以培養學生自主學習能力為目標的有機化學教學模式探索

曾 敬, 康艷紅, 田 鵬, 蘇桂田

(沈陽師范大學 化學化工學院, 沈陽 110034)

以培養學生自主學習能力為目標的有機化學教學模式探索

曾 敬, 康艷紅, 田 鵬, 蘇桂田

(沈陽師范大學 化學化工學院, 沈陽 110034)

為了適應目前創新教育的要求,以有機化學教學為例,進行了積極地嘗試和探索。首先,從改革教學理念著手,改變傳統的灌輸式教學模式,多拋出生活實例,使抽象的知識點具體化為與實際生活的聯系及對問題的解決,使學生自覺地積極參與到對知識的探索中來。其次,在教學方法上探索了反向分析法、形象比喻法、階段總結法及互動教學法,多方面、多層次地提高學生的自主學習能力。另外,教學手段也多樣化,多媒體、動畫、網絡教學平臺等靈活運用,避免教學中可能出現的枯燥,并開闊學生的視野。以上教學改革取得了顯著的教學效果,學生的自主學習能力明顯提高,創新意識明顯增強,為發展學生的創新等多種能力奠定了基礎。

自主學習能力; 有機化學; 教學理念; 教學方法; 教學手段

有機化學是理工科化學類專業的四大必修課之一,是與數學、物理學和生物學等相互交叉和滲透的學科。以有機化學為基礎的石油化工、醫藥、涂料、合成材料、功能材料等部門已成為國民經濟的支柱產業。有機化學在解決人類與自然和諧發展中所遇到的重大問題,如能源問題、環境問題等正發揮著越來越重要的作用[1]。有機化學內容豐富且發展迅速,化合物種類繁多,結構復雜,反應機理抽象[2-3],學生在學習的過程中往往會產生畏難情緒[4-5],進而可能失去進一步學習和探究的興趣。另一方面,有機化學在大學的開課時間比較靠前。在這一時期,學生進入大學的時間不長,還不太適應大學的教學方式和管理模式,自主學習能力和自我管理能力不強。這些都不利于對學生創新能力的培養,不利于順利輸出創新型人才。眾所周知,自主學習是大學課程學習的特點,也是大學課程教學的目標[6]。學生只有具備了很強的自主學習能力,才能在大學汲取更多的養分,拓展更多的能力。因此,很多高校在如何提高學生的自主學習能力方面都進行了積極的探索和改革[7-9]。

在有機化學的教學中,筆者從改革教學理念、調整教學內容出發,探索了多種教學方法和教學手段,以有效提高學生的自主學習能力,進而培養學生的創新能力。

1 改革教學理念,激發學生的學習興趣

現在有機化學教學大部分以傳統教學方式為主,主要是講授、練習、測試。教師重視理論講解,忽視了學生對知識的理解內化[10]。因此,教師必須及時改變傳統的教學理念,避免一味地知識灌輸,及時激發學生的學習興趣,才能進一步使學生產生自主學習的動力。

對于任何一門課程的學習,興趣都是最好的導師。學習興趣的來源之一是學習內容本身,另外一方面則很大程度上取決于教師的人格魅力。

在教學時,時時地將教學內容與實際生活緊密聯系在一起,將理論教學內容與實驗教學內容結合起來,讓學生看得見,摸得著,感受到,有機化學與我們的日常生活,科學研究息息相關,從而充分激發學生的學習興趣,進而產生自主學習的動力。如在講授《有機化學》第一節課時,來認識有機化合物是什么。經過討論發現,有機化合物存在于我們生活的各個角落,包括衣、食、住、行。人體所需的營養物質,包括糖類、脂肪、蛋白質及各種維生素都是有機化合物。人生病了,吃的各種西藥,包括布洛芬、撲熱息痛(有機合成實驗產品)等,都是有機化合物(如圖1所示)。很多小食品中含有的食品添加劑里,有很多有機化合物的身影,如阿斯巴甜。家里房子裝修了,要通風一段時間,以免污染物殘留。這里的污染物主要是苯和甲醛,也是有機化合物。化妝品里的很多成份,同樣是有機化合物。這樣,就將有機化學與我們的生活緊密聯系起來,一下子就激發了學生的學習興趣。

