有機化學實驗混合式教學研究與實踐
——以“乙醚的制備”為例

吳云英，李德燕，謝建新，陳文靜，代剛良，陶艷，普夢蝶

玉溪師范學院化學生物與環境學院，云南 玉溪 653100

面對地方院校學生基礎相對薄弱，實驗教學過程中表現出師生互動較少、學生自學能力不夠、整體學習效率不高的現狀，有機化學實驗教學存在教學方法傳統、教學評價模式單一、教學時間不夠等方面的問題[1]。同時，為了適應現代教育的發展，構建“互聯網+”條件下的人才培養模式[2]，優化“平臺+教育”服務模式與能力[3,4]，完善優課、打造“金課”，提高教學質量。因此，在高校有機化學實驗教學中實施混合式教學模式既符合實驗課程的性質，又可有效地將教學任務分解，具有實施的必要性和可行性[5–10]。通過混合式實驗教學將傳統教學的優勢和信息化教學的優勢相結合，實現理論與實驗的混合、“線上”與“線下”的混合及教師與學生角色的混合，注重混合式教學的形成性評價和終結性評價的有機結合。整個教學過程注重面向全體，突出個體差異，尋求合作探索，實現成果共享。體現基于教材而又超越教材，著以生活色彩又附以歷史背景，注重貫徹化學與生產、生活、人類之間的聯系，從而有效地解決了有機化學實驗教學中存在的問題。本文以高等教育出版社曾和平主編《有機化學實驗》[11]中的乙醚的制備實驗為例介紹有機化學實驗混合式教學的具體實施過程。

1 教學目標

知識與技能：理解由醇制備醚的反應原理和實驗方法；掌握低沸點易燃液體的操作要點和注意事項；鞏固回流、蒸餾、洗滌和干燥等基本操作；探究乙醚制備的最佳實驗條件。通過制定實驗方案、觀察、調查、研究及記錄等，引導學生自主、合作、探究、設計學習，培養學生善于觀察思考，勇于發現問題、解決問題的能力。

過程與方法：激發學生有效地利用學習資源，適應混合式教學模式，提高學習效率；通過學生獲取信息，并用比較、歸納等方法對獲取的信息進行有目的性的整合與總結，培養學生的創新能力、實踐能力和人際交往能力。

情感態度與價值觀：培養學生勇于開拓的學習情操和辯證唯物主義觀點，求真務實，大膽質疑，提升對化學現象的好奇心和探究欲，進一步激發學習興趣。構建學生關心社會、關心生活和關心生態環境的道德堡壘，讓學生獲得學以致用的滿足感。

2 教學方法

任務驅動法：在課前任務的驅動下，通過對學習資源的主動整合與總結，進行自主探索和小組互動協作的學習。在完成課前任務的過程中，引導學生實踐活動，堅持以“任務為主線，教師為主導，學生為主體”的教學理念。

實驗探究法：化學實驗教學中常用的有效方法，以學生小組實驗與教師演示實驗相呼應。學生探究自行選擇實驗裝置，并將裝置應用于實驗，充分展示知識的構建過程。

交流討論法：教師引導學生開展討論、交流，發揮學生的積極性和主動性，培養學生獨立思維能力和口頭表達能力，促進學生靈活地運用知識。

結合法：充分利用“線上”與“線下”、“超星學習通”與“雨課堂”、學科課程之間的結合有效激發學習興趣和欲望，生活實踐與理論知識結合有助于學生知識掌握及創新能力的提升。

講授法：相關知識完全靠學生自學和設計總結存在一定難度，因此還需要教師講解和引導，采取問題探究式教學，促進師生有效互動交流，突破教學重難點。

巡回指導法：學生實驗過程中，及時指出學生的操作問題并予以糾正，督促學生觀察記錄實驗現象，歸納總結實驗結論。

3 教學過程

3.1 課前任務

利用學習通網絡教學平臺，發放課前學習任務，如圖1所示。通過課前任務的驅動讓學生完成課前準備和課前視頻學習，小組合作查閱文獻、收集資料，有目的性地整合信息并歸納總結制定實驗方案、完成實驗預習報告、線上測驗等任務，達到混合式實驗教學的目的，以培養學生的創新精神和強化創新應用能力的培養。

圖1 超星學習通線上任務

3.2 課中任務

教學過程中，條理清晰，緊湊合理，注重突出重點，借助于雨課堂平臺開展混合式教學，如圖2所示，實時檢測學生學習情況，各項活動的安排也注重互動、交流，最大限度地調動學生參與課堂的積極性與主動性。

