統實驗進行安全性改革。對于有機實驗藥品用量比較大,反應時間長,原料及產品有一定氣味及毒性,影響學生積極性的實驗進行逐步更換。
2.2 合成實驗的微型化及現代化改革。當學生具備一定的實驗操作技能以后,可采用半微量合成實驗,這樣不僅提高了學生的實驗能力還可節約實驗藥品,縮短時間,減少廢棄物的產生。
2.3 增加基本操作訓練的實驗項目、教師采用啟發性實驗教學方法。
2.3.1 基本操作必不可少。結合筆者所在院校學生的實際情況。該校學生的基礎相對較差,學生進實驗室后不知道試劑瓶怎么拿,燒瓶怎么固定,因此增加基本操作訓練的實驗項目,讓學生熟練掌握基本操作,因此,要求實驗基本操作的練習必須有,尤其開設多學時課程的專業。
2.3.2 適當減少驗證性實驗。對于驗證化合物性質的實驗,應將其內容重新整合,改為設計性綜合實驗。比如給學生幾種未知物,要求學生在有限的學時內鑒別出來,這樣既鞏固了理論知識,又提高學生的求知欲望和創造性,這無疑對學生有很大的吸引力。
3 建立一套合理的考核方法,客觀評價學生實驗成績
建立一套合理的考核方法才能比較全面、準確、有效地測試出學生對基礎知識的掌握和能力素質水平。改革后考核方式可分為:①平時考核(30%)。有機化學實驗平時考核中,我們提出了平時成績的評估指標分兩級,一級指標包括實驗預習、實驗過程和實驗報告,每個一級指標又可分為若干個二級指標,各指標的權重分值又各不同。②期末考核(70%)。期末考核分為兩大部分:基本實驗考核(40%)和綜合實驗(30%)。
基本實驗考核分為兩部分:問題回答和操作技能。問題回答為抽簽式,內容有基本操作知識、原理、實驗中的問題和實驗安全規則以及安全措施等。操作技能考試的內容主要是有機實驗基本操作技能。
綜合設計實驗是從查文獻、提出實驗思路,到記錄實驗過程的詳細內容及數據,最后將學生整個實驗流程和結果給出合理評分。
4 結果與討論
對有機化學實驗改革后,絕大部分的學生對本次實驗的改革是肯定的和滿意的。后續專業課老師對學生的操作技能也有了較高的評價,可達到預期的實驗教學效果。
4.1 對傳統實驗進行安全性改革后提高了學生的實驗操作積極性。更換刺激性大、毒性強、產率低的合成實驗,提高實驗的安全性,從而提高了學生的積極性。
(1)實驗預習報告。學生應該對以下幾部分進行充分預習,并體現在預習報告上:實驗原理和實驗目的(查閱相關資料認真理解);實驗所用儀器設備的性能和使用方法;實驗所用原料和產物的物化性質;實驗的難點;實驗存在的安全隱患以及處理方法。這五項占5分。
(2)課堂問答。課堂問答不僅能夠檢查學生預習的情況,而且能夠加深學生對預習知識的再次理解。例如在講授重結晶提純法的時候,當老師提問重結晶的概念時,此時學生立即在腦海中搜索重結晶的概念,已經會的同學相當于又復習了一遍,而記憶不牢固的學生此時會翻書找到對應的答案,加深對重結晶概念的理解。課堂問答占5分。
(3)實驗操作。在課堂上認真、全面地評價學生的實驗操作是非常必要的。實驗操作以20分計。
(4)實驗能力。實驗能力的考核是建立在正確的實驗操作上的,實驗能力的考核包括:實驗現象的正確觀察、實驗結果的處理、實驗臺的整潔、實驗紀律共計15分。以簡單分餾為例:實驗現象的正確觀察,通過觀察溫度計的讀數,準確收集各餾分計5分。實驗結果處理的規范性、準確性、真實性計6分。實驗臺的整潔占2分。實驗紀律占5分。
(5)實驗報告。實驗報告應該是對整個實驗過程的真實寫照。一份不具有真實性的實驗報告寫得再好也要以零分計,這樣既可以督促學生認真做實驗,也能培養學生嚴謹的科學態度。一份真實的實驗報告同樣也有著質量的優劣,一份好的實驗報告應該包括以下幾部分:實驗目的、實驗原理、實驗儀器及藥品(藥品包括物化性質)、實驗裝置圖、實驗過程、實驗結果及處理、思考題、實驗反思八部分組成。共計10分。
(6)文獻翻譯。閱讀文獻是科研能力中至關重要但又最為簡單的一種技能,在整個學期的過程中要求學生翻譯2篇英文文獻,這樣既開闊了學生的眼界,又加深了學生對有機化學實驗的理解。文獻翻譯計5分。