圖1 部分西藥的分子結構式Fig.1 The molecular structures ofsome western medicines

激發了學生的學習興趣,還要使學生的學習興趣保持下去,就要不斷地把所學的知識與實際生活聯系起來,使所學的內容能在生活中找到相應的對應物。如在講烷烴時,適時地給同學們介紹,最簡單的烷烴—甲烷,是沼氣的主要組分,可做燃料使用。天然氣和石油的主要成份也是飽和烴。在講烯烴時,介紹異戊二烯的聚合產物可用于制作輪胎。在講光學異構現象時,介紹光學對映體間極為重要的區別是,它們對生物體的作用不同,如布洛芬(芬必得的有效成分)中含有手性中心,有一對對映體,但只是S-異構體有鎮痛作用。絕大多數氨基酸和糖類化合物都是有旋光性的,但人體所需要的只是對映異構體中的某一種,另一種對人一點營養價值都沒有。而自然界存在的氨基酸和糖類也正好都是我們需要的這種構型的。這樣,就會大大激發學生的學習興趣,產生去探索更多新知識的欲望,進而自主去查閱相關資料,提高自主學習能力,發展創新能力。

要保持學生持續的學習興趣,還要求教師具有高度的教學熱情和一定的人格魅力。人的情緒是有感染力的,尤其在面對課堂上的學生時,教師的教學熱情能極大的激發學生的學習熱情,教師的人格魅力也極大地影響著學生人生觀、價值觀、學習觀的形成。如在教學過程中,針對學生在實踐過程中所反映出的一些問題,如廢棄藥品的處理問題,適時地予以引導和評價,從而使學生產生環保意識,增強社會責任感。

2 改革教學方法,引導學生掌握正確的學習方法

要培養學生的自主學習能力,首先必須引導學生掌握正確的學習方法。在教學過程中采取反向分析法、形象比喻法、階段總結法及互動教學法引導學生如何針對不同的知識內容掌握正確的學習方法。

反向分析法是指在處理有機化合物的合成問題時,可以通過目標有機分子的結構信息,進行反向分析,直到獲得唾手可得的起始原料的方法。在學習有機化學時,一些有機化合物的合成既目標有機分子的合成是其中的主要內容之一,也是學生們學習的難點之一。學生們在面對目標有機分子的合成類題目時,往往顯得束手無策,想到什么寫什么,欠缺條理性及合理性。通過反向分析法,則使學生們能夠有效地解決目標有機分子的合成路線設計問題。

如,在講《鹵代烴》這一章的格氏試劑的應用時,要求以苯為主要原料,設計2-苯基乙醇的合成路線,即:

常荊夫，小學趕上非典，初中趕上禽流感與武漢中考改革，高中遇上甲流，大學遇上2012的一輩人。喜愛文學，本科語言學專業，貫徹維特根斯坦初期的幾條原則，對于不可言說之物沉默相待，對于可以被言說的一切嘗試著更加文學和清晰的言說。

在進行反向分析時,首先要做的是:比較目標分子與原料的結構差異,包括官能團和分子骨架。在這個例子中,目標分子是伯醇,并且碳數增加2個。通過這些信息可以很容易聯想到格氏試劑與環氧乙烷的反應。接下來要考慮的是,怎么將苯轉變為苯基格氏試劑。而要形成格式試劑,首先得有鹵代烴。那就涉及到苯如何轉變為鹵苯的問題。這樣分析下來,整個合成路線也就明晰了。具體合成路線如下:

在反復地練習過程中,學生們逐漸地學會在面對一個目標分子的合成時,一步步抽絲剝繭,設計分析出合理的合成路線。在這個過程中,學生們不但鍛煉了逆向思維,同時,還要熟練地運用所學的有機反應,起到鞏固所學知識點的作用。

