有機化學理論課與實驗課相滲透教學模式的探究*

尚亞靖，李 瑾

(蘭州交通大學化學化工學院，甘肅 蘭州 730070)

國務院公布的《國家中長期人才發展規劃綱要(2010～2020年)》[1]中，將“突出培養造就創新型科技人才”列為人才隊伍建設的首要任務。高等學校是培養高素質創新型人才的搖籃，其人才培養模式在很大程度上決定了學生的創新能力以及實踐操作能力。身為具體的教育工作者，我們必須在課堂上開展各種教學探索，以形成有利于創新型人才培養的教學模式。

有機化學課程是大學化學體系的四大基礎課之一，是應用化學、化學工程、藥物化學、材料化學、環境化學等專業的基礎課程。有機化學主要講授有機化合物的結構、性質、反應機理和制備，屬于實驗性學科的理論課[2]，旨在培養學生具備發現、分析和解決有機化學相關實際問題的能力；有機化學實驗則是有機化學理論課程的綜合實踐[2]，旨在培養學生的科學素養、動手能力和實驗綜合素質。由此可見，理論學習是進行實驗的基礎，實驗是理論知識的驗證與延伸。因此，如何從課堂教學著手，引導學生既能學好有機化學理論知識，又能高效、靈活地將理論與實驗相聯系，達到融會貫通并綜合運用，是一個亟待解決的問題[3-4]。

為了提高教學質量和增強教學效果，本人在教學過程中將理論教學和實驗教學相互滲透，引導學生在學習過程中了解理論知識的實際應用，結合理論知識分析解決實驗過程中的問題，了解學科的發展前沿，充分調動學生的學習興趣和培養學生分析解決問題的能力。

1 理論授課和實驗內容相結合

傳統授課中，理論課和實驗課由不同教師擔任，教師之間幾乎沒有溝通交流，各自為政；理論知識和實驗內容相互脫節，甚至存在實驗課超前或滯后現象，實驗老師重在講實驗過程，學生按照講義“照方抓藥”。整個過程中沒有理論知識和實驗內容的交匯，學生的思維能力和解決問題能力沒有得到培養。

結合我校新進青年教師配備指導老師和新進教師必須到實驗室鍛煉的兩項要求，我們在有機化學理論和實驗教學過程中采用“一主一輔”的教師隊伍，理論課教師擔任主講，負責實驗課的青年教師擔任教輔。主講教師熟悉理論課和實驗課的教學內容，了解實驗的設置和安排，在理論課的授課過程中適當穿插實驗內容，引導學生分析推斷實驗結果，以留作業的方式讓學生寫出相應實驗的預習報告，報告內容大體如圖1所示。教輔老師負責學生作業的批閱和存在問題的整理及解決，負責實驗教案的書寫和實驗儀器的使用、實驗操作和實驗注意事項等的講解。

實驗預習報告格式驗證性實驗:實驗原理分析(結構分析)實驗所需儀器、試劑(了解儀器的操作要點、試劑的理化性質及毒性)實驗裝置(簡易裝置搭建和注意事項)實驗操作過程預測實驗現象記錄實驗現象實驗現象分析解釋(反應方程和簡要文字)1(具體操作過程)2(具體操作過程)合成實驗:實驗原理分析(包括反應方程、反應機理、副反應等)實驗所需儀器、試劑同上實驗裝置同上實驗操作過程記錄實驗現象實驗現象分析解釋(反應方程和簡要文字)備注(預習過程中分析每一步操作的作用、提出問題及處理方法)1(具體操作過程)2(具體操作過程)

