面向新工科的有機化學實驗教學模式探索*

黑金培，尹曉杰，秦國旭，吳鳳義，王新運

(巢湖學院化學與材料工程學院，安徽 合肥 238000)

近年來，以人工智能、大數據、物聯網為核心的新一輪科技革命和產業變革正在全球范圍內蓬勃興起，新技術、新模式、新業態層出不窮，產業體系加速重構。為滿足產業轉型需求、支撐國家發展戰略和提升國際競爭優勢，教育部于2017年啟動新工科建設，旨在發展新興工科專業，改造傳統工科專業，加快培養理論基礎扎實、工程實踐與創新能力突出，具備國際競爭力的高素質復合型工科人才[1]。實驗教學作為高等工程教育實踐教學體系中重要的組成部分，是培養學生專業技能、實踐能力、科研素養和創新精神的主要途徑。因此，全面推進實驗教學模式改革對于培養新工科背景下應用型工程技術人才具有十分重要的意義。

有機化學實驗是化學類專業本科生必修的一門基礎實踐課程，其目的是訓練學生掌握安全規范的實驗操作技能，逐步形成制備和分析有機化合物的能力，加深對有機化學基本原理的理解。通過該課程的教學，能夠系統地培養學生觀察、思考和解決問題的能力，樹立實事求是的科學態度和良好的實驗素養[2]。目前，有機化學實驗已成為高校培養學生實踐創新能力的必要環節，對于造就適應未來發展的應用型工程技術人才起著至關重要的作用。然而，傳統有機化學實驗教學模式主要以講授型教學為主，不能充分調動學生的主觀能動性[3]。因此，為了更好的實現新工科建設目標，培養創新型引領人才，針對高等教育有機化學實驗教學的改革勢在必行。

1 有機化學實驗教學現狀

有機化學實驗作為與專業理論學習相配套的技能課程，通常開設于大學三、四年級，在本科教學中占有極其重要的地位。經過多年的教學實踐，有機化學實驗課程已經形成了完善的教學內容和系統的教學方法[4]。然而隨著時代的發展，傳統實驗教學模式已不能滿足新工科建設對培養應用創新型工程人才的要求。總體來說，有機化學實驗教學主要存在以下三方面的問題。

1.1 實驗內容陳舊，缺乏創新性培養

當前有機化學實驗教學主要以驗證性實驗為主，側重于基礎實驗技能的訓練。實驗項目大多為單一知識點，相互之間聯系不明顯，缺乏設計性、創新性實驗項目。這樣的課程安排雖然能夠使學生掌握基礎實驗技能，但是不利于知識的融會貫通和創新思維的培養。此外，現行的有機化學實驗內容多為一些典型的有機合成反應，鮮有涉及新興的實驗方法和設備。實驗項目的設置與實際應用及行業發展相脫節，難以鍛煉學生綜合運用所學理論知識解決實際問題的能力。

1.2 教學模式單一，學生主動性不足

長期以來，有機化學實驗課程一直沿用講授型教學模式，即課前學生預習實驗內容并書寫預習報告，課上教師講解實驗原理、步驟和注意事項，學生根據教師演示重復實驗操作，課后學生分析實驗數據并撰寫實驗報告。整個實驗過程中學生只是按部就班地完成實驗流程，學習積極性不高，存在應付了事的心態。這種單一的教學模式不利于培養學生獨立思考和解決問題的能力，不能充分發揮學生的主動性和創造性，無法達到預期的課程目標。

1.3 考核方式簡單，成績評定片面化

現階段有機化學實驗課程的考核方式主要由平時成績和期終考查兩部分組成，其中平時成績作為整個課程考核的重點，占據課程總成績的70%以上。但在實際成績評定過程中，平時成績主要通過歷次實驗報告的平均成績來衡量，學生為獲得良好的實驗成績，往往會篡改實驗數據和抄襲實驗報告。這種以報告為主體的考核方式存在較大的片面性，并不能真實反映學生的實際實驗水平、自主動手能力和工程創新思維，難以達到新工科建設的目標。

