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關鍵詞:有機化學;教學模式;教學效果
課堂教學是學校最基礎、最核心的教學工作,是培養人才過程中的重要環節。課堂教學是實現人才培養目標的途徑之一,教學質量直接影響著人才培養質量的核心因素。有機化學作為應用化學專業的一門重要基礎課,通過學習有機化學的基本概念和理論,有機化合物的結構及性質,有機化合物的合成及相互之間的轉化[1],可以培養學生正確選擇有機化合物的合成、分離提純,及時掌握現代有機合成分離鑒定的手段以及提高分析問題、解決問題的能力。但有機化學內容繁雜,加上一些理論較為抽象,不少學生反映有機化學比較難學。目前我國處于進一步深化教育改革、提高教育質量的階段,在課堂教學中如何真正做到以學生為主體、以教師為主導,在傳授基本理論知識和技能的同時,培養學生的創新意識和能力,提高教學質量,是近幾年河南工業大學有機化學教學團隊一直在探討的重要課題。團隊根據多年來有機化學課程的教學經驗,結合河南工業大學應用化學專業的特點和學生的實際水平,對有機化學課堂教學進行了深入研究和探討。
一、根據專業培養目標,進行明確的定位
同一課程在不同的大學以及不同的辦學層次應該有不同的培養目標,其教學內容、學時和教學方法等也應有不同的定位[2]。河南工業大學應用化學專業是介于化學和化學工程與工藝之間的專業,培養理工結合,以工為主的應用型人才。諾貝爾獎獲得者李遠哲教授說過:“應用科學的研究要想真正解決工業上一些比較重要的科學問題,必須要有非常良好的基礎訓練”,因而應用化學專業培養的人才必須有堅實的理論知識和解決實際問題的能力。根據應用化學專業人才培養目標,結合現在的學生具有多元化價值觀的實際情況,在有機化學教學目的和要求上進行了改變。
這就要求基礎課教師在教學過程中不僅要傳授相關的基礎知識,將該課程及其所在學科的最核心內容展示出來,更要注意傳授基本的思想方法,注意培養學生用科學的思想方法去分析、認識、歸納、總結知識的能力,讓學生切實感受到有機化學課程及學科的魅力及精華所在。為了達到這一目的,我們必須將授課內容與專業培養目標聯系起來。同時,隨著近些年招生人數的增加,學生基礎參差不齊,但學生都是可以培養造就的。因而教學中要注意到學生的個體差異,通過分層教學、能力分組、抓兩頭帶中間等教學組織形式,既能適應個別差異又有較高效率實現最優發展、面向全體,以達到良好的教學效果。
二、構建學生為主體,教師重引導的教學模式
現代教學理論認為,教師在教學活動中應是組織者、引導者;學生是學習的真正主人,教學的成敗往往取決于學生參與學習的主動性[3]。有機化學教學的根本目的是在傳授有機化學基本知識的同時,不斷提高和培養學生的專業素質。要想達到這一目的,就要用學生自學為主,教師講授重點、難點為輔的教學模式,而不再是以教師講授為主的傳統教學模式。在教學中教師應是教學活動中的編導,要創設各種情景和條件,引發學生的主動性和創造性,引導學生自學,善于提出問題讓學生思考;同時要尊重學生,信任和鼓勵學生,培養學生的問題意識。如教師可以選取新反應較少的取代酸、雜環等章節,鼓勵學生充分利用圖書館等平臺查閱資料,在學生先自學總結的基礎上,要求學生寫出教案并指導其修改后,由學生作為教師進行講授,以充分調動學生的積極性和主動性,鼓勵學生主動獲取知識、應用知識解決問題。開展學生共同參與、分組討論的課堂教學活動,以培養學生的創新意識,提高教學效果。也可以提前指定內容讓學生在查閱文獻資料的基礎上,與其他同學進行討論,最后以講座或報告的方式進行匯報交流。這種以學生討論為主的學習方式,不但有利于學生對有機化學課程所學知識的理解,也能加深對化學發展及有機化學對人類生產生活的重要性的認識,有利于提高學生的科學素養,激發學生的社會責任感,培養學生的團隊精神。通過課堂教學和自主學習的合理分配,讓學生積極主動參與,教師還可以根據學生反饋的信息及時調整自己的教學。這些成為學生自主獲取知識、提高學習效率、深化理解書本知識的手段,是提高教學效果非常有效的方法。
三、理解學科特點,引導學生掌握學習方法
有機化學作為一門獨立的學科,其研究對象為有機化合物,“結構決定性質,性質反映結構”[4]。在有機化學課程教學中,一是要教會學生根據有機化合物的結構理解、歸納有機化合物的性質與反應;會通過性質與反應確認有機化合物的結構。這就要求教師在教學過程中要善于由結構推導出性質,將化合物的性質反應與其結構特征緊密聯系起來。例如:通過分析醛酮中化學鍵的特征,可以理解其結構并歸納出其性質。醛酮的官能團是碳氧雙鍵即羰基,所以醛酮的性質主要由羰基決定。我們在講授同系列的化合物時,應注意找一種有代表性的化合物,著重講解它的結構以及結構與性質之間的聯系后,再歸納出這類化合物的通性。同時,要求學生在學習有機化合物的性質時,不能拋開有機化合物的結構孤立地羅列、記憶性質與反應,而應該緊緊抓住主線:結構性質用途制法一系列物質,從而系統掌握有機化學的知識。二是要在課堂教學中注意引導學生學會運用“相似類比”的學習方法。“相似類比”是識記知識,掌握及應用有機化學知識的重要方法之一,可以幫助學生了解掌握各類有機化合物的相互聯系和彼此間的異同,不僅能提高學生對有機化學知識的科學性與系統性的認識,而且有助于理解和掌握有機化學的基本內容。例如:烯烴和醛酮的官能團分別為碳碳雙鍵和羰基,結構相似,二者都由一個σ鍵和一個π鍵構成,屬于不飽和化合物,因而醛酮像烯烴一樣易發生加成反應、α-H的反應;但碳碳雙鍵是非極性鍵,而醛酮的碳氧雙鍵中氧原子電負性大是極性鍵,因此烯烴碳碳雙鍵易發生離子型親電加成反應,而羰基上的加成反應是親核加成。同時,醛和酮的結構相似但也有區別,醛有一個氫原子直接與羰基碳相連,能發生氧化反應等,而酮通常情況下不發生此類反應。通過“相似類比”的方法,尤其是對于容易混記的有機化學知識能夠得到清晰認識,這樣既會增強記憶效果,又會掌握得比較準確。
四、合理運用新知識,提高學生學習興趣
在有機化學教學計劃的安排上,我們教學團隊結合學生的實際情況,選用教材上的內容作為參考,在教學中注意保持課程體系自身的科學性、邏輯性、系統性和完整性,并適當地引入和社會實際相關的知識成果來豐富教學內容。如,在有機化學中講到酯化反應和苯環上親電取代的烷基化反應時,傳統上分別用硫酸、路易斯酸等作為催化劑,但在實際工業生產中存在腐蝕設備、污染環境、后處理復雜等問題。現在新型的催化劑如固體雜多酸、活性生物酶等對環境友好且原子經濟化已被廣泛使用。還有根據諾貝爾化學獎獲得者Crutzen等在臭氧層空洞方面的最新研究成果來引入有關自由基、鏈反應和光化學反應中的一些知識等,不但激發了學生的學習興趣,還幫助學生理解學習有機化學的實際意義;與此同時,還可以結合溫室效應、蘇丹紅一號以及三聚氰胺等事例進行講解,這樣既培養了學生的環保意識和社會責任感,還提高了學生學習的積極性和興趣。
五、分析課程內容,選擇合適的教學手段
現在課堂教學方式不再是單一的以教師用粉筆寫板書的方式來進行,多媒體由于其生動、形象的教學效果得到了廣泛的應用。那么,如何把板書方式的傳統教學手段與多媒體的現代教學方式有機地結合起來,從而提高學生的學習興趣就顯得尤為重要。多媒體教學因其包含信息量大,為教學提供了圖形、聲音和語言等而表現出逼真動人的效果,從而使教學內容更加豐富多彩且富有吸引力;有機化學中的重點和難點如有機化合物的空間立體結構、有機化學反應歷程等內容,學生感到比較抽象,只用傳統的板書教學手段來講述,學生難以理解掌握,但用多媒體教學可以通過動畫放映等形式使微觀內容宏觀化,抽象內容形象化,從而更有利于學生理解掌握化學變化的本質。但多媒體信息量大,如果處理不好,反而不利于課堂上生師互動反而可能不如傳統教學。結合實際情況我們有機化學教學團隊開發了適合我校應用化學專業的有機化學課件。在教學中并不是每一節課都使用多媒體授課,而是從有機化學課程的實際出發,從學生的實際出發,注意將多媒體教學手段和傳統板書教學方式在課堂上有機地結合起來,充分發揮學生的主體地位、教師的主導地位,加強了學生對于重點難點知識的理解,從而有效地提高了有機化學的教學效果。此外,網絡課堂作為輔助教學手段也是傳統教學模式的有效補充,把好的教學課件和豐富的教學資源進行共享,不僅加強了教師之間的溝通和交流,也拉近了師生的距離;既鞏固了課堂所學知識,又培養了學生對新知識的關注和探討。
六、加強交流學習,提高教師的業務素質
“教學永遠是一門缺憾的藝術”。教師要通過多種途徑加強交流學習,不斷提升自身業務素質。一是不斷自我反思,提高自身素質。不斷對自己的教學進行自我觀察、自我調節和評價后提出問題,以促進教學能力的提高。學無止境,教無止境,教案要不斷修改,要經常調整。要從教學問題研究入手,通過自我反思,重點分析影響教學有效性的各種教學觀念,尋找解決問題的對策,以提高課堂教學效果。二是組織觀摩課,并進行交流。“他山之石,可以攻玉。”在觀摩課中,分析其他教師的課堂教學組織情況以及這樣組織教學的效果;將自己的課堂教學環節和教學效果與他人相比異同之處在哪,從他們的教學中受到什么啟發等。開放互動的研討能夠促進教師更有效地進行反思,促使把實踐經驗上升為理論。三是開展教研活動,發揮教學團隊作用。如進行集體備課,可以使教師共同交流教學經驗,也可邀請學校中富有經驗的老教師、優秀教師開展講座,并加強聽后的交流與切磋。加強交流,促進課堂教學的改革,把教研活動不斷引向深入。鼓勵大家參加校內外的各種研討活動,掌握新的教改信息,把握新的動態。此外,教師也要參與科研工作,不斷了解學科前沿和掌握新的學術成果,并運用到教學中,做到精益求精。
總之,“國家興盛,人才為本;人才培養,教育為本。”教師是實現學校教育目的的主要力量,如何提高應用化學專業有機化學教學質量是我們需要不斷研究的問題。在教學過程中,只有不斷提高自己,不斷改革創新,將教學內容與教學手段、教學方法有機地結合在一起,才能讓學生學會思考問題、分析問題的方式方法,,從有機化學角度解決問題的技巧,讓學生領略到有機化學這門學科的內涵,從而達到教學目標。
參考文獻:
[1] 游利琴,毛璞,夏萍.有機化學教學中的實踐與體會[J].廣東化工,2011,(10):178.
