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按照11版教学培养方案的修订,有机化学由原来的126学时减少到108学时,上下半学期各54学时。同时,有机化学实验也做了相应的修改,由原来的90学时减少到70学时,上下半学期各35学时。在此次教学方案修改的同时,有机教研室依据教育部规划教材特点,结合我校化学专业长远发展需求,立足于学生可操作性,本着“微型化、节约化”原则,进一步梳理与完善了有机化学实验教学内容。在坚持熟练基本操作的基础上,将教师科研方向中的一些原料合成作为教学内容引入到了有机化学实验操作中,例如,将降冰片烯二酸酐的制备引入教学环节,让学生在巩固双烯合成理论的基础上,进一步熟练如何利用已知原料合成目标产物的方法。再如,在重结晶实验操作中,由于原料的恒定性,学生实验往往很容易形成机械操作、简单重复和照方抓药等特点。为了打破重结晶原有实验原料的单一性,我们借助重点实验室这一平台,跟有科研项目的老师一起交流并达成共识,他们合成的粗产物直接应用到有机化学教学实验中,形成了原料种类多样性。变换原料,学生就得通过重结晶的步骤,合理选择理想溶剂,提高了学生参与实验的主动性,同时也为老师科研提供了保障,避免了实验产品的浪费。另外,对先前的常量化实验也进行了改进,引入了微量实验仪器,树立学生节约意识,进一步强化学生的实验技能。
1.2教学模式的转换
传统的实验教学模式只注重学生实验结果,往往忽视了实验过程。有机化学实验教改过程,首先,注重实验前的准备。让学生通过相关文献检索,吃透实验操作中的一些问题,熟悉物料性质,确保实验顺利进行(见图1)。其次,全面干预学生实验操作过程。在实验操作过程中既要强化学生的实验操作技能,对于违规操作行为,要及时纠正,必要时要作为典型案例,引导全体学生注意,同时还要全面跟踪学生实验过程,设立专门教师实验台,实现学生和教师共同实验,在实验操作中及时将实验过程中出现的问题反馈给学生,进一步培养学生对一些反常现象的理解和认识,锻炼学生分析与解决问题的能力(见图2)。第三,做好实验结果总结与实验报告信息反馈。对于实验结果来说,由于个人的操作或多或少存在差异,尤其在现象描述、收率计算和物理参数测定等方面都多少存在分歧,采取集中讨论与分散交流相结合的方式,干预学生实验结果讨论,引导学生对实验结果做出正确的判断,为后续实验报告的书写奠定基础;对于实验报告信息反馈,一要坚持原有认真批改实验报告的做法,二要在新的实验开始时做好实验报告的点评工作,既要突出表扬优秀的实验报告,也要指出不合格的实验报告,通过以“优帮差”,切实发挥好“传帮带”的作用,逐步完善学生对实验报告的书写。三是对学生在实验创新中提到的一些改进措施要给予合理的解释,激发学生积极尝试实验的热情,增进学生对化学实验的兴趣。
1.3教学评价体系
老师通过实验教学中的“预习、操作、卫生和实验报告”可以直观地给学生在某个实验中给予合理的分数。反过来,学生也要发挥监督老师的作用,通过教学评价体系,可以反映出教师在实验教学中的投入。学校虽然每年都通过教学评价系统,让学生对老师教学做出客观公正的评价,进一步激发教师的教学热情,但效果往往不是很理想。我们在有机化学实验教学环节中引入了“一个实验一评价体系”,采取无记名信息反馈,梳理后将意见转达给任课教师,通过教研室活动讨论,确定整改措施,并及时地应用到下一个实验中,并将有用信息扩大到了整个教研室活动中,使得教师在教学中丰富阅历,使得学生在学习中长了见识。这种做法在学生与教师中已经形成了良性互动,并得到了很好的评价效果。
1.4科研协助教学改革
有机化学实验是在大学二年级开设,学生已经初步掌握了一些基本的实验技能操作,在有机化学实验实验教学过程中,积极引导学生参与教师科研活动,增强学生对学科前沿知识的了解,提升学生对化学实验的兴趣。具体可通过内蒙古每年举办的“挑战杯”科技作品竞赛和毕业生毕业论文的设计两个途径进行尝试,让学生以兴趣小组形式参与到教师科研项目中,让学生从教师科研活动中吸取宝贵的信息资料,获得长足的进步。例如,β-氨基酮类化合物的合成(Mannich碱)是有机化学理论知识中的内容,基本的有机化学实验教学中并没有此类化合物的实验操作内容,是一个综合性很强的实验操作,学生要从多组分溶剂的选取、TCL(薄板层析)、重结晶、熔点测定等一系列实验技能入手,扩展了学生的思路,增强了有机实验手段的连续性和衔接性。截至目前为止,已有两届学生10多人次,借助教师科研平台,参与“挑战杯”科技作品竞赛,并获奖;有三届学生15人次,通过参与教师科研活动,发表了高水平的学术论文。当然,这些成绩的取得反过来又促进了实验教学的运行,在培养学生实验技能的同时,进一步拓展了学生在实验中“敢想、敢问、敢做”的理念,从某种意义上也完善了新版教学培养方案。
中图分类号:G642.4 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)05-0263-02
有机化学实验是一门必修基础实验课程,通过本课程的学习,使学生加深对有机化学反应机理的理解,掌握化合物熔点、折光率、旋光度等物化性质的测定方法,熟悉化合物萃取、蒸馏、柱层析、纸层析等分离纯化手段。在培养学生正确和熟练掌握实验方法及基本操作技能过程中,进一步提高学生观察问题、分析问题和解决问题的能力,培养学生严谨、细致、实事求是的工作作风和操作规范、数据记录科学、台面整洁有序等良好的实验习惯,为将来从事化工、药学、医学等领域的工作打下坚实的基础。然而,我院的有机化学实验课程面向我校化学工程与工艺、应用化学、中药和药物化学等多个专业开设,教学任务重,任课教师多,且在专业背景、知识储备和教学经验方面有较大差异,这些差异造成学生的成绩评定标准主观性强,特别是影响平行教学班级的学生学科成绩甚至奖学金的评定结果。同时,学生在实验报告、实验操作、课前提问、考勤、卫生等方面还需要规范,针对这些情况,我院有机实验教研组探索更加合理的有机化学实验教学考核模式。
一、考勤、预习实验、实验报告
针对有机化学实验教学的特殊性,有机化学实验最后的成绩评定传统都包含考勤、预习实验报告和实验报告部分。考勤一般采用点名的方式,这种方式毫无意义的浪费了所有人几分钟时间。预习实验报告的撰写往往流于形式,学生在思想上对实验课程不够重视,预习实验报告照抄实验教材,甚至出现几个版本的情况。针对这些情况,我们将预习实验报告和实验报告合并,在实验完成后,直接在预习实验报告上添加实验结果,并对实验结果进行讨论,这种随堂上交实验报告模式可以避免原有的考勤环节,同时要求学生在实验前多下功夫,要求学生不但提前按照教材完成实验目的、验原理、实验步骤和实验装置等撰写,而且要对所用实验药品的物化性质进行列表整理。这种模式通过提高学生实验前的知识储备,增强自身的安全防护与处置事故能力,在使用有毒有害试剂时,能够减少突发事故的发生和危害程度。其次,以往学生实验报告的结果讨论部分寥寥数语,不能利用实验原理对实验结果进行充分的分析讨论,当实验的预期结果与理论结果出现偏差时,不能对实验过程中的重要实验步骤和影响环节进行正确合理的分析。针对这一问题,要求学生在做有机合成实验时提交多种制备方法,这促使学生学会利用大学的CNKI中文学术期刊和science finder检索工具进行文献调研,通过这种训练,学生上交的实验报告结果讨论更加充分,同时掌握了文献查阅能力,提高了英文的专业词汇表达能力,为以后的就业或升学打下更加坚实的基础。
二、纪律和卫生
