開放性有機化學實驗教學的微型實驗模式

摘要：文章對微型有機化學實驗的優勢與存在的問題進行了全面分析，根據開放性實驗教學的特點與教學目的，建立了微型有機化學實驗與開放性實驗課程相結合的教學模式，按照科研的一般程序對選修學生進行模擬訓練，在實踐中體現了學生的自主性，增強了學生的創新能力和綜合能力，培養了學生對微型有機化學實驗的濃厚興趣。

關鍵詞：微型有機化學實驗；開放性實驗教學；自主與創新

中圖分類號：G642.4 文獻標志碼：A？搖 文章編號：1674-9324（2012）11-0254-02

大學本科化學類專業的有機化學實驗教學過程是一個循序漸進的教與學的過程。通過學習與實踐訓練，學生能夠掌握基本的有機化學實驗原理和操作技能，培養對有機化學實驗的濃厚興趣。由于基礎有機化學實驗的教學方法的局限性，學生在掌握了基本的實驗技能后，希望有機會親自參與一些有機化合物合成方法的設計與實施。學生通過主觀能動的科研實踐活動，有效地訓練與發展創新性思維，充分地鍛煉與提高個人能力與科學素質，同時也能夠積累一定的科研經驗，為進入研究生階段深造或進入社會就業積累資本。因此開放性有機化學實驗課程的設置是水到渠成的結果。然而有機化學實驗室向學生開放，最大的難題是實驗室的安全性問題，其次是實驗室場地的問題。另外開放性有機化學實驗所需試劑和實驗儀器與設備種類較多，實驗經費不足的矛盾也不容忽視。微型有機化學實驗法是一項具有專業特色的教學方法，它是在綠色化學思想指導下創新性地利用微型化儀器和裝置（常規實驗的10%～1%）和極少量的試劑（常規實驗的幾十分之一至千分之一）進行化學實驗的一種方法，做為綠色化學的一項技術和方法，是21世紀化學工作者應該了解并掌握的一種方法[1]。微型有機化學實驗法具如下優點：①實驗試劑的量的減少，可大大節約實驗操作時間，使實驗室在有限的學時中能安排更多的實驗；實驗儀器的微型化，使實驗時所占用的空間大大減小，緩和了原本擁擠的實驗室空間，提高了實驗教學效率和效果。②實驗試劑用量的減少，從源頭上減少了浪費，降低了對環境的污染和三廢排放；實驗時間的縮短減少了實驗過程中的水電能源消耗；實驗的微型化也降低了對實驗設施的要求。③微型化實驗減少了易燃易爆試劑藥品的用量，降低了有機化學實驗的危險性，使操作更安全。④微型化實驗能激發學生的興趣，增強探究積極性，實驗藥品用量的減少使學生更加注意實驗中的現象，操作過程中更加小心謹慎，對每一過程的跟蹤和處理更加認真，培養了規范、細致的操作習慣，提高了學生的實驗動手能力和觀察能力；同時也樹立了大學生的環保意識、公民意識，提高了學生的社會責任感。