[2] 侯文華,陳靜.大學化學課堂教學中應注意的一些問題[J].大學化學,2009,(3):22-25.
【關鍵詞】有機化學;實驗教學;方法;探討
有機化學是化學科目的基礎教學內容,是化學工業各個方向的基礎性課程。而實驗教學更是有機化學課程的重中之重。有機化學實驗教學可以有效的提升學生的化學實驗技能,培養學生主動探究,勤于動手的態度,加強理論知識與實踐應用的能力,對于培養學生的化學學科綜合素養有著十分重要的意義。有機化學實驗教學需要根據有機化學課程內容,結合各教學方法的優劣之處綜合運用,保證教學效果,確保教學安全。
一、有機化學實驗教學內容及特征
有機化學是一門應用型較廣的,與諸多學科相關聯,具有基礎性質的課程。與化工,生物,制藥、農學、環境等諸學科有著緊密的聯系。有機化學的教學內容主要包括有機物的結構、性質、反應機理、分離鑒定等基礎知識,學生需要掌握較為常見的有機反應、有機物的合成、分離,鑒定法等。而有機化學實驗教學則是有機化學教學中至關重要、不可分割的一部分。有機化學實驗教學方法重點培養學生對化合物的合成、分離和鑒定的能力;分析問題、解決問題的思維和能力以及嚴謹細致、實事求是的科學態度。在實驗操作的基礎上培養學生對實驗結果的認識、總結能力,以及撰寫試驗報告的能力。近年來, 隨著新反應、新技術和新合成方法的不斷涌現, 交叉學科, 邊緣學科的創建, 教學儀器, 教學設備的不斷完善, 以及現代分析技術在有機化學領域中的廣泛應用, 有機化學實驗課教學內容已經發生了很大變化[1]。如何選用合適的教學方法,靈活的運用各種教學思想,教學手段為課堂教學服務,成為一線教學老師需要考慮的問題。
二、有機化學實驗教學方法探討
根據上述對有機化學實驗課程的敘述和探討,結合目前一線教師對各種教學方法的綜合運用情況,筆者總結出以下幾種使用頻率較高,教學效果較好的有機化學實驗教學方法:
一)探究式教學法
探究式教學法主要以學生為參與主體,以問題為中心,教師引導學生自覺、主動的學習、探索知識;學生在教師的指導、輔助下自覺的進行知識學習和探索的教學方法[2]。探究式教學法的一般途徑是創設情境,設置疑問――通過有針對性的問題強化問題意識――實驗探究,培養創新思維――以角色體驗增強師生互動――細化內容,調動學生討論――理論聯系實際――布置作業,完成課堂內容升華。可以看出,這種探究式教學法通過一個情景,不斷的引出新問題,新思維,并在學生的討論中完成問題的解決和知識的建構,最終通過一定的任務完成對本節課內容的升華和總結。
案例: C2H6O的可能結構式
教師情境創設:我們知道C2H6O中的氧原子如果舍去,就是常見的乙烷。現在我們在乙烷分子中添加了一個O,那么新的結構會是什么樣的呢?
實驗探究: 學生用相關器材搭建模型
學生討論: 根據每一組學生搭建成的不同分子結構,探討這些結構都有哪些異同之處。如(CH3CH2OH和CH3OCH3)
二)模塊式教學法
“模塊化教學法”是建構主義學習理論的表現和完善。根據該理論,為了有效地完成知識的建構過程,學生必須由外部刺激的被動接受者和知識的灌輸對象轉變為信息加工的主體、知識意義的主動建構者;使學生在課堂中實踐,在實驗項目開發中掌握所學課程的知識點,并能實現知識遷移和能力提高[3]。針對有機化學實驗課教學的處理,我們可以將有機化學實驗教學分為基本實驗、化合物性質及其鑒別、化合物合成與制備三個模塊。每個模塊中包含其對應的教學內容,教學手段,這樣就形成了一個個獨立而又相互聯系的教學實體,每個實體內部是一個獨立的,健全的體系,同時每個體系之間也構成了整個有機化學實驗的大體系。在模塊化處理后,實驗內容、實驗方法和實驗手段也都需要進行微調以保證模塊化教學特點的突出。
教學內容:實驗基本操作(70%乙醇重結晶萘和水重結晶苯甲酸+兩種不同的方法重結晶苯甲酸)
實驗方法:重點突出學生上臺示范環節
實驗手段:可以適當運用多媒體影像呈現分子結構、儀器、實驗過程等內容
三)問題教學法
問題教學法,顧名思義,是以問題為中心,根據教學內容在各個環節設置一定的問題,讓學生在問題情境中完成對教學內容的把握。所以,問題教學法的核心在問題,教師需要根據教學目標,教學重難點去設計每個環節的核心問題,以問題作為帶動學生思維的動力。問題教學法一般包括以下幾個步驟:多方面,多層次提出問題――以問題為和核心用實驗、實踐、討論方法去探究――對所有問題逐一解決和完善,并做好總結。這三個環節環環相扣,且有一定的順序,按照流程進行的問題教學可以將問題解決作為整堂課的核心,讓學生在不斷的問題解決中找到核心內容。
乙酸乙酯的制備
提出問題:根據反應式思考該反應的特點、濃硫酸在反應中所起的作用、可逆反應的產率如何得到提高、粗產物中的成分等
實驗驗證:學生動手操作,可以進行多種實驗方案,尤其是對不同催化劑的使用
問題解決:通過實驗報告,現場回答,課后作業等形式對實驗前所提問題和實驗過程中出現的各類問題進行總結和回答。
參考文獻:
[1]張衛民,馮宇,刁開盛. 有機化學實驗課教學內容改革的探索與實踐[J]. 廣西民族大學學報(自然科學版),2010,v.16;No.5602:90-92.
