張勁祥 林惠紅 李金燕

［摘 要］ “有機化學(xué)實驗”是有機化學(xué)教學(xué)的重要組成部分。從韓山師范學(xué)院教學(xué)實際出發(fā)，提出以綜合性、設(shè)計性為導(dǎo)向，側(cè)重將基本技能訓(xùn)練、實驗安全、大型儀器的表征示教等基本內(nèi)容貫穿綜合性合成實驗和設(shè)計性文獻(xiàn)實驗中，并設(shè)計合理的考核權(quán)重以評價學(xué)生的各方面能力；注重有機化學(xué)實驗基礎(chǔ)性和創(chuàng)新性融合，探討教學(xué)與科研實踐的橋梁，以期為建立以培養(yǎng)大學(xué)生綜合素質(zhì)和創(chuàng)新能力為核心的“有機化學(xué)實驗”教學(xué)新模式提供借鑒。

［關(guān)鍵詞］ 設(shè)計性實驗；綜合性實驗；有機化學(xué)實驗；課程體系改革

［基金項目］ 2020年度韓山師范學(xué)院校級質(zhì)量工程及教改項目“以‘項目化的科研實踐培養(yǎng)創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)特色的化學(xué)應(yīng)用型人才”（520070）；2018年度韓山師范學(xué)院博士啟動項目“多功能卟啉-Gd（III）診療分子的設(shè)計合成、光磁成像及光動力抗腫瘤評估”（QD20180322）；2017年度廣東省教育廳創(chuàng)新團(tuán)隊項目“成像用近紅外多功能發(fā)光材料的研發(fā)暨生物醫(yī)學(xué)轉(zhuǎn)化平臺”（2017KCXTD023）

［作者簡介］ 張勁祥（1979—），男，廣東蕉嶺人，博士，韓山師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院講師，主要從事大學(xué)有機化學(xué)及實驗課程教學(xué)研究。

［中圖分類號］ G642.3 ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］ A［文章編號］ 1674-9324（2023）18-0069-04［收稿日期］ 2022-06-09

新時代大學(xué)“有機化學(xué)實驗”課程的改革目標(biāo)是充分發(fā)揮學(xué)生的主體性，發(fā)展創(chuàng)新思維，增強創(chuàng)新能力，提高綜合素質(zhì)，更大程度地發(fā)揮有機化學(xué)實驗在人才培養(yǎng)中的作用。相對于理論課來說，“有機化學(xué)實驗”課有其自身的獨立性和系統(tǒng)性，其實踐性強、技能要求高的特點是理論課教學(xué)無法替代的［1］。該課程教學(xué)對提高有機化學(xué)教學(xué)質(zhì)量、全面培養(yǎng)大學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有舉足輕重的作用。

長期以來，“有機化學(xué)實驗”課程內(nèi)容比較固定，教學(xué)中一些教師按實驗教材“照本宣科”，學(xué)生按教材的藥品配比與用量“照方抓藥”，過程過于程序化，內(nèi)容較陳舊枯燥，驗證實驗過多，設(shè)計實驗過少，部分學(xué)生做實驗應(yīng)付了事，很少開動腦筋思考問題［2］。這種“灌輸式教”與“模仿式學(xué)”的現(xiàn)象普遍存在，忽略了對學(xué)生創(chuàng)新意識和實踐能力的培養(yǎng)。如何在實驗教學(xué)中發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，探索出既能激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新能力和學(xué)習(xí)興趣，又能全面提高“有機化學(xué)實驗”教學(xué)質(zhì)量，且能培養(yǎng)學(xué)生獨立分析解決問題的能力及初步的科研能力，充分發(fā)展學(xué)生個性的實驗教學(xué)模式，是“有機化學(xué)實驗”教學(xué)改革的重要命題［3］。為此，借鑒國內(nèi)一些高校的成功經(jīng)驗，結(jié)合我校實驗教學(xué)實際，嘗試開放式教學(xué)，以綜合性、設(shè)計性為導(dǎo)向，對化學(xué)相關(guān)專業(yè)的“有機化學(xué)實驗”教學(xué)進(jìn)行了以下探索和嘗試。

