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簡(jiǎn)談?dòng)袡C(jī)化學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的探索與實(shí)踐論文
有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是一門重要的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，是醫(yī)學(xué)、藥學(xué)、化學(xué)、化工、生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)等學(xué)科學(xué)生必修的主干課程之一。通過(guò)實(shí)驗(yàn)課程的教學(xué)，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生具備熟練的實(shí)驗(yàn)技能，而且還應(yīng)當(dāng)逐漸培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課教學(xué)，安排學(xué)時(shí)較少，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單薄且較為陳舊，只能使學(xué)生大體了解有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)，而遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到上述要求。為了解決這一問(wèn)題，我校參考和比較了多所學(xué)校化學(xué)課程開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的實(shí)施情況，開(kāi)展了有機(jī)化學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)，起到了較好的效果。本文結(jié)合我校有機(jī)化學(xué)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體情況，介紹了實(shí)驗(yàn)的安排與管理、實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容的一些具體實(shí)例以及對(duì)改革開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一些思索。
一、實(shí)驗(yàn)的安排與管理
在每一個(gè)學(xué)期末，有機(jī)化學(xué)的任課教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)室可供使用的時(shí)間、儀器設(shè)備等條件和不同層次學(xué)生的能力水平設(shè)計(jì)一些開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，實(shí)驗(yàn)室匯總后在校園網(wǎng)上公布，有興趣的學(xué)生可以先報(bào)名，然后在相應(yīng)的時(shí)間進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室，在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。我校開(kāi)設(shè)的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目大體可以分為了解和學(xué)習(xí)使用新型儀器的實(shí)驗(yàn)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)、與教師的科研相結(jié)合的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)這三種類型。
二、開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的具體實(shí)例
1.了解和學(xué)習(xí)使用新型儀器的實(shí)驗(yàn)
我校為藥學(xué)、化工等多個(gè)專業(yè)的學(xué)生開(kāi)設(shè)“現(xiàn)代有機(jī)合成儀器的使用”這一開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)課上由教師講解數(shù)字熔點(diǎn)儀、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀、集熱式磁力攪拌器、有機(jī)合成裝置等儀器的使用。然后由學(xué)生進(jìn)行樣品熔點(diǎn)的測(cè)定，減壓回收溶劑等實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)時(shí)間約為3學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)室一次性容納學(xué)生數(shù)約為20人。這一實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)的熔點(diǎn)測(cè)定、減壓蒸餾等實(shí)驗(yàn)相比，使用了一些新型的儀器，學(xué)生積極性較高，因此報(bào)名參加這一類型實(shí)驗(yàn)的學(xué)生人數(shù)最多。該實(shí)驗(yàn)可以有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，但對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能提高幫助并不大，有相當(dāng)一部分學(xué)生只是抱著走馬觀花的心態(tài)來(lái)參與，不過(guò)也有學(xué)生反映這一類型的實(shí)驗(yàn)對(duì)他們自己提出的大學(xué)生創(chuàng)新計(jì)劃很有幫助。
2.教學(xué)實(shí)驗(yàn)的擴(kuò)展性實(shí)驗(yàn)
我校為學(xué)生開(kāi)設(shè)了“多種方法從茶葉中提取咖啡堿”和“乙酸苯酯的合成研究”等開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。這些實(shí)驗(yàn)可以認(rèn)為是對(duì)“從茶葉中提取咖啡堿”“乙酸乙酯的合成”等常規(guī)教學(xué)實(shí)驗(yàn)的一種拓展。在“多種方法從茶葉中提取咖啡堿”這一開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要將普通回流提取法、索氏提取器回流提取法與教學(xué)中的直接升華法進(jìn)行比較討論。在“乙酸苯酯的合成研究”這一開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生需要比較乙酸酐與苯酚反應(yīng)及乙酸酐與苯酚鈉反應(yīng)這兩種常見(jiàn)文獻(xiàn)合成方法的優(yōu)缺點(diǎn)。大學(xué)各年級(jí)的學(xué)生都可以參與這一類型的開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。這種類型的實(shí)驗(yàn)相當(dāng)于讓學(xué)生進(jìn)行幾個(gè)較為簡(jiǎn)單的文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)，所需時(shí)間一般為10～20學(xué)時(shí)。
