提高本科生有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能的思考

焦銀春,曹朝暾,袁華,朱曼

(湖南科技大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 湖南 湘潭 411201)

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提高本科生有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能的思考

焦銀春,曹朝暾,袁華,朱曼

(湖南科技大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院, 湖南 湘潭 411201)

為滿足大學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽選拔和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目的實(shí)施對(duì)本科生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ囊?，結(jié)合我院實(shí)際情況，針對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)這門課程進(jìn)行教學(xué)模式探討，提出了幾點(diǎn)思考與建議，旨在提高本科生的實(shí)驗(yàn)技能。

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn);教學(xué)改革;實(shí)驗(yàn)技能

基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科的重要組成部分，是化學(xué)、應(yīng)用化學(xué)、化學(xué)工程與工藝、生命科學(xué)、環(huán)境工程等眾多學(xué)科的學(xué)生必修課程之一。學(xué)好有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)培養(yǎng)具有實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才發(fā)揮著舉足輕重的作用。為擴(kuò)大學(xué)生交流平臺(tái)，激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)、探索實(shí)踐的興趣，近年來學(xué)校為本科生提供了較寬廣的實(shí)踐平臺(tái)，如每2年一次的省級(jí)大學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽的選拔、每年一度的大學(xué)生課外化學(xué)化工創(chuàng)新作品競(jìng)賽作品的評(píng)選以及大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目的申報(bào)實(shí)施等[1]，旨在引導(dǎo)學(xué)校、教師更加重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)，促進(jìn)高?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革和創(chuàng)新，推進(jìn)本科化學(xué)教育與人才培養(yǎng)。

近年來，我院通過基礎(chǔ)示范實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)，實(shí)驗(yàn)教學(xué)的硬件和軟件措施都上了新臺(tái)階，但在學(xué)生實(shí)驗(yàn)綜合能力培養(yǎng)上還有很大的提升空間。針對(duì)我院近年來本科生在參加大學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽，大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目實(shí)施的過程中存在的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)技能問題進(jìn)行總結(jié)、反思[2]，并對(duì)基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式提出幾點(diǎn)建議。

1　更新教學(xué)理念，理論與實(shí)踐并重

目前本科生使用的是我院“有機(jī)化學(xué)”教學(xué)團(tuán)隊(duì)自編《有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》教材[3]，其中主要為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)性、創(chuàng)新性、綜合性的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容為自學(xué)部分。通常，老師都會(huì)課前親自把實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、方法步驟以及注意事項(xiàng)等寫在黑板上，以保證學(xué)生能夠按照預(yù)期完成實(shí)驗(yàn)。這種傳統(tǒng)的驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式制約了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，學(xué)生只是對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容機(jī)械式的重復(fù)。例如在《物理化學(xué)》相平衡章節(jié)中就需要學(xué)生利用分餾的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)知識(shí)來幫助分析二組分理想液態(tài)混合物的氣-液平衡相圖，但筆者在實(shí)際教學(xué)中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學(xué)生已記憶模糊?；谶@種情況，我們可以嘗試改變教學(xué)方式，如讓每組同學(xué)事先預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，課堂上指定一組同學(xué)上臺(tái)講述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容并演示搭建實(shí)驗(yàn)儀器，教師對(duì)不足之處及時(shí)指正，加深學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的理解和記憶，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，并學(xué)以致用。對(duì)于有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂教學(xué)效果好的老師可以面向全院推出具有實(shí)驗(yàn)教改特色的公開課，并錄制教學(xué)視頻及建立實(shí)驗(yàn)輔助教學(xué)網(wǎng)站等。

實(shí)驗(yàn)操作與理論知識(shí)相輔相成,互相依賴。如大學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)理論和實(shí)驗(yàn)操作考試兩部分，筆試成績(jī)占30%，實(shí)驗(yàn)操作成績(jī)?yōu)?0%，考試內(nèi)容隨機(jī)抽取。要求學(xué)生除了對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的準(zhǔn)確性還需掌握理論知識(shí)，如實(shí)驗(yàn)過程中反應(yīng)物的比列調(diào)節(jié)、溫度的控制、萃取的原理和步驟等，不能一知半解，做到理論和實(shí)驗(yàn)融會(huì)貫通，注重平時(shí)積累，學(xué)思結(jié)合、知行統(tǒng)一，考場(chǎng)上才能得心應(yīng)手。比如乙酸酯化法制備乙酸乙酯是典型的綜合性實(shí)驗(yàn)，可以讓同學(xué)們結(jié)合所學(xué)理論知識(shí)通過查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)還有乙醇脫氫、乙烯加成和乙醛縮合等多種方法，并歸納出每種方法的實(shí)驗(yàn)室可行性。同時(shí)在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中還需訓(xùn)練學(xué)生主動(dòng)思考的能力，因?yàn)榇蟛糠滞瑢W(xué)只會(huì)按照書本或者老師的講解安裝操作儀器，按部就班，不能主動(dòng)深入了解實(shí)驗(yàn)原理和儀器的工作原理。如在蒸餾操作中需要用到溫度計(jì)，而在濃縮反應(yīng)液的時(shí)候則可以不加溫度計(jì)，許多學(xué)生不懂得變通。同時(shí)還體現(xiàn)在對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的把握上，比如在分餾實(shí)驗(yàn)中，有同學(xué)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中分餾溫度的變化與教科書上的現(xiàn)象略有不同，就認(rèn)為自己操作有誤，而并不能從分餾的原理上去思考自己實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。因此有必要在教學(xué)過程中，加強(qiáng)學(xué)生勤思考的能力，實(shí)驗(yàn)操作與理論知識(shí)相結(jié)合，才能有利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維，并能舉一反三[4]。師生還可充分利用網(wǎng)絡(luò)、媒體等教學(xué)資源，及時(shí)將科技前沿的新思想、新方法融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)將從經(jīng)典實(shí)驗(yàn)中引入設(shè)計(jì)型、創(chuàng)新型等現(xiàn)代合成方法型實(shí)驗(yàn)，都與理論密切相關(guān)。