學生必須按照上述格式完成實驗預習報告，并于實驗課前一天在學習通網教平臺提交預習報告(手寫，拍照上傳)，課程老師對預習報告進行批閱，合格者方能進入實驗課堂，不合格者整改到合格為止。同時，老師將優秀的預習報告向大家展示，以提高大家的預習報告質量。經過兩三次的研習過程，學生基本能夠運用恰當的化學語言分析實驗原理，較好地掌握相應系列化合物的結構、性質和相關反應機理，能夠較準確地預測實驗現象及結果，部分學生甚至提出了實驗過程中可能遇到的問題及其處理方法，做到了“有備而來”而不是“照方抓藥”。例如，在鹵代烴性質教學過程中，同烴基不同鹵原子取代的鹵代烴發生親核取代反應的活性判斷依據是C-X鍵的強度，可知活性次序：R-I>R-Br>R-Cl.實驗中如何鑒別呢？用硝酸銀的醇溶液進行鑒別。學生們都明白是生成AgI、AgBr和AgCl的速率不同。有學生提出：為什么是硝酸銀的醇溶液而不是水溶液呢？請大家在實驗預習報告中完成兩個問題：(1)如果用硝酸銀的水溶液結果會怎樣？(2)醇溶液和水溶液中生成的有機產物是什么，并寫出反應機理。學生們的答案：可以用水溶液鑒別，有機產物大都是有機硝酸酯，硝酸根是親核試劑，個別是醇。為此，在實驗準備中，我們分別準備了硝酸銀的醇溶液和水溶液，讓學生通過實驗觀察進行驗證分析。最后在答疑課堂引導學生分析實驗結果，推導反應機理。通過這種層層推進的教學方式，不僅使學生理論知識得到了實際應用，還激發了學生的學習興趣，提高了學生提出問題、分析解決問題的能力，這有利于學生創新能力和主動性的培養。同時，一份作業完成了兩門課的學習，解決了課業負擔重的問題。就老師而言，主講老師高效地完成了課堂教學，教輔老師不僅完成了實驗教學而且提升了自身的教學經驗。

2 學生參與實驗的準備工作

實驗的成功與否，除了具有扎實的理論基礎和熟練的操作技能外，周密、細致的實驗前準備工作也必不可缺。以前的實驗準備工作由實驗室老師完成，學生伸手即用。這不利于學生科研素養的培養。本教學過程中，要求每位學生都要參與到實驗前準備中，并且記為平時成績的10%。我們的教學班額不超過30人，以四人一組，可分為7組左右，一個學期每人參與 2～3次的實驗準備工作，工作量適中。首先，在每次實驗結束后，安排好下次準備實驗工作的學生，并且要求準備實驗的學生必須先完成相應實驗預習報告，掌握實驗所需儀器和試劑，了解試劑的理化性質和毒性。然后，在老師的指導下完成溶液的配制、試劑的擺放，熟悉操作規范，了解廢棄物的處理。最后，和老師一起完成預實驗，并以短視頻的方式向其他同學介紹本次實驗儀器的操作和實驗要領。這一過程中，每位學生都能夠認真地、積極地參與準備工作，分工明確，高效率、高質量地完成實驗準備以及短視頻講解的錄制。我們發現，通過準備工作的訓練，學生在實驗操作過程中更加有序化，實驗操作規范化，節約了時間，提升了實驗的成功率；同時，明確了實驗細節對實驗成敗和實驗安全的重要性，了解了化學物質對人類和環境的利與弊，不再隨手亂丟棄試劑，保持實驗臺面、公共儀器整潔。這不僅激發了學生對實驗課的興趣，喚起了學生的參與熱情，而且增強了學生對科學實驗的系統安排，加深了對實驗準備工作重要性的認識，為以后的科研工作打好基礎。除此之外，還能提升學生的歸納總結能力和語言表達能力，培養團隊協作能力，增進老師和學生之間的了解。

另外，近年來化學實驗室事故頻發，我們必須把實驗安全貫穿于學生學習的全過程。理論課堂教學中要涉及相關化學品安全及危險、危害知識，實驗課堂更是安全教育基地。學生必須嚴格按照實驗規范進行實驗操作，不得有絲毫馬虎。