3.與教師科研相結(jié)合的實(shí)驗(yàn)
我校根據(jù)教師自身參與的一些科研課題開(kāi)設(shè)了雙乙酸鈉的合成新工藝研究、芳基吡唑腈的合成研究、五方酸的合成研究等開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)。在這些開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)中學(xué)生不僅成為了教師的科研助手，而且自身也得到了很大的鍛煉。但限于實(shí)驗(yàn)條件，一般一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目參與的學(xué)生只有5～10名，因?yàn)檫@種類型的實(shí)驗(yàn)需要學(xué)生投入較多的時(shí)間和精力，所以實(shí)際報(bào)名的學(xué)生數(shù)也較少。以芳基吡唑腈的合成研究為例，實(shí)驗(yàn)過(guò)程包括低溫下2，6-二氯對(duì)三氟甲基苯胺的重氮化反應(yīng)，重氮鹽與2，3-二氰基丙酸乙酯的取代反應(yīng)，偶氮中間體在濃氨水作用下的關(guān)環(huán)反應(yīng)等多個(gè)反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)操作包括磁力攪拌、機(jī)械攪拌、萃取、洗滌、抽濾、重結(jié)晶等多個(gè)環(huán)節(jié)。學(xué)生需要查閱一系列文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)影響重氮化反應(yīng)、吡唑環(huán)形成反應(yīng)等反應(yīng)的作用機(jī)理，并提出一些設(shè)想，在獲得教師的許可后，動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在這一實(shí)驗(yàn)中能夠提出一些較好設(shè)想并努力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的學(xué)生一般都將這部分工作作為自己畢業(yè)論文中的一部分，因此參與的學(xué)生多數(shù)為大三、大四的學(xué)生。這種類型的實(shí)驗(yàn)時(shí)間安排較為靈活，實(shí)驗(yàn)總學(xué)時(shí)為20～100學(xué)時(shí)不等。能完整參與這一類型實(shí)驗(yàn)的學(xué)生往往在考研面試和用人單位招聘時(shí)得到主考官的青睞。
三、改進(jìn)開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的思考
傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式是教師講一下，然后學(xué)生“照方抓藥”，所選擇的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容也受到學(xué)校的教學(xué)條件限制，新型的儀器設(shè)備、較長(zhǎng)時(shí)間的多步合成這些都很難在常規(guī)教學(xué)中得到體現(xiàn)。這種教學(xué)方式束縛了學(xué)生創(chuàng)造性思維的發(fā)揮，不利于學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)。
有相當(dāng)一部分教師認(rèn)為開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)應(yīng)當(dāng)是由學(xué)生自己根據(jù)實(shí)驗(yàn)題目的要求，獨(dú)立擬定實(shí)驗(yàn)方案、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)技術(shù)路線，完成實(shí)驗(yàn)過(guò)程，指導(dǎo)老師只負(fù)責(zé)對(duì)實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行審查，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中給予必要的啟發(fā)與引導(dǎo)，實(shí)驗(yàn)完成以后對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和報(bào)告進(jìn)行評(píng)定。但實(shí)際上一般高校的普通大學(xué)生根本不具備這種能力。即使是有機(jī)化學(xué)的研究生剛進(jìn)實(shí)驗(yàn)室時(shí)一般也只是先重復(fù)一些文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)有能力越過(guò)這一階段直接去獨(dú)立設(shè)計(jì)和完成實(shí)驗(yàn)的本科生在普通高校中為數(shù)不多。開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施也必須遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律和學(xué)生的能力水平相適應(yīng)。
我校實(shí)施的這些開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)難易不同，所需時(shí)間也不相等，因此給了學(xué)生很大的自由選擇空間，有利于激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰头治鏊伎寄芰Γ步o了一些對(duì)有機(jī)合成有熱情、有天分的學(xué)生一個(gè)提高和表現(xiàn)自己的機(jī)會(huì)。這一做法切實(shí)可行，對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)、專業(yè)知識(shí)的拓展和實(shí)踐技能的獲取以及實(shí)際工作能力的提高都收到了明顯的效果。但這一工作的進(jìn)行需要教師和實(shí)驗(yàn)管理人員投入較多的時(shí)間和精力，這不僅需要教師具有敬業(yè)和奉獻(xiàn)精神，還需要學(xué)校能提供相應(yīng)的支持和鼓勵(lì)措施。一些有探索性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目在實(shí)施的過(guò)程中還需要教師具有較好的科研水平。
我們對(duì)開(kāi)放性性實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革進(jìn)行了一些探索，實(shí)踐證明是成功的。在以后的教學(xué)實(shí)踐中，還需要不斷改進(jìn)，建立相應(yīng)的激勵(lì)機(jī)制，使開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)教學(xué)能夠持續(xù)良好的發(fā)展下去。
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