關鍵詞:有機化學 實驗教學 現狀 改革措施
有機化學實驗是一門重要的基礎實驗課,是高等學校化學專業教學體系中一個必不可少的教學環節。它的任務是使學生掌握有機化學實驗的基本操作技能,鞏固和加深有機化學基本理論,培養學生實事求是的科學態度,良好的實驗習慣和理論聯系實際的工作作風,提高學生分析問題和解決實際問題的能力。
目前的有機化學實驗教學實踐過程存在著許多問題和矛盾,很大程度上制約了學生學習積極性和主動性的發揮,不利于學生分析問題和解決實際問題的能力。這種現狀不利于當代大學生綜合素質的提高,也不符合“創新型人才”培養目標的要求。所以,對有機化學實驗開展教學改革勢在必行,以求提高課程教學效率,增強學生的綜合素質。
一、目前大學有機化學實驗教學存在的問題
著名化學家戴安邦教授曾說:“為貫徹全面的化學教育,化學教學既要傳授化學知識的技術,更要培養科學精神和品德,化學實驗課是實現全面的化學教育的最有效教學形式。”但長久以來,有機化學實驗課普遍被當成有機理論的附屬品,師生普遍都不重視,所以實驗課的開設存在一些不可忽視的問題。
1.教學模式枯燥、單一
首先學生根據教師安排的實驗內容預習,寫好預習報告,在實驗教學課堂上由教師現場講解實驗原理、具體的操作方法、實驗中應注意的事項等,然后學生分組再進行實驗。由于學生人數較多,儀器設備有限等,只能采取循環式開課,每班學生分成兩批,每組 2~3個同學,嚴重影響學生的實際操作。教師常常感到整個實驗教學活動中難以發揮學生的主體作用,容易使其產生依賴心理,缺乏積極性,從而導致學生對實驗課的重視程度不夠,教學效果較差。
2.教學體系本身的弊端
教學內容主要以掌握基本操作技術、驗證有機化合物的性質及簡單化合物的制備實驗為主,以課本中已經通過驗證的實驗為主,與學科領域的快速發展嚴重脫節,不利于提高學生的綜合分析能力和創新能力。
3.教學儀器投入嚴重不足
實驗室投入遠遠不夠,缺乏設備維護和更新,一些表征手段的大型儀器設備無法滿足教學的需要,常常是好幾個人分配到一套實驗儀器,共同完成一組實驗,這樣不利于獨立實踐能力和獨立思考能力的培養。實驗教學的質量也往往靠實驗報告內容的多少及好壞進行評估,不能體現學生對實驗技能的掌握,更不能體現學生對理論到實踐的綜合能力的提高。
二、有機化學實驗教學改革措施
1.采取多種教學方式,豐富教學內容
在保證有機化學實驗基本知識和操作技能學習基礎上,選擇性增加實驗教 學內容,以“貼近實際應用、貼近生活”為基本原則,增強學生的好奇心與學習興趣,讓學生從內心重視該門實驗課程。例如:從茶葉中提取咖啡因以及從煙葉中提取煙堿這兩個實驗,由于其中加入生活中常用的茶葉和煙葉,激發了學生對 于日常生活的觀察和探索的興趣,能夠使學生在實驗開始前就產生一種期待和想做實驗的心理沖動。此外,加強綜合型實驗內容。綜合型實驗在于能夠將所學的基礎實驗知識和技能進行整合,這其中包括諸如萃取、升華、回流、蒸餾等多種 基礎實驗操作,使學生能夠有機會對充分發揮所學內容,提高其綜合思考問題能 力。另外,通過設立公共實驗室、鼓勵大學生開展自主創新實驗,可以進一步培養學生的創新思維和動手能力,提升大學生的科學探索熱情和追求。
2.改進有機化學實驗教學體系
傳統的實驗內容往往是系列獨立的內容,尤其是基本操作部分,就是對教材內容已知結果的驗證,很難調動學生學習的積極性。我們可以精選有機化合物制備內容來改變這種情況,將實驗內容與學生專業實踐相結合。
在教學實踐中,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密切的實驗內容,如:在水蒸氣蒸餾實驗中,對食品工程專業采用八角茴香作為實驗材料,提純出來的是八角茴香油,八角茴香是我國傳統的調味香料,其精油可用于糖果、飲料和酒類香精,亦可與其他香料同用于蜜餞型香精,學生做過很有成就感。在實驗課中講解實際工業中的天然產物中揮發油的提取方法及提取物在食品工業中的作用,學生能切身感受到專業的聯系性,課程的應用性。
3.加大教學儀器的投入
相關教育部門應該對有機化學實驗教學引起足夠的重視,加大教學儀器的投入和優秀教師人才的引進,對一些必要的實驗儀器要做到人手一套,并配備專業維護和更新人員。另外,對于可共用的大型表征手段的儀器設備,也要配備完善,盡量做到與專業實踐相關的基礎實驗都可以在學校的實驗室完成的程度。最后,學校也要派實驗指導教師進行崗位培訓,比如到工作一線考察、學習、交流,將最新的技術帶到課程教學當中來。
三、結束語
有機化學實驗是學生鞏固理論知識,掌握操作技能,提高動手能力和綜合素質的教學環節,實驗指導教師有責任不斷提高自身業務素質,更新教學理論,改進教學方法,提高教學質量,為培養高素質人才而不懈努力。
參考文獻
[1]王克勤主編.化學教學論[M].北京:科學出版社,2006,(1):234.
[2]張永華,郭長彬等.在有機化學實驗教學中培養學生的創新能力[J].首都師范大學學報(自然科學版 ),2007,(12):88-91.
關鍵詞:微波;有機化學反應;設備;反應原理
在最初的時候,德國設計發明了微波,它作為一種固定頻率的裝置用于雷達的設計。隨著時間的推移,微波技術也開始應用到了通訊領域,過了一段時間又開始涉足于分析樣品的制備,甚至在食品加工方面也有所應用。到了1986年的時候,加拿大的Gedye和與他一起合作的同事們在做實驗的時候有了新的發現,他們通過實驗得出微波在有機化學的發展方面起著積極地促進作用。下面就來介紹一下微波在促進有機化學發展方面的具體應用。
1 了解促進有機化學發展所用到的微波設備
總體來說在促進有機化學發展時所用到的微波設備主要是由微波爐設備和反應容器這兩個部分組成,具體介紹如下:
1.1 微波爐設備的應用和改造
通常情況下,在實驗室里面是通過商品化了的家用微波爐來完成微波對有機化學的促進反應的,這種微波爐一般情況下造價非常低,體積也極小,容易搬動。有機化學家通過實驗得出了一個結論,當微波促進有機化學反應效果明顯的時候反應物的顆粒通常也比較小,相反,如果反應物的顆粒太大,微波促進有機化學反應的效果會大大降低。
如果想在微波爐里面進行回流反應,就必須對我們實驗室用的微波爐進行改造。我們在商品化了的家用微波爐里面做實驗的時候,采用的反應容器就只有兩種方法,即封口和未封口。在未封口的反應容器中,用易燃易爆的物質做實驗的時候就相當危險,這就要求對我們現有的微波爐設備進行改造,使其能夠完成回流操作,使實驗能夠安全的進行。像這類的實驗室用微波爐在進行改造的時候相對來說簡單一些,為了使其能夠進行回流反應,我們可以將微波爐的側面或者頂部位置打上一個孔,將玻璃管通過打的孔插在微波爐上并與接上冷凝管的反應器連接在一起,其中,在冷凝的時候我們用自來水就可以。在回流的過程中我們一定不能使微波出現泄漏的情況,可以通過在微波爐上打孔的地方連接金屬管子的方法來避免泄露現象的發生,金屬管子的直徑和長度都是嚴格按照要求選擇的。
1.2 反應容器的制備
在選擇反應容器的制備材料的時候,一般并沒有太嚴格的要求,一般情況下,選擇的材料只要微波能夠很容易穿過,并且不會影響微波的吸收,我們都可以接受。比如說,玻璃、聚四氯乙烯和聚苯乙烯等這些材料都可以用來制作微波的反應容器。我們都知道微波是通過內部加熱的方式進行加熱的,升溫用的時間比較短,這個時候如果我們的反應容器過于密封就會有爆炸的危險,這樣不僅會損害設備,還會傷害到實驗者。所以說,我們在制作密封性較好的微波反應容器的時候必須按照要求將它設計成能夠耐受得住特定的壓力。至于那些對密封性要求不高,在敞口的容器中就能進行反應,反應容器的制作材料并不做嚴格的要求,通常情況下玻璃材料就能夠滿足要求。
僅僅設計出能夠耐受一定壓力的微波反應容器是遠遠不夠的,還必須將能夠檢測溫度的熱電偶裝置和能夠感受壓力的系統安裝在反應容器中。總而言之,通過學者們的不斷研究開發,微波促進有機化學實驗的設備將會變得越來越先進。
2 微波在促進有機化學發展的具體反應原理分析
微波是一種介于紅外線和無線電波之間的電磁波,它的波長在1厘米到1米的區域之間不等,在進行微波加熱的時候我們常常采用的微波設備的波長為12.2厘米或者33.3厘米,我們用于商業用途的微波爐設備的波長通常情況下為12.2厘米。化學學者們關于微波能夠促進有機化學反應方面主要存在以下兩種不同觀點:
第一類觀點,微波在加熱的過程中是通過內部加熱的方式進行的,這種加熱方式通常在短時間內就可以完成,并且受熱均勻對溫度的要求統一,更不會發生一部分加熱完成另一部分還沒開始加熱的現象。但這些化學學者們認為,微波加熱也僅僅是一種普普通通的加熱形式,它和傳統意義上的加熱并沒有太明顯的差異。微波在加熱的過程中只能單純地使加熱物質的內能增加,但是化學反應的動力學性質并沒有發生本質的變化。微波之所以能夠對有機化學反應進行促進,主要的原因還是微波能夠選擇極性物質來進行加熱,也就是我們常說的微波具有致熱的效應。
第二類觀點,微波促進有機化學反應是一個非常繁雜的過程,它不僅是通過簡單的加熱來完成的,最主要的還是因為微波能夠將反應的動力學性質進行本質上的改變,也就是與微波的致熱效應相對立的非致熱效應。他們認為微波作為一種電磁波,理所當然就應該具備電磁的影響力,更重要的是微波的特性也會具有一定的影響范圍。微波可以促進分子的轉動速度,最終使化學鍵能夠極快地發生斷裂,由此加速了有機化學反應的進行。
3 微波在有機化學發展過程中的具體應用分析
3.1 微波在酯化反應中的具體應用
在日用化學品工業和食品工業的生產過程中,乙二酸二乙酯是一種非常常用的無色的油狀液體,它的主要作用就是在有機合成反應的過程中做溶劑或者中間體。在我們傳統的乙二酸二乙酯的制備過程中用的是硫酸催化法,雜多酸催化法以及對甲苯磺酸催化法,這樣傳統的制備方法比較耗費時間。在酯化反應的過程中如果采用微波催化的方法,則可以大大縮短反應時間。
3.2 微波在縮醛反應的具體應用
縮醛的制備方式并不是單一的,比如說,它可以由相對應的醛與醇類化合物在質子酸的作用下經過縮合反應制備出來。但是無論是哪一種傳統的縮醛制備方法,都存在著不少的缺點,例如,這些方法對環境的污染相當嚴重,很容易對設備造成腐蝕,反應過程中的催化劑價格也非常的高,通過這些方法生產出來的縮醛純度也不夠高,并且得到率很低。為了解決這些傳統的制備方法帶來的弊端,化學學者們將微波應用于縮醛的制備,整個反應過程中苯乙醛和乙二醇在NaHSO4?H2O的催化作用下在沒有有機溶劑且以無機為載體的條件下反應得到苯乙醛乙二醇縮醛。微波制備縮醛的方法不僅操作起來非常的簡便,反應完成后的處理工作也非常簡單容易操作,并且催化劑NaHSO4?H2O也非常廉價易得,最重要的是縮醛的得率與傳統的制備方法相比明顯地要高許多,并且排放物也不會對環境造成污染。
3.3 微波在金屬有機化學反應方面的具體應用
隨著微波技術開始在各個方面進行普及,金屬有機化學反應也開始將微波加熱應用于其中,在我們的傳統金屬有機化學反應過程中要想合成一些金屬的配合物往往需要非常長的時間,有一些合成反應甚至需要幾百個小時才能完成,這在人力物力上都造成了極大地浪費。為了縮短反應時間,化學學者們將微波技術應用于金屬配合物的制備,通常耗費幾分鐘就可以完成,大大提高了工作效率以及金屬配合物的提取率。
4 結束語
根據文章所講的內容可以看出,微波在促進有機化學發展的空間是極大的,它促進有機化學發展的方式是普通的加熱技術無法相比的。有機化學反應有了微波技術的促進,生產效率大大提高,操作也變得越來越簡單。總而言之,只要我們認認真真地去研究微波技術在有機化學中的應用,微波技術將會變得越來越成熟。
參考文獻
關鍵詞:有機化學;農牧;課程改革
農學、動物科學、園藝技術、畜牧獸醫等農牧系列專業開設的專業基礎課程《有機化學》,該課程的內容貫穿了整個后續專業課程,為今后專業課學習的基礎。《有機化學》課程開設在大一下學期,64學時,其中理論學時46學時,實驗學時18學時。有限的學時與日益豐富的教學內容矛盾重重。有機化學課程教學改革與建設刻不容緩。這就要求農牧系列專業的教學體系不能照搬化學類專業的課程培養模式,要結合本專業的特點和人才培養方案重新更新設計[1]。因此,經過幾年的課堂教學摸索,我們提出了機化學課程教學改革與建設的模式與思路。目的是通過改革,不僅能培養學生的實驗動手能力,而且將復雜枯燥的教學內容簡單化,零散的內容規整化,模糊的內容清晰化,鞏固了理論和基礎知識,提高了學習興趣,逐漸培育了學生獨立分析和解決問題的能力[2]。
1有機化學課堂教學存在的問題
首先,化學類專業開設的有機化學課程為期一年,農牧系列專業開設的有機化學課程僅僅為一個學期。其次,部分農牧系列專業為文理兼招專業,文科生學習有機化學很吃力。以上兩個主要原因導致有機化學課堂教學存在了諸多的問題和弊端,主要表現如下:(1)教師教學理念滯后,沒有深入貫徹孔子“因材施教”的教育思想。通常為了完成教學進度,忽略了學生的掌握知識的情況。這使得大部分學生(文科生)產生厭學心理,久而久之自學能力和創新意識也逐漸喪失。(2)教學內容落后、陳舊,缺乏近代最新理論和動向。教師為了備課方便,每一屆學生均使用同作者、同版本的教材。課程內容與時代的進步和知識理論的托陳出新脫節,導致有機化學課程與后續課程相互鏈接不緊密。(3)教學方法單一,忽略了現代教學手段。教學中多采用一部教科書、一支粉筆、一塊黑板、幾副歷史掛圖的傳統教學模式,而忽略了幻燈機、投影儀、錄音機、錄像機、電視機、電影機、VCD機、DVD機、計算機等直觀教具[3]。(4)實驗教學封閉獨立。實驗內容相對簡單,實驗項目少,缺乏與理論知識及人才培養要求的有效連接。(5)考核方式單一化。考核成績主要取決與期末筆試,忽視了“經濟社會發展對人才需求的變化,完善人才培養方案,使人才培養與社會需求相適應”人才培養方案制定的初衷。這些問題與弊端,面對“辦出特色、辦出水平,出名師,育英才”的當前教育發展形勢,顯得很不適應。
2有機化學課堂教學改革和建設的方向
有機化學課堂教學改革的總體思路是按照培養符合地方經濟發展需求的高素質應用型人才的辦學理念的要求,加強教學內容、實驗內容、教學方法和教學手段等方面的推陳出新與提高。主要方向如下:(1)教學內容的改革。根據近年來有機化學和農牧科學的發展,對個別章節的內容適當的刪減、合并和增加。例如:刪掉“光譜法在有機化學中的應用”、“含氮、硫、磷有機化合物”、“周環反應”、“親電、親核、自由基反應機理”、“有機合成”五章;合并“飽和烴”、“不飽和烴”、“鹵代烴”三章;“羧酸及其衍生物”、“取代酸”兩章;增加“天然有機化合物”、“有機物與環境污染”兩章。其中,“含氮化合物”、“碳水化合物”、“氨基酸、多肽與蛋白質”、“類脂化合物”作為重點章節講述。(2)實驗內容的改革。利用實驗項目輔助教學內容,以理論指導為準則,理論內容通過實驗驗證,在實驗中穿插有機化學基礎知識,培養和提高實操技能。也可將有機化學相關工業原料或產品帶進課堂,增加教學印象,如常見的通用塑料PP、PVC、PS、ABS等;合成樹脂如酚醛樹脂;增塑劑如鄰苯二甲酸酯等。根據專業的特點,有機化學實驗重“天然產物的提取和分離”,輕“有機物合成、性質與鑒定”。實驗內容可設置為:“茶葉中咖啡因的提取”、“橙皮中檸檬油的提取”、“菠菜中葉綠素、胡羅卜素、葉黃素的分離提取”、“從牛奶中分離酪蛋白和乳糖”、“油脂的提取與性質”、“麻黃堿的提取和鑒定”等。(3)教學方法和手段的改革。教學方法的改革包括學生參與并主導課堂、增加課堂吸引度和重視課堂評價三方面,可采用討論法、互動法、講授法等多方法相結合的方式。例如讓學生以小組為單位,圍繞最新的有機化學前沿知識,查資料,找出與某一知識點相關的科研成果,然后在課堂上以主題講座的形式向全體同學匯報并講解,同時回答教師及其它同學所提問題。教學手段的改革包括開發、研發、選用恰當的直觀教具參與課堂教學,豐富教學輔助工具,增加課堂信息量。例如,將專業所需的反應過程、反應機理、立體構型等抽象的內容,以立體、動畫、視頻等形式表達出來,而這些“可視化”的效果完全由學生完成,做到“學生主”。而教師可提供給學生相應的文獻檢索數據庫、有機化學領域主流雜志等幫助學生有針對性的選擇并學習自己感興趣的內容,做到“教師輔”。由于學生更愛聽一些有機化學在實際應用方面的知識,教師主動了解并掌握學生的知識需求,將自己的研究內容與所講知識結合起來,豐富教學內容,營造“師生互助互學”的教學氣氛。(4)教學形式的改革。教學形式的改革包括課上教學和課下輔導兩方面。課下輔導包括學習和生活的輔導。拉近師生的距離,師生形成亦師、亦友、亦父、亦母、亦兄、亦姐的關系。使學生的學習過程不僅是知識傳播,而且是育人的手段。
