基于科研思維培養的有機化學實驗教學改革與實踐

朱曉波 李望

摘 要：有機化學實驗作為化工專業教育的必修課程，在培養學生的基本操作技能和科研思維能力方面有著極其重要的作用。本文從教學內容編排、教學模式的轉變、教學方法及實驗考試考核辦法等方面，總結了有機化學實驗教學改革的一些經驗。為建立以培養學生創新科研思維綜合能力為核心的有機化學教學模式提供借鑒。

關鍵詞：有機化學實驗;教學改革;創新能力

一、緒論

有機化學實驗是化學工程與工藝專業學生必修的一門重要的基礎實驗課，是有機化學理論課程的有效輔助和補充。作為一門獨立開設的課程，有機化學實驗課具有與理論課同等重要的地位。其教學的目的不僅是讓學生對有機化學的理論知識有更直觀的認識和理解。更重要的是培養和訓練學生的動手能力，掌握有機化學實驗的基本操作，學會觀察實驗現象、分析實驗數據，培養科研創新思維[1]。

隨著對科研人才培養的迫切需要，高校教育教學改革不斷發展[1]。目前我院化工專業的有機化學實驗課教學存在不足，如教學過程程式化，學生在實驗操作中“依葫蘆畫瓢”，按部就班不動腦，實驗反應過程中不觀察實驗現象，只想快速完成實驗任務了事[1-2]。導致實驗過程枯燥，降低學生學習熱情，同時課后實驗報告千篇一律，實驗考核成績量化困難。因此，為進一步提高學生實踐能力，達到培養具有科研思維能力人才的教學目標，全面提高學生綜合素質，有必要對本專業有機化學實驗教學進行改革。本文從總結目前教學中存在的問題出發，針對實驗內容設置、教學方法及教學環節等方面，提出了幾點教學模式改革的意見和建議。

二、合理整合實驗教學內容，提升學生基本技能和創新能力

針對化工專業特點，基于應用型人才綜合素質培養目標，對有機化學實驗教學內容進行合理整合和優化。有機化學實驗的主要內容包括：性質實驗、分離和鑒定實驗、化合物合成實驗和提取實驗[2]。按照實驗類型可分為：基本操作、基礎實驗、綜合型實驗、設計創新型實驗。可供選擇的實驗項目20項，其中選取的實驗類型比例可按照基本操作和基礎實驗3—4項，基礎合成實驗2—3項，綜合合成或提取實驗5—6項，創新設計型實驗1—2項。教師著重訓練學生的基本操作及合成、提取實驗基本技能，增設創新設計型實驗，提高學生學習熱情，培養科研創新思維。

對部分實驗內容進行了重新編排，將部分性質實驗與合成實驗相結合，如：1-溴丁烷的合成實驗，可以將鹵代烷烴的折光率性質測試實驗融入其中;將合成、提取實驗與物質表征鑒定實驗相結合，如在乙酸乙酯的合成實驗，可將產物進行氣相色譜分析表征實驗融入。幫助學生將所學知識聯系起來，有助于學生日后系統科研的開展。

（一）精選基本實驗內容，注重基本操作技能訓練

基本操作技能和實驗技術的培養是有機化學實驗教學的基礎，單元操作有助于培養學生養成良好的實驗操作習慣，提高學生精細化操作規范性[3]。將重結晶實驗、蒸餾實驗、萃取實驗和色譜實驗等基本單元操作內容進行單獨訓練非常必要[4]。以往將基本操作合并在合成及提取實驗中一起訓練的做法效果不好，合成及提取實驗流程長，設計內容多，綜合性強，學生不熟悉基本操作情況下，實驗過程匆忙，不利于學生養成良好操作規范和科研習慣。因此，必須注重實驗基本操作，讓學生熟練掌握有機化學實驗最基本、最重要的內容，練好基本功，養成嚴謹、細致、規范化的操作習慣，才能以此為基礎培養出科研創新型人才。

（二）開設創新設計型實驗，培養學生系統科研思維

學生通過基本操作熟練有機化學實驗基本技能，通過基礎及綜合合成、提取實驗的鍛煉，大部分學生基本具備獨立完成實驗操作及數據分析能力，綜合實驗能力有效提升。此時，教師給出實驗課題，學生進行自主設計。如乙酸乙酯的制備實驗，目前國內外主要的生產工藝方法有4種，要求學生自己查找文獻資料，制定實驗方案。鼓勵學生選用不同的合成工藝路線，自己選擇合適的實驗裝置，擬定藥劑配比、反應溫度及時間等實驗參數條件。實驗結束后，組織選用不同工藝路線的同學對所得的實驗結果進行討論，分析實驗數據，總結各自合成方法的優缺點。通過開設自主設計型實驗，鞏固了有機化學理論教學知識點，學生獨立思考、分析問題和解決問題綜合素質全面提升，為后續從事科研實驗研究打下基礎。

三、改革傳統實驗教學方法，注重學生為主，教師為輔

（一）結合多媒體網絡授課，提高實驗演示效率

傳統有機化學實驗教學中，教學模式比較單一，一直是先由教師講解實驗的目的意義、實驗原理和注意事項，動手演示實驗操作。學生人數較多時，總會出現有同學距離教師比較遠，無法近距離聽講解，學習實驗操作的情況，抑制了學生學習熱情。隨著近年來網絡多媒體技術的發展，將網絡教學平臺應用到有機化學實驗的教學中，對于一些精細操作的實驗項目，可以在課前安排學生在網絡教學平臺上進行虛擬仿真實驗操作，讓學生系統化認識整個實驗內容;對于簡單操作實驗，可以將實驗操作制作成小視頻，建立有機化學實驗課程討論QQ群，在課前分享視頻給學生觀看，學生學習有新鮮感，既節省教師講解時間，同時又保證每個同學都能學習到規范的操作流程，提高教學效果。

