關於有機化學實驗教學改革和學生創新能力培養初探論文

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有機化學自從由化學這門主幹學科中獨立出來,有機化學實驗一直推動其迅速發展並依據具體實驗事實產生了超分子化學、納米化學等方興未艾的化學分支,極大地促進了人類科學技術的進步。近年來,國內有機化學基礎研究有了長足的發展,取得了一批具有國際影響的研究成果。爲了適應當前化學學科的發展以及滿足學生個人發展的需求,如何在大學有機化學實驗教學中培養學生的實驗能力和創新能力成爲廣大實驗教學工作者思考的問題。本文結合我們教學過程和教學改革的實際情況,談談在有機化學實驗教學中提高學生的創新能力和實驗能力的幾點經驗和體會。

關於有機化學實驗教學改革和學生創新能力培養初探論文

1注重基本實驗技能的培訓

有機化學實驗教學內容除了安全、環保教育還包括了基本操作訓練,化合物合成製備,化合物的性質鑑定等,教學內容非常豐富繁重但課時有限。爲了在有限的課時中能夠有效地訓練學生的實驗技能和培養學生的實驗能力,我們整合教學內容,縮減了單純的基本操作實驗,將其融入合成製備實驗中,在合成實驗中不斷強化學生的基本技能。(1)有針對性地選擇多種不同反應類型的合成實驗,要求學生根據具體的反應裝配不同的迴流反應裝置,並反覆訓練重結晶、蒸餾等基本實驗操作;按照循序漸進的原則開設對實驗能力要求更高的有機合成實驗,如裝配無水無氧裝置、分水裝置、尾氣處理裝置等;(2)突破以往單純合成的實驗模式,注重訓練學生整體設計實驗和監控實驗過程的能力。在部分合成反應過程中引入薄層色譜法跟蹤反應進程,加深學生對有機化合物合成製備的認識,對啓發學生思維,提高學生實驗觀察能力有重要意義;同時,開設多種分離實驗,如常壓蒸餾、減壓蒸餾、重結晶等常用的分離技術和方法;(3)開設有機化合物測試實驗,要求學生掌握毛細管法以及利用數字熔點儀測定法,通過測定熔點對比文獻數據初步鑑定產物和判斷產物的純度。由於課程的安排,有機化合物結構的鑑定實驗,如紅外光譜法、核磁共振波譜法等,由教師教授,學生通過聽課學習。在整個有機化學實驗的教學過程中,我們注重系統訓練學生的實驗能力,學生從設計實驗到裝配實驗裝置,監控反應,處理反應和分離、提純、鑑定化合物各環節所涉及的基本實驗技能都得到反覆鍛鍊。

2選擇合適的實驗內容

以合成製備實驗爲主要教學載體訓練學生實驗能力的教學模式中,選擇合適恰當的合成實驗內容顯得尤爲重要。

2.1根據學生專業特點開設不同實驗內容

根據不同的專業特點及課時安排,有針對性地開展不同的實驗內容,例如生物專業,實驗課時少,學生以掌握基本操作爲主,要求規範掌握蒸餾,萃取,重結晶,熔點的測定等實驗技能。選擇乙酰苯胺的製備、生物鹼的提取等經典的合成製備實驗,對在有限時間內提高學生有機化學實驗能力具有良好的教學效果。乙酰苯胺的製備實驗,含有豐富的實驗技能內容,包括分餾、熱過濾、脫色、重結晶等,學生除了掌握上述實驗技能還接觸了在實際合成環境中反應物的投入配比量的概念,思考如何提高目標產物產率,瞭解基團保護的方法等等,這些都是要求學生掌握的有機化學實驗的實驗能力。實驗得到乙酰苯胺的粗產品可以作爲重結晶實驗的原料,既節省了教學資源,又提供了一個“綠色化學”的正面教材,對學生形成綠色環保意識起到了良好示範作用。

2.2緊跟教學大綱,注重與理論課程相聯繫

在有機化學實驗過程中,如果實驗內容與理論教學內容脫節,學生往往表現出思考的惰性,對實驗不夠認真嚴肅,進入實驗室就是“照單抓藥”。長此以往,學生變得不擅思考,難以形成理論與實踐融會貫通的能力。所以在選擇實驗內容的時候,我們注重與理論課程相結合,讓學生進入實驗室前對實驗有足夠的認識,避免盲目空洞實驗。同時,有意識的實驗操作和觀察的實驗現象能夠加深學生對理論知識的理解和記憶,達到理論和實驗課程相互促進的教學效果。如在學習格氏試劑後,我們安排了三苯甲醇的製備實驗,學生能夠充分認識無水操作環境對三苯甲醇製備的關鍵性,在實驗過程中就不再只是簡單地照書本硬搬,而是更認真嚴肅地對待實驗過程的每個環節,帶着思考進行實驗訓練。課本上三苯甲醇製備的實驗裝置是利用裝有氯化鈣的乾燥管進行隔離空氣中的水汽進入反應體系的,有學生提出疑問,格氏試劑這麼活潑,即使裝有乾燥管,但反應的體系是敞開的,對空氣乾燥的效果難以準確把握,而且在反應加熱的過程中,乙醚反應液沸點低,容易揮發,對實驗室的空氣污染大,爲什麼不把反應裝置改成密閉的;有學生疑問,反應體系密閉很危險;有學生建議可以把乾燥管換成氣球,有學生建議可以查文獻看看,等等。在這個實驗中,學生積極思考,提出疑問,解決問題。所以合適的實驗內容往往能夠充分調動學生自主學習的積極性,促使學生將所學理論知識和實驗技能進行綜合應用。學生在實驗課堂上不僅僅是在做實驗,而且在思考實驗,這樣更有利於培養學生的實驗能力和創新能力。