1.2期末成績
期末成績應該由筆試成績和操作成績兩部分組成。筆試成績主要考察平時上課提問的問題,以及一些在此基礎上延伸的問題,計20分。操作考試主要是針對平時實驗操作、實驗能力的再次考察,計20分。
(1)筆試。筆試的出題范圍主要是課后習題、課堂問答以及在此基礎上的延伸。筆試卷面分占50分,換算成最終成績的20分。
(2)實驗。實驗的考核主要是對平時實驗操作、實驗能力、實驗報告等多種形式的綜合考查。占20分。
2有機化學實驗新考核方法的意義
2.1提高了學生學習實驗的主動性積極性
通過課前、課中、課后平時成績的考核方式,使學生意識到實驗報告只是實驗成績的一部分,其他很多方面都是組成實驗成績的重要部分,這就使學生的注意力很大一部分轉移到課堂上來,提高了學生學習實驗的主動性和積極性。
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)49-0284-01
有機化學實驗是藥學各專業本科生必修的一門獨立的基礎實驗課。課程安排著力培養學生具有寬廣的知識基礎和基本技能,使其具有潛在的繼續學習的能力、發展和創造知識的能力。而我們一直以來實行的一套實驗考核辦法,對基本技能的訓練與動手能力的培養不利,對學生創新意識和科學品質的培養不利。為此,對實驗成績的考核進行了改進,能更激發學生的學習積極性。
一、實驗考核的現狀
一直以來,有機化學實驗成績的評定分為兩項,即平時每次實驗成績與期末實驗考試成績。平時每次實驗成績占80%的比重。每次實驗成績的評定一般是根據實驗報告的數據和報告的內容、書寫情況來評定。對實驗過程中基本技能的操作和實驗的實際狀況在評定成績中很少考慮。因而評定出的學生成績差距很小,平時實驗成績成了總成績的緩沖劑,如以2011級2班32名學生為例,平時實驗成績均在80~95分的范圍,期末成績在70~90分的范圍,實驗總成績在78~93分之間,從而致使學生對實驗基本技能的訓練不重視,有些學生對實驗操作馬虎了事,抄襲別人的實驗報告或亂編數據,缺乏科學態度。而這些情況在實驗報告及實驗成績上反映不出來,也挫傷了認真實驗、實事求是地寫實驗報告的同學的積極性,助長了學生對實驗的敷衍馬虎行為和弄虛作假的壞風氣,不利于學生實驗技能的掌握和科學素質的培養,為此,實驗成績的考核辦法必須改進。
二、實驗成績考核的具體做法
1.加強實驗考核的管理工作。平時實驗成績的考核,要從預習報告、實驗操作、實驗報告、衛生、紀律等項來考核,每個學生都要有一張成績一覽表。
2.嚴格評分標準。教師在設計考核內容的同時,做好各項考核內容的評分標準??己藭r嚴格執行評分標準,確保評分的客觀性。
3.做好每次實驗的總結。有機實驗,尤其是合成實驗、實驗步驟多,操作煩瑣,學生結束實驗的時間不同,所以教師在每個實驗結束時無法給學生作總體的總結。因此在每次上課時,首先要做好上一個實驗的總結,指出學生在基本操作中存在的問題及報告中反映的問題,使學生加以改正。同時也為教師今后的教學找出教與學的薄弱環節,為改進教學教法提供依據。
4.做好實驗操作的考核。評定學生的平時成績,尤其是實驗操作成績,使學生了解自己對實驗的掌握狀況,對自己的實驗成績心悅誠服是必要的。目前,每個實驗室是一個自然班,約30人左右,人數較多,教師一方面要指導實驗,另一方面要觀察學生的操作情況,精力是不夠的,若不記錄各組的實驗實情,評定實驗成績會缺少依據,就會出現僅看實驗報告打成績的現象。為此,我們實行每次實驗重點觀察記錄幾組(五組左右)并觀察重點操作。例如在“正溴丁烷制備”的實驗中[1,2],在實驗的前半部分重點考察1~5組的蒸餾操作,后半部分再考察分液漏斗的操作。在一次實驗中,根據實驗內容考察若干個實驗操作,這樣在一次實驗中對5個小組考察記錄了多個操作,并作為考核依據。
三、教學體會
1.提高了學生對實驗的重視程度。無故不參加實驗的學生幾乎不存在了,實驗時馬虎了事的學生少了,抄襲實驗報告及雷同報告的情況大大減少了。