3有機化學課堂教學改革和建設的措施
本著“加強學生專業技能培養和訓練的力度”、“培養高素質技能型人才”、“提高人才培養質量”的目的,有機化學課堂教學改革和建設的主要措施如下:(1)課堂教學內容與時俱進。為了在有限的學時內凸顯主要的知識脈絡和結構,把握以下兩點:首先,將最新的理論、前沿性的技術和創新融入到教材中去。深入淺出的表達理論概念,不拖沓。例如講授“氨基酸、多肽與蛋白質”時,利用導課將近幾年核糖核酸及全新蛋白質的發展史以影視圖像的形式呈現給學生,說明其在醫學上具有廣闊的應用前景,同時本章也是后續課程《生物化學》的基礎,讓學生產生學習興趣后在講授基本理論與概念;“碳水化合物”中單糖、雙糖和多糖的分子結構較難理解,講授時可將三者代表物(葡萄糖、麥芽糖、淀粉)的分離、分析及合成方法,空間結構和功能的關系等導入課堂后在介紹分子式和結構式,可達到事半功倍的效果。其次,以教學研究及科學研究課題為載體,課堂教學為途徑,將授課內容融會貫通到課題中。如“天然產物化學和藥物化學”相關課題研究,可先將利用先導化合物及其各種衍生物發展成一類新藥的例子介紹給學生,根據實例引出授課內容。(2)教學手段的多樣化。充分利用網絡資源,將各高校的有機化學精品課程、優質課程利用課下時間讓學生去聽課和學習。如(上海交通大學有機化學精品課程)、(云南大學有機化學精品課程)、(西北大學有機化學精品課程)等。同時開發并推出該專業所授有機化學課程網絡版,在線作業、考試、答疑、預習、復習、查詢等[4]。(3)增加課堂吸引度,提高教師授課和學生自主學習的興趣。有機化合物種類繁多且數目龐大,故有機化學的每章及每節都有相互聯系和關聯的地方。例如“有機物的命名規則”是每一章都要講授的,可將其作為一個專題進行講解。再如“醇酚,醛酮與羧酸”三章之間可通過相互的氧化及還原反應聯系起來。只有教師喜歡授課,喜歡教室,喜歡學生,才能提高的課堂吸引力,增加課堂吸引度,使因學習過程無趣而導致課堂自制力下降的學生重新燃起學習的興趣。(4)實驗教學以實用性、技能性、先進性為準則。實驗教學脫離不開理論指導,而理論內容需實驗驗證,故兩者是相輔相成的關系。由于農牧系類專業有機化學實驗學時較少,難以向化學類專業實驗教學一樣進行全面的訓練和提升。故采用集中化實驗教學法,即集中某個時間段(一般是理論教學完成后)進行有機化學實驗[5]。結合專業特點和就業需求,設置“有機物提取和分離”綜合性實驗,在實驗中穿插有機化學實驗基礎知識和基本操作,將理論知識與實驗結論將結合,提高動手能力。(5)考核方式靈活化。考核是課堂教學的最終環節,當不是最重要的環節。對于人才培養而言,“重結果,輕過程”的理念應摒棄,主動求變,改變筆試成績為最終成績的考核模式。合理分配考核比例,將平時成績(包括課堂出勤、平時作業、課堂表現)和實驗成績(包括實驗出勤、報告單成績、實驗動手表現)的比重加大,減小期末筆試成績的比重。
4結語
對于學生培養規格來說,知識結構的要求是次要的,素質結構和能力結構的要求是主要的。實踐證明,每一門課程的改革和建設對推動人才培養機制的修訂起著積極的引導作用。有機化合物種類多,數目大,這給有機化學課程的改革提供了機遇也充滿了挑戰。總之,面對新的教育形勢,有機化學課程的教學改革和建設可操作性強。通過教改,教學體系和課堂內容趨于合理、全面和科學。該課程的教改模式可為其他課程的課堂教學提供理論借鑒。
參考文獻
[1]高偉.大學有機化學教學改革的實踐與反思[J].高教學刊,2017(6):113-114.
[2]吳鳳龍,宋瑾.有機物系統命名法課堂教學改革模式探析[J].河套學院學報,2016(3):63-65.
[3]喬金霞.電化教育在中國的傳入及其學科建構[D].武漢:華中師范大學,2015.
[4]愛斌,飛,陳銀,等.大類培養模式下非化學化工專業有機化學教學改革[J].大學化學,2016,31(9):20-23.
【關鍵詞】項目探究模式;有機化學;自主學習;教學改革
有機化學是研究有機化合物的來源、制備、結構、性能、應用及其有關理論和方法的科學,是一門理論性與實踐性并重的基礎課,也是化學相關專業的重要的主干課和必修課,對于化學相關專業本科生后續專業課程的學習和動手實踐能力的培養具有重要作用 [1]。學生對專業課程的掌握程度以及解決實際問題的能力也決定了其能否更好地適應將來技術工作中的環境,能否更好的為社會服務,具有社會競爭力,成為棟梁之才,說到根本,與學生的就業息息相關。現實的工作往往需要本科生具有較好的自學能力、動手能力和創新能力,傳統的有機化學教學方式顯然不適于學生學習興趣的提高、自學能力的培養以及實踐創新能力的培養。因此,進行相關教學改革探索勢在必行。
一、有機化學教學改革的必要性
由于有機化學是一門基礎學科,知識內容比較抽象,傳統的課堂教學講解較為枯燥,經常表現為老師講,學生聽;老師寫,學生記;臨近考試時學生通過短期的死記硬背復習以應付過關,考試結束后大部分知識都已忘記;整個學習過程學生思考少、創新能力弱,而工科專業有機化學有限的教學課時數使有機化學教學課時緊、任務重,難以解決以上的問題。傳統的有機化學實驗教學屬于單一驗證式、知識型的教學模式,在教學過程中,學生過分依賴教師講解和實驗指導教材中的操作方法,學生做實驗時往往表現為“照方抓藥”,實驗過程局限于驗證教材,缺乏積極的思維和創新。以上這些都嚴重制約了學生有機化學學習的積極性和主動性,在化學學科及專業層面無法有效培養學生的科學素質、創新精神和實踐能力。
當今科學技術的迅猛發展,使有機化學的內容越來越豐富,這也使得工科有機化學的短學時教學與不斷膨脹的有機化學內容之間的矛盾日益突出。如何在有限的學時內讓學生掌握有機化學基礎知識和有機化學基本實驗技能,提高學生的綜合素質和創新能力是有機化學教育者所要面對的重要課題。如不能妥善處理,容易造成學生缺乏學習主動性和積極性,對有機化學基礎知識掌握膚淺,實驗技能相對匱乏,不利于后續專業課程的學習,更為嚴重的是,不利于學生自學能力的培養以及對未來工作的適應。
二、項目探究模式培養本科生有機化學自主學習的基本研究內容
在現有教學條件下,我們認為,解決上述問題的關鍵是培養學生的學習興趣和自學能力,也就是扭轉傳統教學過程中以教師講授為主體,改為以學生自主學習為主體的教學模式,因為興趣是最好的老師,而自學能力是解決掌握未知知識的金鑰匙。但是,現今本科生中存在一定的厭學現象,僅僅讓其對學習產生興趣并且通過自學來掌握確實有很大的難度,不現實。這就需要我們引進新的教學方法,改革教學方式。
我們通過實踐教學研究認為,通過項目探究模式可以有效地培養本科生有機化學自主學習的興趣和積極性。所謂項目研究模式就是借鑒研究生的培養模式,讓正在進行有機化學學習的本科學生憑借現有的有機化學基礎知識及實驗技能直接參與到實際的科研實踐活動中,以激發學生的學習興趣,在科研實踐的過程中讓學生直接面對實際遇到的問題,促使其對自己不足的有機化學知識通過自學掌握,并將這些知識應用于解決科研問題。這樣可有效地促進學生對未知知識的探索,培養學習興趣和自學能力。從事科研工作不僅可以豐富學生的課外科技學術活動,也能培養學生創新實踐能力[2]。
這種教學模式是以科研帶動教學,以教學促進科研,培養學生的學習興趣,提高自學能力、增強動手能力和激發創新能力。讓學生直接面對實際的科研項目,讓學生通過自主學習來掌握知識,解決實際科研問題,使其產生學習興趣,興趣是最好的老師,是學生主動學習的源動力,只有對所學課程產生濃厚興趣,學生才能主動地、創造性地去學習和實踐。讓學生參與科研活動可以讓其學以致用,利用所學的有機化學知識解決目前面對的問題。此外,參與科學研究可以使學生的視野不斷開闊,進一步深化和更新學習內容,不斷提升知識容量和自身水平。
教師以此模式培養學生需精選科研項目,既要讓項目與學生已經掌握的有機化學知識和已經做的有機化學實驗有一定聯系但又不應完全一樣,否則將使學生懶于學習和思考。項目可與教師的實際科研工作相關,并且應難度適中,這樣能促使學生必須通過自主學習才能掌握所要解決的問題涉及的知識,通過掌握知識并查閱相關資料才能制定出實驗方案,通過努力才能完成實驗取得成果解決科研問題,另一方面,教師可在這一過程中更加了解學生,對各個學生因材施教。這樣將有利于培養學生的創造性思維,提高學生的自學、實踐和創新素質,還能增進師生友誼。