（二）轉變實驗教學模式，引導學生“反客為主”

傳統的實驗教學模式主要以教師單方面的講解為主，學生在多數情況下就像“聽眾”一樣處于被動接受的狀態，使得學生在實驗預習中流于形式，只是照抄實驗步驟和實驗內容，限制了學生積極主動思考的空間，不利于學生創新思維的發展，影響課學生綜合實驗能力的培養[5]。因此，需要對有機化學實驗教學方法進行改革，讓學生能夠真正在實驗技能上有所提高。

首先，在實驗預習階段，對于非設計型實驗，應組織學生和教師一同參與實驗課的準備，包括安裝實驗儀器、準備實驗藥劑和維護教學儀器等工作，引導學生思考各類儀器的特點，教師可以適時提問啟發學生思維，思考為什么本次實驗需要用該儀器，別的儀器是否也可以替代？比如實驗采用微波加熱方式和磁力攪拌加熱方式各有什么優缺點。學生帶著問題書寫預習報告，可以激勵學生主動查找相關理論知識，能夠有效加深學生對知識點的印象。

其次，在有機化學實驗教學中，適當轉換角色，讓學生講，教師聽。每學期教師可以挑選1—2個基礎性實驗項目，要求學生查閱資料，做實驗課前準備，并進行課堂講解和示范。講解過后，其他學生和教師均可以提出相關問題，講解的學生進行回答，教師從旁輔助補充。通過引導學生“反客為主”的教學方法，給學生適當的壓力，可以幫助學生變被動為主動，有助于鍛煉學生膽量，不僅培養了學生歸納總結能力，還能讓學生加深對實驗項目的總體認識。

最后，鼓勵學生在實驗過程結束后主動提出問題進行分組討論。比如，（1）對于可采用多種方法合成的有機化學反應，組織學生對實驗步驟和實驗方法進行討論，通過對比不同實驗方法和工藝手段，有利于學生工程應用思維的培養;（2）對于存在副反應的有機化學反應過程，組織學生進行實驗原理部分的討論，幫助學生理論聯系實踐，弄清反應機理;（3）對于實驗過程中的“反常”的實驗現象，可開展實驗關鍵步驟和注意事項的討論，幫助學生總結實驗經驗教訓，為其他同學提供學習參考。

四、改革實驗考核方法，實現綜合公平評定學生成績

有機化學實驗教學同時注重學生對理論知識的掌握和實驗操作技能的培養，綜合公平的實驗考核方法，讓學生將學習過程分散到平時實驗的點點滴滴當中，起到對學習過程的督促作用。為此，筆者參考了相關專業高校的評分方法[5]，結合化工專業特點，采用平時考核、自主設計實驗考核和期末考核相結合的一套綜合成績評定方法。平時考核包括：（1）實驗預習（占總成績10%），主要考查學生預習報告撰寫規范，實驗原理，實驗步驟，藥劑物理參數掌握情況，以及課前準備和實驗討論表現。（2）實驗操作（20%），主要考查學生實驗操作熟練程度，實驗儀器安裝是否準確，實驗操作是否規范。（3）實驗報告（10%），主要考查學生實驗現象記錄是否細致、真實、及時，實驗數據處理準確，分析是否合理，思考題是否解答準確。自主設計實驗考核（20%），主要考查學生文獻查閱數量，實驗方案設計及實驗操作完成情況，數據分析報告是否準確。期末考核包括：（1）操作考試（20%），教師設定幾個實驗題目，學生抽簽進行現場操作，主要考查學生基本技能操作的掌握情況。（2）理論考試（20%），主要考查學生對實驗現象的理解，以及對實驗注意事項的掌握情況[5]。通過考核方法的改革，讓學生將實驗課的學習真正體現在對平時學習的點滴積累當中，起到了對學生真實學習情況的檢驗作用。

五、結語

通過合理整合有機化學實驗教學內容，加大自主設計型實驗項目和改革課堂教學方法，調動了學生的學習熱情，學生在學習有機化學實驗課程時表現得積極主動，興趣濃厚。新的教學方法的實施，取得了初步成效，學生的實驗操作技能明顯提高，實驗現象觀察能力、實驗數據分析能力及科研創新思維能力增強。有機化學實驗課程著重培養學生實踐能力，在日后的教學過程中，我們還有很多問題需要不斷地探索和思考，為更有效地提高學生基本操作技能和科研思維能力不懈努力。

參考文獻：

[1]黃小梅.基于創新創業型人才培養的有機化學實驗教學改革[J].四川文理學院學報，2016，26（05）：128-131.

[2]苗濤.高校有機化學實驗教學改革與探索[J].赤峰學院學報（自然科學版），2016，32（02）：12-14.

[3]鐘偉強，梁向暉，毛秋平.本科生有機化學實驗教學改革探索[J].廣東化工，2015，42（04）：125-126.

[4]鄭春滿，韓喻，謝凱.有機化學實驗教學改革與學生創新能力培養的研究[J].高等教育研究學報，2011，34（01）：98-100.

[5]江文輝，羅一鳴，唐瑞仁，陳國輝，王微宏.有機化學實驗教學改革的探索與實踐[J].實驗室研究與探索，2009，28（12）：115-118.