2.提高了學生對實驗的學習興趣。學生對實驗成績心悅誠服,做得好的學生更加努力,做得差的學生也積極趕上,形成了一種良好的學習氛圍,使學生對實驗產生了興趣。
3.促進了教師不斷提高實驗課的教學質量。通過對考核方法的改進,教師在教學中能及時發現很多問題,并不斷在教學中加以改進,到實驗課結束的時候,每個學生都能熟練掌握基本的操作及能獨立處理實驗中經常遇到的問題。通過考核方法的改進,能促進實驗課的教與學,改變實驗成績拉不開的現象,并得到了較好的效果。
中圖分類號:G642.0文獻標識碼:A文章編號:1671―1580(2014)01―0012―04
創造能力是指“運用一切已知信息開展創造性的活動,產生某種新穎獨特,具有社會價值或個人價值的新產品的能力”。有機化學實驗教學,對提高學生綜合素質,培養學生創新意識和創造能力有重要的意義。
一、傳統有機化學實驗教學中存在的問題
1.教學內容方面的問題
有機化學實驗教學在教學內容上不適應形勢發展的要求,實驗的學術化傾向嚴重。實驗內容脫離學生的生活實際和社會實際,重視實驗的認知性結果,而忽視學生的過程性體驗,實驗內容的設計留給學生主動探究的空間很少,驗證性實驗過多,不利于實驗功能的充分發揮,不利于學生創新能力的培養。
2.教學方法方面的問題
有機化學實驗教學在教學方法上,教學程序大多是先由教師講解實驗目的、實驗原理、操作步驟、實驗成敗關鍵及注意事項等,然后學生機械地進行操作,實驗操作照方抓藥、照本宣科,過分孤立地強調化學實驗操作技能的訓練,使基本操作技能的訓練游離于具體的實驗探究之外。這些做法既枯燥乏味,同時效率也不高,容易造成學生的思維定勢,抑制學生的創新思維,更減弱了學生的化學學習興趣。
3.教學評價方面的問題
有機化學實驗教學在實驗評價上過于強調和看重學生的實驗成績,而忽視學生創新能力等的發展。評價的主體只是教師而不包括學生[1],評價形式單一,主要采取紙筆測驗和實驗操作來評價學生的成績,而紙筆測驗相對占有很大的比重,從而降低了學生化學實驗學習的積極性,阻礙了學生創新意識的發展。
二、調整教學內容,培養學生創造能力
針對傳統有機化學實驗內容存在的主要問題,在實驗教學中要調整實驗教學內容,全面體現以實驗為基礎的化學教學觀。教學內容的選擇要貼近生活、貼近社會,體現綠色化學思想,注重實驗的綜合性和趣味性,培養學生創新能力。
1.刪減、合并驗證性實驗,加大綜合性實驗的比例
以往的一些有機化學實驗存在一定的局限性,過分孤立地訓練學生的基本操作,而不是將實驗與所學習的理論知識相結合,沒有實現學以致用的教學效果[2]。對于某些實驗,學生只是按照教科書上的操作步驟照方抓藥式地做,沒有經過大腦思考這些實驗的相關知識,只是機械地進行操作,更不能體現創新性。鑒于這種情況,我們刪減教學內容中簡單的驗證性實驗,把一部分實驗基本操作和性質實驗融合在物質的制備實驗中,將原來的驗證性實驗變為探索性實驗,相對增加綜合性實驗的比例,例如將蒸餾操作和折光率的測定操作等結合到“環己烯的制備”實驗中。當學生在實驗中遇到問題時,樂于自己動腦思考與探索,學生親自動手實施自己的實驗設計方案,有助于培養學生廣闊和多向的思維方式,誘發出創新動機,并且學生可以從中找出反應迅速、現象明顯易于觀察、操作簡便、綠色化的最佳實驗方案。因此,這種實驗能夠增強學生的獨立思考能力和創新能力。
2.采用連續性實驗,提高學生的環保意識和創新能力
傳統的有機化學實驗教學內容通常是由若干個相互獨立的實驗組成,不利于知識在學生頭腦中的整合,同時有機化學實驗中經常用到一些有毒或者易揮發的有機物,如果處理不當,會產生不利影響。通過串聯相關的實驗內容,把上一個實驗得到的產物作為下一個實驗的反應物,同時增加產物的鑒定這一步驟,形成連續性的多步驟合成實驗[3]。例如,將苯胺和乙酰苯胺的制備編排在一起,可以組合成一個連續合成實驗。為得到目標產物,學生在實驗前必須親自動手查閱文獻,掌握實驗原理,確定合成路線。同時,在實驗過程中,鼓勵學生設計實驗對有害物質及副產物進行處理,在一定程度上加深學生對每個實驗的深入程度,有利于培養學生的創新能力。連續性實驗將“物質的制備物質的分離與提純物質的表征”作為一個有機整體,涉及更加全面的有機化學實驗基本操作,不僅有利于提高學生的綜合實驗技能,而且每步產品能得到循環利用,增強了學生的環保意識。