一、注重學(xué)科交叉的綜合性有機合成教學(xué)實驗

“有機化學(xué)實驗”課程的培養(yǎng)目標(biāo)不僅是“會”（會用常見的玻璃儀器及會進(jìn)行常規(guī)的操作），更重要的是“懂”和“?！保ǘ眠\用所學(xué)知識分析問題、解決問題以及具有專業(yè)的實驗安全操作和管理意識）［4］。針對培養(yǎng)目標(biāo)，我?；A(chǔ)“有機化學(xué)實驗”教學(xué)周期設(shè)為兩個學(xué)期：第一學(xué)期的主要內(nèi)容是使學(xué)生見識和了解有機實驗，包括蒸餾、分餾、重結(jié)晶、萃取、柱色譜分離提純技術(shù)等基本技能的訓(xùn)練內(nèi)容；第二學(xué)期的主要內(nèi)容是給學(xué)生更多機會用和練，側(cè)重于組織一些學(xué)科交叉型的綜合合成實驗取代傳統(tǒng)的驗證、模仿型實驗，使有機合成實驗的過程或結(jié)果更加貼近生活，有意識地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。比如：阿司匹林的制備、純化及酸堿法含量滴定（有機、藥物、分析化學(xué)交叉）；重氮鹽偶聯(lián)制備甲基橙及其細(xì)胞轉(zhuǎn)染（有機、生物化學(xué)交叉）；Perkin反應(yīng)合成肉桂酸及純化、香精香料的調(diào)配應(yīng)用（有機、食品化學(xué)交叉）；呋喃甲醛的Cannizzaro反應(yīng)及產(chǎn)物的紅外光譜表征（有機、儀器分析化學(xué)交叉）；藥物中間體（氟康唑）的薄層色譜分離（有機、藥物化學(xué)交叉）；茶葉中提取咖啡因及液相色譜分析（有機、儀器分析化學(xué)交叉）；輔酶催化合成安息香縮合及其氧化（有機、化學(xué)生物學(xué)交叉）；脲醛樹脂的合成、固化及粘制件的展示（有機、高分子化學(xué)交叉）等。在選擇綜合性的合成實驗時，既要充分考慮對學(xué)生基本有機操作的訓(xùn)練要求，還要選用不同的有機反應(yīng)類型及不同的制備方法，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會選擇正確的合成方法和實驗裝置。在教學(xué)內(nèi)容設(shè)置上，通過壓縮部分的基本操作實驗（可通過視頻教學(xué)的方式讓學(xué)生預(yù)習(xí)與強化），將基本操作訓(xùn)練嵌入后面的綜合性、設(shè)計性實驗中，同時增加綜合性實驗，通過對綜合實驗的反復(fù)訓(xùn)練，學(xué)生既能鞏固、熟練基本實驗操作，又能對有機合成實驗的整個體系（分離、提純、表征及應(yīng)用）具有一定的感性認(rèn)識。這種綜合訓(xùn)練既強化了學(xué)生的動手能力，又體現(xiàn)了學(xué)科之間的交叉，豐富了教學(xué)內(nèi)容，使有機化學(xué)實驗更接地氣，貼近社會生活，學(xué)生普遍反響熱烈，學(xué)習(xí)興趣高昂。

二、培養(yǎng)獨立開展設(shè)計性文獻(xiàn)實驗的能力

在學(xué)生已掌握有機合成基本操作的基礎(chǔ)上，設(shè)立文獻(xiàn)實驗的目的即培養(yǎng)學(xué)生獨立發(fā)現(xiàn)、分析及解決問題的能力，使學(xué)生具備科研能力和創(chuàng)新精神，為今后開展科研或從事實際工作打下基礎(chǔ)。我校實驗室開設(shè)的設(shè)計性文獻(xiàn)實驗名稱為“帕金森病治療藥——托卡朋的合成”；合成路線的設(shè)計要求為：選取盡可能簡單、溫和的反應(yīng)條件。托卡朋的化學(xué)名為（3，4-二羥基-5-硝基苯基）-（4-甲基苯基）甲酮，是1997年上市的治療帕金森病的明星藥物分子。關(guān)于此藥物分子合成路線的文獻(xiàn)有很多，有些文獻(xiàn)報道的反應(yīng)路線煩瑣復(fù)雜，有些路線涉及嚴(yán)格的無水無氧操作的格氏試劑制備及反應(yīng)，其中有一條路線可以通過?；Ｗo(hù)、苯環(huán)硝化、傅克反應(yīng)、水解等較簡單溫和的反應(yīng)步驟制得［5］。這就要求學(xué)生能夠通過查閱文獻(xiàn)、匯總資料，運用所學(xué)的理論知識獨立分析判斷最合適的實驗條件。對于設(shè)計性文獻(xiàn)實驗，可采取分組的形式進(jìn)行，整個流程安排6周時間完成，約占總學(xué)時的15%，其中，前3周完成文獻(xiàn)資料查閱、實驗方案的擬定及實驗藥品與儀器的準(zhǔn)備，后3周按照方案各小組同時進(jìn)行，計算實驗步驟的總收率，并與文獻(xiàn)其他路線記載的收率比較，分析并提出優(yōu)化反應(yīng)條件。經(jīng)考察，學(xué)生在文獻(xiàn)實驗中體現(xiàn)出的能力差異性往往表現(xiàn)在資料查閱的深度和速度、方案設(shè)計的合理性、實驗操作細(xì)節(jié)的規(guī)范程度、產(chǎn)品的質(zhì)量和收率、實驗報告的表達(dá)水平等方面。通過指導(dǎo)設(shè)計性文獻(xiàn)實驗后，與驗證型實驗相比較，學(xué)生的獨立思考機會增多，判斷、想象、創(chuàng)新思維能力得到了一定程度的鍛煉，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)研究和實事求是的工作作風(fēng)，更加貼近高素質(zhì)應(yīng)用型或科研型人才的培養(yǎng)模式。