2　強(qiáng)化基礎(chǔ)操作，認(rèn)知大型測(cè)試儀器

對(duì)于參加創(chuàng)新性實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目的學(xué)生來說，現(xiàn)階段所開設(shè)的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程已達(dá)不到他們對(duì)實(shí)驗(yàn)技能的需求，如重結(jié)晶和柱層析是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中必不可少的提純分離方法，教材中乙酰苯胺的制備與提純實(shí)驗(yàn)中，由于乙酰苯胺在水中的溶解度隨溫度的變化較大，重結(jié)晶時(shí)用水做溶劑，冷卻易結(jié)晶，實(shí)驗(yàn)效率高。實(shí)際上溶劑的選擇、時(shí)間、溫度的控制及是否攪拌等都對(duì)重結(jié)晶有較高的要求，對(duì)其它不同有機(jī)化合物怎樣才能快速結(jié)晶？就對(duì)同學(xué)的操作技能提出更高要求。柱層析實(shí)驗(yàn)由于耗時(shí)長(zhǎng)、使用玻璃儀器和溶劑多及檢測(cè)儀器的限制，提議對(duì)部分同學(xué)可以自主要求來實(shí)驗(yàn)室操作或到相關(guān)老師課題組完成。實(shí)驗(yàn)中還經(jīng)常會(huì)用到減壓蒸餾裝置，由于其裝置較為繁瑣，操作過程危險(xiǎn)系數(shù)高，課堂上也只是進(jìn)行觀摩實(shí)驗(yàn)。而對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀用于溶劑濃縮時(shí)，操作簡(jiǎn)便、快捷、安全性更高，建議能在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂上使用。此外，一些常用儀器設(shè)備，如微波振蕩器、電熱套、加熱板、磁力攪拌器、分水器等在基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)中很少涉及。如第四屆湖南省大學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽中有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)就要求使用電熱套和分水器，由于我院學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課上沒有使用過，第一次接觸難免會(huì)增加參賽學(xué)生的心理負(fù)擔(dān)，只能現(xiàn)場(chǎng)臨時(shí)挖掘分水器的意義及使用方法。增加這些基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)儀器并要求學(xué)生熟練操作顯得尤為重要。

有機(jī)實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)產(chǎn)物要進(jìn)行表征及驗(yàn)證，就需要用到各種分析測(cè)試儀器，比如核磁共振(NMR)波譜儀、液質(zhì)聯(lián)用儀 (UPLC/HR MS)、X-射線單晶衍射儀、傅立葉紅外(FTIR)儀、紫外可見光(UV)分光光度計(jì)等。而基礎(chǔ)有機(jī)實(shí)驗(yàn)中僅用到阿貝(Abbe)折光儀尚屬精密儀器，衡量學(xué)生實(shí)驗(yàn)是否成功的標(biāo)準(zhǔn)較單一。如熔點(diǎn)的測(cè)定依然是傳統(tǒng)的毛細(xì)管法，而目前基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)室已有幾種型號(hào)的熔點(diǎn)儀，如顯微熔點(diǎn)儀操作簡(jiǎn)便、精度高，可向本科生開放并配合使用。近年來，我院加大了儀器設(shè)備的資金投入，目前已經(jīng)具備以上先進(jìn)大中型儀器設(shè)備[1]，在條件允許的情況下可供本科生參觀、學(xué)習(xí)使用，了解儀器的進(jìn)本原理和操作維護(hù)方法。對(duì)于參加化學(xué)競(jìng)賽等項(xiàng)目和考研的學(xué)生來說，應(yīng)具備識(shí)別和解析簡(jiǎn)單譜圖的能力。因此，我們可以根據(jù)學(xué)生的興趣和自身發(fā)展的需要，適當(dāng)增加分析測(cè)試儀器的使用，提高實(shí)驗(yàn)興趣，拓展學(xué)生的視野。