雖然微型有機化學實驗有著常量有機化學實驗無法相比的優勢，但也存在著明顯的不足[2-3]，例如：①儀器操作比較復雜。因為微型有機化學實驗儀器規格較小，因此在操作過程中使用起來不是很方便，需要花費很多時間安裝實驗裝置以及裝置的固定等，這是使用過程中常出現的問題。②實驗現象不便觀察。雖然微型有機化學實驗能起到和常量有機化學實驗相同的實驗目的，但是在具體操作過程中由于實驗試劑用量相對較少，儀器粘附等損耗相對于原料用量的比例較大，使實驗現象有時不明顯，要準確觀察比較困難。此外，微型合成實驗由于試劑用量少，產物量也相對較少，甚至得不到產物，對學生的自信心有一定的影響。③實驗方法不符合實際要求：微型有機化學實驗教材種類不多，且很多合成實驗僅僅是對常量實驗作了按比例縮小試劑用量的改進，導致學生實驗效果不明顯，容易出現失敗個案，使微型有機化學實驗的廣泛應用受到了一定的限制。因此我們認為微型有機化學實驗完全替代常量有機化學實驗是不可取的，只有揚長避短，才能充分體現微型有機化學實驗的優勢，才能使微型有機化學實驗研究在實踐中取得更有效的進展。我校材料與化學化工學院在微型化學實驗教學研究工作起步早、基礎實、推廣應用成效顯著，已出版有微型化學實驗、微型無機化學實驗、微型有機化學實驗等教材[4-6]，全國微型化學實驗研究中心即設在材化學院，在全國具有較高的知名度。在2010年我校規劃的“全國師范類實驗教學示范基地建設”中微型化學實驗作為特色項目被重點列入。利用我院微型化學實驗研究的有利條件，把開放性探索創新性實踐教學與微型有機化學實驗相結合，利用有限的實驗場地，將有機化學實驗中的不安全因素降到最低程度，同時也可較大程度地節省實驗費用，提升有機化學實驗的開放度，最大程度地滿足學生創新性、探索性能力訓練的愿望。要使微型有機化學實驗與學生的探索性、創新性實踐活動有機結合并順利實施，還需要在實驗教學和實驗管理方面建立一套切實可行的操作模式。本文對在實施開放性微型有機化學實驗教學中的方法和體會作如下總結匯報。

一、開放性微型有機化學實驗的教學指導思想

化學類專業的有機化學實驗教學模式，是在相關專業的有機化學實驗教學大綱的指導下，選用適用于本專業的的實驗教材，根據由易到難、由簡單到復雜的操作技術等教學特點選取實驗項目，以循序漸近的教學方式對學生進行有機化學實驗操作技能的訓練。學生不能自主挑選實驗項目，也不能自主設計實驗方法或增減實驗步驟。在老師的指導下，在符合科學性的前提下，學生可以自主選題，用微型有機化學實驗技術對目標化合物的合成方法與步驟進行合理的設計和優化，對實驗數據和產物進行分析、驗證，最后撰寫一篇模擬的科研小論文，初步體驗科研的一般過程。通過這一模式的教學，學生的創新性思維與探究能力可以得到充分的發揮與強化，自身的主觀能動性也能夠得到了充分的實現。

二、開放性微型有機化學實驗的教學內容與操作流程

1.框定大類，分組選題。指導老師根據微型有機化學實驗的特點，先框定幾個化合物類別的實驗項目，如醇類、醚類、酯類和羧酸類等。框定實驗項目類別的原則是，目標產物盡可能為固體化合物或有比較高沸點的化合物，以利體現微型有機化學實驗教學的綜合效果。學生自愿報名并合理調配進行分組，按一個小組一個類別進行選題，小組中的每個學生選取一個同類別但不同的目標化合物進行合成實驗設計。在選取與確定目標化合物的過程中，學生首先要初步查閱相關化合物類別的文獻資料以作選題參考。

2.查閱相關實驗的常量操作方法的文獻資料，對備選方法進行可行性分析。學生在老師指導下，對所選目標化合物的合成方法進行文獻檢索、閱讀與篩選。查閱所得的合成方法一般為工業合成法和實驗室合成法，合成的方法、所需的試劑及實驗條件各不相同，學生必須在已學的有機化學實驗基礎上，根據自己掌握的理論知識和實踐操作經驗進行可行性分析與篩選，確定2～3種可行的方法待指導老師審核。

3.微型化實驗方案的設計。學生所選的實驗方法在得到指導老師的審核批準后，對已選方法進行微型化實驗方案設計、實驗條件優化方案設計等，并經老師指導修改和完善后，進入實驗準備階段。

4.實驗前的準備。以實驗類別小組為單位填寫申領/申購實驗試劑、實驗儀器/設備表格，交給學院實驗中心進行審批與備貨。在此期間，若遇試劑采購有困難，實驗中心應及時反饋，學生再作相應的實驗方案與實驗試劑的調整。

