有機化學實驗啟發式教學探析

蘇玉+馬東升+于穎慧+

摘要：有機化學實驗和有機化學相互依賴，是一門重要的基礎實驗課程。文章主要采用啟發式教學方法探討了如何將龐雜的基本知識系統、合理關聯性地呈獻給學生，并引導學生在實驗中發現問題，共同探討和解決問題，為培養綜合性與創新型人才打下良好基礎。

關鍵詞：有機化學實驗；啟發式；教學探究

中圖分類號：G642.0文獻標識碼：A 文章編號：1002-4107（2014）09-0006-02

基金項目：黑龍江大學新世紀教育教學改革工程項目（2012C58）

有機化學和無機化學、分析化學等基礎學科一樣，是一門以實驗為基礎的學科，對有機化學理論的發展起著至關重要的作用，二者相互依賴又相互促進。有機化學實驗課教學重點在于培養學生的動手能力、獨立思考和解決問題的能力、科學的思維方法以及實事求是的工作態度和嚴謹的工作作風[1]，并且可以通過實驗課的學習得以對理論課上所學的知識加深理解、鞏固并得到發展。

有機化學實驗作為有機化學、應用化學、制藥工程、環境化學、生物化學等很多理工科專業本科生的一門必修課，是后續各專業實驗課程的重要基礎，也是與日常生產和生活的聯系最為緊密的學科。與無機化學實驗、分析化學實驗及物理化學實驗等基礎課程相比，無論是在試劑的種類和性質，儀器的類型、數量、使用和組裝方面，還是在實驗操作方法與內容等方面，都更加多樣化和復雜化，因而對任課教師的教學方法與教學手段都提出了更高的要求。

20世紀60年代初，施瓦布首次提出的“作為探究的教學”，與同期由美國的神經病學教授Barrows在加拿大麥克馬斯特大學首創的以問題為導向的教學方法（problem-based learning，PBL），均是基于以學生為中心的教育方式，目前已成為國際上較流行的一種教學方法。其特點是在教師引導下，學生參與到發現問和提出問題，制定合理的計劃并加以實施，最終尋找答案的過程中。這些方法旨在培養學生的科學思維能力、分析和解決問題的能力、創新能力以及表達交流合作的能力、科學探究能力等。我們嘗試在有機化學實驗課程教學中運用類似手段，引導學生帶著教師提的問題創設進入實驗，通過認識和解決問題的過程得到理論上和實踐上的全面進步，采用這種教學方法可改變傳統的有機化學實驗課堂以教師單純講授為主，學生照方抓藥式實驗為主動研究式實驗，在培養學生獨立設計實驗方案和科學研究能力等方面會起到積極的作用，能夠更好地適應素質教育的形式和要求，為社會提供高素質綜合性創新人才。在有機化學實驗教學中，我們主要從如下幾個方面對學生加以啟發性引導。

一、注重多種教學方法的綜合運用

有機化學實驗中的基本理論和知識，基本操作和技能，是貫穿整個實驗過程的，這些基本理論和操作比較繁雜瑣碎，如果只是教師簡單的講解，學生很容易忽視，或記憶不深刻不全面；如果能夠充分調動與發揮學生的觀察和分析判斷能力，發揮他們的主觀能動性，就可能達到事半功倍的效果。比如，首個實驗“無水乙醇的制備”，其中重要的操作是回流和蒸餾，看似簡單，但對于初學者來說，需要學習與掌握的知識點還是很多的，記憶起來也頗費心思。我們嘗試通過一個蒸餾裝置圖與教師現場演示搭建實驗裝置，讓學生直觀地接觸眾多的知識點和信息，帶動學生通過觀察思考，發現問題進行討論，比如，升降臺的使用，加熱器的選擇和溫度的控制，蒸餾燒瓶規格的選擇，沸石的使用，溫度計規格的選擇和位置，鐵夾子的位置，冷凝管種類的選擇及冷卻水流的方向，常壓和減壓蒸餾接收器的不同要求，無水試劑及易燃易爆品蒸餾的特殊要求，塞子種類和大小的選擇等十余個知識點。通過對這些問題的思考和討論，使得他們對有機化學實驗常規蒸餾操作的相關知識有了較系統、全面、深刻的理解和記憶。其他相關基本操作和理論也可以采取類似的方法。

二、將相關實驗整合，引導學生掌握橫向和縱向比較性記憶的技巧

在有機化學實驗中，很多知識點相互關聯，如果可以引導學生掌握橫向和縱向比較性記憶的習慣和技巧，將使學生對相關知識的掌握變得更輕松更扎實。

比如通過溴乙烷、1，2-二溴乙烷、正溴丁烷和正丁基醚四個制備實驗的比較，啟發學生對于同樣以醇為原料，在硫酸的存在下，為什么可以發生親核取代反應和消除反應，分子內消除和分子間消除反應等不同反應，反應條件、加料順序和原料結構對反應種類及產率的影響等問題進行橫向聯系的思考。

又比如通過乙酸正丁酯的制備，以反應原理為出發點提出一系列問題：酯化反應的原理及催化劑和常用的酯化試劑的種類和比較引出酯化反應中可能出現的副產物，繼而引出反應溫度等條件對反應的影響，從這些副產物的排除方法即洗滌引出洗滌及分液漏斗的使用，再從分液后的干燥聯系到干燥劑的選擇和用量，最后從反應平衡和干燥的效果分析為什么蒸餾時會出現前餾分過多和產物渾濁的現象等，進行一系列縱向聯系性思考。

