研究性教學模式在有機化學教學中的探索與實踐

郭玲香，劉松琴，楊 洪，林保平，王明亮

（東南大學 化學化工學院，江蘇 南京211189）

研究性教學是一種以學生為中心，教師為主導的教學模式，其核心思想是“把科研活動融入到教學之中”，要求教學過程中體現“研究”的本質特點，即教師在教學實踐中創設類似科研的情景，實施以培養認知能力為主要特征的“研究性教學”。學生在教師指導下，進行研究性學習，主動獲取知識，并應用所學知識解決問題，以提高學生的創新思維和創新能力為目的［1］。作為一種培養具有創新精神和創新能力人才的新途徑，研究性教學已經逐漸成為國內外高等教育理論和實踐研究的熱點問題，并得到國際社會普遍認同。實踐表明：研究性教學能夠大大促進高校教學和科研結合，實現教學相長，是研究型大學培養具有堅實理論基礎與創新精神的高素質人才的必由之路［2］。

有機化學是高等院校化學、化工、制藥、生物、環境類、材料類、醫學類、電子類等專業本科生一門重要的基礎課程，具有內容豐富、理論性高、實踐性和應用性很強、發展迅速等特點，而且課程內容對化學各領域的涉及面較寬，恰好為研究性教學模式的探索提供了廣闊的空間。近年來，課程組提出以了“強化實踐、突出創新”為主題的有機化學教學改革思路，充分利用東南大學現有的教學與實驗條件，從理論教學、實驗教學、科研訓練三方面提高學生的創新思維、創新實踐能力和科研素質，取得了較好的實施效果。本文介紹了有機化學研究性教學體系的構建，以及研究性教學模式的探索與實踐。

一、構建“三位一體”有機化學研究性教學體系

圖1 有機化學研究性教學體系

研究性教學離不開研究性的教學體系，因此課程組成員針對研究型大學創新人才的培養要求及課程特點，堅持“融知識傳授和能力培養為一體、融業務培養與素質教育為一體、融教學與科研為一體”的課程建設與改革思路，構建了有機化學研究性教學體系，如圖1所示。該體系將理論教學、實驗教學和科研訓練有機結合，為系統培養學生的創新實踐能力和科研素質提供了豐富的優質教學資源和多元化的自主研學途徑，三者相互關聯，統一管理，全方位地開展學生“做、學、研”相結合的創新實踐活動。

二、精心設計理論課程的研究性教學內容，探索問題式研究性教學方法，提高學生的創新思維

研究性教學的實施離不開教學內容的創新。因此，根據課程教學目標和研究性教學模式特點，課題組成員貫徹“重思想、重方法、重應用”的教學理念，以“結構→物理性質→制備方法→化學性質→反應機理→反應規律→主要用途”為主線，精心設計了由結構與命名、反應類型與機理、合成設計基本理論、合成方法與技術等四大知識模塊組成的有機化學理論課程研究性教學內容。特別強調處理好教學內容的基礎性和先進性的關系，不僅加強基礎知識和基本理論，重點講解有機化學反應原理和方法，而且注重把有機化學學科的發展前沿和生產中的最新應用，以及相關學科的交叉知識等研究性內容引入課堂。例如：緒論課中，教師從衣、食、住、行、醫療保健、環境保護、生命科學等方面入手，介紹有機化學及有機化合物在生產、生活中的應用及重要作用。而且引入綠色化學、富勒烯家族、有機納米材料、有機光電功能材料、生命有機科學的糖化學、DNA重組技術和定點突變技術、蛋白質化學的分子識別技術等學科前沿［3］，早期給學生滲入有機化學學科前沿和應用意識。并通過大量生動形象的圖片、事例來反映有機化學世界之神奇和有機化學工作之樂趣，使學生初步了解當代有機化學的發展動態和最新成果、拓寬知識面，激發學生學習與探究有機化學知識的興趣。