圖2 雨課堂教學課件

3.2.1 引入新課

引導學生回憶日常生活中的場景，使用多媒體呈現乙醚麻醉劑的發現與應用，同時展示實物，創設問題情景，激發學生的探究欲望，引導學生深入理解接下去要研究的問題。新課引入是教學非常重要的一個環節，聯系歷史，聯系生活，以日常生活與實物結合作為切入點，激趣導入，激發學生的求知欲，充分體會化學反應的微妙應用與生命生活的密切關聯。

3.2.2 講授新課

【環節1】 實驗目的

明確提出學習的目標，通過乙醚的制備實驗，讓學生知道本實驗的教學重點是認識乙醚的合成方法及性質，并對實驗結果進行總結歸納，既要掌握知識，也要熟練應用。難點在于設計實驗方案，探索實驗條件，改進實驗方法，操作關鍵環節的準確把握，從而有目的性地進行理論學習和實驗操作。

【環節2】 實驗原理

采用問題探究式教學方法，以學生為主體、教師為主導，圍繞乙醚制備的反應原理進行引導分析，明確反應實質，了解常見醚類化合物的合成方法和原理。授課過程中注重創設問題情境，由淺入深地引導學生思考與分析以下問題：① 乙醚的合成選擇哪種制備方法？② 濃硫酸的作用是什么？反應溫度過高或過低對反應會有什么影響？③ 反應完成后，產物中含有哪些雜質？如何除去？通過層層設問，討論探究實驗理論基礎，為實驗操作打下可靠的基礎。設置雨課堂隨堂測試檢驗學生理解情況，主觀題：反應完成后，在粗乙醚中有哪些雜質？

【環節3】 儀器與藥品

簡單的介紹，此部分知識已要求學生在課前預習中查閱資料并收集整理，學生已知道實驗所需儀器和藥品的相關性能，了解安全知識與使用注意事項。因此，設置雨課堂隨堂測試檢驗學生自學情況，判斷題：乙醚是一種低沸點易燃的有機液體，一般放置在低溫通風處，遠離火源。

【環節4】 實驗裝置

課前已要求學生小組形式查閱文獻設計的實驗方案，并以平面方式畫出所設計的實驗裝置圖。授課時小組學生合作，選擇實驗儀器并完成組裝實驗裝置并展示，教師巡回指導，通過實際操作演示攻克教學重難點。教師根據學生組裝的裝置進行引導分析，提出新型改進裝置，實時檢驗學生學習情況。判斷題：制備乙醚和蒸餾乙醚時，溫度計的位置是相同的。

針對原反應裝置的不足，將教材中制備乙醚的實驗裝置進行了改進，如圖3所示。其一，將原裝置的球形滴液漏斗進行改良，使用恒壓滴液漏斗或設計的新型恒壓滴液漏斗(如圖3中c–e所示，核心在滴嘴部分延長設計)，實現滴加速度的觀察與控制，且能有效防止滴加液的揮發與反應液的倒吸。其二，將蒸餾部分進行改良，引入分餾柱，從而使得未反應的乙醇分餾至反應瓶中繼續反應，提高反應產率。開放性設計改進了四種實驗裝置，學生自主選定實驗裝置。雨課堂投票：你認為哪個反應裝置最好？實驗操作時學生通過實驗現象和結果對比分析裝置各裝置的優缺點。

圖3 改進的乙醚實驗裝置圖

【環節5】 實驗步驟

有機合成實驗一般包含合成、純化、精制、檢驗四個環節，如圖4所示，實驗步驟以流程圖呈現直觀明了，邏輯清晰。具體實驗操作由學生獨立完成，考驗學生的動手能力和知識遷移能力、對比觀察能力和綜合分析能力，乙醚的制備實驗需要學生合理安排實驗時間，對實驗條件進行摸索、優化實驗條件，以提高實驗產率。教學過程中，學生親自動手組裝實驗裝置，注重學生的主體地位，激發學生的思考與小組合作學習，引導學生進行實驗方法的設計。通過多媒體的輔助，顯示學生的實驗流程，增設有對比性和優化性的實驗方案，由學生分析比較，引導學生歸納總結出知識的框架，培養學生多角度思考問題的能力。同時，針對提出的問題和實驗出現的問題，及時讓學生動手實踐，讓學生通過動手探索有關的知識，并引導學生進行交流、討論得出新知，解決問題，完成實驗。設置雨課堂測試實時檢驗學生學習情況，選擇題：洗滌后，殘留的少量水分選擇下列哪種干燥劑除去。A. 氫氧化鈉固體 B. 堿石灰 C. 無水氯化鈣 D. 無水硫酸銅