此教學模式也是積極開展第二課堂活動的一種形式,可形成師生互動的交互式學習環境,經常開展組內學習研討會,逐漸培養學生獨立思考,發現、分析與解決實際問題的能力,激發他們的創新意識,同時,鼓勵學生之間以及與教師交流基礎的有機化學學習知識、科研思路以及所遇到的問題,使學生的交流能力、表達能力和團隊協作能力得到提高。由教師和學生共同協商制定實驗方案,共同商議解決實際遇到的問題。
有機化學的科研問題大多是在實驗過程中動手實踐解決的,在學生親自動手進行科學實驗過程中,教師可規范其操作,補充日常有機化學實驗教學的不足,使其動手能力不斷加強,為將來的學習和工作做基礎。在本項目中,學生是主體而不是被當作教師科研的“勞動力”或“助手”,而是通過教師適當的指導,獨立地完成科研任務,是所承擔任務的課題“負責人”。學生在做實驗的同時還要規范地書寫實驗報告,完成研究任務后,還需寫出研究小結以及撰寫論文,鼓勵學生將自己的科研成果寫成,鍛煉寫作等多方面能力,培養科研意識。
教師利用這一模式進行教學,還可將項目相關的資料如課件、教案等進行整理,發表教改論文,以供未來參考推廣。
三、以項目探究模式培養本科生有機化學自主學習的探索與實踐
在實施這一以項目探究模式培養本科生有機化學自主學習的過程中,我們招收制藥工程專業的本科生,將其分成兩組,每組選一負責人,分別布置不同的有機化學相關科研題目,這些題目同時也是教師所要解決的科研問題。在進行基本介紹的基礎上,針對各課題所要解決問題,鼓勵學生自學不了解的知識,查閱相關資料以制定科研方案,同時,教師對學生的自學進行輔導,解答其遇到的問題,并與學生共同制定實驗方案。
在學習方法上,鼓勵學生在遇到問題后進行自主學習,整理筆記,主動獲取知識,遇到問題可進行小組討論并可與教師進行探討,利用所學的知識解決實際遇到的問題,學生與教師協商,共同制定實驗方案進行實驗。教師每個月與學生開研討會,開展第二課堂,以達到共同學習進步和提高水平的目的。定期讓學生對這段時間自己所學的知識以及所完成的科研工作進行整理和總結,經共同修改后形成相關教案及研究報告;對所遇到的且尚未解決的問題師生共同協商制定進一步的解決方案。
指導教師積極為學生準備學習資料和教材,以目前所學的教材為基礎,積極利用圖書館豐富的圖書資源,對經常用的優秀圖書及教輔材料進行購買,擴大學生的知識面。在教學及科研條件上,教師利用已到位的科研經費購買相關儀器及設備,積極創造機化學實驗的條件。教師還應讓學生了解科研的全過程,完成實驗后正規書寫實驗報告,完成項目后撰寫實驗總結及學術論文,提高其寫作能力,以期達到全方位的提高。同時,還應鼓勵學生創新性地提出自己的想法,并鼓勵實踐,培養其創新精神。實驗過程中,教師可規范學生的實驗操作,增強其動手能力的培養。
實踐證明,這一教學模式能夠實現教學與科研相結合,學生自學與教師講授相結合,課堂教育與課外教育相結合,理論知識與實踐相結合,是科研活動與產、學、研相結合的培養新途徑,可是促進學生學習興趣,培養自學能力和科學精神的有效教學改革方法,是從課堂教學、實驗教學兩個方面進行改進和提高,從而有效地提高教學質量和學生的學習效率。
參考文獻:
[1] 于鵬飛,紡織科學與工程專業“創新人才”實驗班有機化學教學的探討與思考[J],教育教學論壇,2013,11,43-45.
[2] 郭明林,科學時代[J],科學時代,2013,14,297-298.
作者簡介:
于鵬飛(1980―),男,吉林長春人,理學博士,講師,主要從事有機化學教學及與有機化學相關的研究工作。
我校的“有機化學實驗”課程作為基礎化學實驗(Ⅱ),是國家精品課程(基礎化學實驗)的重要組成部分,其教學對象面向化學工程與材料學院、藥學院、生物與環境工程學院、健行學院、建工學院以及教科學院的20多個全日制本科專業,量大面廣。目前,有機化學實驗課程總學時64學時,教學內容主要包括“基本操作和基本技能實驗”、“有機合成實驗”、“基礎綜合實驗”三大塊,根據化合物的結構種類開設12個左右的實驗。有機化學實驗的教學采用實驗前指導教師講解、學生獨立實驗、教師糾正、規范實驗操作等方式,考核采用平時成績與期末考核相結合的方式,期末考核分筆試與操作考試兩部分。在日常教學過程中,我們也深刻地體會到現行的有機化學實驗教學模式和教學內容還存在許多不足之處,主要是以下3個方面:
(1)有機化學理論知識學習“僵化”。學生不能正確地運用所學理論知識來解釋實驗現象,解決實際問題,將學習有機化學的重點只放在記憶有機化學中的基本理論、基本概念和一些反應式,不能理論聯系實驗地深刻理解有機化學的反應規律,造成“有機化學理論空洞學,有機化學實驗盲目做”的被動局面。
(2)實驗內容零散,相互獨立分割,重點不突出。實驗的主要內容過多地局限于基本技能訓練、基本操作實驗和一些簡單的制備實驗,實驗與實驗之間無關聯,系統性不強,學生只能“零打碎敲”地做實驗,對實驗的“統籌性”、“整體性”把握能力較弱。
(3)實驗教學中創新能力培養的源動力不夠。教學效果背離有機化學實驗教學設計的初衷。在設計有機化學教學實驗時,本意是將有機合成的全過程,即“文獻查閱—原料提純—條件優化—實驗操作—產品表征”等環節貫穿其中,培養學生獨立完成一個完整的操作流程的能力,但由于教學時數的限制或其他課程的沖突,學生只能按課本作“機械式”的操作練習,大家同一步驟、同一進度,缺乏創造性的激勵機制。
2深化有機化學實驗教學改革的理念與思路
有機化學實驗教學應以“培養學生的思維能力、觀察能力、設計實驗的能力、動手操作能力、提出實驗中遇到的問題并設計方案來解決問題的能力、以實驗為基礎理解化學理論的能力”為重點,特別是要以培養具有基礎科研能力的人才為教學目標。在教學中,需要培養學生對有機化學的思維方式,對有機化學實驗現象的觀察、分析、比較、綜合、歸納、演繹、推理等能力,也必然地要求教師在教學過程中,積極轉變教學觀念,整合、深化教學內容,創新教學手段,以學生發展為中心,充分調動學生的學習主動性,對有機化學實驗教學進行大膽的探索與創新。我們的改革思路是首先對學生強化與實驗內容相關的理論知識,使學生全面了解實驗的基本原理和相關反應的機理,幫助學生從理論上分析實驗過程可能出現的現象和結果,再按化合物結構類型,采用理論與實踐貫通的專題式實驗教學方式,將某一化合物的“制備實驗、應用實驗、同類型拓展實驗”等組成一個專題,用“組合式”實驗替代原有教學體系中分散化的實驗。從以下3個方面入手:
(1)跟蹤學科發展,創新教學內容。堅持理論聯系實際的原則,把傳授知識與培養能力融為一體,引導學生用有機化學的理論知識去關注實驗中的一些基本問題,培養學生獲取、掌握、鞏固和運用知識的能力。在具體教學內容的安排上,除保留基本技能訓練、經典的合成實驗外,將一些新技術和教師的最新科研成果引入教學實驗中,加大文獻實驗、綜合實驗、設計實驗和研究型實驗的比重,使課程內容與創新教育密切結合,與學生課外科技活動有機結合。
(2)以學生為主體,改變教學方式。有機化學實驗屬于應用性、實踐性都很強的專業技術課程,因此,在教學方法設計上,應根據學生實驗基本技能訓練和分析、解決問題能力培養的要求進行,進一步體現學生的主體地位、教師的主導作用和以學生能力提高為本位、關注學生可持續發展的教學理念。在每一個專題實驗中,讓學生帶著明確的任務進行實驗操作,讓學生實驗前查閱相關資料,完成預習報告。教師要了解學生對整個實驗原理、步驟的理解,指導學生獨立進行實驗操作、觀察實驗現象、分析實驗結果,做好實驗報告,對實驗過程中出現的問題積極探討總結,引導學生把理論知識和實驗過程中獲得的感性知識結合起來,把整個實驗過程中所涉及的知識點連接起來,使學生對所學知識和實驗操作技能有系統的認識,把實驗過程推進到“理論—實踐—再理論”的過程,激發了學生獨立思考的積極性和主動性。
(3)加大實驗信息量,拓展學生知識面。根據有機化學學科的特點,通過查閱有機化學實驗文獻,了解、比較目標產物的各種合成方法,是實驗教學的一個重要環節。通過有針對性地查閱、收集和利用各種有價值的文獻信息資源,使學生清楚該化合物目前的研究進展、合成時的影響因素、表征方法、應用領域等知識,學生的知識面得到拓寬,改變傳統實驗中“一本教材、一種方法”,學生預習時不假思索地照抄照搬書本的不良現象。