三、鼓勵學生發現問題，共同探討和解決問題

雖然給學生開設的實驗都是比較成熟和經典的，但是由于有機化學反應的特殊性，實驗中由于操作手法、試劑純度、儀器設備的影響，可能出現各種各樣預想不到的問題。一旦出現這些問題，不要急于埋怨和批評學生，重要的是引導學生從問題中找出原因，收集數據，歸納總結，得出結論，在這個過程中學生可能有意想不到的收獲。

比如在正溴丁烷的合成實驗中，一些學生反應中產生的氣體過多導致氣體吸收裝置吸收效果不好，怎么解決呢？經過思考學生提出可以通過控制反應溫度降低氣體產生速度，或在吸收用水中加入少量堿增強對酸氣的吸收效果。在粗產品蒸出時，為什么個別人本應在下層的產品懸浮在水層上面？學生經過分析，判斷可能是由于反應不完全，剩余原料正丁醇過多所致，然后進一步用化學方法鑒別證明正丁醇的存在，或者用水稀釋粗產品使產物沉降下來。

在乙酰乙酸乙酯的制備中，打鈉砂是至關重要的一步，怎樣才能打好鈉砂，溫度、力度等的掌握，打好的鈉砂怎么才能不結塊，學生對這些因素分別進行了探討，找到了打好鈉砂的最佳條件，大大加快了反應速度，減少了剩余鈉塊所帶來的危險和處理剩余鈉塊的麻煩。

為了使反應更好地正向進行，提高產品收率，在正丁醚的制備實驗中采用分水器中預先放出約理論量的水；而在乙酸正丁酯的制備中，主要采用邊反應邊放出一定量水的方法，為什么同樣使用分水器分水操作方法卻不同？引導學生通過實驗過程，結合兩個實驗中反應原料與產物在水中溶解度的差別找到問題答案，這樣做不但有利于學生全面熟練掌握分水器的使用方法，而且應用理論知識指導與解決實際問題，有助于鞏固理論知識，激發學生學習有機化學理論的熱情，進一步促進有機化學實驗課程的學習。

通過類似上述發現問題、探討問題、解決或解釋問題的過程，不但使學生對相關實驗有了深刻的了解，加深了記憶，而且對學生綜合素質的提高也很有益處。

四、鼓勵學生拓寬視野，大膽嘗試，勇于探索

有機化學實驗雖然有其復雜的特性，但同時也因其神秘而吸引人。有些學生對教學計劃外的一些實驗產生了興趣，在條件允許的情況下教師應該給予充分的支持和鼓勵。比如學生通過從茶葉中提取咖啡因實驗，對天然產物中的有效成分提取產生了濃厚興趣，考慮到哈爾濱市和校園有著豐富的丁香花資源，我們就鼓勵學生用較短的時間，自己查閱資料、設計實驗方案，探索從丁香花中提取揮發油（丁香酚），實施過程中教師給予必要的指導。此外，為了幫助學生開闊視野，更加深入地領會課堂理論知識和實驗內容，教師還可以讓有興趣的具有扎實基礎的學生承擔學校的開放實驗室項目、創新實驗室項目或參加教師承擔的科研項目，例如簡單的天然有機化合物的提取、表面活性劑的合成、農藥或藥物中間體的合成等，通過這樣的實驗鍛煉，學生感受到有機化學與我們的生活關系之密切，學以致用，從而極大地激發了學生對有機化學實驗的興趣，改變了他們學習有機化學實驗的畏難情緒，增強了他們的自信心和成就感，也有利于他們的創新精神和創新能力的培養，為從事科研工作奠定堅實的基礎。

五、提高教師自身的專業水平

在有機化學實驗課程教學探討中采用啟發式教學，顯然給我們的教學帶來了一定的難度，對任課教師提出了更高的業務水平要求，因為在啟發性談話過程中教師不是把知識作為結論簡單地灌輸給學生，而是讓學生自己通過一步步的理解、探求去掌握。正如第斯多惠關于教學法的名言:“不好的教師奉送真理，好教師幫助學生發現真理。”這句話精辟地道出了啟發式教學的真諦[2]。所以任課教師為了更好地使啟發式教學卓有成效，必須深入鉆研教材和挖掘教材，這樣才能恰到好處地進行問題創設，引導學生帶著問題主動進行實驗的學習與研究；啟發式教學教師還應與時俱進，結合相關領域最新的發展動態及最新的研究理論，及時更新自己的知識儲備，以使啟發的內容具有前瞻性和權威性，使學生得到的結論能夠更加與生活與和生產實際相一致。

我們始終認為，“授之以魚，不如授之以漁”，正如達爾文曾說過的，“最有價值的知識是關于方法的知識”，傳授方法比講授知識更加重要。有機化學實驗課程中采用啟發式教學能很好地調動學生的主動性、積極性和創造性，激發學生的創新思維和創新意識，逐漸掌握思考問題、解決問題的方法，提高其創新實踐的能力[3]。我們相信，在師生共同努力和探索下，有機化學實驗的教學方法會越來越完善，效果會越來越好，通過營造寬松、融洽的氛圍，激發學生的學習熱情與興趣，使具有不可替代作用的“難學”且“難教”的有機化學實驗課程，成為教師“教有所為”、學生“學有所成”的一門課程[4]，從而為大學培養高素質人才做出應有的貢獻。

（課題組成員還有趙學玲）

參考文獻：

[1]鄭小琦，查正根，汪智勇.研究型大學有機化學實驗教學體系改革與創新[J].大學化學，2010，（6）.

[2]安勇，邵卓峰，嚴峻鑫.大學生創新性實驗計劃實施的深度思考[J].黑龍江高教研究，2012，（6）.

[3]姜同，啟發式教學十談[J].長江工程職業技術學院學報，2001，(2).

[4]李強，趙學玲，龔顯峰等.藥理學教學方法初探[J].衛生職業教育，2010，(24).