圖4 實驗步驟流程圖

【環節6】 實驗注意事項

引導學生自行歸納總結，強調安全問題，強化實驗過程中的注意事項，避免學生實驗操作不規范，減少失誤。

3.2.3 課堂小結

課堂小結的目的是強化認識，可以把課堂知識盡快地轉化為學生的素質；簡單扼要的課堂小結，強化重點，可使學生更深刻地掌握乙醚制備的實驗流程。知識遷移與新課引入前后呼應，延伸設問：回歸到我們開始介紹的莫頓的公開表演，那么乙醚是否真能做到拍肩迷暈/路邊聞一下迷暈？為什么？課后線上討論，推動學生更深層次的自主探究，培養其獨立思考化學與生活、化學與社會的聯系。

3.2.4 學生實驗結果

學生自行選擇裝置在相同的實驗條件下完成實驗，投料量按照教材中減半[11]，充分體現綠色化學在實驗教學中的應用，得出四種改進平均產率分別為41.8%、56.4%、64.5%、47.7%，四種改進裝置的產率均高于教材中原裝置的產率[11,12]。實驗結果表明改進效果為：裝置3>裝置2>裝置4>裝置1>原裝置，制備乙醚的反應需滴加反應物-反應-蒸餾出產物同時進行，引入新型恒壓滴液漏斗后，可以清晰地觀察到滴加的速度，且能有效提高反應的產率。將教材中的滴液漏斗換成設計的新型恒壓滴液漏斗后產率明顯提高，同時在蒸餾部分加不通水的球形冷凝管的裝置3，產率最高，明顯比原裝置的產率高，其原因歸結于不通水的球型冷凝管能有效地實現乙醇的回流與乙醚的蒸餾。綜上所述，改進后的實驗裝置，不僅維持了原裝置的特點和功能，而且具有多變性。實驗教學中學生可通過實驗探討并驗證各實驗裝置的優劣，提高實驗教學的探究性與創新性，提升學生學習的深度。

3.3 課后任務

通過課后問題解決，對課程中的重點知識進行應用和回顧，引導學生融會貫通，加快學生構建完整的知識結構體系。針對學生素質的差異，進行分層訓練，課后任務包含開放性的課后思考題和知識擴展兩部分，這樣既可以使學生掌握基礎知識，又可以使學有余力的學生能增加學習的深度和廣度，從而達到拔尖和“減負”的效果。

4 實施情況與效果

2016年起，先后依托“超星學習通”和“雨課堂”平臺開展有機化學實驗課程的混合式教學，重點圍繞有機化學實驗的教學方法、教學內容、網絡平臺等方面進行改革與建設，現已在本校2016–2019級化學及應用化學專業的337名學生中開展了混合式實驗教學，通過“線上+線下”混合式教學模式提高實驗教學效果，學生實驗動手能力明顯提高，得到學生的好評與認可。同時，為了提高學習的參與度，充分利用信息化資源，重新調整課堂內外的時間，教師盡量少占用課堂的時間來講授知識點，做好師生角色轉換，學生以小組的形式在課前完成自主學習，課中學生代表走上講臺講授理論，同組成員補充，教師點評與總結，該教學模式現已在師范類化學專業84人的有機化學實驗課程中實施，通過讓學生“教學”實踐提升師范生教學技能。通過考評發現，總體學生對相應理論知識掌握得更快更好，實驗操作技能和實驗成功率都有明顯提高。可見，該教學模式充分體現了“任務為主線、教師為主導、學生為主體”教學理念，教學效果良好，為有機化學實驗教學方法的創新提供了一個新的案例。構建了以學生為中心的教育生態，實現了“線上”和“線下”的混合、理論和實驗的混合及教師和學生角色的混合，豐富師生交互方式，充分調動學生學習的積極性和主動性，培養學生的創新意識，最大限度地激發學習潛能，不斷提升學生的學習深度和自學能力，提高實驗課程教學質量和人才培養質量。

5 結語

通過本校化學專業學生的實踐教學效果來看，借助多平臺的有機化學實驗混合式教學模式不僅可以提高學生課前的自學成效，而且還能促進教師教學水平的提升。在有機化學實驗教學中堅持以新型混合式有機化學實驗課程建設為載體，充分利用網絡信息技術優勢，積極探索信息技術與實驗教學“線上+線下”深度融合，推動有機化學實驗課程教學質量的提高，以達到“金課”水平。教學過程注重全體學生的參與度，充分利用“超星學習通”和“雨課堂”平臺各自的優勢有效地將“線上”和“線下”的教學高效地結合起來。教學中堅持以“任務為主線，教師為主導，學生為主體”，任務的“線”與教師的“導”均立足于學生的“學”，以問題為指引，放手讓學生自主探究與小組探究，讓學生參與到知識形成的整個過程，力求拓寬學生的認知視野，從而達到高水準的教學效果。最后，在教學過程中仍需進一步優化和更新平臺資源，進而實現課前-課中-課后均能高效調動學生學習的積極性和能動性。