3.推行微型有機化學實驗
微型化學實驗是指在微型化的裝置中進行的化學實驗,試劑用量比常規實驗要小很多,而且既節約
時間又能減少污染,學生動手機會多,實驗的趣味性強,容易普及[4]?;瘜W實驗應該鼓勵學生利用身邊的材料開發簡易裝置,自己動手驗證設計的微型實驗是否可行,這樣不僅激發了學生的創造精神,而且可以減少資源的浪費。例如乙炔制取與性質的微型實驗裝置見圖1。
圖1中的裝置具有節約原料、安全快速、操作簡便等特點。在教學過程中,應該倡導學生開動腦筋,充分開發和利用社會生活中常用的廉價物品和材料或者廢棄物,制成簡易安全可行的實驗儀器,或用生活中的常用品代替化學藥品,如醋酸、酒精、小蘇打等都可以發揮一定的作用。這樣既有利于解決化學實驗中實驗儀器和藥品等的短缺問題,豐富實驗教學資源,又可以培養學生的環保意識。比如充分利用注射器、點滴瓶等原料開發微型實驗裝置,實現化學實驗的創新。
三、改革教學方法,培養學生創新能力
在傳統的有機化學實驗教學中,教師容易把“教”當作是實驗教學的目的,而忽視了學生的主體作用。學生在實驗課上只是按照教師講的內容和實驗書上寫的詳細步驟,照本宣科地進行實驗,學生在實驗過程中很難有自己創造性的想法。因此要改革教學方法,在教學中以“學為主體,教為主導”為原則,處理好學生的主體作用與教師主導作用之間的關系,才能充分發揮實驗教學的功能。
1.創設問題情景,啟發學生思維
在實驗教學過程中,教師要以啟發式教學為主,創設問題情景,啟發學生思維,做到少講多問,提高學生分析問題、處理問題和收集資料信息的能力。對于重點、難點問題,教師要針對性地展開講解和釋疑。例如在乙酸乙酯的制備實驗中,教師可以創設這樣的問題情景:“大家都知道酯化反應是一個可逆反應,那么該實驗要如何創造條件促使酯化反應盡可能地向生成物方向移動呢?”學生通過思考這個問題,可以對該反應的相關知識有更深刻的認識。教師也可以在實驗前安排學生預習,學生會在預習中自己發現問題,并能嘗試著自己尋找問題的答案。問題情景的創設要緊密聯系學生日常生活實際,有利于啟發學生的思維。有效地創設實驗問題情境,能夠促進學生的學習[5]。
2.提倡實驗討論,培養創新能力
在實驗教學中采用實驗討論的方式, 能夠使學生在激烈的爭論中充分理解實驗原理,掌握實驗操作關鍵及注意事項,并培養學生分析解決實際問題以及表達與交流的能力[6]。例如溴乙烷的制備實驗,讓學生討論實驗有哪些副反應,實驗得到的產物溴乙烷的產率往往不高,分析有幾種可能的影響因素等等。學生在進行討論的過程中可以各抒己見,對實驗就會有不同的見解。教師要針對學生提出的新穎獨特的見解加以解釋并肯定學生的積極動腦,鼓勵學生創新思維。
3.采取互動式教學方法,讓學生參與講課
以往的有機化學實驗教學過程通常是教師在學生做實驗前先詳細地給學生講解實驗原理、實驗步驟和實驗成功的關鍵等,然后學生按照教材和教師所講照本宣科地進行實驗操作[7],甚至匆忙完成、敷衍了事。為了改變“教師講,學生聽”的灌輸式教學現象,可以采取互動式教學方法,每章都留出2至3個學時,讓學生親自參與講課,講課內容可以是教師指定的內容,也可以是學生來選擇與有機化學實驗相關的自己感興趣的知識進行講解。為了更好地完成自己要講的內容,學生可以用課余時間利用各種方式收集資料和事實。在講課結束之后,老師與同學可以隨機提出問題,其他學生可以補充并幫助回答問題。這種互動式教學方法給了學生更廣闊的思考空間,由原來被動接受式轉變為主動發現式的學習方式,提高了學生獨立發現和解決實際問題以及探索創新的能力。例如,從茶葉中提取咖啡因的實驗,參與講課的學生除了細致講解實驗書中所寫的實驗原理、實驗方法和實驗步驟等[8],還通過查閱資料和小組討論了解了索氏提取器及從茶葉中提取咖啡因的其他方法。其他同學在聽講過程中也更加積極主動,對一些實驗步驟提出改進意見。可見,培養學生的創新能力,首先要調動學生學習的積極性和主動性,激發學生對實驗的熱情,這樣才能發揮出學生的創新型思維。