3 理論指導實踐，實踐證實理論

化學是一門以實驗為基礎的學科，也是一門實踐性較強的學科，拋開實驗、實踐學理論，猶如沙中建塔。學生所學理論知識能不能落到實處，他們能否感受到知識的有用性，體會到學習的樂趣，實驗和實踐是關鍵。本教學過程中，我們減少了性質驗證性實驗次數，適當增加了探索性實驗，以達到理論和實驗互補的效果。例如，在理論課醛酮性質學習中，分析了酸性和堿性條件都有利于促進醛酮的烯醇化，而課本中羥醛縮合反應的條件是堿性，通過反應機理的學習，有學生提出了酸性條件下能否進行羥醛縮合反應。通過課下資料學習和小組討論，分析了酸性條件下發生反應的機理，證實了反應的可行性。隨后，我們提議大家用實驗來證實理論。首先，老師給定反應物為苯甲醛和苯乙酮，請大家通過機理分析，推斷酸性和堿性條件下的目標產物；其次，分為兩組進行實驗設計(一組酸性條件，一組堿性條件)，方案在輔導課上進行小組匯報討論，在老師指導下完善實驗方案；再次，按實驗方案進行實驗操作，認真做好實驗觀察和記錄；最后，根據實驗結果，進行結果討論與分析。從實驗結果大家發現，兩種條件下都可以發生反應，得到相同的產物(查爾酮)；影響產率的關鍵步驟是后處理中pH值的調節。這一系統的學習過程，不僅讓學生體驗到了科學研究的全過程，訓練了科學思維方式和實驗技能，更調動了學生科技創新的潛能。

4 重視實驗結果的分析與討論

無論科學研究還是實際生產，實驗結果的分析和討論都尤為重要[5]。在以往的實驗教學過程中，追求實驗結果的“完美”，所以，很多學生為了能獲得高分編造實驗數據，更有甚者百度實驗結果；多數學生對實驗數據不進行或不能進行有效處理和合理分析，對實驗不進行分析總結。這完全背離了高等教育的目標。本教學過程中，首先向學生灌輸：實驗結果誤差大和實驗失敗是正常現象，合理有效地分析總結很重要。要求學生實事求是，如實記錄實驗現象和結果，必須當場提交實驗數據，并對實驗結果進行簡要分析說明，老師簽字確認后方可結束實驗，離開實驗室。實驗報告書寫過程中，一定要用化學反應式和簡要文字對實驗結果進行分析說明，對于不恰當的實驗結果進行合理的分析，并找到影響結果的決定性因素，還要總結本次實驗的得與失；認真分析查找實驗失敗的原因，和老師、實驗成功的同學進行探討，總結經驗教訓。教師批閱實驗報告不僅僅重視實驗結果，而更在意學生對實驗結果的分析討論和對實驗過程和操作的總結。令人驚喜的是，學生的實驗報告不再是完美的結果，而是應用理論知識對實驗過程的分析討論，同時分析了實驗過程的細節對實驗結果的影響，比如加熱時的升溫速度、容器的干燥程度、加料速度、順序等等。由于有機化學及其實驗課開設在大一第二學期，學生專業知識層面并不廣泛，對問題的理解不夠深入在所難免，教師要避免“完美情結”，及時予學生以肯定。這樣，在實驗中學生才不懼失敗，實事求是，從而學會如何正確分析和解決問題，養成良好的科研習慣，堅決抵制非誠信學術行為。

5 基礎課堂與科學研究結合

教育的目的不是獲得學分，而是培養具有科學素養和實踐能力的創新型人才。學生的學習不能因學分的獲得而終止，我們鼓勵學生參與導師的科研過程。我校應用化學和化學工程專業實行“精英培養”計劃，每個學生都有自己的本科生導師，這為學生的進一步學習提供了有利條件。學生在課堂上所學的理論知識可以到導師科研室得以鞏固和應用。