三、靈活使用大型儀器的表征結(jié)果示教實驗內(nèi)容

長期以來，大型儀器設(shè)備的使用與實驗教學(xué)嚴(yán)重脫鉤，一方面，大型儀器實驗室往往空間狹小，即便分組也難以容納人數(shù)眾多的本科學(xué)生；另一方面，大型精密儀器維護(hù)昂貴，限制本科生單獨使用。然而在實驗教學(xué)方面，大型儀器的使用率直接反映實驗教學(xué)質(zhì)量的好壞。面對這個現(xiàn)實的矛盾，如何處理儀器使用與教學(xué)質(zhì)量的關(guān)系是擺在教師面前的一個突出問題。通過摸索，我們因地制宜地進(jìn)行了一些實踐并取得了一定的經(jīng)驗。對于中小型儀器的測試，比如紅外光譜、細(xì)胞轉(zhuǎn)染顯微鏡觀測、熔點測試等，通常設(shè)定靈活的測試時間，以滿足每個小組測試產(chǎn)品一次的需求；對于大型儀器設(shè)備如液相色譜、質(zhì)譜分析等，采取抽樣的方法，從全部小組上交的樣本中，抽取表觀質(zhì)量較好的2～3組產(chǎn)品，交給儀器設(shè)備管理人員測試，并由學(xué)生代表錄制數(shù)據(jù)的采集過程視頻，供全體學(xué)生觀摩。這種教學(xué)方式一方面提高了儀器設(shè)備在“有機化學(xué)實驗”課堂的使用頻率，為實驗產(chǎn)物提供了表征手段；另一方面大型儀器的使用提高了學(xué)生對設(shè)計性合成實驗中未知產(chǎn)品的表征認(rèn)知以及對數(shù)據(jù)的處理、分析能力，較合理地解決了基礎(chǔ)有機實驗教學(xué)中儀器表征不足的長期短板。

四、引入多媒體視頻反復(fù)強化基本操作訓(xùn)練、藥品及儀器的安全使用意識

如前所述，通過壓縮學(xué)生有機實驗基本操作的訓(xùn)練時間，增加綜合性、設(shè)計性實驗的課時，給予了學(xué)生在綜合性、設(shè)計性實驗中更多演練基本操作的機會和空間。而基本操作技能具有可模仿性的特點，其規(guī)范操作過程可以通過引入多媒體視頻展示給學(xué)生，讓學(xué)生提前在課前預(yù)習(xí)，在課后反復(fù)強化學(xué)習(xí)，在有限的實驗課時中提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。藥品及儀器的安全使用涉及枯燥的理論教學(xué)，在有限的實驗教學(xué)時間內(nèi)難以進(jìn)行詳細(xì)透徹的講解，不容易引起學(xué)生對實驗藥品及儀器安全使用的重視。借助多媒體，有目的地組織學(xué)生觀看一些危險化學(xué)品和儀器使用不規(guī)范引起安全事故的視頻，再列出常見的實驗室危險品的特點和實驗儀器安全使用的規(guī)范細(xì)則，從因果兩方面對學(xué)生進(jìn)行實驗室安全的形象化教育，有助于加深學(xué)生的印象，進(jìn)而加強實驗室安全意識。這種反復(fù)的安全教育，尤其對無教材示范的設(shè)計性實驗及實驗藥品的規(guī)范使用顯得更加重要，具體的教學(xué)實踐如圖1所示。實驗課程初期，安排2課時以多媒體教學(xué)的方式分別進(jìn)行實驗室安全、實驗玻璃儀器展示、?；返念A(yù)防及突發(fā)情況處置、有機化學(xué)常見基本操作技能等基礎(chǔ)教育及培訓(xùn)，并將相關(guān)教學(xué)視頻資料分發(fā)給每個學(xué)生；在綜合設(shè)計性實驗過程中對學(xué)生的基本技能及實驗常識提問式抽查，督促學(xué)生利用視頻在課余時間查漏補缺，將整改內(nèi)容寫入實驗報告。這種利用視頻多媒體反復(fù)強化及培訓(xùn)的方式，既是對基礎(chǔ)技能及實驗規(guī)范的重視，又可以節(jié)省課時，安排更多的綜合性、設(shè)計性實驗，在追求學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的同時，通過實踐提升實驗?zāi)芰Α?/p>