3專題式有機化學實驗教學的實施方案
影響實驗教學效果的最重要因素是實驗內容和實驗方法,實驗內容應該具有先進性和綜合性,實驗方法則應以新技術、新方法和新手段為主。在現有有機化學實驗教學內容的基礎上,按化合物種類劃分若干專題,如鹵代烴、醇、酮、酸、酯、胺等,每一個專題中包含該類化合物的“制備實驗”、“應用實驗”、“拓展實驗”等。實驗反應機理、實驗條件、實驗中出現的相關問題等要求學生從理論的高度給予正確解釋。在“應用實驗”、“拓展實驗”中進一步增大實驗的信息量,將相關的新技術、新方法引入實驗教學中。實驗前要求學生預習專題實驗內容所涉及的理論知識和實驗基本操作。實驗技能方面要求學生根據合成的目標化合物的不同選用不同的反應裝置,學會各種裝置的使用方法和應用范圍,并且明確各個反應裝置的作用,安裝反應裝置時應注意的事項等。在實驗過程中必須利用基礎理論知識解決一些常見的問題。實驗結束后,根據文獻查閱、實驗情況進行討論,比較實驗方案的利弊,解釋實驗結果,并對實驗結果進行比較和評價。在專題的拓展實驗和應用實驗中,可以采取項目組的形式,按實驗產品的不同分成若干小組,分工合作,歸納總結,從而加深對有機化學理論的理解。這就不僅要求學生統盤考慮實驗進程,更重要的是要讓學生在理論指導下學會創新和創造,在實驗訓練中學會設計實驗,利用理論知識去分析實驗過程中出現的現象和結果,啟發和激勵創新意識,鍛煉實際的綜合創新能力,最終達到學會初步科研的能力。
4結語
1.在課程教學中培養學生創新能力的必要性和可行性目前,我國高職院校學生在校期間的學習主要是由課程組成的,因此在課程中加強學生創新能力的培養就顯得尤為必要,國內很多高職院校對此進行了積極的探索。北京勞動保障職業學院《商務英語》課程,通過小組合作、情景模擬、任務教學等方法培養了學生的創新能力[3]。湖南環境生物職業技術學院《植物組織培養》課程,通過改革課堂教學與實驗教學,培養具有創新意識、創造思維和創造技能的實用人才,成效顯著[4]。四川工程職業技術學院《模具成型工藝與模具設計》課程,通過營造氛圍、創新意識、提供平臺、鼓勵實踐等方法培養學生創新能力,取得了良好效果[5]。
2.在《有機化學》課程教學中培養學生創新能力的前期探索《有機化學》課程教師多年來一直非常重視在教學過程中培養學生的創新能力,并初步取得了一些成績。2011年,在前期工作基礎上,申報陜西省高職高專教育學會2012年度高等職業教育教學改革研究項目并獲得立項,標志著有目標有計劃的、基于學生創新能力培養的《有機化學》課程改革正式啟動。
二、基于學生創新能力培養的《有機化學》課程改革的目的
探索以適應高職學生身心發展為基礎,以符合高職教育規律為前提,以培養高職學生創新精神和創新能力為目標,能夠滿足學生職業生涯發展需要、適應社會進步和科技創新的《有機化學》課程教學新模式,并應用于教學實踐。
三、基于學生創新能力培養的《有機化學》課程改革的具體舉措
1.營造平等開放的教學氛圍
課堂上,鼓勵學生提出不同看法,允許學生發表自己的意見。面對問題,教會學生分析問題得出結論的方法,而不是要求學生死記硬背問題的答案。對于作業,鼓勵學生自己設計方案,對學生提出的好的解題思路給與肯定與表揚;如果學生的設計方案不符合實際或者存在錯誤,幫助學生找出癥結所在,得出正確的方案。開展了“我給教材提意見”活動,收集到學生給教材提出的正確意見和可行建議30余條。通過創新教學模式,為學生創造一種心靈放松、自主學習的氛圍,變灌輸為引導,將學生視為課堂的主人,使學生敢于質疑,敢于挑戰老師的權威,激發學生的創新欲望,孕育學生的創造人格,從而形成一種鼓勵創新的平等開放式教學氛圍。
2.更新《有機化學》課程教學內容
通過與企業技術人員、專業學者、職教專家交流,選取適應區域經濟發展需要、體現科技進步特色的《有機化學》課程內容,為學生進行創新活動構建實用、先進的知識結構。課程組走訪了學生就業集中的省內大中型化工企業10余家,發放問卷、分析匯總,初步確定了適應區域經濟發展需要、“必須、夠用”的《有機化學》課程內容,召開專業建設指導委員會會議進行論證、修訂,重新編寫了《有機化學課程標準》,并根據專業指導委員會建議,編寫出版了更加符合我院教學實際的《有機化學》工學結合教材。
3.轉換《有機化學》實踐教學思路
結合教學需要,編寫了《有機化學實驗》講義,通過減少演示性、驗證性實驗,增加設計性、工藝性、綜合性實驗,培養學生獨立思考、獨立操作、獨立分析的能力,鍛煉學生的創新精神和創造能力。激勵、幫助學生在學習過程中提出疑問,指導學生通過有機化學實驗自己尋找正確答案、釋疑解惑。對于“失敗的實驗”,不簡單地責怪學生,而是指導、幫助學生尋找實驗“失敗”的原因,分析為什么沒有得到預期的實驗結果,給他們機會再實驗一次。通過有限度地開放有機化學實驗室,指導學生進行創新性實驗,讓學生在自主創新中體驗成功的喜悅,培養學生勇于探索、不畏失敗、追求真理的頑強精神。
4.建立靈活的課程評價機制
承認并尊重高職學生身心發展的個體差異,在尊重考試成績的前提下,淡化理論考試,不是簡單的“以試卷論英雄”,而是通過將學生的創新思維、創新活動,特別是創造性成果(研究論文、專利申請、競賽獲獎、對課程的建議等)納入考核范圍,給與一定程度的加分表揚,激勵學生在《有機化學》課程中進行創新創造活動。對于適應較慢的學生,建立長效跟蹤考核機制,初期只考核這些學生在實踐中發現問題、分析問題的能力;待其適應后,進一步考核其解決問題的能力。通過課程評價機制的靈活調控,將學生的注意力從“怎樣答好試卷”轉向“如何解決問題”。
5.提升學生的創新水平
學生創新能力培養效果如何,只有在真實環境下檢驗才能得知。通過鼓勵學生積極參與由教師負責的企業技術革新項目,為企業進行技術指導與技術轉讓服務,強化學生的創新實踐技能。通過指導學生參與由教師主持的各級各類科研項目,完成科學實驗、寫作并力爭發表學術論文,訓練學生的創新思維能力。通過引導學生積極參加全國高職高專“發明杯”大學生創新創業大賽,展示學生的創新創造成果,激勵學生的創新欲望。通過鼓勵學生結合生活、學習實際,自主創新完成小發明、小創造,凝練創新成果,增強學生的創新意識。通過以上在真實環境下的創新創造活動,學生的創新能力得以有效鍛煉,學生的創新水平得以大幅提升。
四、基于學生創新能力培養的《有機化學》課程教學改革成果
關鍵詞:有機化學;教學;化學思維
中圖分類號:G642.0 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2014)39-0067-03
有機化學是研究有機化合物的性質、組成、結構、變化和應用的科學。有機化學學科自身特定的語言系統、價值觀念、思維、行為方式,形成了獨特的理論體系和研究方法,擁有自己穩定的范疇體系。有機化學學科文化中的價值標準、哲學思想、思維模式、語言系統等不僅影響著該學科的發展趨勢也影響著其他學科包括人的發展。
思維是人對客觀事物和現象的一種本質上的概括和間接的認識,是人的心理活動中最高級、最復雜的反映形式。在有機化學學習中,通過閱讀、聽課、觀察、實驗、練習等活動得到的感性材料,需要經過大腦的思維活動進行加工、改造、升華,最終變成理性認識,轉化為學習的成果。化學中的基本思維方法主要包括抽象思維和形象思維兩大類,并內含科學抽象、邏輯方法、觀察聯想、想象創新等豐富內容。
有機化學是化學及相關專業的一門重要基礎課程,內容廣泛,知識點多。如果在有限的課時內為完成教學任務而采取滿堂灌的方法,學生就會在教學過程中處于十分被動的地位,能力培養更無從談起。為了打破這種沉悶的教學局面,活躍課堂氣氛,應該對有機化學的教學內容和教學方法進行不斷探索,形成有自己特色的較為完整的有機化學教學及教學改革思路。以下就筆者在有機化學教學中貫穿對學生化學思維方法的訓練談談做法和體會。
一、化學思維方法與基本理論、基本知識的辯證關系
化學思維是從事化學教學與研究的基本手段和工具,既有自然科學的一般思維方法的共性又有個性。當前,隨著現代化學的迅猛發展,在校學生不可能完全掌握化學的所有知識,這在客觀上要求我們把化學思維方法充實到實際的教學中,給學生較為系統的訓練和指導,使他們學到最有用最基本的化學思維方法,以便能夠自主、獨立、能動、持續地獲取化學知識,成為一個具有創造活力的化學工作者。
