李歡歡

(南京郵電大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210023)

有機(jī)化學(xué)實驗是高?；瘜W(xué)、材料、化工專業(yè)學(xué)生的一門重要的必修課程，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生掌握基本的實驗操作和實踐技能，而且可以培養(yǎng)學(xué)生良好的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力。但是，以往的有機(jī)化學(xué)實驗的教學(xué)安排形式單調(diào)，學(xué)生通常是按照特定的教材上已有的操作方法以及步驟完成實驗內(nèi)容，導(dǎo)致學(xué)生在實驗過程中缺乏對于實驗的興趣、探索以及求職欲望，只是接收實驗課本或者教師的內(nèi)容，并不能完全理解實驗涉及的現(xiàn)象和實驗原理，并且缺乏對于實驗過程中涉及的知識和理論的深入理解，最終導(dǎo)致學(xué)生對于有機(jī)化學(xué)實驗的教學(xué)參與度較低，學(xué)生在實驗操作過程中，完全按照老師給定的實驗步驟和藥品用量進(jìn)行操作，對實驗現(xiàn)象的觀察和實驗數(shù)據(jù)的分析不夠深入，學(xué)生實驗操作能力和動手能力不足，很大程度上影響了有機(jī)化學(xué)實驗的教學(xué)效果和學(xué)生科研能力和素質(zhì)的培養(yǎng)，不能達(dá)到有機(jī)化學(xué)實驗課程的設(shè)計初衷[1]。因此，在有機(jī)化學(xué)的實驗教學(xué)過程中應(yīng)該與時俱進(jìn)地轉(zhuǎn)變教育思想，結(jié)合新時代教學(xué)模式的變化，需要革新現(xiàn)有的教學(xué)觀念以及教學(xué)模式，使得學(xué)生開啟科研創(chuàng)新之路，充分激發(fā)學(xué)生的實驗興趣，提高學(xué)生的課堂參與度，培養(yǎng)出具有較高理論水平和較強(qiáng)實驗?zāi)芰Φ膭?chuàng)新型人才[2]。

有機(jī)化學(xué)實驗的教學(xué)內(nèi)容是以最簡單、綠色環(huán)保的原料為起點，通過一些合成手段制備一些復(fù)雜的化合物為主線，主要涉及分子合成、材料制備、化合物分離與提純、分析測試與性能研究等實驗環(huán)節(jié)，整個過程既包含有機(jī)化學(xué)實驗的操作方法，又體現(xiàn)有機(jī)化學(xué)與其它學(xué)科間的交叉融合。因此，在有機(jī)化學(xué)實驗中開展翻轉(zhuǎn)課堂和思想實驗相結(jié)合的實驗設(shè)計，再輔助采用研究型、課題式教學(xué)模式，在教學(xué)中有意識地、創(chuàng)新性的引入科研思維訓(xùn)練，將課程思政理念滲透到教學(xué)的過程當(dāng)中[3]。現(xiàn)在針對在有機(jī)化學(xué)實驗教學(xué)中的一些經(jīng)驗總結(jié)如下：

1 實驗課程安排與學(xué)生所在學(xué)院研究內(nèi)容相結(jié)合

近年來，隨著一些新的反應(yīng)類型、新的技術(shù)路線、新的合成方法的不斷涌現(xiàn)、新的現(xiàn)代分析及表征技術(shù)在有機(jī)化學(xué)實驗中廣泛應(yīng)用[4]。因此，在實驗課程安排中有必要設(shè)計到此方面的內(nèi)容。在課程的編排過程中，要加強(qiáng)學(xué)生的基本操作訓(xùn)練以及科學(xué)方法的培養(yǎng)等，還要適應(yīng)不同的培養(yǎng)目標(biāo)包括教學(xué)、科研人才的培養(yǎng)以及將來從事工業(yè)化生產(chǎn)的相關(guān)能力。此外，為了使學(xué)生盡快的了解自己所在專業(yè)的研究內(nèi)容，研究重點以及研究特點，可以在實驗課程中安排與其所在學(xué)院的科研方向和研究內(nèi)容密切相關(guān)的、有代表性的、典型的有機(jī)反應(yīng)類型，特別是相關(guān)領(lǐng)域近年來所取得的新方法、新成果、新技術(shù)等。我們團(tuán)隊在自編教材《有機(jī)化學(xué)實驗》的基礎(chǔ)上，經(jīng)過近10年多次修訂，完善了有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的基本操作知識點，注重安全和規(guī)范操作在實驗中的重要性，著重培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、認(rèn)真和規(guī)范的工作態(tài)度和化學(xué)實驗技能。2019年出版了《有機(jī)化學(xué)與光電材料實驗教程》這本書，與原教材相比，內(nèi)容上保留了有機(jī)化學(xué)實驗基本技能的相關(guān)操作和典型反應(yīng)，著重增加了有機(jī)電子學(xué)的相關(guān)知識、實驗操作要點和技能訓(xùn)練，包括有機(jī)分子及其光電功能性質(zhì)介紹、有機(jī)化合物特殊制備技術(shù)、有機(jī)半導(dǎo)體器件應(yīng)用、材料分析技術(shù)與方法等方面的內(nèi)容[5]。

