有機化學實驗教學改革與探索
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摘要：作為化學及其相關學科學生的一門重要的基礎實驗課，有機化學實驗對學生學習、理解、掌握有機化學知識，培養(yǎng)學生實驗操作技能以及提高學生理論聯(lián)系實驗的能力都起著重要作用.但是傳統(tǒng)的有機化學實驗教學存在著一些問題如內(nèi)容固定，教法單一，學生的主體作用沒有體現(xiàn)等，教學效果欠佳.本文從優(yōu)選實驗內(nèi)容，改革教學方法，注重學生為主體，以及建設綠色有機化學實驗室等方面進行了改革與探索，充分調(diào)動了學生的學習積極性，有效地提高了有機化學實驗教學質(zhì)量和學生的綜合素質(zhì).
關鍵詞:有機化學實驗；實驗教學；教學改革
1引言
有機化學實驗是一門重要的基礎實驗課，是化學及其相關學科學生的主干課程之一.有機化學實驗作為有機化學理論課的有效輔助和補充，不但能夠幫助學生更好地理解理論內(nèi)容，而且能夠有效地訓練學生的基本操作，掌握有機化合物的分離、合成、純化和鑒別的方法.另一方面，有機化學實驗課是實踐性的課程，對培養(yǎng)學生的動手能力、觀察能力、理論聯(lián)系實踐、分析與解決問題的能力及創(chuàng)新思維能力等方面的起著不可替代的作用[1].但是，目前高校化學實驗課存在不足，如教學內(nèi)容固定、單一，教學方法比較呆板，教師在教學過程中“照本宣科”，學生在實驗中“照方抓藥”，應付差事，很少動腦筋去思考問題，更不能發(fā)現(xiàn)問題.因此，如何全面提高有機化學實驗教學質(zhì)量，以及在實驗教學中如何發(fā)揮教師的導向作用及學生的主體作用，更好地提高學生的綜合素質(zhì)是我們化學實驗教師面臨的重要課題.本文從分析有機化學實驗教學過程中存在的弊端出發(fā)，針對有機化學實驗教學中的問題提出了幾點改革嘗試.
2有機化學實驗教學存在的弊端
2.1實驗內(nèi)容設置不合理
傳統(tǒng)有機化學實驗教學的目的是要求學生掌握基本的實驗操作，掌握鑒定和合成基礎有機化合物的方法.因此，實驗基本操作，簡單有機化合物性質(zhì)的檢驗以及基礎有機化合物的制備構(gòu)成了高校有機化學實驗的大部分內(nèi)容，基本操作和單個化合物的合成成為實驗課程安排的重點，這些實驗在方法和結(jié)果上是一定的，從而導致學生的實驗預習流于形式，難以激發(fā)學生的實驗興趣.在實驗過程中，學生在方法上按部就班地操作，在結(jié)果強調(diào)與教材一致，而重要的實驗現(xiàn)象觀察和分析被忽略了.這樣，實驗課教學的結(jié)果是學生機械地記住實驗步驟和實驗結(jié)果，而學生理論聯(lián)系實踐能力和分析以及解決問題能力的并不沒有得到煅煉和提高.
2.2實驗教學方法單一，教學效果欠佳
一直以來，許多師生認為有機化學實驗課是有機理論課的附屬品，對實驗課重視不夠.在學生開始做實驗之前，教師通常會將要做的實驗講解一遍，這種以教師為主體講授的授課方式成為了有機實驗課的教學主要內(nèi)容，其中包括實驗裝置的搭建，藥品的用量，實驗步驟以及注意事項等.學生在實驗的過程中，只要依據(jù)教學參考書的步驟“照方抓藥”，完成實驗就可以了.這種單一的教學方法把有機化學實驗變成了對教學參考書和教師講解的驗證過程，忽略了學生的學習主動性，抑制了學生的思維能力和創(chuàng)新能力，影響了教學效果[2].
2.3環(huán)保意識不足，污染情況不容忽視
目前有機化學實驗內(nèi)容多，覆蓋面廣，因而所產(chǎn)生的污染物范圍廣，品種多，組成變化大.由于污染物具有這樣的特點，排放后集中處理起來變得困難.當前，在化學實驗室中，每天都有許多學生在做實驗,實驗過程中不可避免的會產(chǎn)生“三廢”（廢液、廢氣和廢渣），而這些沒有經(jīng)過無害化處理的廢物通常都直接排放到環(huán)境，長期累積，嚴重污染環(huán)境[3].因此，有機化學實驗中污染物的毒害性和對環(huán)境的污染不容忽視.