形象比喻法是指在處理一些復雜而抽象的知識點時,通過一些簡單形象的比喻,使復雜的問題簡單化,使抽象的問題形象化,從而更易于理解有關知識點的方法。在有機化學的教學過程中,有些知識點復雜而抽象,學生往往難以理解。對這些復雜而抽象的知識點通過形象生動的比喻貼切地反映出來,則達到了非常好的教學效果。如在講授有機化合物中C原子的雜化形態時,將C原子的各個軌道比喻成幾團彩泥,C原子的不同雜化形式就是彩泥的重新組合及再分配過程,學生們就非常容易理解了。又如,將電子離域體系中相互平行的p軌道比喻成幾個打通了墻壁的房間,電子的運動范圍不再局限在某個固定的范圍,而是可以擴大到這幾個打通了墻壁的多個房間。這樣一講,學生們對復雜的電子離域體系的理解就一下子豁然開朗了。再如,在講授空間位阻及有關結構中原子或基團之間的排斥力時,形象地把小的原子或基團稱之為瘦子,大的原子或基團稱之為胖子。胖子和胖子在一起,空間擁擠,不利于有關反應的發生及相關結構的穩定。通過種種類似的生動有趣的比喻使復雜的知識內容簡單化了,使抽象的理論形象化了,非常便于學生們掌握。

階段總結法是指對每一階段所學的內容適時地進行歸納總結。善于學習的人往往都是善于總結的人。對每一階段所學的內容進行歸納總結是非常重要地學習方法。這樣便于學生對所學知識點的把握,從而做到思路清晰,思維敏捷,提高解決問題的能力。因此,在每一章講完后,都要求學生對所學知識點進行歸納總結,找出自己認為的重點和難點,然后再與老師所歸納的知識點進行對照,看看在哪些方面存在差異,找出自己的不足。

如在學習完芳香烴時,做了如下總結:

1) 芳香性判據

2) 苯的結構及命名

3) 苯環上的親電取代反應

① 鹵代反應;②硝化;③磺化及氯磺化;④烷基化和酰基化;⑤氯甲基化反應

4) 定位規律:

① 鄰對位定位基和間位定位基及其定位強度次序;②二元取代苯的定位規律;③ 芳烴側鏈上的反應:α-鹵代反應;氧化反應

5) 萘的親電取代反應及反應規律

在這個過程中,學生不但不同程度地把所學的知識內化為自己的東西,還逐漸養成了歸納和階段總結的習慣,自主學習能力得到了很大的提高。同時這些好的高效的學習方法對他們以后的人生也會受益無窮。

互動學習法在提高學生的自主學習能力方面也是十分必要的。任何知識的學習都是在不斷地答疑解惑中進行的。學生們如果不能在學習過程中提出種種問題,那肯定沒有走心,也就是老師說什么,學生就接納什么。這樣的被動學習方式是不可能有利于學生自主學習能力的提高的。為此,在教學過程中采取多項措施鼓勵學生積極進行思考,課堂上及下課后都給學生們寬裕的提問時間,對學生們提出的問題及時進行解答。針對不同的問題,在課堂上設置互動環節,開拓思路,找到解決問題的辦法。這些措施對提高學生的自主學習能力有很大的促進作用。

3 改革教學手段,拓展學生的知識視野

通過多媒體課件、動畫、網絡教學平臺等資源最大程度地避免傳統教學模式的弊端,擴大學生對該門課程所接收的信息量,做到輕松學習、靈活運用。

傳統的理科課堂教學都是教師在黑板上邊寫邊講,學生在下面邊記邊聽。這樣的課堂教學存在很大的局限性。一方面,教師要占用很大的時間來書寫板書,用板書演算、演示,這樣就相當于在很大程度上壓縮了教師講授的時間,所傳播的信息量也變得有限。這也是為什么教師在課堂中很賣力地講,還總覺得學時不夠的原因之一。而且一些知識內容的演示是板書無法做到的,有時需要運用一些動畫。另一方面,學生要花費很大的精力來記筆記,也影響了課堂上接收知識內容的效果,限制了學生思考的空間,這樣也就使學生對知識的掌握缺乏靈活性,運用能力較差。應用現代化教學手段就可以避免上述局限,如多媒體的運用。多媒體的運用,大大節省了課堂上板書的時間,可以在短時間內傳播大量的信息。利用網絡教學綜合平臺,學生可以隨時下載相關的課件及有關課程的資料信息(如圖2所示),而不是在課堂上只顧著記筆記。但多媒體的運用,也有一些弊端,就是學生跟不上課件展示的節奏。有時,一張幻燈片出來,里面可能同時包含很多內容,學生一時不知該怎樣接受,就可能產生視覺和思維上的混亂,影響教學效果。這就要求教師在做課件時,要盡量做到與板書同步的效果,要做細做精,講到哪里,內容就出現到哪里,而不是一下子出現很多內容。

