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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提高本科生有機化學(xué)實驗技能的思考

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)生實驗技能競賽選拔和創(chuàng)新性實驗計劃項目的實施對本科生實驗?zāi)芰Φ囊?，結(jié)合我院實際情況，針對有機化學(xué)實驗這門課程進行教學(xué)模式探討，提出了幾點思考與建議，旨在提高本科生的實驗技能。

有機化學(xué)實驗;教學(xué)改革;實驗技能

基礎(chǔ)有機化學(xué)實驗是化學(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)好有機化學(xué)實驗對培養(yǎng)具有實踐能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才發(fā)揮著舉足輕重的作用。為擴大學(xué)生交流平臺，激發(fā)學(xué)生對化學(xué)實驗、探索實踐的興趣，近年來學(xué)校為本科生提供了較寬廣的實踐平臺，如每2年一次的省級大學(xué)生實驗技能競賽的選拔、每年一度的大學(xué)生課外化學(xué)化工創(chuàng)新作品競賽作品的評選以及大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目的申報實施等[1]，旨在引導(dǎo)學(xué)校、教師更加重視實驗教學(xué)環(huán)節(jié)，促進高?；瘜W(xué)實驗教學(xué)的改革和創(chuàng)新，推進本科化學(xué)教育與人才培養(yǎng)。

近年來，我院通過基礎(chǔ)示范實驗室的建設(shè)，實驗教學(xué)的硬件和軟件措施都上了新臺階，但在學(xué)生實驗綜合能力培養(yǎng)上還有很大的提升空間。針對我院近年來本科生在參加大學(xué)生實驗技能競賽，大學(xué)生研究性學(xué)習(xí)和創(chuàng)新性實驗計劃項目實施的過程中存在的有機化學(xué)實驗技能問題進行總結(jié)、反思[2]，并對基礎(chǔ)有機化學(xué)實驗教學(xué)模式提出幾點建議。

1　更新教學(xué)理念，理論與實踐并重

目前本科生使用的是我院“有機化學(xué)”教學(xué)團隊自編《有機化學(xué)實驗》教材[3]，其中主要為驗證性實驗，設(shè)計性、創(chuàng)新性、綜合性的實驗內(nèi)容為自學(xué)部分。通常，老師都會課前親自把實驗內(nèi)容、方法步驟以及注意事項等寫在黑板上，以保證學(xué)生能夠按照預(yù)期完成實驗。這種傳統(tǒng)的驗證式實驗教學(xué)模式制約了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和積極性，學(xué)生只是對實驗內(nèi)容機械式的重復(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)實驗知識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)實驗內(nèi)容，課堂上指定一組同學(xué)上臺講述實驗內(nèi)容并演示搭建實驗儀器，教師對不足之處及時指正，加深學(xué)生對實驗內(nèi)容的理解和記憶，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動性，并學(xué)以致用。對于有機化學(xué)實驗課堂教學(xué)效果好的老師可以面向全院推出具有實驗教改特色的公開課，并錄制教學(xué)視頻及建立實驗輔助教學(xué)網(wǎng)站等。

實驗操作與理論知識相輔相成,互相依賴。如大學(xué)生實驗技能競賽內(nèi)容包括實驗理論和實驗操作考試兩部分，筆試成績占30%，實驗操作成績?yōu)?0%，考試內(nèi)容隨機抽取。要求學(xué)生除了對實驗操作的準確性還需掌握理論知識，如實驗過程中反應(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，做到理論和實驗融會貫通，注重平時積累，學(xué)思結(jié)合、知行統(tǒng)一，考場上才能得心應(yīng)手。比如乙酸酯化法制備乙酸乙酯是典型的綜合性實驗，可以讓同學(xué)們結(jié)合所學(xué)理論知識通過查閱文獻發(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驗室可行性。同時在基礎(chǔ)實驗教學(xué)中還需訓(xùn)練學(xué)生主動思考的能力，因為大部分同學(xué)只會按照書本或者老師的講解安裝操作儀器，按部就班，不能主動深入了解實驗原理和儀器的工作原理。如在蒸餾操作中需要用到溫度計，而在濃縮反應(yīng)液的時候則可以不加溫度計，許多學(xué)生不懂得變通。同時還體現(xiàn)在對實驗現(xiàn)象的把握上，比如在分餾實驗中，有同學(xué)發(fā)現(xiàn)實驗中分餾溫度的變化與教科書上的現(xiàn)象略有不同，就認為自己操作有誤，而并不能從分餾的原理上去思考自己實驗現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。因此有必要在教學(xué)過程中，加強學(xué)生勤思考的能力，實驗操作與理論知識相結(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，及時將科技前沿的新思想、新方法融入實驗教學(xué)?；A(chǔ)實驗將從經(jīng)典實驗中引入設(shè)計型、創(chuàng)新型等現(xiàn)代合成方法型實驗，都與理論密切相關(guān)。