在有机化学实验的教学过程中,往往会受到仪器设备或实验场地的限制,经常要求学生分组协作完成。由于有机合成复杂,反应时间长,以及缺乏良好的通风设备,实验室气味大,实验过程中容易出现部分玩手机、走廊里到处走动、光看不练等滥竽充数、草率应付现象。此外,部分任课老师的教学科研压力大,实验教学责任心不强,在讲授实验后长时间脱岗或翻阅科研文献,学生在遇到问题时不能在第一时间向老师询问,影响教学效果。因此,在实验教学过程对老师和学生都提出明确要求是必要的。(1)学生、教师必需穿着实验服,方可进入实验室。(2)为了保证教学质量,每位带课新教师应提前完成实验预试,熟练实验步骤,操作顺序,实验关键及产品的纯化及鉴别方法,并着力探索提出简化实验步骤,提高产品产率的新方法,熟悉实验反应机理和所用仪器及用途。实验过程中严格要求、管理学生,认真带教;任课教师不得随意更改实验时长;带教教师不得离开实验室超过10分钟。(3)实验结束后,学生必须认真打扫实验室,废液必须倒入指定的废液容器内,不得向下水道倾倒,学生要保证实验台和实验仪器干净整洁、井然有序,并打扫地面卫生,经教师检查设备,签字认可之后学生方可离开实验室。为贯彻勤俭办学的教学方针,学生打破仪器要及时填单赔偿(填仪器赔损单),尽管赔偿只是象征性的惩罚,但可增强师生爱护仪器设备的责任心,更好保护和使用实验仪器设备,确保实验教学的顺利进行。教师检查仪器设备和卫生后,才可进行班与班之间的交接工作。
三、考查
对于理论课程的学习,最后成绩的评定一般按照平时成绩(30%-40%)和期末成绩(60%-70%)两个部分进行综合评定,而有机化学实验是一门实践课程,更应注重理论与实践相结合。实验报告的讨论部分往往能反应一个学生的理论水平和平时的准备情况,但实验报告难以对学生的实验操作能力进行区分。平时实验难以避免同一实验室学生间的交头接耳甚至交流数据的现象,也难避免个别同学等别人的装置搭好后照搬甚至求助别的同学直接帮忙现象,这造成按照实验报告难以正确评价出他们的真实操作水平。因此,除实验报告外,期末笔试、创新实验或实验操作考试等考核方法被许多高校采用,这些方式可以进一步弥补依照平时实验报告评判的不足,有待于进一步的实践摸索。但这些方式也面临着一些问题,期末笔试考试如果采用卷面形式仍难反应学生的实验操作能力,而实验操作考试必然要设定多个实验操作,学生随机抽题确定各自的考试内容,这种考核一方面实验的难度大小不一,更重要的是要占用任课老师大量的时间,且无法得到相应的经济补偿。创新实验也面临着内容和难度差异,难以寻找统一的评定标准。因此,通过平时实验设定,使各实验小组的实验数据存在差异,从而通过已知实验数据与学生所测数据间的对比,直接反应学生的操作水平。例如,我们在熔点、沸点、旋光度、折光率等实验中可以设置不同的测试样品。在熔点测试中可选取氯化钠、尿素、咔唑、芴、氯化钠和尿素不同比例的混合物等样品。合成实验可选一些具有紫外吸收的固态化学药品,一方面可通过板层对照大致确定化合物的纯度,同时,可利用重结晶方法进行纯化,根据薄层层析和收率即可判定学生的操作水平,这种方法不仅简单易行,又避免了因产品未进行核磁、质谱、气相或液相测试,缺乏相应的谱图数据,学生编造实验收率的情况,并能够真实反应学生的操作水平。
四、成绩评定
经过上述设定,实验报告能够较全面的反应学生的操作和预习准备情况,通过实验报告、考勤、纪律、卫生可以反应学生的理论和实验水平,但不同的任课教师间的成绩评定差别仍较大。在以往成绩评定中,有的班级的优秀率(90及以上)高达50-60%,平均成绩为89.9,而有的班级的优秀率(90及以上)仅为5%,平均成绩85。另外,学生间的成绩差距较小是有机化学实验课程存在的另一个重要问题,这一问题会影响该课程在学生心中的重要性,造成后续教学过程中学生的积极性不高。因此,在后续的教学中统一成绩评定标准,实验报告70分,其余30分,且每班平均成绩不得超过75分,优秀率控制在15%以内,个别差的学生成绩可酌情打分,通过这种设定,使各平行班级间的成绩更加合理,学生间的成绩区分度更加明显。
五、有机化学实验考核方法改革的体会
通过强化文献检索在实验报告中的作用,提高了学生的文献检索能力,增加了学生的化工专业英语词汇量,使学生对有机化学的反应机理具有更深的认识。通过强化实验纪律,使老师和学生更加认真的对待实验,降低了实验过程中突发事故的发生。通过标准化成绩评定,提高了学生成绩的区分度,增强了学生对该课程的重视程度,使学生的成绩评定更加合理。
参考文献:
开放性有机化学实验课与高校有机化学专业各研究课题组的硕士博士研究生紧密相连。在完成学位论文的过程中,对于一些已经研究成熟的合成步骤,研究生常常需要人手帮助他们完成“量”的积累工作。把这些“量”的积累工作统一收集起来,作为开放性有机化学实验课的实验题目,让大学生走进各研究课题组实验室,来完成这些实验题目。这也就是笔者在这里提出的所谓“开放性有机化学实验课教学模式”。据笔者所知,国外很多高校如德国慕尼黑大学等都采用了这种实验教学模式。这种实验教学模式对培养学生的综合实验水平是行之有效、切实可行的:
(1)各研究课题组的研究生的学位论文,要么是当今有机化学学科的研究热点,要么具有很高的实用价值,因此大学生可以接触到有机化学学科前沿领域,开拓视野。
(2)大学生在研究生的指导下,参与到科学研究当中,可以亲身感受科研活动,从而认识完整的科研过程,达到教学目标。
(3)这种教学模式无需额外的经费购买药品和实验设备,无需占用基础实验室,具有可行性和可操作性。
(4)学生的实验结果可以马上应用到研究生的下一实验步骤当中,不会造成资源的浪费。
开放性有机化学实验课的教学模式
1开设时间
一般来说,有机化学实验课是大学第二学年开设,共两个学期。开放性有机化学实验课是属于有机化学实验课的一部分。因为需要具备一定的基本实验操作技能,所以开放性有机化学实验课适合在第二个学期末,学生完成所有基础实验室的实验之后进行。
2题目征集
由实验课教师设计好实验题目表格(包括表格1和2),向本校有机化学专业各研究小组的研究生征集实验题目。具体表格形式如表1(用于实验题目的申领阶段)和表2(用于学生查阅文献之后)所示。研究生根据课题的进展,把需要学生完成的有机化学反应以及要求填写在表格1中,每个表格只能填写一步反应。研究生可以根据需要填写多个表格提供多个实验题目,然后由有机化学实验课教师汇总。
3题目申领
在第二学期末完成所有基础实验之后,学生向实验课教师申请开放性有机化学实验题目。教师随机把研究生所提供的实验题目(表格1)交给学生,要求学生根据实验题目查阅相关文献,提出可行的操作步骤。
4文献检索及实验设计
学生通过Scifinder或WebofScience等文献检索数据库,完成前期的文献检索工作,并根据文献设计实验装置、实验条件、反应监控、分离纯化以及产物的谱图鉴定等详细操作步骤。
5实验设计的合理性评定
学生完成“文献检索及实验设计”步骤后,向教师提交相关参考文献以及自己制定的具体操作步骤。教师根据研究生所提供的具有参考文献和操作步骤的表格2对实验设计的合理性进行评定,确定学生查阅的文献和操作步骤无误后,把表格2交给学生。学生按照表格2中地址找到提供该题目的研究生。
6题目的开展
在研究生的指导下,学生按照要求系统的完成实验。在实验室里,通过单对单的训练,学生可以了解本校教师的研究方向,掌握新的实验操作技能,系统了解如何检测反应、处理反应、纯化产物以及有机化合物谱图分析等。
7题目的完成数目
按照上述步骤,要求学生在不同课题组完成四步不同的有机合成实验。学生在不同课题组可以多方面的学习和掌握不同的实验操作技术和方法,了解有机化学学科不同研究方向的前沿领域,为以后研究生阶段选择导师和研究方向提供依据。
8成绩评定
学生按照要求完成实验后,把实验报告交给研究生,研究生根据学生的表现以及实验报告的质量进行评分。学生把评分后的实验报告最终交给实验课教师记录汇总。教师把开放性有机化学实验课的成绩并入平时的实验课成绩。
G642.4;O62-4
通化是位于吉林省东南部一座现代医药城,近年来对药学方面的人才需求越来越多。我校作为吉林省东南部唯一一所高校有责任为其培养更多的专业人才,为适应现今社会对人才的需求,结合我校学生特点,确立了实践性应用型人才培养模式。从药学专业的课程设置(无机化学及实验、有机化学及实验、生物化学及实验、药物化学及实验、分析化学及实验等)可看出,有机化学及实验具有承前启后的作用,可为后续课程打下良好基础。在当今的实践性应用型人才培养模式下,学生的动手操作能力成为衡量人才的重要标准之一,所以在药学专业的有机化学实验教学中,改革传统的实验教学模式,培养和加强学生的实验动手能力和创新能力显得日益重要[1]。本文从以下四个方面就我校药学专业的有机化学实验教学改革进行简单总结。
一、依专业特点改革教学内容