圖2 網絡教學綜合平臺的相關資料頁面Fig.2 Theone page of related data on comprehensive internet teaching platform

對于《有機化學》來說,常常涉及到一些反應的機理。這是一種非常抽象的微觀世界的理論,單靠板書課件的演示,是很難說清楚的。通過動畫,就可以很生動地把相關的反應機理展示出來,學生非常易于理解和接受。還有在教學中,常常需要對一些實驗現象進行描述。通過語言對實驗現象進行描述往往是很蒼白的,缺乏說服力,學生的印象也不深刻。如果這些實驗現象能夠通過動畫展示出來,那么學生的印象往往是深刻而生動的。圖3為鹵代烴SN2反應機理的動畫視頻截圖。

(a)—初始態; (b)—中間態; (c)完成態。圖3 鹵代烴SN2反應機理的動畫視頻截圖Fig.3 The animated video screenshot of SN2 mechanism of halohydrocarbon

對于任何一門課程,教師要傳播的知識量往往不只局限于課堂上的45分鐘,還有很多內容是需要課外延伸和拓展的。網絡教學綜合平臺就是師生互動的最好平臺。在這里,教師可以把有關這門課程的課件、動畫、習題解答、相關閱讀資料、參考書目、網絡資源等提供出來,學生有什么問題也可以隨時提出來,而不是等上課時再找老師解答。這樣就大大開闊了學生的視野,調動了學生的學習興趣,從而產生探索新知識、新領域的動力[11]。

4 結 語

通過改革教學理念,運用反向分析法、形象比喻法、階段總結法及互動教學法等多種教學方法和多媒體、動畫、網絡教學平臺等多種教學手段,極大地調動了學生的學習熱情,提高了學生的自主學習能力,激發了學生的創新意識,取得了很好的教學效果。學生們上課情緒飽滿、幾乎從不遲到缺課,課堂上注意力集中,勇于提出問題,課堂互動良好,課后作業完成及時,成績相對往年有較大幅度提高。據統計,沈陽師范大學化學化工學院《有機化學1》的平均成績在2012—2013學年和2013—2014學年分別為62.0和61.2,而到2015—2016學年,平均成績已提高到72.9。另外,不及格率明顯下降,2012—2013學年,《有機化學1》的不及格率為15.3%,至2015—2016學年,不及格率已降至8.7%。學生們對本門課程的教學反饋非常好,課堂生動、飽滿,信息量大,重點難點突出,教學方法易于接受,教學手段豐富先進,知識體系線路清晰。今后,我們會進一步探索有效的教學方式和教學手段,加強教學改革,以全面提高學生的自主學習能力,為發展學生的創新能力打好基礎。

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Studyonteachingmodeloforganicchemistrytodevelopstudents’self-studyability

ZENGJing,KANGYanhong,TIANPeng,SUGuitian

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

To solve this problem, some effort was done in organic chemistry teaching. First, by the traditional teaching concept needs to be reformed. Instead of the abstract knowledge points, some of active living examples were offered to students to understand the difficult abstract knowledge points, and encourage students to take part in the teaching activity in exploration the new knowledge. Secondly, the teaching methods including reverse thinking, vivid metaphor, stage-summary and interactive communication were explored to realize the various and multilevel enhancement of the students’ autonomous learning ability. In addition, by flexibly using multiple teaching means in the teaching program such as multimedia, animation and network platform, the students are active in the class teaching instead of boring, and open their eyes to the new world of organic chemistry. In this way, The teaching program was successful in improving significantly the self learning ability and the innovative ideology and developing the various ability of students.

autonomous learning ability; organic chemistry; teaching idea; teaching methods; teaching means

2017-04-28。

遼寧省教育廳科學研究一般項目(L201602)。

曾 敬(1974-),女,遼寧沈陽人,沈陽師范大學副教授,博士。

1673-5862(2017)04-0503-05

G642.0

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2017.04.024