4.每個學生單獨完成實驗,儀器配備齊全
有機化學實驗具有整體性,學生在操作過程中要膽大而心細,化學實驗是動手操作和動腦思考相結合的過程,獨立地完成實驗,對于培養學生科研創新能力具有重要的作用。這種形式雖然相對小組合作形式浪費時間,但是每個學生單獨進行實驗,使學生都能親自動手操作,選擇實驗儀器并安裝好復雜的實驗裝置,避免了小組合作中通常出現的相互依賴、互等互靠的現象。學生的主動性會明顯提高,在實驗過程中不依賴他人,并能認真觀察實驗現象,專注于實驗操作,對裝置不足之處提出改進意見,這樣有利于培養學生的實驗觀察能力和自主決策能力。同時每名學生安排固定的實驗臺,實驗臺上事先準備好此次實驗所需的實驗儀器、裝置和相關藥品,這樣既可以保證實驗課堂的秩序,也可以節約學生的時間,避免學生因為缺少儀器或藥品而四處尋找的混亂局面,保證學生較快進入實驗狀態,獨立完成實驗操作,積極思考與創新。同時保證一節實驗課的人數適度,如果人數過多,鑒于學校的實驗教學資源有限,就不能保證每個學生單獨完成實驗,也會使課堂秩序混亂;人數相應減少,則有利于教師觀察學生的實驗情況,給以及時指導和準確評價。
5.開展科研立項和競賽等活動,重視實驗室建設
學?;驅W院可以開展各種大學生創新實驗活動以及科研立項等活動,以這些實驗活動為契機,激發學生學習和研究有機化學實驗的興趣,培養學生的實驗儀器選擇技能、實驗基本操作技能和綜合運用技能。學生要成功地進行科研立項,必須具備良好的實驗能力和實驗素養,并能夠自己查閱文獻,發散思維,獨立思考[9]。學生在創新實驗項目中獲得好的結果則成為他們前進的動力,所以我們在實驗教學中要積極以各種大學生創新活動為契機,課內教學與課外活動相結合,加強對學生在有機化學實驗中創新能力的培養,課內課外形成良好的教學互動,相互促進和補充。同時努力實現實驗室開放制度,實現實驗室建設標準化,管理規范化。學生設計的實驗方案有的需要實驗驗證,卻沒有合適的場所來完成實驗操作,實驗室開放制度可以較好地解決這一問題。需要做實驗的學生可以事先統計好自己要做的實驗,向老師提出申請,學校實驗室則選派一名教師對學生進行適當的指導,讓學生到實驗室選做自己感興趣的實驗,或者是在實驗課上未做成功還存在困惑的化學實驗。增加學生親自動手操作的機會有利于發展學生的個性特長,培養學生的創新能力,同時也提高了實驗室資源的利用率。
6.計算機和多媒體輔助化學實驗教學
一些有機化學實驗具有一定的危險性,或者反應速率過慢,實驗現象不明顯,不適合安排學生實驗,可以運用計算機和多媒體來演示這些實驗。以計算機為代表的信息化資源具有信息量大、智能化、虛擬化等特點,可以反復呈現實驗現象,便于學生觀察。還可以利用化學軟件設置計算機仿真模擬實驗,學生可在計算機前自由操作,進行模擬實驗儀器的選擇、實驗儀器的安裝和拆卸順序等,從而進一步了解實驗原理、實驗用品和實驗裝置圖等,增強了實驗的新鮮感。為了使學生的實驗課前預習和課后復習更加方便,我們可以利用校園網建立完善的有機化學實驗網絡課程平臺,實現教學資源的共享。平臺內容可以涉及有機化學實驗課程的基本情況、電子教案、多媒體課件、參考文獻、網上答疑系統等,既有助于教師備課,也能夠極大地擴展學生的學習空間,培養學生探索和創新能力。
四、完善教學評價體系,合理評價教學過程
有機化學實驗教學功能的有效發揮,學生創新能力的培養,都離不開化學實驗教學評價觀的更新、評價內容的完善以及多樣化的實驗考核方式。實驗成績的評定制度是否合理會直接影響到學生對實驗課程學習的態度,如果實驗評價體系不夠完善,學生也就不會對實驗課加以重視。合理的實驗成績評價體系可以充分調動學生學習的主動性和積極性,培養學生的綜合素養和創新能力。
1.倡導新的有機化學實驗教學評價觀