对于药学专业来说,有机化学实验是必修课,与其后续课程生物化学实验、药物化学实验联系紧密。由于在后续课程中多是合成实验,所以要求在有机化学实验中要打好基础,提高学生的实验技能。因此我们在设计有机化学实验内容时加大了基础操作的比例,如熔点的测定、折光率和旋光度的测定、蒸馏和沸点的测定、水蒸气蒸馏等。而对于综合性设计性实验的选择,一方面我们要考虑其与药物的相关性,如乙酰苯胺(解热镇痛药)的制备;二要考虑对基础操作的应用,如呋喃甲醇和呋喃甲酸的制备,在这个实验中会进一步熟悉巩固洗涤、萃取、蒸馏、减压过滤、重结晶等基础操作;三还要考虑学生的学习兴趣,激发他们学习的积极性和主动性,因此我们选择茶叶中提取咖啡因这个实验。对合成出来的产品,我们会进行不同的分析检测,如性质实验、熔点或折光率的测定、红外光谱分析等。依据新的实验内容,学生通过一学期有机化学实验课的实训,不仅提高了实验技能,为后续课程打下坚实基础,同时因为实验可以对理论知识进行验证,也提高了学生学习有机化学理论课的兴趣。
二、依学生特点改革教学方法
传统的有机化学实验课程采用“填鸭式”教学方法,这种灌输式教学、机械式操作、结论性结果,严重束缚了学生的创新能力,使得学生普遍缺乏实验的热情和主动性[2]。不利于学生创新思想的培养,更不利于培养实践性应用型人才。因此我们从以下两方面进行改进:
1.课前预习
预习是实验课的前奏。预习程度是否充分直接影响后续实验的结果[3]。对于每一个有机化学实验,都会提前一周布置任务,每一个大组(15人左右),分成三个小组,自行安排实验预习任务,包括文献的查阅,上课内容的讲解,课后习题的解答等,在每组上交的预习报告内要注明每位同学的分工,老师在课堂上会根据每名同学的分工不定r提问,以防有的同学偷懒,浑水摸鱼。对于综合性设计性实验,每组同学之间也可相互沟通,通过查阅文献论证实验方案的可行性,确定不同的实验方案,如乙酰苯胺的制备,这是一个胺的酰化反应,可采用传统的方法即苯胺和乙酸作为反应原料,是否可以用羧酸衍生物来代替乙酸呢?这就需要学生做好充分的预习,给出合理的实验方案。这样的预习方法既给了学生一定的压力,也会让他们产生将理论知识应用于实践的成就感,提高了学习兴趣。
2.改变教学主体
在实验的讲解过程中,让学生成为课堂上的主体。每组派出一名代表讲解实验方案,不同的实验可派不同的人讲解,让每位学生都参与实验教学过程,成为教学的真正主人,即可以全面、自由地发挥自己所掌握的知识,积极主动思考实验有关问题,又可以让学生体验教师职业的神圣与不易。教师则对学生的教学过程和表现综合评价打分。这样的教学过程不再是教师对学生灌输知识,而是学生在教师的指导下,积极获取知识,提高学习能力的过程。随着学习兴趣提高,学生通过自我讲解,自我展现、自由发挥,活跃了课堂气氛,融洽了师生关系,提高了实验教学效果[4]。教师在学生实验的过程中要不断巡视,及时纠正学生的不规范操作,现场指导和答疑。对于实验过程中出现的问题要求学生以组为单位讨论解决,并分析其原因。也可采用启发式的提问方式引导学生思考,给出合理的解决办法。
三、完善实验考核机制
由于有机化学实验课注重培养学生的动手能力及分析问题、解决问题的能力,因此在考评方法上加大了平时成绩所占的比例:即平时(60%)和期末(40%)。平时成绩的评判原则包括预习报告(30%)、实验操作(40%)、实验结果(10%)及实验报告(20%),这四项成绩的综合即为平时成绩。预习报告包括以组为单位实验方案的设计及在课堂上的讲解;实验操作除了考察学生的动手能力外,还包括学生对实验的记录情况,要求在实验中详细记录实验现象;实验结果指每组产品的质量或体积、外观及颜色等。实验报告中应记录最终实验方案、实验结果及结果分析,分析实验中出现的问题、实验结果与预期结果的差距,产生原因及解决方法等。期末考核则包括笔试及操作两部分,各占20%,笔试由教研室教师集体讨论出题;操作则是对基础操作进行考核,对不同的操作进行编号,学生抽签决定考哪一个操作,这就要求学生在考前充分准备,培养其严谨的科学态度和实验习惯。
四、开放有机化学实验室
有机化学实验室对于化学学院的学生一直是开放的,但由于制药学院与化学学院分属不同学院,因此很少有药学专业的学生过来做实验。我们在课堂上加大了宣传力度,向学生保证我们的“售后服务”较好,对于学生在后续课程中遇到的问题可以到有机实验室寻求解决方法,同时有机实验室也和制药学院的生物化学实验室、药物化学实验室合作开放,两个学院的学生可以在做毕业论文的时候实现资源共享。
总之,有机化学实验课程的教学改革通过近两年的实践,取得了较好的效果,提高了学生的学习兴趣,充分发挥学生的主观能动性,为培养实践性应用型人才打下了良好的基础,但在日后的教学中我们还会继续努力。
参考文献:
[1]刘杰. 高职药学专业有机化学实验教学方法初探[J]. 山西职工医学院学报, 2010 , 20 (1): 99-100.
中图分类号:G642.1 文献标识码:B 文章编号:1674-9324(2012)08-0209-02
有机化学实验课是一门理论和实践紧密结合的基础课,是有机化学教学的重要组成部分。是一门将基本操作与物质的性质﹑实验技术融为一体的理论联系实际的综合性课程。有机化学实验课对巩固学生的理论知识、练习学生的动手能力、提高学生的操作技能、增强学生的科技创新能力以及运用理论知识解决新的实际问题的能力、培养学生实事求是的科学态度等方面都起着举足轻重的作用[1,2]。成功的有机化学实验课会使学生受益匪浅,不仅让学生对有机化学的基本概念、基本理论和基本知识有全面的感性认识和理解,更重要的是在培养学生动手能力的同时,提高学生在专业方面对遇到的问题有提出﹑分析﹑解决的综合能力。
一、师生在思想上共同重视有机化学实验课程
有机化学本身是一门以实验为基础的学科,许多的理论和规律都是从实验中总结出来的。所以有机化学实验课作为一门独立的课程,它不但与理论课的地位同等重要,而且与理论课相辅相成,缺一不可。但现实中在很多高校有机化学实验课并未受到重视,经常被视为有机化学理论课的附属课程[3]。通常表现为让一些刚毕业的﹑没有经验的﹑不能独立胜任教学岗位的教师担任此课程,担任实验室课的教师业务水平低,导致部分教师不愿意担任实验课程,或者即使担任也是对学生放松要求,力求简化﹑敷衍了事。我们的教师自身存在“重理论轻实践”’的思想,在教学中无意识地把这种思想传递给同学,使同学仍然迷信应试教育,保留高中阶段应试教育形式的重理论、轻实践的惯性,导致学生对实验课程缺乏足够的重视,认为一切学习都只是为理论考试做“嫁衣裳”,不能很好地理解实验课对于个人综合素质的提高所具有的重要意义[4]。其实有机化学实验课是一门独立于专业课却又与专业课有千丝万缕联系的一门专业课程[3],而只有师生一致从思想上认可它,理解它的重要性,教师本着对有机化学实验课肯定、负责的态度对待这门课程;让学生认识到实验课上所表现出来的能力才是我们所说的个人综合能力的体现,是素质教育的体现;认识到大家今后的实际工作环境往往与实验更为接近,认识到实验是对今后工作的一个非常好的前期锻炼,我们才能共同上好这门课。
二、师生共同做好课前准备
传统上让一些技术力量薄弱、经验少的教师担任实验课是错误的做法。若想上好一门实验课,教师光靠一颗责任心是远远不够的,重点是教师的知识体系,由于有机化学实验的特殊性,没有相对完整知识体系的教师很难搞好实验教学。因为不但要求任课教师要有较宽的知识面,还要有扎实的基本功和丰富的理论知识。教师在授课前,要针对实验中涉及的内容,自觉查阅相关专业资料和书籍,认真学习;吃透教材内容,把握实验的来龙去脉,找出教学的重点、难点、疑点[5]。做到要给学生一碗水,自己先有一桶水。预习是实验成功的基础。许多同学在进入实验室前,迫于老师检查预习报告的要求,只是比葫芦画瓢地抄写教材上的实验目的和实验步骤,导致在做实验时问题多、秩序乱、拖堂、误差大等,原因就是同学们对实验内容不熟悉,知其然而不知其所以然。学生一定要做好课前预习,书写预习报告。当然预习报告不是简单的抄写,是在对实验涉及的化学原理、装置、步骤、常用仪器的用途和使用方法、注意事项、数据处理等实验流程理解的基础上,做到熟悉实验内容、搞懂实验原理、明确实验目的、记清实验程序、掌握要领以及注意事项,做到胸有成竹。通过预习了解实验中的重难点,带着问题上课,对不理解的问题或疑惑及时向老师求助,这样不但对老师讲解的内容能很好地消化吸收,还能充分发挥学生的主动性和创造性,提高教学效果[6-8]。
