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1合理設置,實現教學內容循序漸進
根據不同專業的培養目標以及教學對象的特點,我們在實驗教學內容上進行了精心的選擇和安排,教學課程內容注重培養學生的基本實驗技能。基本實驗操作訓練部分占總學時數約30%,綜合性實驗占40%,研究性實驗占20%,設計性實驗內容占10%。充分考慮基本實驗方法和技術出現的順序及頻率,重要的實驗操作至少要訓練兩次以上,幫助學生靈活運用這些實驗基本功打好基礎。為此前期我們安排熔點和沸點測定、常壓蒸餾、水蒸氣蒸餾、折光率測定、旋光度測定、重結晶等實驗,盡可能對各種基礎操作進行訓練。運用前期所學的實驗方法和操作技術,對物質進行合成,然后對產品進行鑒定及含量分析,對學生實驗技能的綜合訓練做到由淺到深、由簡到繁、循序漸進。
2開設多步驟合成實驗培養學生綜合能力
在有機實驗教學安排上,一般是學生先做一些基本實驗。掌握了一些基本實驗方法、實驗技術,經綜合性實驗的訓練。進行設計實驗實踐。因此,在學生掌握了一些最基本的操作技術,完成了一定數量的有代表性的、典型的、重要的有機反應類型的制備實驗之后。盡可能將單個的合成實驗變成多步驟的合成實驗,用前一步反應所得的產品,作為后一步反應的原料,即多步驟有機合成。比如可以設計合成1-溴-2甲基-3硝基苯。該系列實驗涉及到的基本操作有滴液漏斗的使用、回流、蒸餾、萃取分離、重結晶、抽濾、熔點的測定、脫色等。涉及到的反應有苯的鹵化、烷基化、硝化、磺化及去磺化等諸多反應。在這個實驗中,學生能獲得較多的信息,較深刻的理解到欲給甲苯的鄰位引入硝基或鹵素,首先要利用磺酰基對位進行占位反應,從而避免對位產物的生成。由于是系列實驗,每一步產品的產率及純度都關系到下一步實驗能否進行,學生必須仔細認真地對待每一步反應和每一步操作。通過這些操作既加強了基本實驗技能的訓練,又加強了理論與實際的聯系,并且前一反應的產物要用來作為后一反應的原料,因此對中間產物的質和量提出了較高的要求,杜絕了部分學生的弄虛作假。培養了學生實事求是的科學態度。
3滲透綠色化學理念,引入現代有機化學實驗技術與方法
(1)我們在實驗教學過程中有意識地向學生滲透環保意識,使學生充分認識到保護環境必須要“從自我做起”,從而養成良好的實驗行為習慣,在實驗中所產生的廢液必須分類回收,如果可能盡量做到循環利用,盡可能做到“三廢”對環境的零排放。(2)對某些有毒反應,尋找無毒替代物。如間二硝基苯的制備實驗,所用的原料硝基苯及產物間二硝基苯均為劇毒致癌化學物質,我們選用毒性較小甲基橙制備實驗取代間二硝基苯的制備實驗。而甲基橙為實驗室常用酸堿指示劑,可以大大增加了學生對甲基橙合成的興趣。(3)充分利用學生的產品,將該反應產品作為另一反應的原料,實現無廢物排放。如上面實驗合成的甲基橙,甲基橙可以作為光催化降解的模型化合物,甲基橙可以被分解為無毒的小分子。
4選擇聯系學生專業的實驗內容
基于我校化學、材料及生物類專業畢業后大部分將從事與化學、材料及生物制藥有關的工作,教學上有意為學生將來的發展做好知識方面的儲備。在實驗教學中,我們在教學內容上根據專業的不同,選擇了一些與專業聯系緊密的實驗內容,如:針對高分子材料專業及金屬材料專業我們選擇雙酚A(BPA)的制備實驗作為教學內容,雙酚A是一種用途很廣泛的化工原料。它是雙酚A型環氧樹脂及聚碳酸酯等化工產品的合成原料。雙酚A主要是通過苯酚和丙酮的縮合反應來制備,一般用鹽酸、硫酸等質子酸作為催化劑。由于高分子專業及金屬材料專業在后續課程中會講到環氧樹脂及環氧樹脂涂料的制備。前期的實驗會讓學生對環氧樹脂有更深的認識。另外我們也適當增加了精細有機合成,天然有機物提取等實驗內容如針對應用化學專業開設具有解熱、鎮痛和消炎作用阿司匹林的制備實驗。對生物工程專業學生開設茶葉中提取可作為中樞神經興奮藥的“咖啡因“等。這些實驗既激發了學生學習有機化學的興趣,又培養了學生將實驗成果及時轉化為經濟效益的意識。