傳統的實驗課的成績評價通常是以學生的預習報告和實驗報告為依據,結合簡單的操作考試和期末實驗筆試成績來評定,其中筆試成績占有較大的比重,這種評價方式不能正確評價學生的真實水平,不利于創新能力的培養。新的有機化學實驗教學評價觀要求建立促進學生全面發展的評價體系,提供多樣化的評價方式,既考查學生有機化學實驗基礎知識的掌握程度,又注重評價學生的實驗探究能力和創新能力,使學生成為實驗的主體。
2.構建開放性的考試內容
有機化學實驗考試不應僅考查學生的基礎知識和基本技能,片面注重實驗結果,而應對學生進行綜合全面的考核與評價,更多地關注學生科學素養的主動全面發展,注重學生在實驗過程中所運用的方法,以及所體現的情感態度和價值觀,注重對學生的實驗考核做出形成性的評價,而不僅僅是總結性評價??荚噧热莅A習、課上回答問題情況、實驗報告、設計實驗方案、實驗操作考試等,增加創新元素在總成績中的比例。把單純的知識考試變成知識、技能、方法、態度和價值觀的全面考查,設計開放性的考試內容,學生可以按照自己的觀點和想法做出新穎獨特的解答,重視學生的個性差異和科學素養基礎,鼓勵學生的創新性回答。
3.實施多樣化的考核方式
有機化學實驗課程的最終成績分為三部分,包括平時成績(30%)、設計性實驗成績(30%)和期末筆試成績(40%),使學生在化學實驗過程中有創新的機會[10]。
平時成績根據實驗預習、課內討論、實驗操作的認真程度以及實驗報告的內容和質量來評定,占總成績的30%。要求學生的實驗報告中體現創新因素,即能對實驗現象及實驗失敗的原因發表自己的新見解,解釋合理可行則給高分。
設計性實驗成績占總成績的30%。對設計性實驗的考核,主要從文獻查閱、實驗方案設計、實驗操作、數據處理和實驗結果分析等方面進行考查,對別出心裁和新穎獨特的實驗方案進行適當加分,以鼓勵學生能夠積極思考和創新。教師可以在課程結束前3周給出設計性實驗的題目,要求學生利用課外時間運用多種手段查閱資料和搜集信息,進行實驗方案的設計等工作,然后統一在規定的時間里獨立完成自己的實驗設計,教師對每位學生的實驗操作及完成情況進行評分。通過設計性實驗的考核,學生會更加注重有機化學實驗課程的每一個環節,激發學生對有機化學實驗學習的熱情和動手操作能力。
期末筆試成績主要考核有機化學實驗的一些基礎知識,實驗成功的關鍵和注意事項,常見化學藥品和化學儀器的性質、規格和使用條件,一些重要有機化學實驗的操作原理及裝置圖以及實驗中的思考題等??梢栽诠P試題目中設置開放性試題,啟發學生創新思維。
五、小結
合理的有機化學實驗教學系統可以有效地培養學生的創新能力,要把學生作為實驗教學過程中的主體,充分發揮學生的創新能力,在教學內容、教學方法和教學評價方面深化改革,著眼于學生創新能力的培養。
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實驗方面,在教學中發現第一個問題是多數學生預習不充分,只是簡單的照搬實驗教材,以至于在實驗中照葫蘆畫瓢,遇到小問題不能自主思考解決。另外,實驗教材雖然是權威的,但隨著學科的發展一些實驗操作和工藝條件設備等已經不能滿足當前教學需求。傳統的單純教師講授實驗原理,示范操作,學生動手的簡單教學模式也滿足不了當前教學需求了。因此,本文就以上主要問題結合實際教學經驗和相關文獻報道,對本科藥學專業有機化學教學中存在的問題進行闡述探討并提出一些建議。
1有機化學理論教學方面
1.1教學思路
目前本科階段有機化學教材編排基本是以官能團為綱,以結構和反應為主線,按照烴類,鹵代烴,醇、酚、醚,醛、酮,羧酸和羧酸衍生物,有機含氮化合物等從化合物類型的簡單到復雜進行編排的。以具體官能團和具體化合物為載體進行有機理論的教學,官能團和化合物類型由簡單到復雜,這樣編排對于初學有機化學的學生是有利的。每個章節框架比較固定的按照結構、分類、命名、物理性質、化學性質進行學習,學生容易上手。