2.3注重實驗內容層次性

根據學生從易到難的學習心理,針對化學專業,在基礎有機實驗後期安排設計實驗部分,包括多步合成實驗和文獻實驗。如對溴苯胺的多步合成,在此合成實驗過程中學生需要運用硝化、還原、保護、溴代、去保護等理論知識指導實驗,經歷系列的合成、分離、提純等實驗環節。要最後取得較好的實驗結果,合成過程的每一步都必須嚴格細緻地處理,認真觀察思考、記錄和改進,多步合成實驗對鍛鍊學生有序操作和整體安排實驗的能力,培養學生形成全局觀起到良好的教育作用。此外,開展文獻實驗,對提高學生獨立從事有機化學實驗能力,學習新方法、擴大知識面具有重要意義,也是培養學生創新能力的有效環節。教師提供實驗課題,學生自行組成3~4人的實驗小組,進行文獻資料檢索,分析總結材料,選擇科學可行的實驗方案,經指導教師審查批准後根據實驗方案安排實驗步驟,獨立完成實驗,記錄實驗現象,處理實驗數據,最後根據實驗事實撰寫實驗論文。通過開展這一方式的文獻實驗,既鍛鍊了學生的實驗操作能力又鍛鍊了學生檢索文獻和寫作的能力,同時加強了學生團隊協作的實踐,對學生今後在從事有機化學科研、生產或教學有重要的啓示意義。

3充分利用學校的教學科研資源

隨着科技的發展,有機實驗技術越來越先進,對學生今後從事研究生產的要求越來越高。要提高學生的實驗能力和創新能力,僅侷限於有機化學實驗室是不夠的,所以有機化學實驗課程要充分利用學校的科研資源,完善實驗教學體系,提升學生實驗的條件。

3.1與其他課程相結合,促長教學效果

有機化學實驗課除了與有機化學理論課相聯繫,還與綜合化學實驗課、儀器分析課等課程相聯繫溝通,調動學生建構完整的`有機化學知識體系,深化和廣化有機化學實驗課的教學內容。如在開展文獻檢索課後,我們積極倡導學生要充分利用學校圖書館的圖書資源和電子資源,鼓勵學生積極閱讀外文文獻,有意識涉獵有機化學學科的前沿領域,鼓勵學生參與學院每年開設的專業文獻檢索培訓,提高檢索文獻、閱讀整理文獻資料的能力,鍛鍊學生捕獲信息的能力。

3.2依託教師的科研力量,提升學生的實驗條件

由於課程設計及課時安排的侷限性,很多先進的有機合成、分離、提純、鑑定的技術無法在基礎有機化學實驗課程中開設,學院配置的核磁共振波譜儀,液質聯用儀等大型儀器資源也難以被全部本科生所利用。但藉助學院本科導師制的人才培養模式,依託教師的科研條件和指導力量,我們鼓勵學生在課餘時間多參與本科導師課題組的活動,進入研究實驗室,參觀瞭解研究實驗室在有機化學研究中所運用的實驗技術,將科學研究滲入實驗教學,使學生獲得更多的知識。另外,在儀器管理教師的帶領下,參觀瞭解大型儀器的使用,鼓勵學生主動學習不同儀器的工作原理及應用範圍,拓展有機化學實驗相關的知識。我們也在部分實驗中附典型有機化合物的紅外譜圖或核磁譜圖,輔助學生掌握和運用譜學知識識別相應的有機化合物,給學生提供實踐訓練的素材。

3.3以競賽活動爲契機,增強學生學習興趣

以學校、學院舉辦的各種大學生創新實驗活動爲契機,激發學生學習的興趣,不失時機地培養學生實驗操作技能和綜合應用能力。學生要成功獲得大學生創新性實驗計劃項目的立項,必須具備紮實的實驗能力;而紮實的實驗能力往往能夠幫助學生在創新實驗項目中獲得好的結果,所以我們積極以各種大學生活動爲契機,加強對學生在基礎有機化學實驗中綜合能力的培養,與其形成良好的教學互動,相互推進。通過這種緊緊依附學校、學院優質科研教學資源,課內課外相結合的教學方式,大大提高了培養學生創新實踐能力的教學效益。近五年來,部分學生在有機化學實驗教師的帶領和指導下組隊申報省、校級大學生創新性實驗項目共獲得立項15項,發表SCI論文5篇,在全國高等師範院校大學生化學實驗邀請賽中取得二等獎4項,三等獎2項。