5.實驗過程。實驗試劑及儀器設備到位后，在實驗室開放的時間里進入實驗室進行實驗。對不同的微型實驗方法進行對照實驗、條件優化實驗等，仔細觀察實驗現象，詳細記錄實驗數據，在老師的指導下對原設計方案中的一些不合理的步驟進行適當的修改或完善，對各步驟所獲的產物進行常規的熔、沸點表征。實驗過程中，嚴格遵守實驗室規則和有機化學實驗操作規程，虛心接受指導老師的指導和實驗中心管理人員的管理。

6.實驗的后期工作。在完成整個實驗過程后，對獲取的實驗數據進行整理與補充，并撰寫一篇2000字以上的實驗小論文，匯編成冊。

7.成績的評價與推優。以小組為單位評選，評選依據是資料查閱和方案制定的質量、實驗工作量、實驗數據的質量以及實驗小論文寫作情況，評選出30%左右的學生給予優秀成績，報送學院存檔。

三、開放性微型有機化學實驗教學中指導老師的作用

開放性微型有機化學實驗教學，從學生選題、查閱資料、篩選方法、制定實驗方案，以及實驗方案的實施和撰寫論文等整個過程中，指導老師都起著關鍵的作用。因此指導老師所承受的工作強度是與常規的實驗教學不可比的。指導老師必須花費大量的時間和精力全身心地投入，以期達到開放性實驗教學的目的。

四、開放性微型有機化學實驗教學中學生的素質與教學效果

微型有機化學實驗的特點是儀器小、試劑量少、實驗現象不明顯等，學生的素質會直接影響開放性實驗的教學效果。選修開放性實驗的學生大部分是本著提高自身實驗素質、發揮主觀能動性、加強自主創新能力的目的而來，這些學生具有認真主動、嚴謹細致的優良素質，學習能力也比較強，往往會正面體現微型有機化學實驗的教學效果。也有少部分學生則是因學分而選，在實際的教學過程中顯得比較被動，可能會造成負面的教學效果。這些學生的選修會大大增加指導老師的指導工作量。因此在開放性微型有機化學實驗的教學中，對報名選修的學生應進行篩選，以達到良好的教學效果。

五、開放性微型有機化學實驗教學中實驗室的管理

在開放性微型有機化學實驗教學工作的整個過程中，除了教學指導老師外，還必須有實驗中心管理人員的積極參與和全程配合，從試劑、儀器設備的采供，到實驗室的日常管理和儀器維護，均需相關實驗員老師和實驗室管理人員的全程參與和管理。實驗室管理人員的積極配合是保證開放性實驗教學順利進行的有力保障。

開放性微型有機化學實驗的開設，有效地解決了有機化學實驗室向學生開放可能帶來的實驗的安全性、實驗場地及實驗資金不足等問題。通過開放性微型有機化學實驗的實踐訓練，學生的創新能力和綜合設計能力得到了很好的訓煉，環保意識也得到了進一步的加強。許多學生對科研工作因不了解而有所畏懼，通過開放性微型有機化學實驗，實際體驗了科研的一般過程，對科研有了新的認識和理解，有的甚至設定了考研的目標。微型實驗小論文作為成果匯編成冊后印發給了參加選修的學生留作記念，更帶動了其他學生對微型有機化學實驗的興趣。開放性實驗課程的開設使教學改革達到了新的高度。

參考文獻：

[1]廖永衛，趙德山.微型化學實驗與有機化學實驗改革[J].醫學教育，1995，（10）：20-22.

[2]佟玲.淺談微型有機化學實驗教學[J].內蒙古民族大學學報，2009，15（4）：51-52.

[3]朱少萍，王麗華，郝林祥，趙波.微型有機化學實驗的可行性研究[J].高師理科學刊，2012，32（1）：88-90.

[4]周寧懷，宋學梓.微型化學實驗[M].杭州：浙江科學技術出版社，1992.

[5]周寧懷，王德琳.微型有機化學實驗[M].北京：科學出版社，1999.

[6]周寧懷.微型無機化學實驗[M].北京：化工出版社，2000.