但有機化學的學科特點是結構決定性質,性質推導反應,不同的化合物可能具有相似的性質,同一個反應機理可以解釋不同的化學性質,不同的反應類型可能本質上是相通的。如果單純以化合物官能團為主線進行教和學,很難將不同的化合物具有的相似性質統一起來。因此,在教學過程中建議梳理出更多的有助于學生掌握反應規律的教學思路。
比如按照電子變化的思路對教學體系進行串聯。從共價鍵斷裂來分,可以分為均裂和異裂。均裂對應的是自由基型反應,無論是自由基取代還是自由基加成都要經過鏈的引發,鏈的轉移和鏈的終止三個步驟。異裂對應的是離子型反應,可以分為親電反應和親核反應,同時又包含加成反應和取代反應。對于親電反應來說,無論是取代還是加成反應,都是被進攻的對象電子云密度越大越有利于反應的發生;對于親核反應來說則反之。
不同的反應類型所需要的條件不同,如自由基型反應由于是發生均裂,所需能量較高,因此反應條件通常為高溫或者光照。烯烴和炔烴的特征反應親電加成反應,芳香烴常常發生親電取代反應,鹵代烴特征反應是親核取代反應,醛酮的特征反應是親核加成反應。對于離子型反應則反應條件為容易使親電試或者親核試劑發生極化電離出正負離子且使反應過程中離子穩定的條件更有利于反應的發生。反應機理和產物以及反應速度往往可以用誘導效應共軛效應這樣的電子效應解釋。
同類型反應可以總結出某一個代表性的經典反應機理和規律的本質,讓教和學事半功倍。如烯烴的化學性質中親電加成反應是其特征反應,教學中可以鹵化氫與烯烴的加成為重點進行反應機理的講解。鹵化氫是不對稱試劑,在與烯烴的反應中需要總結的規律有“馬氏規則”,不同鹵化氫的反應活性,不同類型烯烴的反應活性。馬氏規則的本質是碳正離子的穩定性,因此,在用馬氏規則的時候要抓住本質而不能“囫圇吞棗”式的用馬氏規則。不同鹵化氫的反應活性規律是:HI>HBr>HCl,其原因可以認為越容易解離出H+的鹵化氫越容易與烯烴發生親電加成反應,原因是反應機理中第一步是帶正電荷的H+進攻-C=C-而發生的反應。
而不同類型烯烴的反應活性規律是R2C=CR2>R2C=CHR>R2C=CH2>RCH=CH2>CH2=CH2即雙鍵C接取代烷基越多反應活性越好,原因可以從兩個方面進行解釋,一方面雙鍵C是SP2雜化態,而接的烷基C是SP3雜化,SP2雜化的C電負性比SP3雜化的C高,因此烷基C表現出給電子作用,使得-C=C-的電子云密度增大,更有利于親電試劑的進攻。另一方面,接取代烷基越多的烯烴,形成的碳正離子更穩定。這些規律都可以從烯烴與鹵化氫反應的機理上推出,學生只有自己將這些規律推導出來才能更好的理解,也能更好的靈活應用。掌握了這個反應也就基本掌握了烯烴與鹵素、H2O、H2SO4、醇、酚、羧酸的反應。再如碳正離子的穩定性規律:(CH3)3C+>(CH3)2C+H>CH3C+H2>C+H3可以用誘導效應和超共軛效應進行解釋,超共軛效應同樣可以解釋不同類型自由基的穩定性。
1.2教學模式
有機化學作為基礎學科在教學中往往很難激發學生的興趣,加之理解困難和知識點繁多,容易引起學生厭學情緒??刹捎没旌辖虒W模式讓教與學變得生動,比如筆者所在的有機化學教學團隊中采取微課,翻轉課堂,動畫視頻教學相結合的模式。如雜化軌道理論,電子效應在烯烴中的應用,電子效應對結構穩定性的解釋等知識點,采用PBL與翻轉課堂結合以小專題的形式開展,提出問題并讓學生查文獻資料分組上臺講解討論。這樣可以充分調動學生的積極性,培養學生自主探索和解決問題的能力,同時也能加深學生對重點難點知識的理解。對于立體化學部分,可以采用微課的形式,制作或者收集一些動畫或者短視頻,以視頻的形式從不同角度呈現化合物的立體結構和結構的變化過程。同時組織有機化合物立體模型競賽,讓學生親手制作模型,更直觀的感受有機化合物的立體結構。
1.3有機化學與藥學相關學科的銜接
