有机化学实验与有机化学是紧密相连,相辅相成的两门重要的化工专业课程。有机化学中的理论来源于实验结果的总结和提炼,而实验课程可以进一步验证有机化学中的理论,并有助于学生掌握有机化学的合成、分离提纯与基本的分析鉴定方法。但是传统的有机化学实验教学模式存在种种弊端,导致学生缺乏独立思考和创新的能力。作为以培养创新应用型人才为目标的独立学院-北京交通大学海滨学院,本校在2019年修订人才培养方案时,将有机化学实验课程从教学内容、教学方法等方面进行了改革,建立了以提高学生素质和创新能力为主的有机化学实验教学新体系。
我校有机化学实验课程共64学时,包括16个实验项目,分大二上下两学期进行,主要包括基础性操作实验,有机合成实验,有机化合物性质测定实验三大类,其中有机合成类实验学时占70%,例如环己烯的制备,乙酸乙酯的制备,乙酰苯胺的制备,1-溴丁烷的制备等,从性质上讲,这些都属于验证性实验,实验装置大同小异,合成产物的蒸馏提纯更是完全一样,像这种实验技能的重复性安排,在有限的学时内,就没有办法能让学生掌握或接触更多的实验知识。同时,创新设计型实验学时设置过少,实验过程枯燥单一,难以发挥学生的主观能动性,锻炼其认识问题,独立解决问题的能力。
一个有机化学实验中涉及到的药品多为5～10种。实验结束后产生的废液中包含多种成分,难以进行分离分类回收,给后续处理带来一定困难。通常,实验获得产品也作为废液集中倒掉,例如在2-甲基-2-丁醇的制备实验中,需要用到9种试剂,无水乙醚、金属镁、无水丙酮、溴乙烷、碘等,每组需要消耗乙醚30mL(反应物10mL,洗涤用20mL),20%硫酸50mL,一个教学班十组同学就要用掉300mL乙醚,500mL稀硫酸,在1-溴丁烷的制备中,每组需要消耗浓硫酸10mL用于洗涤,一学期产生的废液量可想而知。另外,每次实验课中,十组同学各自拿着量筒,烧杯等容器去通风厨取试剂,很多同学多取,乱取,剩余的药品再作为废液倒掉,浪费了药品,增加了污染,同时,增加了洗涤用水量,仪器损坏的几率。每年产生的废液由专业废水处理公司处理费用高达万元。
我校有机化学实验成绩由30%预习成绩,40%操作成绩,30%报告成绩三部分组成,最终成绩为所有实验成绩取平均分。其中预习成绩针对预习报告完成情况给分,操作成绩主要考核学生的操作规范性,报告成绩取决于实验过程记录、实验结果的分析讨论及问题解答情况,这种考核方法存在一定的局限性和片面性,不能够客观真实反映出每一个学生的水平,一是预习成绩的高低往往取决于预习报告书写的完整性,字迹工整性,而学生是否真正对实验原理,步骤,注意事项进行分析理解,掌握了试剂的理化性质,反应机理等,无从考查;二是同组实验同学的实验报告完全一样的现象是十分普遍的,一部分偷懒的同学几乎不参与实验过程,抄袭实验报告即可,任课老师批阅报告时,难以辨识,造成成绩给予不公平,放纵了这类同学的抄袭行为。
在传统的有机化学实验中,实验讲义中包含实验原理、装置图、步骤、注意事项等详细内容,在操作过程中,学生只需要照单抓药,按部就班完成即可,实验过程中没有学生自主创新及独立思考并解决问题能力的体现。针对这种情况,我们着手于实验讲义进行改革,将完整的实验步骤中抠掉部分内容,合成类实验中选取1-2个参数,例如加热温度、反应时间、物料比等,不给予明确的数据,让学生在课前通过查阅资料分析自行给定未知实验参数,并在实验报告中写明原由。对于设计型实验,比如从果皮中提取果胶,让学生选择不同的果皮,橘皮、柚子皮、橙皮等,最后对实验结果进行分组讨论,确定最佳的实验参数,让学生充分发挥创新能力,并感受到实验过程的乐趣。
有机化学实验中使用的试剂大多数具有易燃、易腐蚀、毒性大等特性,即使目前多为微量实验,由于重复次数多,一学期仍然会累积不少的废液,一是污染室内空气,二是增加了处理废液的费用,在此次教改中,我们将不同的实验进行关联,将一个实验的产品作为另一个实验的原料,例如,乙酰苯胺的制备中获得的粗乙酰苯胺产品,可以作为重结晶实验中的原料;简单的蒸馏实验中,工业乙醇提纯得到的乙醇,用于咖啡因提取中的萃取剂,既节省了实验药品,又减少了废液的产量。