三、师生实验课中要认真细心
教师首先要讲清楚实验目的、原理以及每一步的作用和注意事项。让学生真正理解这个实验的目的何在,理论依据是什么,此实验又验证了哪个理论知识,每一步操作的关键和需要注意的地方是什么。有机化学实验中常用到一些易挥发、易燃、易爆甚至有毒的试剂和药品,所以在教学过程中要强调注意事项,操作规范,加强学生的安全防范意识。但是老师也不能过分强调药品的毒害作用,夸大实验的危险性,不能人为增添实验的“紧张”气氛。应在讲解过后,放手让学生去做,加强巡视指导,及时发现实验中的不规范操作,给予帮助、指导和纠正。学生在实验过程中要在理解的基础上认真操作,仔细观察实验现象及变化细节,并如实做好实验记录。有些实验现象稍纵即逝,只有认真仔细观察才能随时捕捉,还有些实验现象,只有深入细致地观察才能发现细微变化。
四、师生做好课后总结
实验课程结束以后,教师既要及时总结一堂课的成功之处,把授课过程中偶然出现的灵感或解决问题的方法记下来;也要把处理不当的教学重点、难点以及安排不妥的教学内容记录下来,仔细查找根源,寻求对策,以免重犯。并且要把由于操作错误而导致的各种异常作为培养学生独立思考、分析问题能力的切入点,积极引导他们通过对理论知识的理解、实验步骤的分析、课外资料的查询,来提高独立思考和分析问题能力。学生课后一定要认真仔细地写好实验报告,做实验的过程固然重要,但是实验的总结过程是一个升华的过程。实验报告要求全面、具体、有新意。实验报告内容一般包括:实验目的、原理和内容;实验记录,实验现象,原始数据;实验结果,要有现象分析和解释,性质变化规律的归纳总结,原始数据的处理,实验结果讨论,对实验内容和方法改进意见。实验报告的书写过程可以加深学生对实验过程的思考,提高归纳总结的能力[5]。
有机化学实验是有机化学的重要组成部分,是学生巩固理论知识,掌握操作技能,提高动手能力和综合素质的重要环节,既培养了学生的科学素质,又锻炼了实验工作能力。教师要怀着强烈的责任感不断提高自身的业务素质,改进教学方式,注意探索实验教学的规律,启迪学生的学习兴趣,在实验教学中有重点地进行训练,既重视操作技能,又注意科学思维方法的养成,还要锻炼其从事实验的能力。教师和学生要携起手来,从思想上、行动上保持一致,努力提高有机化学实验课的教学质量。
参考文献:
[1]周景梅.有机化学实验教学改革探索[J].内蒙古统计,2009,(6).
[2]母小明,王勇.有机化学实验教学的改革与实践[J].洛阳理工学院学报,2009,19(4):79-81.
[3]许志献,陈勇.有机化学实验课教学实践的思考[J].安阳师范学院学报,2009,(5):142-144.
[4]邓仕任.《有机化学实验》教学方法探索[J].辽宁中医药大学学报.2008,10(9):191.
[5]潘向萍.大学化学实验课教学初探[J].淮南师范学院学报.2009,11(5):63-64.
[6]王潇,侯向阳,王升文,王记江,崔花丽.无机化学实验教学改革的几点思考[J].广东化工,2009,(6):226-228.
1.1教学模式单一
目前我校的有机化学实验教学主要以传统的实验项目为主,实验教学手段落后、教学模式比较单一,一般采用“基本操作—验证理论”、“教师主讲—学生主做”的简单模式,教学过程分为预习、实验、报告三个阶段,学生做完试验后还是知其然,不知其所以然。利用计算机多媒体系统进行辅助教学、利用网络平台和资源开展立体化教学等才刚刚起步。
1.2教学内容陈旧
有机化学实验主要按基本操作、验证实验、综合和设计实验三个部分设计,主要以基本操作、验证实验为主,综合和设计实验所占比例偏低,实验项目主要来自于出版发行的获奖教材或规划教材,由于教材的出版时间较早,实验内容略显陈旧、落后,不能与学科的基础研究有效衔接,与日常生活问题结合也不紧密,无法引起学生兴趣,导致实验教学效果不理想。
1.3创新训练不足
在实验教学过程中,几乎都是学生课前按教材或讲义进行预习,课中教师讲解实验目的、原理、操作方法和注意事项,然后学生按教材的步骤和要求完成实验,学生完全跟着老师和教材走,处于被动学习的地位,不能按其它实验方法步骤进行,学生没有自由发展和思考的空间,这种教学方式严重束缚了学生的创造性思维,不利于学生实验能力和科学创新能力的培养。
1.4考核方法简单
我校对有机化学实验课程的考核分为笔试和操作两部分,笔试主要考查学生对基本理论和基本知识的掌握情况,操作主要考查学生的实践动手能力,笔试和操作各占总成绩的50%,并可根据实际情况进行调整,学生只要按要求完成实验并通过笔试,一般都能获得该课程的学分。此种考核办法虽然具有一定的合理性,但却不能全面反映学生的实验综合素质和能力,无法增强学生对有机化学实验课的兴趣。
2强化创新能力培养的措施
2.1优化整合教学内容,构建新的教学体系
我校有机化学实验课的教学一般选用曾昭琼主编的《有机化学实验》教材,在教学过程中,我们对现有有机化学实验项目进行进一步的的优化和重新组合,改变传统的的基本操作、验证实验、综合和设计实验三段式教学体系,建立以有机物的合成为主线,通过分离与提纯、性能表征等强化基本操作的教学体系,将基本操作训练与化合物的合成过程有机结合,使学生真正理解基本操作训练的目的和意义以及熟练掌握基本操作的重要性。如在教学过程中以环己烯的合成为主线,通过环己烯的精制,加强学生对分馏、蒸馏、洗涤与分液、干燥等操作的练习,强化学生动手能力;在乙酰苯胺的制备实验中,将合成、重结晶、干燥、熔点测定等单元操作整合在一起,让学生了解一个化合物从合成到表征的全过程,了解每一个单元操作的作用,熟悉科学研究的基本过程和方法。
2.2重新设计实验项目,开发研究性实验
针对传统实验项目陈旧落后的现状,将传统实验进行重新设计,注重引入与现代研究成果,特别是本校教师的研究成果,开发探索性和研究性实验,提高研究性实验所占比例;每一个实验都设计多种方法和条件,开阔学生视野,激发学生兴趣。如咖啡因的提取实验,学生可选择采用直接升华提取、溶剂一次萃取提取、索氏提取器提取等方法进行实验,然后要求学生对实验结果进行分析和总结,使学生理解为什么现行实验教材中都采用索氏提取器提取咖啡的原因;结合教师的科研成果,开发了十八水硫酸铝催化合成乙酸环己酯等实验。
2.3强化创新能力培养,创新实验教学模式
以培养学生创新能力为目标,改革现有的“老师照讲,学生照做”的教学模式,建立“学生主导,教师辅导”的创新教学模式,实行研究式教学。教学中,对实验的讲解主要由学生来完成,老师、学生的角色发生了转换,学生变被动为主动,教师变主导为辅导和引导。同时,对于同一个实验项目,允许学生通过查阅文献资料,自己制定实验方案,在不同条件下进行对照实验,充分调动学生积极性,提高学生对有机化学实验的兴趣,培养学生科研意识。在做酯化反应时,学生可查阅文献资料,结合教师的研究成果,选择不同催化剂,在不同条件下进行合成,确定最佳反应条件。通过分析比较,学生会深刻体会到传统无机强酸催化剂与新型绿色催化剂的不同,从而建立环保意识与科研意识。
2.4课内实验与课外创新结合,实行开放教学
近几年来,我校对学生课外创新非常重视,在政策与经费上给与了大力支持,2004年,学生创新训练项目立项近400项。同时学院也积极为学生科研创造条件,鼓励学生进行课外创新。在有机化学实验教学中,我们以此为契机,将有机化学实验教学贯穿于对学生课外创新的指导中,实现了教师、内容、实验设施和场地的全方位开放式教学,使学生课外创新成为有机化学实验教学的有效延伸和补充,极大的提升了学生的创新意识和能力。
2.5改革实验考核办法,构建新的评价体系
现有的考核体系主要以考查学生对基本知识、基本技能的掌握为主,已不能适应有机化学实验教学改革的需要。为此,我们通过实践,建立了以考查学生综合实验创新能力的考核体系,即在实验课程结束的时候,提出多个实验项目(无具体实验内容及方案),学生可以根据自己的兴趣进行选择,然后通过查阅文献资料、设计实验方案直至完成实验并写出实验报告。在考核过程中,以文献检索、实验方案、实验操作、实验报告为指标,按一定权重计算学生最终成绩,这种考核办法,即考核了学生对基本知识、基本技能的掌握情况,又考核了学生的综合素质和创新能力,对学生创新能力的培养起到了很好的促进作用。