3有機化學實驗教學改革探索
3.1合理優(yōu)化和設置實驗教學內(nèi)容
實驗教學內(nèi)容的質(zhì)量關系到學生對該課程的興趣和學習的動力.有機化學實驗的內(nèi)容較多，為了提高教學質(zhì)量，需要做到以下幾點：
3.1.1選擇有代表性的實驗內(nèi)容
有機化學實驗的教學目的是通過有機實驗訓練學生的基本實驗技術和技能，使學生掌握重要化合物的合成、分離、純化和鑒定，.因此，首先要在強化基本操作訓練上下功夫.基本操作是化學實驗的基礎和重點，對學生掌握化合物的合成、分離、鑒定和實驗技能的提高都起著重要作用，同時有助于學生形成良好的實驗習慣和扎實的實驗技能.在我們的教學中，蒸餾、回流、重結(jié)晶和色譜法等操作實驗是我們精選的內(nèi)容.實驗開始前，詳細地介紹了各個操作的要求及要點：包括了解實驗儀器的性能、使用步驟和維護的方法，要求學生掌握實驗儀器的使用方法，安裝操作順序，適合使用的實驗內(nèi)容以及注意事項等.為了加深學生對實驗操作的印象，在實驗過程中要求學生多次動手練習.通過這些實驗可以進一步地提高學生的基本操作能力，促使他們較快地適應科學研究工作.乙酸乙酯的合成、溴乙烷的制備等典型合成實驗的選擇使學生在驗證和鞏固理論知識的同時，強化了實驗操作.
3.1.2開設自主設計型實驗，提高學生的綜合實驗能力
如何在有限的課時內(nèi)使學生的實驗能力得到提高？過去，實驗所需的儀器，藥品均有實驗員準備好，學生做實驗按部就班，只需將試劑按照教材步驟滴加即可.學生只是機械地操作，毫無主動性可言，離開教材，就無法下手.因此，有必要對有機化學實驗內(nèi)容進行調(diào)整，以建立起從接受型到培養(yǎng)綜合型的教學體系.在實驗教學改革中開設綜合實驗可以拓寬有機實驗的內(nèi)容，增強學生的綜合實驗素質(zhì)，如開設一些自主設計型實驗.所謂的自主設計實驗是教師安排一個實驗課題給學生，學生拿到課題以后，根據(jù)已掌握的相關知識，結(jié)合文獻資料，設計出實驗路線，然后與教師討論其可行性，經(jīng)過可行性分析以后，合理的實驗方案交給學生實施的一種新型實驗課開課方式.自主設計實驗能夠有效地提高學生的創(chuàng)新和實踐能力.在選題時，教師可以參考較早開設設計實驗的綜合型大學所選的課題.然后教研室集體討論，要求所選題目難度適中，能夠鍛煉學生的解決問題和動手能力.例如，我們開設了己二酸和肉桂酸制備的自主設計實驗，有效地提高了學生的學習興趣和綜合能力.在實驗課之前，提出實驗題目和實驗目的，學生查閱資料，寫出實驗原理，制定實驗方案，然后討論實施.在實施的過程中，許多同學根據(jù)自己設計的路線很好地把握試劑配比及實驗裝置的選擇，順利完成了實驗，個別失敗的同學也找到了失敗的原因，吸取了教訓.實驗結(jié)束后，通過同學們廣泛的探討，他們明白了自己設計的路線的優(yōu)缺點.自主設計型實驗的開設，考查了學生理論與實踐相結(jié)合的能力，鍛煉了他們的動手能力以及獨立思考、設計和完成實驗能力，培養(yǎng)了他們分析問題和解決問題的綜合素質(zhì).