教學過程中，課程組成員積極探索“問題式研究性教學法（PBL）”。根據教學內容，教師課前精心設計能夠引導學生對學習對象產生研究興趣或質疑態度的一系列問題，創設一種類似科學研究的教學環境和途徑，為所有學生營造研究性學習氛圍。課上應用生動的語言描述簡單事例，以案例或圖片形式把每節課的主要內容展現給學生，激發學習新知識的興趣和主動性，使學生帶著解決問題的熱情去聽課［4］。同時采用案例分析、啟發式、討論式等多種教學方法，逐步引導學生進行研究性學習，將問題逐一解決，實現學生在研究性“教”與“學”的過程中獲取知識、訓練思維、培養能力的目的。例如：講授立體化學章節時，首先講述一個簡單例子：小芳夢見自己來到了神奇的鏡像世界，發現平時最愛吃的口香糖變成了香菜味道。告訴學生口香糖味道改變的真正原因是所含主要化學成分“香芹酮”的手性，手性的存在使香芹酮具有互為鏡像的R型和S型兩種異構體，而兩種異構體的性能不同。學生就會產生強烈的好奇心，很想知道日常口香糖中香芹酮的結構到底是怎樣的？這時，教師適時提出本章所要解決的主要問題：（1）什么是手性分子？（2）什么是對映異構體？（3）如何判斷對映異構體的絕對構型？學生的注意力很快就集中到特定的問題情境中，帶著疑惑和探究答案的激情參與到教學環節中，進行主動學習。通過教師的引導和重點講解，以上問題逐一解決，學生在下課前，能夠運用所學的立體化學知識，順利地確定口香糖中香芹酮為S型異構體。這種以問題為載體的研究性教學模式符合學生勇于探究的心態，便于學生實現從“要我學”到“我要學”的轉變。學生經歷了艱辛的思考過程之后，不僅能夠深刻理解所學內容、感受到主動獲取知識的樂趣，而且增強了運用理論知識解決實際問題的能力。

三、建設三層次實驗教學新體系，推進研究性學習，提高學生的綜合素質和創新實踐能力

有機化學以實驗為基礎的學科特征，更有利于學生進行研究性學習。以“方案設計→物質制備→分離提純→結構表征→性能測試”五要素為主線，以培養學生的創新實踐能力及科研興趣為目標，建設了螺旋式上升的“三層次”（基礎型、綜合設計型、研究創新型）有機化學實驗教學新體系。通過刪減簡單的驗證性實驗，在原有基礎型實驗中增加設計性元素，把有機化合物的典型性質實驗安排在相關的合成實驗中，提高基礎型實驗的教學起點。通過串聯序列化的多步驟合成、提純、分離等多個單元操作，構建綜合設計型實驗項目；例如：將乙酰苯胺、對硝基乙酰苯胺、對硝基苯胺三個合成實驗合并成一個綜合實驗。研究創新型實驗包括方案設計、合成反應、分離提純、產品結構表征或元素分析等多個階段。大多數實驗項目是結合教師科研課題或者學科研究熱點凝練而形成的，內容新穎，難度適中，具有本科生進一步可研究探索、發揮一定創造性的空間，能夠充分調動學生的研究興趣。該實驗教學新體系由基本單元技能訓練到綜合技能訓練，最后進入研究創新實驗技能訓練，循序漸進，體現了有機化學實驗自身的系統性和規律性。

研究性實驗教學模式通過改進實驗內容和教學方法等，激發學生自主學習和探究動機，是一種培養學生研究興趣的新型教學方式，適應當前教學改革的要求。因此，課程組成員探索了“分層次開放式”的研究性實驗教學模式，使學生科研意識和科研能力的培養融入到正常的實驗教學秩序中，基礎型實驗采取開放式預習和互動式教學方法，加強實驗的啟發性，增加學生動手動腦、查閱資料的機會。綜合設計型實驗采用必做實驗與選做實驗相結合方式，為學有余力的學生提供更多的鍛煉機會，全面提高綜合實驗技能。研究創新型實驗既要求學生必須掌握一定的有機化學實驗知識和實驗技能，又能夠靈活地、創造性地綜合運用這些知識和技能。教學實踐過程中更注重研究性，主要體現在實驗的內容、方法、技術和過程等多個層面，采用實驗教學與科研項目相結合的開放式教學方法。學生自主選題，在“查閱文獻、方案設計、實驗準備、實驗操作、結果分析、撰寫報告、匯報討論”等環節中，以學生為主體、教師為主導，教師給予全方位的研究性指導，為學生提供更多的自主學習空間，發揮學生的主觀能動性，進行自行設計、獨立實驗、主動思考與討論。同時倡導團隊合作，合理分工、共同探索研究，調動學生研究性學習的積極性，增強學生發現問題、解決問題和團結協作的能力。