有机化学是药学专业中一门重要的专业基础课,是以实验为基础的学科,因此必须加强学生对有机化学实验重要性的认识,引起学生重视,才可能养成良好的实验习惯和正确的实验态度,避免一些学生只重视实验结果,不重视实验细节和过程,操作不规范、不熟练的现象。
2 改革实验教学内容及教学方法,使学生学习由被动变主动
有机化学实验教学内容及教学方法的改革,能够充分发挥学生积极性、主动性,不仅可以提高学生实验操作技能,还可培养学生自主分析问题和解决问题的能力,从而提高学生学习的质量。
2.1 对传统实验进行安全性改革。对于有机实验药品用量比较大,反应时间长,原料及产品有一定气味及毒性,影响学生积极性的实验进行逐步更换。
2.2 合成实验的微型化及现代化改革。当学生具备一定的实验操作技能以后,可采用半微量合成实验,这样不仅提高了学生的实验能力还可节约实验药品,缩短时间,减少废弃物的产生。
2.3 增加基本操作训练的实验项目、教师采用启发性实验教学方法。
2.3.1 基本操作必不可少。结合笔者所在院校学生的实际情况。该校学生的基础相对较差,学生进实验室后不知道试剂瓶怎么拿,烧瓶怎么固定,因此增加基本操作训练的实验项目,让学生熟练掌握基本操作,因此,要求实验基本操作的练习必须有,尤其开设多学时课程的专业。
2.3.2 适当减少验证性实验。对于验证化合物性质的实验,应将其内容重新整合,改为设计性综合实验。比如给学生几种未知物,要求学生在有限的学时内鉴别出来,这样既巩固了理论知识,又提高学生的求知欲望和创造性,这无疑对学生有很大的吸引力。
3 建立一套合理的考核方法,客观评价学生实验成绩
建立一套合理的考核方法才能比较全面、准确、有效地测试出学生对基础知识的掌握和能力素质水平。改革后考核方式可分为:①平时考核(30%)。有机化学实验平时考核中,我们提出了平时成绩的评估指标分两级,一级指标包括实验预习、实验过程和实验报告,每个一级指标又可分为若干个二级指标,各指标的权重分值又各不同。②期末考核(70%)。期末考核分为两大部分:基本实验考核(40%)和综合实验(30%)。
基本实验考核分为两部分:问题回答和操作技能。问题回答为抽签式,内容有基本操作知识、原理、实验中的问题和实验安全规则以及安全措施等。操作技能考试的内容主要是有机实验基本操作技能。
综合设计实验是从查文献、提出实验思路,到记录实验过程的详细内容及数据,最后将学生整个实验流程和结果给出合理评分。
4 结果与讨论
对有机化学实验改革后,绝大部分的学生对本次实验的改革是肯定的和满意的。后续专业课老师对学生的操作技能也有了较高的评价,可达到预期的实验教学效果。
4.1 对传统实验进行安全性改革后提高了学生的实验操作积极性。更换刺激性大、毒性强、产率低的合成实验,提高实验的安全性,从而提高了学生的积极性。
(1)实验预习报告。学生应该对以下几部分进行充分预习,并体现在预习报告上:实验原理和实验目的(查阅相关资料认真理解);实验所用仪器设备的性能和使用方法;实验所用原料和产物的物化性质;实验的难点;实验存在的安全隐患以及处理方法。这五项占5分。
(2)课堂问答。课堂问答不仅能够检查学生预习的情况,而且能够加深学生对预习知识的再次理解。例如在讲授重结晶提纯法的时候,当老师提问重结晶的概念时,此时学生立即在脑海中搜索重结晶的概念,已经会的同学相当于又复习了一遍,而记忆不牢固的学生此时会翻书找到对应的答案,加深对重结晶概念的理解。课堂问答占5分。
(3)实验操作。在课堂上认真、全面地评价学生的实验操作是非常必要的。实验操作以20分计。
(4)实验能力。实验能力的考核是建立在正确的实验操作上的,实验能力的考核包括:实验现象的正确观察、实验结果的处理、实验台的整洁、实验纪律共计15分。以简单分馏为例:实验现象的正确观察,通过观察温度计的读数,准确收集各馏分计5分。实验结果处理的规范性、准确性、真实性计6分。实验台的整洁占2分。实验纪律占5分。
(5)实验报告。实验报告应该是对整个实验过程的真实写照。一份不具有真实性的实验报告写得再好也要以零分计,这样既可以督促学生认真做实验,也能培养学生严谨的科学态度。一份真实的实验报告同样也有着质量的优劣,一份好的实验报告应该包括以下几部分:实验目的、实验原理、实验仪器及药品(药品包括物化性质)、实验装置图、实验过程、实验结果及处理、思考题、实验反思八部分组成。共计10分。
(6)文献翻译。阅读文献是科研能力中至关重要但又最为简单的一种技能,在整个学期的过程中要求学生翻译2篇英文文献,这样既开阔了学生的眼界,又加深了学生对有机化学实验的理解。文献翻译计5分。
1.2期末成绩
期末成绩应该由笔试成绩和操作成绩两部分组成。笔试成绩主要考察平时上课提问的问题,以及一些在此基础上延伸的问题,计20分。操作考试主要是针对平时实验操作、实验能力的再次考察,计20分。
(1)笔试。笔试的出题范围主要是课后习题、课堂问答以及在此基础上的延伸。笔试卷面分占50分,换算成最终成绩的20分。
(2)实验。实验的考核主要是对平时实验操作、实验能力、实验报告等多种形式的综合考查。占20分。
2有机化学实验新考核方法的意义
2.1提高了学生学习实验的主动性积极性
通过课前、课中、课后平时成绩的考核方式,使学生意识到实验报告只是实验成绩的一部分,其他很多方面都是组成实验成绩的重要部分,这就使学生的注意力很大一部分转移到课堂上来,提高了学生学习实验的主动性和积极性。
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)49-0284-01
有机化学实验是药学各专业本科生必修的一门独立的基础实验课。课程安排着力培养学生具有宽广的知识基础和基本技能,使其具有潜在的继续学习的能力、发展和创造知识的能力。而我们一直以来实行的一套实验考核办法,对基本技能的训练与动手能力的培养不利,对学生创新意识和科学品质的培养不利。为此,对实验成绩的考核进行了改进,能更激发学生的学习积极性。
一、实验考核的现状
一直以来,有机化学实验成绩的评定分为两项,即平时每次实验成绩与期末实验考试成绩。平时每次实验成绩占80%的比重。每次实验成绩的评定一般是根据实验报告的数据和报告的内容、书写情况来评定。对实验过程中基本技能的操作和实验的实际状况在评定成绩中很少考虑。因而评定出的学生成绩差距很小,平时实验成绩成了总成绩的缓冲剂,如以2011级2班32名学生为例,平时实验成绩均在80~95分的范围,期末成绩在70~90分的范围,实验总成绩在78~93分之间,从而致使学生对实验基本技能的训练不重视,有些学生对实验操作马虎了事,抄袭别人的实验报告或乱编数据,缺乏科学态度。而这些情况在实验报告及实验成绩上反映不出来,也挫伤了认真实验、实事求是地写实验报告的同学的积极性,助长了学生对实验的敷衍马虎行为和弄虚作假的坏风气,不利于学生实验技能的掌握和科学素质的培养,为此,实验成绩的考核办法必须改进。
二、实验成绩考核的具体做法
1.加强实验考核的管理工作。平时实验成绩的考核,要从预习报告、实验操作、实验报告、卫生、纪律等项来考核,每个学生都要有一张成绩一览表。
2.严格评分标准。教师在设计考核内容的同时,做好各项考核内容的评分标准。考核时严格执行评分标准,确保评分的客观性。
3.做好每次实验的总结。有机实验,尤其是合成实验、实验步骤多,操作烦琐,学生结束实验的时间不同,所以教师在每个实验结束时无法给学生作总体的总结。因此在每次上课时,首先要做好上一个实验的总结,指出学生在基本操作中存在的问题及报告中反映的问题,使学生加以改正。同时也为教师今后的教学找出教与学的薄弱环节,为改进教学教法提供依据。
4.做好实验操作的考核。评定学生的平时成绩,尤其是实验操作成绩,使学生了解自己对实验的掌握状况,对自己的实验成绩心悦诚服是必要的。目前,每个实验室是一个自然班,约30人左右,人数较多,教师一方面要指导实验,另一方面要观察学生的操作情况,精力是不够的,若不记录各组的实验实情,评定实验成绩会缺少依据,就会出现仅看实验报告打成绩的现象。为此,我们实行每次实验重点观察记录几组(五组左右)并观察重点操作。例如在“正溴丁烷制备”的实验中[1,2],在实验的前半部分重点考察1~5组的蒸馏操作,后半部分再考察分液漏斗的操作。在一次实验中,根据实验内容考察若干个实验操作,这样在一次实验中对5个小组考察记录了多个操作,并作为考核依据。