有機化學課程大綱的一般要求是“使學生比較系統地掌握有機化學的基礎理論、基本知識和基本技能”,而對化學思維方法的訓練缺乏足夠的認識。事實上化學思維的訓練與有機化學的基礎理論、基本知識和基本技能的掌握有著科學的辯證關系,基礎理論、基本知識和基本技能的掌握是具備化學思維方法的基礎和前提,反之有良好的化學思維方法能促進對化學基礎理論、基本知識和基本技能的掌握,既表現了對化學知識量的積累的加速也加深了對知識的理解,提高了對知識的概括和運用能力。
二、在有機化學課堂教學中,注意培養良好的化學思維方法
注意將化學思維方法引入自己的課堂教學中,例如在講解環己烷的構象時,可以采用模型,學生看到用球棍模型連成的環己烷,發現環己烷的所有鍵的鍵角都符合四面體的要求,說明環己烷是一個無角張力的環,而且隨鍵的轉動環己烷不只有一種構象。隨后引導學生注意環己烷的兩種典型的構象,比較兩者在能量上的不同。根據直觀模型學生很快可以比較出椅式構象比船式構象穩定,因為船式構象原子之間比較擁擠,斥力大,在此基礎上進一步引導學生利用已經學過的乙烷構象知識從另一個角度來說明為什么椅式構象比船式構象穩定。通過觀察學生比較容易比較出椅式構象相當于乙烷的交叉式構象而船式構象相當于乙烷的重疊式構象,所以椅式構象比船式構象穩定,通過對環己烷的構象分析學生很快能夠對其他環烷烴的構象穩定性做出判斷。再如,在教學中以“穩定性”原理作為貫穿有機化學全局的主線,將有機化合物的結構和反應性能的關系辯證地統一起來,將穩定性大小、體系能量高低、結構因素、反應活性以及反應規律連成有機化學教學的一條主線,這樣講授的結果可以取得前呼后應、貫穿始終、深入淺出、舉一反三的效果。學生如果掌握了“穩定性”原理這一思維方法就會對有機化學中的結構問題、反應歷程、反應活性問題以及反應方向問題有深刻的理解,從而達到事半功倍的作用。
三、將化學思維方法用于解釋人的社會行為和社會現象
筆者在有機化學的課堂教學中經常將“雜化軌道”理論、“誘導效應與共軛效應”理論、“動力學控制與熱力學控制”、“非鍵原子之間的作用力”、“空間位阻效應”等等用來解釋人在社會中的行為活動,雖然有些例子也許還不是十分恰當,但這樣結合和擴展的結果增強了學生的學習興趣,也使學生認識到知識和原理都是彼此有內在聯系和相通的,化學思維方法既體現了化學學科自身的特點也有自然科學和社會科學一般思維方法的共性。這樣做的結果學生既感到有機化學有很好的規律性可循也增加了有機化學這門經典學科的魅力,加深了對所學知識和原理的認識。例如,空間位阻效應又稱立體效應,主要是指分子中某些原子或基團彼此接近而引起的空間阻礙和偏離正常鍵角而引起的分子內的張力,空間阻礙一般會降低反應速率,例如,在溴代烷的雙分子親核取代反應中,由于烷基體積的增大,引起空間阻礙,使反應速率變小。然而在有些反應中,立體效應有可能增加反應速率,例如,在單分子親核取代反應中,三烷基取代鹵代烷的烷基增大時,由于取代基之間的空間斥力,引起碳鹵鍵的異裂,導致碳正離子的形成,從而提高了反應速率。空間位阻效應緣于非鍵原子或基團之間在其距離小于范德華半徑是產生的排斥力是體系能量升高,而避免這種排斥力從而降低體系的能量是分子體系在靜態和動態時的必然要求。根據這一原理就不難理解人們在處理各種人與人之間的關系時需要保持適當距離,距離太近會產生排斥,太遠則不構成作用力,所以人們在交談時,身體應該保持一個適當距離,朋友關系、戀人關系也是這樣,即所謂的“度”。“豪豬原理”其實也是該原理的具體體現,用以上化學原理來解釋是空間位阻效應的使然。
四、有機化合物結構測定方法原理對于分析處理事物的指導意義
分析綜合與綜合分析這一哲學思想在確定有機化合物的結構時是普遍遵守的一種方法原理。在進行天然有機化合物的結構分析時,首先要從大量的天然有機物中提純、分離出各種不同組分的純物質或有效成分,然后再根據各種譜學方法所提供的不同角度的信息,經分析、綜合、推理、判斷,常能做出合乎邏輯的結構鑒定,因此把這種從分析到綜合的思想方法,叫作分析綜合法。要想對最初化合物的結構弄清楚,必須分析在前、綜合在后,而只有分析徹底、才能綜合得體。所謂分析,則必經前期對物質客體進行精細的分離提純,然后通過多種現代物理測試手段進行分析表征,從中收集各種不同的資料信息。所謂綜合,就是作為主體的人對紛繁實驗數據現象進行去粗存精、去偽存真、由此及彼、由表及里的全方位思考,同時通過篩選、邏輯推理,最終達到準確判斷。不言而喻,綜合并非簡單加和或機械加工,而是一個主客體對話、認識飛躍的創新過程,所以綜合比分析在認識層次上更高級更復雜,在思維運作上更抽象更精彩。無數事實也說明,客觀事物的抽象性程度愈高,對物質運動的認識就愈深刻。也由此領會到有機化學研究的方法在于努力借助現代手段、珍惜客觀反映信息,又重視抽象而辯證的思想方法、力促本體規律的真實體現,這樣才能達到合乎邏輯的結構鑒定的效果。進行結構測定的目的,在于掌握性能與結構之間的聯系,從而找出設計合成及應用領域的內在規律。
五、引導學生用辯證唯物主義觀點認識問題解決問題,加強化學思維方法訓練
使學生正確認識理論與實驗的關系。學生在學習有機化學時容易形成重理論輕實驗的現象,為了糾正這種想法,可以講一些有關有機化學實驗的化學史。如韋勒在實驗室用無機物合成尿素,成為打破傳統的生命力學說的開端,為人工合成有機物提供了例證。另外,格林試劑的由來,伍德沃德合成,扎依切夫規則和霍夫曼規則等都是在實驗基礎上成功的。這些事例使學生們體會到了化學確實是一門以實驗為基礎的科學,絕不能重理論輕實驗。
化學家們的很多偶然發現,如:黃鳴龍對Wolff―Kishner還原方法的改進、費歇爾糖的發現、D?L甘油醛構型的確立,阿柯糖的意外得到等,這些看似偶然的發現,其實存在有一定的必然性,揭示了事物內部的客觀發展規律。如果苯肼與碳基沒有親核加成反應,費歇爾不可能意外地得到糖,沒有費歇爾的嘔心瀝血,這些偶然也不可能發生在他身上。
六、發揮教師的主導作用,調動學生學習的主觀能動性
在新的科學技術革命的浪潮中基礎課程要反映當代科學的新成就,如現在的有機化學教學內容中增加有關富勒烯、相轉移催化、均相催化、超分子化學、色-質聯用技術的內容等。科學技術的飛速發展使知識不斷更新,這就要求學生有較強的自學能力以適應畢業后工作的需要,這也對教師提出了更高的要求。圍繞整個課程的主干內容,緊密圍繞“穩定性原理”這條主線由淺入深地將最基本的東西教給學生,使學生能舉一反三掌握住一把打開本學科知識的鑰匙。講課過程中可留下問題,指定參考資料,布置思考題,讓學生自己去學習思考,引導學生多思多想,發現更多的疑點,提出更多的問題,掌握有機化學學科體系的思維方法。若將學生的積極性調動起來,他們就會主動地查閱參考資料,增進知識,從而鍛煉自己的思維能力,這樣的學習效果才會得到保證。放寬有機化學知識口徑,調整課程內容,明確課程目標和要求,在切實加強“三基本”的前提下,精選教學內容,結合國內外最新研究成果和動態,注意把新的知識引入課堂。解決好四個矛盾,即課時少與內容多的矛盾;經典理論與現論的矛盾;理論與應用的矛盾;課程體系與相關學科之間融合、滲透與交叉之間的矛盾。還應活躍課堂教學氣氛,鼓勵學生與教師平等地討論問題,爭論問題。創造尊師愛生,在學術問題上平等的良好學風,這將有利于教師和學生知識的更新和水平的提高,完成人才培養的目標。
有機化學正伴隨著人類科學技術的巨大進步而迅猛發展,有機化學研究領域不斷擴張,有機化合物的化學結構及其作用機理揭示了豐富的哲學思想,并向世人展示出一幅物質世界普遍聯系的壯美景象,啟迪著人們的心智,也為人類探索有機物質世界的本質提供可遵循的思路。因此,學習有機化學基本知識的目的不在于為知識而知識,更在于了解和學習化學的思維方法,從有機化學學習的角度掌握辯證唯物主義的世界觀和方法論,啟迪科學思維,培養科學方法,提高科學素養,為真正成為具有創新精神的高素質人才奠定基礎。
參考文獻:
[1]清華大學教育研究所.科技人才培養[M].清華大學出版社,1993.
[2]王興南.論創造能力及創造型人才培養[J].山東工業大學學報(社科版),1995,(1).
[3]周遠清.加強大學生文化素質,教育要逐步規范化和制度化[J].高等教育研究,1998,(5).
[4]施開良.化學類專業創新人才培養模式探討[J].大學化學,2002,(6).