4採用合適的教學方法

在有機化學實驗教學中堅持“學爲主體,教爲主導”的原則,充分發揮學生在教學過程中的主體性作用,因材施教。在傳統的實驗教學中,教師容易把“教”當作是教學的目的,而忽視了“學”纔是真正的教學目的,學生在實驗課上只是機械地按照教師講的、課本說的完成實驗,沒有體現學習的自覺性和創造性。爲了讓學生在教學過程中起到主體作用,我們緊抓實驗的預習環節,通過實驗前檢查預習報告或隨堂提問的方式檢查學生的預習情況,學生要能夠回答問題必須認真預習和積極思考,這樣能夠很好地促使學生主動在實驗課前對實驗安排有所思考,能夠認真嚴肅對待實驗課程。實驗過程中,採取多樣的教學方法指導學生實驗。如,“邊實驗,邊提問”法等,通過對學生在實驗過程中的提問,引導學生客觀全面地觀察實驗現象,激發學生擴散思維,養成邊看邊想、邊想邊看的觀察習慣,加深學生對知識技能的理解和記憶;而針對操作難度較大,實驗現象複雜的實驗,我們採用“小組合作,邊實驗,邊觀察,邊討論”的教學方法,把實驗臺相鄰的兩位學生編爲一小組,小組成員間協作完成實驗,在課堂上可針對實驗問題進行小聲討論,教師適時給予引導、提問和評價。實踐證明,根據不同的課程內容選擇恰當的教學方法往往對教學效果起到事半功倍的作用。貫徹學爲主體,教爲主導的教學理念,學生容易體驗思考實驗的樂趣,獲得學習的參與感和成就感,有利於學生創新能力和實驗能力的培養。

5合理評價教學過程

爲了提高有機化學實驗課的教學質量,促進教學相長,我們對實驗課程進行教和學兩方面的評價考覈。在實驗教學過程,包含了教師行爲和學生行爲,對雙方進行合理評價,可以更科學全面地針對實際情況不斷改進教學,提高實驗教學的效率,有效培養學生的創新能力和實驗能力。

5.1教師教學的評價

學校和學院爲推進實驗教學改革和提高實驗教學質量,成立了實驗教學督導小組,督導教師對實驗教學進行聽課評課,對實驗指導教師的教學設計、教學方法、教學指導、教學進程等多方面進行分析、評價,及時反饋教學意見和建議,幫助實驗指導教師有針對性地改進課堂,提高實驗課程的教學質量。此外,學生對實驗指導教師的教學工作也具有評價的權利,每學期學校會組織學生對實驗教師的工作態度,實驗過程的指導,教學效果等多個方面進行評價,學校把學生的評價反饋給指導教師,教師根據學生的評價可以及時改進教學工作中的不足,保持和完善個人教學的長處。這些舉措能夠很好地有的放矢地提高實驗課程的教學效果,對於推進學生能力的培養都起到了重要的作用。

5.2學生學習的評價

對學生進行合理全面的評價考覈,對培養學生能力和促進學生積極學習起到重要作用。我們改變以往片面注重實驗結果的取向,更多關注學生綜合能力的培養,注重學生實驗的過程和方法,以及實驗過程中體現的態度和行爲習慣,注重對學生做出形成性的評價。對學生的預習情況,實驗過程,儀器設備操作,實驗記錄,實驗結果處理分析,文獻資料檢索,實驗報告的書寫,實驗環境衛生等方面做出考覈和評價,在實驗的全過程提高學生的綜合素質。而實驗課程的總成績由平時成績(60%)、設計實驗成績(20%)以及期末筆試成績(20%)三部分組成,合理的評價標準對學生的學習起到了良好的導向作用,提高了學生學習的積極性,主動改進不足之處。

6結語

有機化學實驗是有機化學教學計劃中最重要的環節之一,是培養學生實驗能力和創新能力的有效途徑。我們在實驗技能培訓、實驗內容選擇、科研資源利用、教學方法、教學評價等方面進行了改革和實踐。從近年學生參加大學生創新性實驗計劃項目,公開發表論文和大學生化學實驗競賽獲獎情況等方面來看,有機化學實驗課在培養學生創新能力和實驗能力方面都取得了良好的效果。今後我們將繼續推進有機化學實驗教學改革,在加強與研究實驗室合作,加強與社會生產聯繫,完善實驗教學體系,改進實驗室管理體系等多方面繼續努力和探索,以期達到更好地培養學生創新能力和實驗能力的教學目的。