五、構(gòu)建合理的課程評價方法和制度

“有機化學(xué)實驗”課程的傳統(tǒng)考核方式是參照學(xué)生的實驗預(yù)習(xí)、實驗報告及實驗操作考試情況對學(xué)生進(jìn)行評價。這種評價方法對學(xué)生的設(shè)計能力和創(chuàng)新能力考核評價不足，尤其缺少學(xué)習(xí)態(tài)度、材料搜集能力、小組合作等非智力因素考查指標(biāo)，忽視了學(xué)生的個體性差異，缺乏教學(xué)的過程性評價［6］。這種傳統(tǒng)陳舊的評價體系嚴(yán)重束縛了教師和學(xué)生的積極性，不符合課程建設(shè)和專業(yè)培養(yǎng)的目標(biāo)。在我校有機實驗成績評定改革過程中，我們嘗試構(gòu)建了一套較合理的評價體系（見表1）。評價指標(biāo)包括學(xué)生的四大能力要素，分別為：實驗理論水平（30%）、實驗操作與安全規(guī)范（20%）、實驗態(tài)度及協(xié)作配合（30%）、實驗創(chuàng)新及設(shè)計能力（20%）。此外，每個能力要素具體細(xì)化了多個指標(biāo)內(nèi)容及相關(guān)權(quán)重，突出考查學(xué)生的實驗創(chuàng)新及設(shè)計能力。這套教學(xué)評價指標(biāo)重在考查學(xué)生對實驗原理、重點及難點、實驗步驟及實驗注意事項等因素的理解和運用程度，貫穿整個實驗教學(xué)過程，整合了“教”與“學(xué)”的主觀能動性，相關(guān)權(quán)重既突出了教師的評價主體地位，也體現(xiàn)了學(xué)生的個體性差異，對學(xué)生的綜合素質(zhì)能力提出了更高的要求，有利于培養(yǎng)創(chuàng)新人才的獨立思考能力和科學(xué)精神。

結(jié)語

“有機化學(xué)實驗”教學(xué)是化學(xué)及相關(guān)專業(yè)實施創(chuàng)新教育的重要基地，是對學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的重要教學(xué)環(huán)節(jié)。上述“有機化學(xué)實驗”課程體系的改革探索效果明顯，有助于全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)，促使部分學(xué)生在大學(xué)生實驗技能大賽和創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目中取得了優(yōu)異成績，且為學(xué)有余力的學(xué)生提前進(jìn)入科研實驗室打下了良好的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

［1］熊非，洪丹鳳，常海洲，等.有機化學(xué)實驗課程教學(xué)改革的探索與實踐［J］.實驗室研究與探索，2018，37（8）：188-190．

［2］張小林，周美華，李茂康.綜合性、設(shè)計性實驗教學(xué)改革探索與實踐［J］.實驗技術(shù)與管理，2007（7）：94-96．

［3］鄭春滿，韓喻，謝凱.有機化學(xué)實驗教學(xué)改革與學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的研究［J］.高等教育研究學(xué)報，2011，34（1）：98-100．

［4］鄭小琦，查正根，汪志勇.研究型大學(xué)有機化學(xué)實驗教學(xué)體系改革與創(chuàng)新［J］.大學(xué)化學(xué)，2010，25（6）：12-16．

［5］王立升，周永紅，胡昕煒，等.托卡朋的合成［J］.沈陽藥科大學(xué)學(xué)報，2000（5）：331-370．

［6］程國平.有機化學(xué)實驗課程評價體系構(gòu)建的探索與實踐：以平頂山學(xué)院有機化學(xué)實驗教學(xué)為例［J］.廣東化工，2020，47（17）：188-189+199.

Reform and Exploration of the Course System of “Organic Chemistry Experiments”

ZAHNG Jin-xiang， LIN Hui-hong， LI Jin-yan

（School of Chemistry and Environmental Engineering， Hanshan Normal University， Chaozhou， Guangdong 521041， China）

Abstract： Organic Chemistry Experiment is an important component of organic chemistry teaching. Based on the teaching practice of Hanshan Normal University， this paper proposes to take “integrity and design” as orientation， emphasizing the integration of basic skills training， experimental safety， and large-scale instrument characterization teaching into comprehensive synthesis experiments and design literature experiments， and designing assessment approach with reasonable weights to evaluate students general abilities; emphasizing the integration of foundational and innovative organic chemistry experiments， exploring the relationship between teaching and scientific research practice， to provide a reference for the establishment of a new teaching model of “organic chemistry experiment” centered on cultivating the comprehensive quality and innovative ability of college students.

Key words： designed experiment; comprehensive experiment; organic chemistry experiment teaching; curriculum system reform