基礎實驗主要在于學生掌握基本原理和操作技能，同時由于課時的限制和我校實驗條件的有限性，學生并不能及時有效地掌握現代技術在科研中的應用。比如，熔點測定時，學生實驗采用的是原理實驗“b型管的毛細管測定法”，而現在科研過程中使用顯微熔點儀；學生實驗中的減壓裝置是球型抽氣管，通過水的流速控制真空度(伯努利方程)，減壓效果很差，科研室則用水泵、油泵等；學生實驗的加熱裝置是明火酒精燈，而科研室絕對不允許有明火，通常用電熱套、油浴加熱；學生實驗操作有明確的時間，時間一到反應停止，而科研實驗則是一個探索的過程，如何確定反應終止時間，這是我們所開基礎實驗無法達到的；所得產物是否準確，現代科技如何檢測分析等等問題，基礎實驗都做不到。學生的學習不能就此為止，如何引導學生深層次的學習，培養學生的思維能力、創新能力？鼓勵、引導學生走進導師科研室，參與科學研究。通常，導師要求一二年級學生每周至少去實驗室兩次，三四年級學生則有相對固定的實驗時間。一方面可以了解學生的學習情況，做好學業規劃；另一方面使學生掌握化學實驗操作規程，接受科研熏陶，了解學科前沿。學生在師兄師姐的引導之下，學會自己查閱文獻，分析探討實驗中遇到的各種問題，了解現代技術在科研中的應用。這不僅有利于學生更深層次地理解和應用所學理論知識，同時促進了學生溝通交流能力和思辨能力的培養，養成了良好的科研習慣，為后續學業的發展奠定基礎。

6 采用過程性評價

能否有效地推進教學模式的實施，科學合理的評價體系是關鍵。為了改變“60分萬歲”，提高學生的課堂參與度和學習的積極性，本教學過程采用過程性評價，理論課與實驗課并舉。理論課：平時成績占比50%，其中課堂討論15%，輔導課堂討論5%，課后習題10%，實驗預習10%，答(質)疑10%；此外，在卷面考試內容中引入5%左右與實驗相關的理論考題。如：當苯、甲苯和環己烯分別與酸性高錳酸鉀發生反應時，可能觀察到什么現象？請用化學反應方程式和簡要文字進行分析解答。實驗課除了考核學生對基本實驗操作技術的掌握外，更要突出學生分析問題、解決問題的能力，重視學生自主學習能力和創新意識的培養。考核方式：預習報告20%+實驗操作30%+實驗報告30%+學習態度(出勤、討論、問答等)10%+參與實驗準備 10%。

7 教學反饋

7.1 學生方面

教學改革的目的是加強學生能力的培養，學生的意見和建議不可忽略。在本教學過程中，我們加強與學生的交流，在平時的實施過程中充分考慮學生的感受，并在教學后期進行了匿名問卷調查。發現，90%的學生支持這種教學模式。主要體現在：(1)體會到了“學以致用”的快樂，覺得理論知識并不在枯燥；(2)學會了學習，學會了反思；(3)確定了學習目標，部分學生準備考有機化學方面的研究生；(4)學生在指導教師的指導下，積極申報大學生創新創業項目，有學生獲得了省級或校級項目支持；(5)參與導師科研工作，后期追蹤發現有個別學生還發表了SCI論文。

7.2 教師方面

課堂教學能否有序開展，不僅取決于教師的課前準備工作和課堂組織能力，更取決于學生的配合。通過兩個學期的教學實踐，我們發現，學生能積極參與課堂教學，課堂氛圍活躍，師生關系融洽；學生的學習主動性增強，能夠提出問題、分析問題和解決問題；卷面成績明顯提升，掛科率降低；實驗操作技能提高，實驗成功率提升；實驗試劑的浪費和儀器的破損明顯降低。同時，教師根據教學過程中遇到的問題和學生的建議和意見，不斷地完善教學方法，提升自身的教學水平，力爭做一名與時俱進的老師。

8 結 語

在有機化學的課程教學中，我們采用了理論教學和實驗教學相滲透的教學方法，不僅提高了教學質量，培養了學生主動學習的能力和科研動手能力，而且有效率地規避了當前高校學生學業負擔重、師生互不了解的局面。