3.2改革有機化學實驗教學方法，注重學生為主體
在傳統(tǒng)的實驗教學中，作為“主演”的教師負責講解實驗內(nèi)容包括實驗目的、實驗原理、操作要點和注意事項等.作為“聽眾”的學生聽完后按照要求和固定的程序進行實驗.因此學生在預習的時候缺少壓力和積極性，預習常常流于形式.這樣限制了學生自由發(fā)展和自我思考的空間，影響了學生創(chuàng)造性思維的發(fā)揮，不利于學生實驗能力和科學創(chuàng)造力的培養(yǎng).因而要更新實驗教學觀念，改變教學方法.首先，教師應轉(zhuǎn)變角色，由“主演”變成“導演”，這樣教師不僅要掌握和講述與實驗有關的理論知識，還要熟練把握實驗進度以及了解實驗過程中可能出現(xiàn)的問題，做到“胸有成竹”.同時，教師課堂授課關系到能否激發(fā)學生的學習興趣，一個優(yōu)秀的教師能把枯燥無味的課堂內(nèi)容講的生動形象.這就要求教師應善于把握實驗教材與大綱，努力創(chuàng)造積極的問題情境.鼓勵學生去思考、探索，發(fā)現(xiàn)問題，大膽尋求解決問題的方法與途徑，力求解決問題的新穎性和高效性.在指導實驗過程中，教師要認真負責、注意觀察學生實驗進度，提醒學生實驗中要注意的問題，及時發(fā)現(xiàn)問題，及時解決，嚴格把好質(zhì)量關.學生應由“聽眾”變成“主角”.作為“主角”學生首先要練好基本操作這一“基本功”.為此，我們制定了詳細的實驗教學計劃，上課前，要求學生認真預習實驗內(nèi)容包括實驗原理、步驟、注意事項等，通過詳細的預習寫出具體的實驗預習報告.上課時，要求一位同學為大家講解和演示，通過這種方式可以有效地扭轉(zhuǎn)他們被動的接受知識的局面，轉(zhuǎn)變成主動發(fā)現(xiàn)知識.學生成為教學活動中的“主角”，有助于調(diào)動學生的主動性和積極性，有利活躍課堂氛圍.當然學生還不具備流暢講解的能力，同時對實驗內(nèi)容也不可能把握地十分準確，示范時難免會出現(xiàn)錯誤，這時教師要發(fā)揮其“導演”的作用，及時糾正和指導，共同完成教學內(nèi)容.
3.3引導學生樹立綠色化學理念，積極創(chuàng)建綠色化學實驗室
上世紀90年代出現(xiàn)的綠色化學，就是為了從源頭上防止和治理環(huán)境污染，其核心是利用化學技術和方法，在化學過程中采用無毒無害的原料或可再生資源，通過控制反應條件使化學品在生產(chǎn)過程中實現(xiàn)廢物的零排放，同時產(chǎn)品對人體的健康沒有危害，對環(huán)境不產(chǎn)生污染[4].目前，除了工業(yè)生產(chǎn)引起的環(huán)境污染以外，高校化學實驗室所引起的環(huán)境污染也不容忽視.如何減少有機化學實驗污染以及對實驗污染的防治研究正逐漸被各個高校所重視.近年來，我們以綠色化學為指導思想，精選實驗內(nèi)容、改進實驗條件，為創(chuàng)建綠色化有機學實驗室進行了積極的探索.首先，引導學生樹立綠色化學的理念.在培養(yǎng)學生各項實驗技能，完成實驗教學內(nèi)容的同時，還要對學生進行綠色化學和環(huán)境保護教育.將“綠色化學”、“綠色技術”、“化學原子經(jīng)濟性”以及“可持續(xù)發(fā)展”等理念貫穿于整個化學實驗，例如，要求同學們在化學品使用過程中遵從5“R”原則(rejection拒用、reduce減量、recycling回收、reuse重復使用、regeneration再生)，避免實驗中藥品的浪費和污染問題.通過對學生實施綠色化的教育，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生嚴肅認真的科學態(tài)度和環(huán)境保護的責任心，同時能夠通過相關理論和方法去解決化學實驗中的污染問題，提高學生環(huán)境保護的能力和素質(zhì).