四、提供多元化的課外實踐途徑，鼓勵學生參加科研訓練，培養學生的科研素質

東南大學作為一所研究型大學，擁有高素質的師資力量、先進的實驗設施、學科發展及項目資源優勢，通過由專題研究、科技創新、學科競賽、SRTP活動組成的“四路并進綜合實踐”環節，為本科生研究性教學模式的實施提供了良好的課外科研實踐平臺。結合理論課程教學內容，教師擬定研討主題，例如自己身邊的有機新材料、微波輻射有機合成新方法、足球烯家族等有機化學熱點問題。鼓勵學生選擇感興趣的內容，利用網絡和圖書館資源查閱相關文獻、自擬題目、撰寫課程論文。通過組織學生“專題研究”匯報，加強師生間、學生間的交流研討和教師點評總結，使學生了解有機化學、有機化工與社會和生活的密切聯系，培養學生的探索興趣、誘發學生的創新萌芽。“科技創新活動”通過展示科研訓練成果和實驗方案設計，激發學生的創新意識。鼓勵和資助學生積極參加學科競賽，培養學生的創新實踐能力。依托學科發展優勢，結合教師科研課題，鼓勵學生自主申報“SRTP項目”，引導學生參加科研實踐、感受學術氛圍，接受科研訓練，激發學生的科研興趣，學會如何通過實驗現象和數據處理，分析討論實驗結果，運用理論知識解決實際科研問題。多元化的課外綜合實踐途徑能夠促進學生自主研究性學習，幫助學生延伸課內知識、拓展課外知識，提高學生的文獻檢索和閱讀能力、綜合實驗技能、分析討論、交流表達、論文寫作等綜合科研素質，培養學生的創新思維和科研創新能力。

五、探索研究性教學新的考核方案

研究性教學模式評價系統應該遵循學習過程評價和教學目標管理相結合的基本原則，進行多種方案的探索。因此，在有機化學研究性教學模式實施過程中，改變以往期末“一張考卷定高下”的做法，考核評價內容從以知識測量為主轉變為以能力測量為主。加大平時考核力度，平時考核包括一系列有利于引導學生提高實踐能力和科學素質的內容，例如：教學基本知識的測驗、學習階段總結、綜合問題討論、課程論文、作業質量等。理論課程采用“平時作業及測試成績×15%＋學習階段總結×10%＋課程論文成績×20%＋課堂討論成績×10%＋期末考試成績×45%”考核方案。針對“三層次”研究性實驗教學新體系，實驗成績考核主要根據學生查閱資料、實驗方案設計、實驗預習、實驗操作、報告撰寫、分析問題及解決問題的能力，指導教師對學生在不同階段所表現的實踐能力分別給出相應分數，按照一定權重，加權平均，最終進行綜合評定考核。新的考核方案貫穿于整個學習過程，是對學生在研究性學習過程中獲取知識、探索研究、思維創新等多方面能力的綜合評價，有利于開辟教師研究性“教”和學生研究性“學”的新局面，為在課程教學中貫徹素質教育、能力培養營造寬松的環境，培養學生的創新思維和創新實踐能力。

六、有機化學研究性教學的實踐效果及思考

2008年起，“三位一體”有機化學研究性教學模式已經在我校化學、化學工程與工藝、制藥工程三個專業中逐步實施。實踐結果表明：研究性教學模式的實施一方面能夠使學生較扎實地掌握有機化學必要的學科知識和基本實驗技能、拓寬了知識面。另一方面在研究性學習過程中，學生經歷了文獻查閱、選題、方案設計、實驗操作、分析討論、交流表達、論文撰寫等全程訓練，提高了自主學習能力、創新思維、創新實踐能力和科研能力，真正實現了“教”與“研”相長并進。近4年來，課程組教師指導國家大學生創新性實驗計劃8項、江蘇省高等學校大學生實踐創新訓練計劃2項、校級和院級“SRTP”科研訓練項目分別為75項和81項，約350多人次參與了科研訓練。張兆航等本科生于ELECTROANALYSIS、有機化學等國內外SCI收錄期刊上發表論文12篇。以本科生科研工作為基礎，申請專利15件，其中授權國家發明專利3件。學科競賽成績可喜，第一屆、第二屆江蘇省大學生化學化工實驗競賽中6人次榮獲一等獎、4人次榮獲二等獎、2人次榮獲三等獎。

通過探索與實踐有機化學研究性教學模式，筆者認為研究性教學不僅要求教師更新教育教學理念，及時了解學科發展與創新動態，不斷更新和充實教學資源，積極開展研究工作并不斷提高自身學術水平。而且學生必須更新學習觀念，從被動接受者轉變為主動思考探索者，積極參與研究性教學過程，在學習中研究，在研究中學習。只有師生共同堅持不懈地努力，研究性教學對培養高素質創新型人才的作用才能得以真正發揮。

［1］伍紅林.從《博耶報告三年回顧》看美國研究型大學本科生研究型教學［J］.高等工程教育研究，2005，23：79-82.

［2］李志義.高水平研究型大學本科教學模式的選擇［J］.中國高等教育，2007，23：20-22.

［3］樓鑫.有機化學的前沿和教學中的思考［J］.化工高等教育，2010（1）：60-62.

［4］王紅，許孝良，楊振平，等.PBL教學法在工科有機化學教學中的實施初探［J］.廣東化工，2012，225：131-132.