三、教学体会
1.提高了学生对实验的重视程度。无故不参加实验的学生几乎不存在了,实验时马虎了事的学生少了,抄袭实验报告及雷同报告的情况大大减少了。
2.提高了学生对实验的学习兴趣。学生对实验成绩心悦诚服,做得好的学生更加努力,做得差的学生也积极赶上,形成了一种良好的学习氛围,使学生对实验产生了兴趣。
3.促进了教师不断提高实验课的教学质量。通过对考核方法的改进,教师在教学中能及时发现很多问题,并不断在教学中加以改进,到实验课结束的时候,每个学生都能熟练掌握基本的操作及能独立处理实验中经常遇到的问题。通过考核方法的改进,能促进实验课的教与学,改变实验成绩拉不开的现象,并得到了较好的效果。
中图分类号:G642.0文献标识码:A文章编号:1671―1580(2014)01―0012―04
创造能力是指“运用一切已知信息开展创造性的活动,产生某种新颖独特,具有社会价值或个人价值的新产品的能力”。有机化学实验教学,对提高学生综合素质,培养学生创新意识和创造能力有重要的意义。
一、传统有机化学实验教学中存在的问题
1.教学内容方面的问题
有机化学实验教学在教学内容上不适应形势发展的要求,实验的学术化倾向严重。实验内容脱离学生的生活实际和社会实际,重视实验的认知性结果,而忽视学生的过程性体验,实验内容的设计留给学生主动探究的空间很少,验证性实验过多,不利于实验功能的充分发挥,不利于学生创新能力的培养。
2.教学方法方面的问题
有机化学实验教学在教学方法上,教学程序大多是先由教师讲解实验目的、实验原理、操作步骤、实验成败关键及注意事项等,然后学生机械地进行操作,实验操作照方抓药、照本宣科,过分孤立地强调化学实验操作技能的训练,使基本操作技能的训练游离于具体的实验探究之外。这些做法既枯燥乏味,同时效率也不高,容易造成学生的思维定势,抑制学生的创新思维,更减弱了学生的化学学习兴趣。
3.教学评价方面的问题
有机化学实验教学在实验评价上过于强调和看重学生的实验成绩,而忽视学生创新能力等的发展。评价的主体只是教师而不包括学生[1],评价形式单一,主要采取纸笔测验和实验操作来评价学生的成绩,而纸笔测验相对占有很大的比重,从而降低了学生化学实验学习的积极性,阻碍了学生创新意识的发展。
二、调整教学内容,培养学生创造能力
针对传统有机化学实验内容存在的主要问题,在实验教学中要调整实验教学内容,全面体现以实验为基础的化学教学观。教学内容的选择要贴近生活、贴近社会,体现绿色化学思想,注重实验的综合性和趣味性,培养学生创新能力。
1.删减、合并验证性实验,加大综合性实验的比例
以往的一些有机化学实验存在一定的局限性,过分孤立地训练学生的基本操作,而不是将实验与所学习的理论知识相结合,没有实现学以致用的教学效果[2]。对于某些实验,学生只是按照教科书上的操作步骤照方抓药式地做,没有经过大脑思考这些实验的相关知识,只是机械地进行操作,更不能体现创新性。鉴于这种情况,我们删减教学内容中简单的验证性实验,把一部分实验基本操作和性质实验融合在物质的制备实验中,将原来的验证性实验变为探索性实验,相对增加综合性实验的比例,例如将蒸馏操作和折光率的测定操作等结合到“环己烯的制备”实验中。当学生在实验中遇到问题时,乐于自己动脑思考与探索,学生亲自动手实施自己的实验设计方案,有助于培养学生广阔和多向的思维方式,诱发出创新动机,并且学生可以从中找出反应迅速、现象明显易于观察、操作简便、绿色化的最佳实验方案。因此,这种实验能够增强学生的独立思考能力和创新能力。
2.采用连续性实验,提高学生的环保意识和创新能力
传统的有机化学实验教学内容通常是由若干个相互独立的实验组成,不利于知识在学生头脑中的整合,同时有机化学实验中经常用到一些有毒或者易挥发的有机物,如果处理不当,会产生不利影响。通过串联相关的实验内容,把上一个实验得到的产物作为下一个实验的反应物,同时增加产物的鉴定这一步骤,形成连续性的多步骤合成实验[3]。例如,将苯胺和乙酰苯胺的制备编排在一起,可以组合成一个连续合成实验。为得到目标产物,学生在实验前必须亲自动手查阅文献,掌握实验原理,确定合成路线。同时,在实验过程中,鼓励学生设计实验对有害物质及副产物进行处理,在一定程度上加深学生对每个实验的深入程度,有利于培养学生的创新能力。连续性实验将“物质的制备物质的分离与提纯物质的表征”作为一个有机整体,涉及更加全面的有机化学实验基本操作,不仅有利于提高学生的综合实验技能,而且每步产品能得到循环利用,增强了学生的环保意识。
3.推行微型有机化学实验
微型化学实验是指在微型化的装置中进行的化学实验,试剂用量比常规实验要小很多,而且既节约
时间又能减少污染,学生动手机会多,实验的趣味性强,容易普及[4]。化学实验应该鼓励学生利用身边的材料开发简易装置,自己动手验证设计的微型实验是否可行,这样不仅激发了学生的创造精神,而且可以减少资源的浪费。例如乙炔制取与性质的微型实验装置见图1。
图1中的装置具有节约原料、安全快速、操作简便等特点。在教学过程中,应该倡导学生开动脑筋,充分开发和利用社会生活中常用的廉价物品和材料或者废弃物,制成简易安全可行的实验仪器,或用生活中的常用品代替化学药品,如醋酸、酒精、小苏打等都可以发挥一定的作用。这样既有利于解决化学实验中实验仪器和药品等的短缺问题,丰富实验教学资源,又可以培养学生的环保意识。比如充分利用注射器、点滴瓶等原料开发微型实验装置,实现化学实验的创新。
三、改革教学方法,培养学生创新能力
在传统的有机化学实验教学中,教师容易把“教”当作是实验教学的目的,而忽视了学生的主体作用。学生在实验课上只是按照教师讲的内容和实验书上写的详细步骤,照本宣科地进行实验,学生在实验过程中很难有自己创造性的想法。因此要改革教学方法,在教学中以“学为主体,教为主导”为原则,处理好学生的主体作用与教师主导作用之间的关系,才能充分发挥实验教学的功能。
1.创设问题情景,启发学生思维
在实验教学过程中,教师要以启发式教学为主,创设问题情景,启发学生思维,做到少讲多问,提高学生分析问题、处理问题和收集资料信息的能力。对于重点、难点问题,教师要针对性地展开讲解和释疑。例如在乙酸乙酯的制备实验中,教师可以创设这样的问题情景:“大家都知道酯化反应是一个可逆反应,那么该实验要如何创造条件促使酯化反应尽可能地向生成物方向移动呢?”学生通过思考这个问题,可以对该反应的相关知识有更深刻的认识。教师也可以在实验前安排学生预习,学生会在预习中自己发现问题,并能尝试着自己寻找问题的答案。问题情景的创设要紧密联系学生日常生活实际,有利于启发学生的思维。有效地创设实验问题情境,能够促进学生的学习[5]。
2.提倡实验讨论,培养创新能力
在实验教学中采用实验讨论的方式, 能够使学生在激烈的争论中充分理解实验原理,掌握实验操作关键及注意事项,并培养学生分析解决实际问题以及表达与交流的能力[6]。例如溴乙烷的制备实验,让学生讨论实验有哪些副反应,实验得到的产物溴乙烷的产率往往不高,分析有几种可能的影响因素等等。学生在进行讨论的过程中可以各抒己见,对实验就会有不同的见解。教师要针对学生提出的新颖独特的见解加以解释并肯定学生的积极动脑,鼓励学生创新思维。
3.采取互动式教学方法,让学生参与讲课
以往的有机化学实验教学过程通常是教师在学生做实验前先详细地给学生讲解实验原理、实验步骤和实验成功的关键等,然后学生按照教材和教师所讲照本宣科地进行实验操作[7],甚至匆忙完成、敷衍了事。为了改变“教师讲,学生听”的灌输式教学现象,可以采取互动式教学方法,每章都留出2至3个学时,让学生亲自参与讲课,讲课内容可以是教师指定的内容,也可以是学生来选择与有机化学实验相关的自己感兴趣的知识进行讲解。为了更好地完成自己要讲的内容,学生可以用课余时间利用各种方式收集资料和事实。在讲课结束之后,老师与同学可以随机提出问题,其他学生可以补充并帮助回答问题。这种互动式教学方法给了学生更广阔的思考空间,由原来被动接受式转变为主动发现式的学习方式,提高了学生独立发现和解决实际问题以及探索创新的能力。例如,从茶叶中提取咖啡因的实验,参与讲课的学生除了细致讲解实验书中所写的实验原理、实验方法和实验步骤等[8],还通过查阅资料和小组讨论了解了索氏提取器及从茶叶中提取咖啡因的其他方法。其他同学在听讲过程中也更加积极主动,对一些实验步骤提出改进意见。可见,培养学生的创新能力,首先要调动学生学习的积极性和主动性,激发学生对实验的热情,这样才能发挥出学生的创新型思维。