基础实验教学中培养的规范性操作和严谨的科学态度是进行科研工作的基本条件,同时,学生参与到科研中,有助于实践能力及创新能力的提高。将专业老师承担的项目分解设计为研究性实验,学生根据自己的兴趣爱好自主选择参加,通过这样的方式,为学生参与今后的课题研究及毕业论文奠定了基础。比如,对于科研项目改性废弃农作物对重金属的吸附性能研究中,可以设置为两个独立实验-改性生物吸附剂的制备和生物吸附剂对重金属的吸附性能测定,由学生通过查阅资料,自行选定一种农作物,比如秸秆,玉米芯,花生壳等,采用适当的方法进行改性,制备生物吸附剂,为了测量重金属离子浓度,需要同学熟练掌握紫外分光光度计的使用。这种科研与教学相融合的方式,既促进了专业知识的运用,强化学生的创新意识,培养学生的创新能力,达到了科研反哺教学的作用。
有机化学实验作为一门基础实验课程,涉及有机合成,有机分离,有机化合物性质测定等多方面的知识,为了在有限的教学时间内,达到更好的教学效果,将以上教学内容进行适当整合,调整为基础性实验-综合性实验-设计型实验-科研创新性实验四大部分,将之前不同实验项目但操作雷同部分进行筛除,将能够组合的实验重组为一个综合性试验,发挥学生的自主能力,调动其积极性,鼓励学生自己掌握理论知识和能力,去思考和解决问题,具体设置如表1所示。
实验操作前,任课老师通常会讲述实验流程,实验原理,注意事项等内容,然后学生按着实验步骤一板一眼的去操作,有机反应一般反应时间较长,1～2h,这期间学生无所事事,有的扎堆聊天,有的埋头玩手机,注意力完全没有放在实验上,这种实验过程枯燥无味,教学效果可想而知。经过教学改革,教师采用启发式教学,授课前,教师针对本次实验提出几个典型的问题,让学生带着好奇、疑问在实验过程中寻求答案,比如在乙酸正丁酯的制备中,为什么要求玻璃仪器严格无水?学生通过课上的理论知识可以知道因为是可逆反应,那又如何提高产品乙酸正丁酯的产率?可以把产物之一水及时出去,用来推动反应向正反应进行,那生成物水是怎样分出的?实验装置中采用了分水器,为什么分水器中预先加入的是水,而不是正丁醇或醋酸?蒸馏干燥透明的粗产品乙酸正丁酯时,开始收集的少许液体是乳白色不透明的,随着收集物的增加,瓶内液又变得透明,试分析其原因?同时也要将不同实验进行对比分析,比如2-甲基-2-丁醇的制备中也是憎水实验,二者原理是否相同?在这些问题的环环引导下,让学生一直处于较高的兴趣状态下,激励每一个同学认真对待和参与实验过程,从而有效提高了实验教学质量。
每次实验课前,学生需完成当堂实验课预习,书写预习报告,包括实验目的、原理、装置图、实验流程等,多数学生仅仅将实验讲义中内容原版照抄到实验报告中,没有经过个人思考和分析,导致做实验时,手忙脚乱,效率低,甚至出现操作错误,达不到预习的效果。为了让学生认识到预习的重要性,课前预习不仅局限于完成预习报告,授课教师每节课用15min的时间对学生的预习情况进行考核,通过随机提问实验原理,药品特性,步骤,注意事项等内容,对预习内容不达标的扣分,严重的禁止本次实验,这种教学方法的改革,使学生更加积极主动得做好预习工作,提高了课堂效率,改善了课堂纪律,降低了实验失败的发生率。
在传统的有机化学实验中,都会要求学生详细记录当堂实验过程,包括操作时间、步骤现象等,但是存在两种现象,一是部分同学不经思考,完全依赖同组同学,抄袭数据记录,问答题等,二是部分同学随意编造实验数据,并未如实记录。针对以上两种情况,任课教师需引导学生加强对实验过程记录的重视,完善记录实验过程是科研、实验相关工作中一项基本的技能,实事求是更是科学研究必备的素质,让学生了解到较高的收率并不是影响成绩的主要因素,如果实验结果不理想,只要对结果进行分析说明即可,让学生充分认识到,对实验现象的观察记录,对实验结果的分析才是实验考核的重要指标,学生在实验课中就应养成这一良好的习惯,切忌事后凭记忆来补做实验记录。每一步操作所观察到的现象,例如是否有颜色变化、有无气体产生、有无沉淀生成等。实验操作中的失误更应如实记载。在实验过程中要培养良好的实验素养与习惯。实验记录要求实事求是,文字简明扼要,字迹整洁,为了规范记录,做成表格,模板如表2所示。