其次，選擇“綠色化”的實驗內(nèi)容.有機實驗課程與理論課密切相關，有機實驗課程在訓練學生操作能力的同時，能夠?qū)ο嚓P理論進行驗證和應用.但是，在教學實踐中，應盡量選擇無毒或低毒，后處理容易的，對環(huán)境影響小，操作簡便，并且能夠?qū)崿F(xiàn)同一個目的實驗.淘汰或改進毒性大、危險性大、對環(huán)境污染嚴重、以及“三廢”后處理困難的實驗項目.我們在有機實驗教學中，通過選用無毒、低毒的實驗藥品和試劑來實現(xiàn)有機實驗的綠色化.如重結(jié)晶實驗使用水作為溶劑，用“肉桂酸”的合成代替“喹啉”的制備，減少了有毒、致癌試劑“硝基苯”、“苯胺”等藥品的使用.在經(jīng)典實驗苯乙酮的制備中，我們用生理毒性比苯小得多的甲苯為原料，改為制備對甲基苯乙酮等.綠色化的實驗內(nèi)容達到了同樣實驗目標，同時降低了有毒試劑對身體的傷害和對環(huán)境的污染.再次，實現(xiàn)化學實驗的微型化.作為20年發(fā)展起來的一種化學實驗新技術、新方法—微型化學實驗[5]是在微型化的儀器中進行實驗.由于實驗儀器小，所使用化學試劑微量即可，反應時間也大大縮短，然而實驗現(xiàn)象卻不受影響，可以明顯觀察實驗結(jié)果，同時操作方便安全，所產(chǎn)生的廢物比傳統(tǒng)的方法要少的多，減輕了對環(huán)境的污染.因此，微型化學實驗對化學實驗的“綠色化”提供了一條有效途徑.比如，乙酸乙酯、甲基橙和乙酰苯胺的制備等微型化實驗，達到了相同的教學目的，取得了較滿意的教學結(jié)果，同時降低了水、電能源的損耗.微型化學實驗并不是常規(guī)實驗方法的簡單縮小，而是利用微型化實驗儀器對實驗內(nèi)容進行創(chuàng)新的再現(xiàn).它有利于培養(yǎng)學生的學習興趣和動手能力，有利于增強學生的環(huán)保意識，提高有機化學實驗教學質(zhì)量，同時取得良好的環(huán)境效應.最后，科學合理的處理“三廢”[6].在有機化學實驗室里，應設立廢酸槽和廢堿槽，一段時間后，將其進行中和達到規(guī)定的PH為6-9后排放.在實驗的教學中，教師要強調(diào)學生環(huán)境保護的重要性，同時言傳身教，從自身做起，積極營造一個干凈、環(huán)保的綠色化學實驗室.督促學生遵守實驗室規(guī)則，禁止亂扔、亂倒行為，減少有害物質(zhì)的任意揮發(fā).同時，設立相應的廢液槽，不同的廢液須倒入指定容器內(nèi)，并按照相關的方法進行妥善處理，能夠再利用的要進行回收.有害廢液、廢渣特別是有毒藥品如氰化物、重鉻酸鉀、鉛鹽、砷、汞的化合物等不得直接倒入水池，火柴梗、廢紙屑應投入廢紙簍中.通過對“廢棄物”的治理，不僅解決了實驗室中廢物的污染問題，而且使學生親自參與到環(huán)境保護的活動中，切身體會到環(huán)境保護的重要性，培養(yǎng)學生的環(huán)保責任感，增強了綠色化學和環(huán)境保護的理念，使同學們真正關心和重視綠色有機化學實驗室的建設.
4結(jié)語
綜上所述，通過優(yōu)化實驗內(nèi)容和增加選題的自主性和開放性對有機化學實驗教學改革進行了幾點嘗試.發(fā)揮了學生的主體作用，增加了學生更多展現(xiàn)自己能力的機會，增強了學生節(jié)能、減排的的環(huán)保意識.使學生的知識結(jié)構(gòu)得到了充實和完善，學生的實驗動手、思考能力和應用能力得到鍛煉和培養(yǎng).然而，有機化學實驗教學改革是個持續(xù)的過程，只有不斷地適應變化、發(fā)展的新形勢，及時精選和更新實驗內(nèi)容，重視和加強現(xiàn)代化的教學技術和方法在有機化學實驗教學中的應用，才能達到有機化學實驗教學改革的新高度.
參考文獻：
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作者：苗濤 單位：淮北師范大學 化學與材料科學學院