4.每个学生单独完成实验,仪器配备齐全
有机化学实验具有整体性,学生在操作过程中要胆大而心细,化学实验是动手操作和动脑思考相结合的过程,独立地完成实验,对于培养学生科研创新能力具有重要的作用。这种形式虽然相对小组合作形式浪费时间,但是每个学生单独进行实验,使学生都能亲自动手操作,选择实验仪器并安装好复杂的实验装置,避免了小组合作中通常出现的相互依赖、互等互靠的现象。学生的主动性会明显提高,在实验过程中不依赖他人,并能认真观察实验现象,专注于实验操作,对装置不足之处提出改进意见,这样有利于培养学生的实验观察能力和自主决策能力。同时每名学生安排固定的实验台,实验台上事先准备好此次实验所需的实验仪器、装置和相关药品,这样既可以保证实验课堂的秩序,也可以节约学生的时间,避免学生因为缺少仪器或药品而四处寻找的混乱局面,保证学生较快进入实验状态,独立完成实验操作,积极思考与创新。同时保证一节实验课的人数适度,如果人数过多,鉴于学校的实验教学资源有限,就不能保证每个学生单独完成实验,也会使课堂秩序混乱;人数相应减少,则有利于教师观察学生的实验情况,给以及时指导和准确评价。
5.开展科研立项和竞赛等活动,重视实验室建设
学校或学院可以开展各种大学生创新实验活动以及科研立项等活动,以这些实验活动为契机,激发学生学习和研究有机化学实验的兴趣,培养学生的实验仪器选择技能、实验基本操作技能和综合运用技能。学生要成功地进行科研立项,必须具备良好的实验能力和实验素养,并能够自己查阅文献,发散思维,独立思考[9]。学生在创新实验项目中获得好的结果则成为他们前进的动力,所以我们在实验教学中要积极以各种大学生创新活动为契机,课内教学与课外活动相结合,加强对学生在有机化学实验中创新能力的培养,课内课外形成良好的教学互动,相互促进和补充。同时努力实现实验室开放制度,实现实验室建设标准化,管理规范化。学生设计的实验方案有的需要实验验证,却没有合适的场所来完成实验操作,实验室开放制度可以较好地解决这一问题。需要做实验的学生可以事先统计好自己要做的实验,向老师提出申请,学校实验室则选派一名教师对学生进行适当的指导,让学生到实验室选做自己感兴趣的实验,或者是在实验课上未做成功还存在困惑的化学实验。增加学生亲自动手操作的机会有利于发展学生的个性特长,培养学生的创新能力,同时也提高了实验室资源的利用率。
6.计算机和多媒体辅助化学实验教学
一些有机化学实验具有一定的危险性,或者反应速率过慢,实验现象不明显,不适合安排学生实验,可以运用计算机和多媒体来演示这些实验。以计算机为代表的信息化资源具有信息量大、智能化、虚拟化等特点,可以反复呈现实验现象,便于学生观察。还可以利用化学软件设置计算机仿真模拟实验,学生可在计算机前自由操作,进行模拟实验仪器的选择、实验仪器的安装和拆卸顺序等,从而进一步了解实验原理、实验用品和实验装置图等,增强了实验的新鲜感。为了使学生的实验课前预习和课后复习更加方便,我们可以利用校园网建立完善的有机化学实验网络课程平台,实现教学资源的共享。平台内容可以涉及有机化学实验课程的基本情况、电子教案、多媒体课件、参考文献、网上答疑系统等,既有助于教师备课,也能够极大地扩展学生的学习空间,培养学生探索和创新能力。
四、完善教学评价体系,合理评价教学过程
有机化学实验教学功能的有效发挥,学生创新能力的培养,都离不开化学实验教学评价观的更新、评价内容的完善以及多样化的实验考核方式。实验成绩的评定制度是否合理会直接影响到学生对实验课程学习的态度,如果实验评价体系不够完善,学生也就不会对实验课加以重视。合理的实验成绩评价体系可以充分调动学生学习的主动性和积极性,培养学生的综合素养和创新能力。
1.倡导新的有机化学实验教学评价观
传统的实验课的成绩评价通常是以学生的预习报告和实验报告为依据,结合简单的操作考试和期末实验笔试成绩来评定,其中笔试成绩占有较大的比重,这种评价方式不能正确评价学生的真实水平,不利于创新能力的培养。新的有机化学实验教学评价观要求建立促进学生全面发展的评价体系,提供多样化的评价方式,既考查学生有机化学实验基础知识的掌握程度,又注重评价学生的实验探究能力和创新能力,使学生成为实验的主体。
2.构建开放性的考试内容
有机化学实验考试不应仅考查学生的基础知识和基本技能,片面注重实验结果,而应对学生进行综合全面的考核与评价,更多地关注学生科学素养的主动全面发展,注重学生在实验过程中所运用的方法,以及所体现的情感态度和价值观,注重对学生的实验考核做出形成性的评价,而不仅仅是总结性评价。考试内容包括预习、课上回答问题情况、实验报告、设计实验方案、实验操作考试等,增加创新元素在总成绩中的比例。把单纯的知识考试变成知识、技能、方法、态度和价值观的全面考查,设计开放性的考试内容,学生可以按照自己的观点和想法做出新颖独特的解答,重视学生的个性差异和科学素养基础,鼓励学生的创新性回答。
3.实施多样化的考核方式
有机化学实验课程的最终成绩分为三部分,包括平时成绩(30%)、设计性实验成绩(30%)和期末笔试成绩(40%),使学生在化学实验过程中有创新的机会[10]。
平时成绩根据实验预习、课内讨论、实验操作的认真程度以及实验报告的内容和质量来评定,占总成绩的30%。要求学生的实验报告中体现创新因素,即能对实验现象及实验失败的原因发表自己的新见解,解释合理可行则给高分。
设计性实验成绩占总成绩的30%。对设计性实验的考核,主要从文献查阅、实验方案设计、实验操作、数据处理和实验结果分析等方面进行考查,对别出心裁和新颖独特的实验方案进行适当加分,以鼓励学生能够积极思考和创新。教师可以在课程结束前3周给出设计性实验的题目,要求学生利用课外时间运用多种手段查阅资料和搜集信息,进行实验方案的设计等工作,然后统一在规定的时间里独立完成自己的实验设计,教师对每位学生的实验操作及完成情况进行评分。通过设计性实验的考核,学生会更加注重有机化学实验课程的每一个环节,激发学生对有机化学实验学习的热情和动手操作能力。
期末笔试成绩主要考核有机化学实验的一些基础知识,实验成功的关键和注意事项,常见化学药品和化学仪器的性质、规格和使用条件,一些重要有机化学实验的操作原理及装置图以及实验中的思考题等。可以在笔试题目中设置开放性试题,启发学生创新思维。
五、小结
合理的有机化学实验教学系统可以有效地培养学生的创新能力,要把学生作为实验教学过程中的主体,充分发挥学生的创新能力,在教学内容、教学方法和教学评价方面深化改革,着眼于学生创新能力的培养。
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实验方面,在教学中发现第一个问题是多数学生预习不充分,只是简单的照搬实验教材,以至于在实验中照葫芦画瓢,遇到小问题不能自主思考解决。另外,实验教材虽然是权威的,但随着学科的发展一些实验操作和工艺条件设备等已经不能满足当前教学需求。传统的单纯教师讲授实验原理,示范操作,学生动手的简单教学模式也满足不了当前教学需求了。因此,本文就以上主要问题结合实际教学经验和相关文献报道,对本科药学专业有机化学教学中存在的问题进行阐述探讨并提出一些建议。
1有机化学理论教学方面
1.1教学思路
目前本科阶段有机化学教材编排基本是以官能团为纲,以结构和反应为主线,按照烃类,卤代烃,醇、酚、醚,醛、酮,羧酸和羧酸衍生物,有机含氮化合物等从化合物类型的简单到复杂进行编排的。以具体官能团和具体化合物为载体进行有机理论的教学,官能团和化合物类型由简单到复杂,这样编排对于初学有机化学的学生是有利的。每个章节框架比较固定的按照结构、分类、命名、物理性质、化学性质进行学习,学生容易上手。