5建立開放型實驗室,培養學生的創新能力
創新教育應當融入所有教學環節,讓學生多接觸需要發現、分析和解決的問題,進行思維訓練和實踐鍛煉。首先,加強開放性實驗項目的設置與管理。開放性實驗項目目前已成為應用化學專業培養方案的一個有機組成部分。而且有的項目還根據低年級與高年級學生知識水平和實驗動手能力的差異,因材施教,把科學研究訓練、科研實踐訓練分成要求不同的兩個層次,使低年級學生盡早接受研究氣氛的熏陶;高年級學生的訓練選題則盡量與教師的科研課題結合,條件具備的還與其畢業論文工作相銜接,使他們得到系統和全面的鍛煉,以期獲得更好的效果。在開放性實驗方面,我們針對基礎較扎實,求知欲較強,對化學有濃厚興趣的學生開展“大學生創新與實踐活動”。其形式將學院論證、設立由教師或學生建議的具有科研或開發背景的課題與項目,然后由學生自行組合的小組(3~5人)在教師的指導下完成研究工作,提交研究論文或研究報告。通過這種活動進一步提高學生的實踐能力和綜合素養,了解科學研究方法,鼓勵他們積極參與各項競爭,展示自己的才華。其次,繼續組織學生積極參加省內外的各類競賽,如課程競賽、化學實驗競賽等。以江蘇省化學化工實驗競賽為例,參賽以小組為單位進行,要求參賽者針對一個綜合的化學問題,設計出制備、分離、分析等詳細步驟,包括提出所需藥品及儀器設備的要求,完成論文式報告,并進行答辯。這種競賽方式可以綜合考察學生的分析解決問題的創造力、實驗動手能力、數據處理能力、科研論文撰寫能力及口頭表達能力。通過這種競賽可以總體考察學生在化學學習與實踐中的能力和團隊合作精神;檢驗化學教學的狀況。
6改革實驗考核體系,實現客觀全面評價
考核是實驗課的重要組成部分,是對學生掌握知識水平的操作技能情況的綜合客觀評價。(1)考前開放實驗室,給學生創造良好的復習條件。考前將整個學期的實驗儀器都擺出來,學生可以來實驗室進行復習,并有教師輔導。(2)正確擬定考核題目,制定統一評分標準。命題原則是以大綱為依據,注意不偏離所學的基本內容,又要考核學生靈活運用所學過知識和技能;既要反應基本要求,又要有綜合試題,使考試真正能夠起到對學生全面檢查,并利于提高學生分析問題和解決問題的能力。(3)以組為單位,現場觀摩,單兵考核。每班學生分成四組,每組7~8人,以小組為單位分批進入實驗室現場考核。按序抽簽,單兵考核,其他學生現場觀摩。現場抽簽,使學生無法猜題,這就促使學生必須對本學期所學的內容進行全面的復習,考前開放實驗室,學生積極參加,扭轉學生死記硬背應付考試的被動局面。現場觀摩受益面大,效果好。每個學生雖然只抽一個考題,但要觀摩6~7個學生的考試,觀摩別人可以發現自己的問題。(4)評定總結。小組考核完畢后,學生進行評定總結,由于考核情況相互了解,學生發言積極,氣氛活躍,最好老師補充總結。小組講評,既肯定成績,又指出存在的問題,激發了學生的進取精神,活躍了學習氛圍。教學實踐證明,改革實驗考核方法,嚴格實驗教學管理,不但使學生對實驗課的重視程度加強,也使學生的操作技能得到進一步加強。
7總結
總之,教學改革作為一項長期而艱巨的工作,需要不斷地探索和實踐。作者認為要提高有機化學實驗的教學效果,關鍵在于細節和落實。教師需要花大量時間在教學上,加強實驗教學環節設計精度,與學生實現互動,調動學生的學習興趣,因材施教,切實提高有機化學實驗教學效果,使學生完全適合現代教育對實驗教學的要求,成長為具有創新意識和創新能力的優秀人才。
作者:陳立莊 汪芳明 單位:江蘇科技大學 環境與化學工程學院