3　樹立綠色化學(xué)理念，注意實(shí)驗(yàn)室安全

環(huán)境污染、資源浪費(fèi)等問題一直引起社會(huì)的廣泛關(guān)注。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中所用試劑種類繁多，且常用到一些有毒、易揮發(fā)的有機(jī)物，實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生的廢棄物不可小覷。微量實(shí)驗(yàn)具有體積小、原料省、污染小、反應(yīng)時(shí)間短、安全系數(shù)高等優(yōu)點(diǎn)，被越來越多的教育工作者所推崇。因此開設(shè)微量實(shí)驗(yàn)亦可達(dá)到同樣的教學(xué)效果，并能鍛煉學(xué)生的精準(zhǔn)操作水平。推薦典型的綠色化學(xué)實(shí)驗(yàn)，如微波合成乙酰水楊酸，實(shí)驗(yàn)過程中沒有用到溶劑，免去了除去和回收溶劑過程，對(duì)環(huán)境零污染，也讓同學(xué)認(rèn)識(shí)到當(dāng)代微波技術(shù)的方便快捷。同學(xué)們?cè)趯?shí)驗(yàn)的過程中也理解了綠色化學(xué)中的科學(xué)前景[5]。

近年來某些高校、企事業(yè)單位發(fā)生的一些實(shí)驗(yàn)室爆炸事故不得不引發(fā)我們對(duì)本科生實(shí)驗(yàn)安全教育的反思。沒有安全，一切皆為空談。就我院具體情況來看，實(shí)驗(yàn)課教師通常會(huì)在第一堂課講解一些安全知識(shí)，如玻璃儀器試劑的擺放使用，磁力攪拌器、烘箱、排氣扇、水電等的電源開關(guān)等。而學(xué)生在操作過程中的安全意識(shí)不強(qiáng)，一心只想得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)突發(fā)事故的應(yīng)急處理能力薄弱。如參加大學(xué)生實(shí)驗(yàn)競(jìng)賽的同學(xué)主要利用暑假進(jìn)行訓(xùn)練，天氣炎熱，而且有機(jī)實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練強(qiáng)度最大、耗時(shí)長(zhǎng)，安全尤為重要，因此我們應(yīng)該時(shí)刻加強(qiáng)師生實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)，了解、規(guī)范使用實(shí)驗(yàn)試劑及儀器，如金屬鈉的保存及后處理、有毒試劑的取用、氣體鋼瓶的操作等，除了學(xué)校的常規(guī)檢查之外，我們還建議能對(duì)本科生組織安全測(cè)驗(yàn)，定期組織師生應(yīng)急演練，設(shè)立應(yīng)急預(yù)案。同學(xué)們還可以關(guān)注一些化學(xué)微信公眾號(hào)如化學(xué)加、X-Mol等獲取更多的綠色化學(xué)及實(shí)驗(yàn)室安全知識(shí)。

4　結(jié)語(yǔ)

提高本科生實(shí)驗(yàn)技能是從單項(xiàng)到綜合、從增量到存量、從表層到深層的一項(xiàng)系統(tǒng)工程。隨著大學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽及各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目的進(jìn)一步專業(yè)化、規(guī)范化和科學(xué)化，對(duì)我院基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及學(xué)生的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)水平將提出更高的要求。我們要積極更新教學(xué)理念，以賽促教、促學(xué)，在實(shí)驗(yàn)計(jì)劃項(xiàng)目實(shí)施過程中努力培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神，并及時(shí)交流總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，設(shè)立鼓勵(lì)機(jī)制，提升有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，真正提高本科生實(shí)驗(yàn)技能。

[1] 周再春,劉秋華,申少華,等.實(shí)驗(yàn)技能競(jìng)賽對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的影響與建議[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐, 2015,7(8):113-115.

[2] 李國(guó)斌.加強(qiáng)高校大型精密儀器設(shè)備管理的探索與實(shí)踐[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐,2012,4(8):43-44.

[3] 謝文林.有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)[M].湘潭:湘潭大學(xué)出版社,2012.

[4] 焦銀春,袁華.如何讓本科生真正走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室[J].當(dāng)代教育理論與實(shí)踐,2011,3(10):39-40.

[5] 查正根,蘭泉,鄭媛,等.綠色創(chuàng)新型有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式構(gòu)建與實(shí)踐[J].實(shí)驗(yàn)室研究與探索, 2014,33(3):136-141.

(責(zé)任校對(duì)王小飛)

10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.08.025

20150402

國(guó)家級(jí)化學(xué)特色專業(yè)資助項(xiàng)目;湖南省普通高校實(shí)踐教學(xué)建設(shè)項(xiàng)目( G21323)

焦銀春( 1979-)，女，江蘇徐州人，講師，博士，主要從事有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)及研究。

G633.8

A

1674-5884(2016)08-0078-03