作為藥學專業的必修基礎課有機化學是為后續學習藥物化學等專業課做鋪墊的。因此,有機化學中學習到的基本理論和有機物官能團的性質要求在藥物化學和天然藥物化學中能靈活應用。作為基礎學科,單純地講授有機化合物結構、性質和反應及反應機理,往往會讓學生感覺到枯燥,因此,在教學中正好結合藥學學生的特點在有機化學教學中穿插滲透藥學相關知識,結合一些具體藥物來學習化學性質,同時滲透藥物的藥理作用。這樣不僅讓學生意識到學好有機化學的重要性,更使有機化學教學更生動,激發學生的學習興趣。比如在學習立體化學的時候,引入沙利度胺事件,讓學生意識到立體異構在藥物中的重大影響,讓學生更重視基礎有機化學理論的學習。同時,應該根據藥學專業學生的特點,更多的重視跟藥物密切相關的一些章節,比如羧酸衍生物,胺類,雜環化合物類等。還需要向學生說明某些內容在有機化學和藥物化學不同學科中的表達和側重有區別,比如有機化學中酰鹵、酸酐的醇解和氨解,在藥物化學中通常稱作?;磻?。另外,在有機化學中講授糖類、氨基酸、萜類、甾體和生物堿類的時候應該提及天然藥物化學學科。因此,對于藥學專業學生的有機化學教學應該結合專業特點進行教學,使有機化學更好的為藥學專業課服務同時也激發學生學習基礎學科的興趣。
2有機化學實驗教學探討
2.1實驗過程
實驗的預習是至關重要的一環,預習實驗不僅僅要求學生閱讀實驗教材還要查詢最新的文獻資料,不僅要弄清楚實驗原理和實驗操作,還要對實驗中可能出現的問題,實驗的結果進行預測。而在有機化學實驗教學中發現多數學生預習不充分,只是簡單照抄實驗教材,在實驗中依葫蘆畫瓢,甚至對實驗步驟不熟悉,時常有操作失誤的情況,一旦遇到一些突發問題不能自主處理,預習報告也是寫得五花八門。實驗預習不充分難以達到很好的教學效果。筆者結合教學實際,對實驗方案設置問題和設置統一的預習報告項目格式,在項目中對關鍵詞設置空格讓學生填空,如此讓學生預習時候有更多的時間和精力去關注實驗內容本身,而不是為了完成預習報告而花費大量時間在抄寫文字上。
實驗過程中要求學生嚴格記錄實驗操作和現象,培養學生嚴謹的態度和習慣。實際實驗過程中時常會在實驗講義方法的基礎上進行方法或者工藝的調整,實驗記錄要求學生實事求是根據實際操作方法和實驗結果記錄好實驗原始實驗數據。特別是對于實驗中出現的非預期實驗現象和結果一定要記錄清楚,并在實驗后加以討論和分析原因。
實驗報告,要求根據實際的實驗操作和實際現象結果事實求是進行撰寫,并對實驗結果進行討論分析,實驗報告要求附上預習報告和實驗原始數據。
2.2實驗模式的探索
同一個實驗讓不同組的學生改變實驗工藝條件,進行對比實驗,讓學生意識到實驗條件是需要考察探究的,同時也避免了不同組的學生相互剽竊實驗操作和實驗數據。讓每個實驗組都是獨立的,實驗結果不一樣,實驗過程和可能的突況也不一樣。一些比較簡單的實驗在實驗室條件允許的情況下,可以讓學生自己設置實驗方案進行實驗,培養學生主動思考利用所學理論知識解決實際問題的能力。
2.3開放性實驗設置方案探索
傳統的有機化學實驗都是學生按照實驗教材的方法步驟,按部就班的操作,很難培養學生綜合運用所學理論知識和實驗基礎進行綜合實驗的能力。如果在最后一次實驗開設一次開放性探究實驗則能很好的彌補這個遺憾。開放性實驗可以選擇一個新的綜合性實驗也可以在原有實驗基礎上進行深入,比如苯佐卡因的制備,學生已經做了對氨基苯甲酸的制備,可以在此基礎上進一步合成苯佐卡因,也可以查閱資料設計新的合成路線。還可以針對專業進行跨學科綜合實驗設計,如阿司匹林的制備,學生合成出乙酰水楊酸粗品后,查閱資料進一步進行純化和純度的分析檢驗,制片,藥理實驗最終制備出阿司匹林藥片。這就要求學生大量查閱跨學科的文獻資料,設計實驗方案,方案的論證,可行性分析??梢宰寣W生提前了解整個制藥的過程,實現藥學大融合。
2.4結合藥學專業特點
藥學機化學實驗主要是為后續的專業課服務的,在藥物化學和天然藥物化學實驗課上經常有學生最基礎的蒸餾裝置和回流裝置搭建都出錯,或者運用不熟練。歸根到底在于有機化學實驗課上練習太少,對于一些操作細節和注意事項掌握不夠。因此,在有機化學實驗課上應當注重對這些重要實驗裝置的教學練習,另外可以適當加入薄層色譜法和柱色譜法以及一些重要提取分離裝置。讓學生熟練掌握和運用這些基本的實驗裝置,更多更好的掌握一些基本的實驗操作技能,為后續藥學專業實驗課的學習打下堅實的基礎。
2.5實驗評價系統的設置