有机化学实验是基础实验教学中,危险系数比较大的科目,常用的危险化学品较多,所以有机化学实验的安全问题要格外重视,否则极易引发安全事故,后果不堪设想。在教学安排中,第一堂课就要系统介绍有机实验的安全知识,如何识别危险化学品及应急处理方法,强调实验室规章制度,把安全教育贯穿到整个实验教学中,提高学生的安全意识与应急处理能力。要求学生在课前进行预习时,将本次课所使用的实验药品的物理化学性质了解清楚,并分组轮流在操作前进行汇报,计入成绩。要求学生掌握灭火器、石棉布、洗眼器等器材的使用方法,并进行演习,在发生突发状况时,能及时采取正确的方式处理,将损失降到最小。总之,有机化学实验中加强安全教育,有利于防止意外事故的发生,保障实验教学顺利进行,有助于培养合格的具有安全意识的化工类人才。
建立一套全面、详细、公平的考核制度对激励学生充分参与实验过程,体现个人能力,有积极引导作用。实验时认真操作,仔细观察,积极思考,边实验边记录是科研工作者的基本素质之一。在实验过程中,要求任课教师加强过程管理监督,而不能仅仅依靠实验结果进行评定,详细记录每一个学生的课堂表现,包括操作是否规范,实验态度是否严谨,卫生情况是否良好,等方面进行综合评定,具体如下表3所示。
我校立足服务地方经济,结合自身的专业特色,对有机化学实验课程进行了改革,从教学方法,教学内容,教学手段,考核机制等方面采取了一系列有效措施。实践证明,这种探索初显成效,学生的创新思维,主动性,探索求知欲被充分调动起来,巩固和提高了学生灵活运用专业知识去分析解决问题的能力,培养了学生善于观察,积极思考,实事求是,认真严谨的科研工作作风,有助于培养具有较强的科研实践能力,适应社会发展需要的创新应用型复合人才。
摘要：有机化学实验是化工专业一门重要的专业实践课程。结合独立学院学生的特点,创新应用型人才的培养目标,为了更好地服务地方经济,满足社会人才发展需求,北京交通大学海滨学院对有机化学实验课程进行了全面的改革与实践。本文分析了传统有机化学实验课程存在的问题,并针对有机化学实验课程的特点,整合了教学内容,完善了考核手段,改革了教学方法,并构建了绿色有机化学实验室,有效减少了废液的产生。有机化学实验课程的改革显著提高了教学质量,激发了学生的学习兴趣,更有利于学生创新能力、实践操作技能、科学素养的培养和提升。
关键词：独立学院,有机化学实验,教学改革,创新能力
[1] 王红,刘秋平,王海滨,等,有机化学实验教学绿色化改革的研究与实施[J].实验室研究与探索,2019,38(07):139-144.
[2] 强根荣,王海滨,王红杨,等.工科类专业有机化学实验教学改革的探讨[J].实验室研究与探索,2020,39(09)162-165.
[3] 王丽娟,刘芸,唐玉海.有机化学实验混合教学模式的设计与实践[J].大学化学,2020,35(07):13-20.
[4] 莫云燕,焦琳娟,刘宏文.大学有机化学实验教学改革探究[J].教育现代化,2020,7(55):67-70+78.
[5] 徐石海.安全教育贯穿有机化学实验教学全过程的探索与实践[J].实验技术与管理,2019,36(12):16-18.
[6] 张劲,刘赛文,彭天英.“金课”背景下有机化学实验教学改革研究[J].化工时刊,2020,34(03):44-45.
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