但有机化学的学科特点是结构决定性质,性质推导反应,不同的化合物可能具有相似的性质,同一个反应机理可以解释不同的化学性质,不同的反应类型可能本质上是相通的。如果单纯以化合物官能团为主线进行教和学,很难将不同的化合物具有的相似性质统一起来。因此,在教学过程中建议梳理出更多的有助于学生掌握反应规律的教学思路。
比如按照电子变化的思路对教学体系进行串联。从共价键断裂来分,可以分为均裂和异裂。均裂对应的是自由基型反应,无论是自由基取代还是自由基加成都要经过链的引发,链的转移和链的终止三个步骤。异裂对应的是离子型反应,可以分为亲电反应和亲核反应,同时又包含加成反应和取代反应。对于亲电反应来说,无论是取代还是加成反应,都是被进攻的对象电子云密度越大越有利于反应的发生;对于亲核反应来说则反之。
不同的反应类型所需要的条件不同,如自由基型反应由于是发生均裂,所需能量较高,因此反应条件通常为高温或者光照。烯烃和炔烃的特征反应亲电加成反应,芳香烃常常发生亲电取代反应,卤代烃特征反应是亲核取代反应,醛酮的特征反应是亲核加成反应。对于离子型反应则反应条件为容易使亲电试或者亲核试剂发生极化电离出正负离子且使反应过程中离子稳定的条件更有利于反应的发生。反应机理和产物以及反应速度往往可以用诱导效应共轭效应这样的电子效应解释。
同类型反应可以总结出某一个代表性的经典反应机理和规律的本质,让教和学事半功倍。如烯烃的化学性质中亲电加成反应是其特征反应,教学中可以卤化氢与烯烃的加成为重点进行反应机理的讲解。卤化氢是不对称试剂,在与烯烃的反应中需要总结的规律有“马氏规则”,不同卤化氢的反应活性,不同类型烯烃的反应活性。马氏规则的本质是碳正离子的稳定性,因此,在用马氏规则的时候要抓住本质而不能“囫囵吞枣”式的用马氏规则。不同卤化氢的反应活性规律是:HI>HBr>HCl,其原因可以认为越容易解离出H+的卤化氢越容易与烯烃发生亲电加成反应,原因是反应机理中第一步是带正电荷的H+进攻-C=C-而发生的反应。
而不同类型烯烃的反应活性规律是R2C=CR2>R2C=CHR>R2C=CH2>RCH=CH2>CH2=CH2即双键C接取代烷基越多反应活性越好,原因可以从两个方面进行解释,一方面双键C是SP2杂化态,而接的烷基C是SP3杂化,SP2杂化的C电负性比SP3杂化的C高,因此烷基C表现出给电子作用,使得-C=C-的电子云密度增大,更有利于亲电试剂的进攻。另一方面,接取代烷基越多的烯烃,形成的碳正离子更稳定。这些规律都可以从烯烃与卤化氢反应的机理上推出,学生只有自己将这些规律推导出来才能更好的理解,也能更好的灵活应用。掌握了这个反应也就基本掌握了烯烃与卤素、H2O、H2SO4、醇、酚、羧酸的反应。再如碳正离子的稳定性规律:(CH3)3C+>(CH3)2C+H>CH3C+H2>C+H3可以用诱导效应和超共轭效应进行解释,超共轭效应同样可以解释不同类型自由基的稳定性。
1.2教学模式
有机化学作为基础学科在教学中往往很难激发学生的兴趣,加之理解困难和知识点繁多,容易引起学生厌学情绪。可采用混合教学模式让教与学变得生动,比如笔者所在的有机化学教学团队中采取微课,翻转课堂,动画视频教学相结合的模式。如杂化轨道理论,电子效应在烯烃中的应用,电子效应对结构稳定性的解释等知识点,采用PBL与翻转课堂结合以小专题的形式开展,提出问题并让学生查文献资料分组上台讲解讨论。这样可以充分调动学生的积极性,培养学生自主探索和解决问题的能力,同时也能加深学生对重点难点知识的理解。对于立体化学部分,可以采用微课的形式,制作或者收集一些动画或者短视频,以视频的形式从不同角度呈现化合物的立体结构和结构的变化过程。同时组织有机化合物立体模型竞赛,让学生亲手制作模型,更直观的感受有机化合物的立体结构。
1.3有机化学与药学相关学科的衔接
作为药学专业的必修基础课有机化学是为后续学习药物化学等专业课做铺垫的。因此,有机化学中学习到的基本理论和有机物官能团的性质要求在药物化学和天然药物化学中能灵活应用。作为基础学科,单纯地讲授有机化合物结构、性质和反应及反应机理,往往会让学生感觉到枯燥,因此,在教学中正好结合药学学生的特点在有机化学教学中穿插渗透药学相关知识,结合一些具体药物来学习化学性质,同时渗透药物的药理作用。这样不仅让学生意识到学好有机化学的重要性,更使有机化学教学更生动,激发学生的学习兴趣。比如在学习立体化学的时候,引入沙利度胺事件,让学生意识到立体异构在药物中的重大影响,让学生更重视基础有机化学理论的学习。同时,应该根据药学专业学生的特点,更多的重视跟药物密切相关的一些章节,比如羧酸衍生物,胺类,杂环化合物类等。还需要向学生说明某些内容在有机化学和药物化学不同学科中的表达和侧重有区别,比如有机化学中酰卤、酸酐的醇解和氨解,在药物化学中通常称作酰化反应。另外,在有机化学中讲授糖类、氨基酸、萜类、甾体和生物碱类的时候应该提及天然药物化学学科。因此,对于药学专业学生的有机化学教学应该结合专业特点进行教学,使有机化学更好的为药学专业课服务同时也激发学生学习基础学科的兴趣。
2有机化学实验教学探讨
2.1实验过程
实验的预习是至关重要的一环,预习实验不仅仅要求学生阅读实验教材还要查询最新的文献资料,不仅要弄清楚实验原理和实验操作,还要对实验中可能出现的问题,实验的结果进行预测。而在有机化学实验教学中发现多数学生预习不充分,只是简单照抄实验教材,在实验中依葫芦画瓢,甚至对实验步骤不熟悉,时常有操作失误的情况,一旦遇到一些突发问题不能自主处理,预习报告也是写得五花八门。实验预习不充分难以达到很好的教学效果。笔者结合教学实际,对实验方案设置问题和设置统一的预习报告项目格式,在项目中对关键词设置空格让学生填空,如此让学生预习时候有更多的时间和精力去关注实验内容本身,而不是为了完成预习报告而花费大量时间在抄写文字上。
实验过程中要求学生严格记录实验操作和现象,培养学生严谨的态度和习惯。实际实验过程中时常会在实验讲义方法的基础上进行方法或者工艺的调整,实验记录要求学生实事求是根据实际操作方法和实验结果记录好实验原始实验数据。特别是对于实验中出现的非预期实验现象和结果一定要记录清楚,并在实验后加以讨论和分析原因。
实验报告,要求根据实际的实验操作和实际现象结果事实求是进行撰写,并对实验结果进行讨论分析,实验报告要求附上预习报告和实验原始数据。
2.2实验模式的探索
同一个实验让不同组的学生改变实验工艺条件,进行对比实验,让学生意识到实验条件是需要考察探究的,同时也避免了不同组的学生相互剽窃实验操作和实验数据。让每个实验组都是独立的,实验结果不一样,实验过程和可能的突况也不一样。一些比较简单的实验在实验室条件允许的情况下,可以让学生自己设置实验方案进行实验,培养学生主动思考利用所学理论知识解决实际问题的能力。
2.3开放性实验设置方案探索
传统的有机化学实验都是学生按照实验教材的方法步骤,按部就班的操作,很难培养学生综合运用所学理论知识和实验基础进行综合实验的能力。如果在最后一次实验开设一次开放性探究实验则能很好的弥补这个遗憾。开放性实验可以选择一个新的综合性实验也可以在原有实验基础上进行深入,比如苯佐卡因的制备,学生已经做了对氨基苯甲酸的制备,可以在此基础上进一步合成苯佐卡因,也可以查阅资料设计新的合成路线。还可以针对专业进行跨学科综合实验设计,如阿司匹林的制备,学生合成出乙酰水杨酸粗品后,查阅资料进一步进行纯化和纯度的分析检验,制片,药理实验最终制备出阿司匹林药片。这就要求学生大量查阅跨学科的文献资料,设计实验方案,方案的论证,可行性分析。可以让学生提前了解整个制药的过程,实现药学大融合。
2.4结合药学专业特点
药学机化学实验主要是为后续的专业课服务的,在药物化学和天然药物化学实验课上经常有学生最基础的蒸馏装置和回流装置搭建都出错,或者运用不熟练。归根到底在于有机化学实验课上练习太少,对于一些操作细节和注意事项掌握不够。因此,在有机化学实验课上应当注重对这些重要实验装置的教学练习,另外可以适当加入薄层色谱法和柱色谱法以及一些重要提取分离装置。让学生熟练掌握和运用这些基本的实验装置,更多更好的掌握一些基本的实验操作技能,为后续药学专业实验课的学习打下坚实的基础。
2.5实验评价系统的设置