2 改進(jìn)實驗操作模式，變通考試模式，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力

利用南京郵電大學(xué)虛擬方針實驗平臺，近年來虛擬仿真實驗受到了大家的廣泛推廣，如南京郵電大學(xué)的國家級金課“傅克反應(yīng)—螺芴氧雜蒽(SFX)的一鍋法串聯(lián)反應(yīng)虛擬仿真合成”[6]。利用虛擬仿真技術(shù)，將圓底燒瓶、錐形瓶、冷凝管、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀等一些實驗“裝備”一一出現(xiàn)在電腦屏幕上。屏幕右下角的小機(jī)器人會提示“取出圓底燒瓶”“稱量藥品”“打開活塞”等一系列的操作，我院本科生可以按照實驗教學(xué)項目的演示進(jìn)行操作。在實驗平臺上，設(shè)計了演示與教學(xué)實驗、練習(xí)與考試實驗及思維拓展實驗三個項目，學(xué)生通過演示版學(xué)習(xí)后，在類似游戲的界面上，點擊鼠標(biāo)，取反應(yīng)瓶等“裝備”，完成萃取、重結(jié)晶、干燥和柱層析等任務(wù)。在考試實驗中，將根據(jù)學(xué)生的實驗操作情況，進(jìn)行精準(zhǔn)評分，讓老師及時掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況。在思維拓展實驗中，只有對反應(yīng)的優(yōu)化條件正確選擇，才能最后通關(guān)，獲得化學(xué)產(chǎn)物。如果進(jìn)行順利，操作熟練，15分鐘時間就可以完成一個“化學(xué)游戲”。學(xué)生在此過程中，能夠了解傅克反應(yīng)原理、芳烴化合物的傅克反應(yīng)活性，掌握“一鍋法”制備螺芴氧雜蒽的反應(yīng)原理和方法等，同時對動力學(xué)、熱力學(xué)、芳烴化學(xué)會有深刻的認(rèn)識，還能順便了解一些關(guān)于有機(jī)電致發(fā)光器件相關(guān)的產(chǎn)業(yè)知識。學(xué)生通過一臺電腦便可以輕松學(xué)習(xí)化學(xué)實驗操作，掌握十三年的科研精髓。這種模式的實驗創(chuàng)新不僅可以增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、課堂參與度，而且可以利用多種模式提高教學(xué)效果，增加學(xué)生對于相關(guān)知識點的理解以及深化，有利于學(xué)生掌握關(guān)鍵的實驗技能和方法。2020年，突如其來的新冠肺炎疫情，打破了我們正常的生活，由于學(xué)生們尚不能返校學(xué)習(xí)、實驗。其實線上教學(xué)是對所有老師、學(xué)生和家長增添了很多挑戰(zhàn)，我們利用MOOC教學(xué)、虛擬仿真實驗、chemdraw等軟件、雨課堂線上教學(xué)平臺、再輔助騰訊課堂、微信、QQ等多元化的學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)，加深學(xué)生對線上實驗的操作能力和細(xì)節(jié)的把握，加強(qiáng)學(xué)生們的操作技能和鞏固實驗的能力。

3 革新實驗教學(xué)方法并與先進(jìn)儀器和設(shè)備相結(jié)合

在實驗制備的過程中，學(xué)生更加容易接受先進(jìn)的實驗技術(shù)以及教學(xué)方法，從而提高參與的積極性。比如，在虛擬仿真實驗的基礎(chǔ)之上，利用現(xiàn)代的虛擬現(xiàn)實(VR)技術(shù)，將先進(jìn)的實驗課程或者新的實驗內(nèi)容結(jié)合，是學(xué)生在及其安全的情況下，完成了自己的實驗，從而增加其學(xué)習(xí)興趣，并且可以加速信息+化學(xué)的交叉學(xué)科人才培養(yǎng)，培養(yǎng)出更多具有交叉學(xué)科融合能力的學(xué)生。采用先進(jìn)儀器教學(xué)和設(shè)備，利用時下興起的多媒體教學(xué)技術(shù)、翻轉(zhuǎn)課堂、MOOC等形式給予學(xué)生一些新的課程內(nèi)容來豐富有機(jī)化學(xué)實驗的課程。

在有機(jī)化學(xué)實驗課堂教學(xué)中引入與當(dāng)前前沿以及熱點科研方向和研究內(nèi)容密切相關(guān)的、有代表性的、典型的有機(jī)實驗內(nèi)容，在基礎(chǔ)的實驗教學(xué)中引入科研訓(xùn)練內(nèi)容，一方面，提高學(xué)生的積極性和實驗興趣，通過新型的課堂教學(xué)方法，加強(qiáng)學(xué)生的基本操作以及科學(xué)方法的培養(yǎng)，訓(xùn)練學(xué)生科學(xué)的思維方式，另一方面，利用最新的科學(xué)技術(shù)培養(yǎng)新型的專業(yè)性人才，加速信息與化學(xué)的交叉學(xué)科人才培養(yǎng)，培養(yǎng)出更多具有學(xué)科交叉融合能力的學(xué)生，滿足高等教育對創(chuàng)新型人才培養(yǎng)的需求，實現(xiàn)培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型人才的目標(biāo)。