2　強化基礎(chǔ)操作，認知大型測試儀器

對于參加創(chuàng)新性實驗計劃項目的學(xué)生來說，現(xiàn)階段所開設(shè)的基礎(chǔ)實驗課程已達不到他們對實驗技能的需求，如重結(jié)晶和柱層析是有機化學(xué)實驗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驗中，由于乙酰苯胺在水中的溶解度隨溫度的變化較大，重結(jié)晶時用水做溶劑，冷卻易結(jié)晶，實驗效率高。實際上溶劑的選擇、時間、溫度的控制及是否攪拌等都對重結(jié)晶有較高的要求，對其它不同有機化合物怎樣才能快速結(jié)晶？就對同學(xué)的操作技能提出更高要求。柱層析實驗由于耗時長、使用玻璃儀器和溶劑多及檢測儀器的限制，提議對部分同學(xué)可以自主要求來實驗室操作或到相關(guān)老師課題組完成。實驗中還經(jīng)常會用到減壓蒸餾裝置，由于其裝置較為繁瑣，操作過程危險系數(shù)高，課堂上也只是進行觀摩實驗。而對應(yīng)的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀用于溶劑濃縮時，操作簡便、快捷、安全性更高，建議能在有機化學(xué)實驗課堂上使用。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)實驗中很少涉及。如第四屆湖南省大學(xué)生實驗技能競賽中有機化學(xué)實驗就要求使用電熱套和分水器，由于我院學(xué)生在實驗課上沒有使用過，第一次接觸難免會增加參賽學(xué)生的心理負擔(dān)，只能現(xiàn)場臨時挖掘分水器的意義及使用方法。增加這些基礎(chǔ)實驗儀器并要求學(xué)生熟練操作顯得尤為重要。

有機實驗的目標產(chǎn)物要進行表征及驗證，就需要用到各種分析測試儀器，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)分光光度計等。而基礎(chǔ)有機實驗中僅用到阿貝(Abbe)折光儀尚屬精密儀器，衡量學(xué)生實驗是否成功的標準較單一。如熔點的測定依然是傳統(tǒng)的毛細管法，而目前基礎(chǔ)實驗室已有幾種型號的熔點儀，如顯微熔點儀操作簡便、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，了解儀器的進本原理和操作維護方法。對于參加化學(xué)競賽等項目和考研的學(xué)生來說，應(yīng)具備識別和解析簡單譜圖的能力。因此，我們可以根據(jù)學(xué)生的興趣和自身發(fā)展的需要，適當增加分析測試儀器的使用，提高實驗興趣，拓展學(xué)生的視野。

3　樹立綠色化學(xué)理念，注意實驗室安全

環(huán)境污染、資源浪費等問題一直引起社會的廣泛關(guān)注。有機化學(xué)實驗中所用試劑種類繁多，且常用到一些有毒、易揮發(fā)的有機物，實驗過程中產(chǎn)生的廢棄物不可小覷。微量實驗具有體積小、原料省、污染小、反應(yīng)時間短、安全系數(shù)高等優(yōu)點，被越來越多的教育工作者所推崇。因此開設(shè)微量實驗亦可達到同樣的教學(xué)效果，并能鍛煉學(xué)生的精準操作水平。推薦典型的綠色化學(xué)實驗，如微波合成乙酰水楊酸，實驗過程中沒有用到溶劑，免去了除去和回收溶劑過程，對環(huán)境零污染，也讓同學(xué)認識到當代微波技術(shù)的方便快捷。同學(xué)們在實驗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)生的一些實驗室爆炸事故不得不引發(fā)我們對本科生實驗安全教育的反思。沒有安全，一切皆為空談。就我院具體情況來看，實驗課教師通常會在第一堂課講解一些安全知識，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不強，一心只想得到實驗結(jié)果，對突發(fā)事故的應(yīng)急處理能力薄弱。如參加大學(xué)生實驗競賽的同學(xué)主要利用暑假進行訓(xùn)練，天氣炎熱，而且有機實驗訓(xùn)練強度最大、耗時長，安全尤為重要，因此我們應(yīng)該時刻加強師生實驗安全意識，了解、規(guī)范使用實驗試劑及儀器，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，我們還建議能對本科生組織安全測驗，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)微信公眾號如化學(xué)加、X-Mol等獲取更多的綠色化學(xué)及實驗室安全知識。

4　結(jié)語

提高本科生實驗技能是從單項到綜合、從增量到存量、從表層到深層的一項系統(tǒng)工程。隨著大學(xué)生實驗技能競賽及各項實驗計劃項目的進一步專業(yè)化、規(guī)范化和科學(xué)化，對我院基礎(chǔ)有機化學(xué)實驗教學(xué)及學(xué)生的有機化學(xué)實驗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)，在實驗計劃項目實施過程中努力培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新精神，并及時交流總結(jié)經(jīng)驗，設(shè)立鼓勵機制，提升有機化學(xué)實驗教學(xué)質(zhì)量，真正提高本科生實驗技能。

[1] 周再春,劉秋華,申少華,等.實驗技能競賽對化學(xué)實驗教學(xué)的影響與建議[J].當代教育理論與實踐, 2015,7(8):113-115.

[2] 李國斌.加強高校大型精密儀器設(shè)備管理的探索與實踐[J].當代教育理論與實踐,2012,4(8):43-44.

[3] 謝文林.有機化學(xué)實驗[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實驗室[J].當代教育理論與實踐,2011,3(10):39-40.

[5] 查正根,蘭泉,鄭媛,等.綠色創(chuàng)新型有機化學(xué)實驗教學(xué)模式構(gòu)建與實踐[J].實驗室研究與探索, 2014,33(3):136-141.

(責(zé)任校對王小飛)

10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.08.025

20150402

國家級化學(xué)特色專業(yè)資助項目;湖南省普通高校實踐教學(xué)建設(shè)項目( G21323)

焦銀春( 1979-)，女，江蘇徐州人，講師，博士，主要從事有機化學(xué)實驗教學(xué)及研究。

G633.8

A

1674-5884(2016)08-0078-03