2 有機化學實驗教學模式探索

針對當前高校有機化學實驗教學中存在的問題，筆者結合新工科人才培養要求以及自身教學經驗，對有機化學實驗教學模式改革提出了幾點思考和建議，具體內容如下。

2.1 優化調整實驗內容

傳統的有機化學實驗注重驗證性，缺乏設計性和創新性[5]。為提升實驗教學質量，急需對教學內容進行優化調整，構建以學生為主體的分層漸進式有機化學實驗課程體系，使其適應新時代高等教育的發展需求。

(1)取消簡單基礎操作實驗,將其與有機合成實驗合并。基礎操作實驗主要用于學生的實驗技能的練習，如溶沸點測定、折光率測定、蒸餾、萃取、抽濾、結晶等。這類純操作性實驗內容單一，單獨開設既枯燥無味又占用大量學時。而合成實驗包涵多種基本操作，完全可以代替基礎操作實驗用于學生實驗技能的訓練。例如,我們可以通過肉桂酸的制備實驗,綜合學習蒸餾、抽濾、熔點測定等基本操作。利用合成實驗聯系基礎實驗操作有助于打破重復單一的技能訓練，讓學生在具體的合成過程中明白各種基本操作“為什么做”和“該怎么做”，從而激發學生的學習興趣和提高綜合實驗技能。

(2)減少驗證性實驗，增加設計性、創新性實驗。設計性實驗主要用于培養學生應用所學基礎知識自主設計實驗的能力。創新性實驗更加注重各種專業理論知識的融會貫通，主要培養學生綜合運用所學理論知識和實驗方法進行實踐探究的能力。在實驗教學的初期，學生通過經典有機合成實驗掌握基礎實驗知識和實驗技能。隨著學生實驗能力的提高，逐步引入一定深度的設計性實驗，學生在教師的引導下設計實驗方案，完成實驗操作，分析數據并得出結論。當學生初步掌握實驗設計方法時，再進一步引入綜合性較強的創新性實驗。教師可將創新性實驗與各類學科競賽、科研項目或企業需求相結合，使實驗教學更加貼近學科前沿動態和實際生產需求。設計性、創新性實驗能夠充分調動學習積極性，有效提高實踐操作能力，培養科研思維和創新能力，為以后的研究和工作打下堅實的基礎。

2.2 運用多元教學模式

隨著高等教育教學信息化進程不斷深入，越來越多的互聯網新技術被應用到教育教學中，“互聯網+實驗”已成為當前有機化學實驗課程的改革方向[6]。高校教師應當充分發揮“互聯網+”的優勢，改變以往實驗教學觀念，引入微課、慕課、翻轉課堂等多元化教學手段，構建混合式教學模式，激發學生學習主動性和積極性，從而提高教學質量。

混合式教學模式是將線上教學與課堂教學有機結合的一種新型教學模式,基于其教學理念可將有機化學實驗課程分為課前預習、課堂教學和課后總結三個階段。在課前預習階段，教師根據實驗原理、重難點、操作技巧等內容有針對性地錄制微課視頻，構建以選擇題、填空題為主的測試題，篩選與課程相關的慕課資源和文獻資料，設置課堂討論題和課后思考題，并將上述素材導入超星學習通教學平臺。學生根據教師發布的學習任務，自行學習相關微課和資料，完成預習測試并撰寫預習報告。在課堂教學階段，教師隨機抽取學生回答實驗原理、儀器裝置和操作步驟等問題，并對容易出錯的環節進行講解和演示。實驗過程中，學生按規定認真完成實驗操作，并通過視頻、圖片、文字等方式如實記錄實驗現象和實驗數據。教師全程巡視并記錄學生課堂表現，發現學生錯誤操作時需及時糾正。同時，教師需組織學生針對課堂討論題進行分小組討論并點評。在課后總結階段，學生將記錄實驗現象的視頻、圖片以及實驗數據上傳至超星學習通平臺，及時處理分析實驗數據，撰寫實驗報告并完成課后思考題。教師需批改實驗報告，總結并反饋學生存在的問題，做好在線答疑工作。混合式教學模式體現了“以學生為中心，教師為主導”的教學理念，提高了學生的自主學習能力和分析問題和解決問題的能力，為有機化學實驗教學注入了生機與活力。

2.3 改進完善考核方式

課程考核是有機化學實驗教學中必不可少的環節,是評判學生學習情況和教師教學質量的主要依據。針對當前課程考核中存在的問題，教師應改變以往重報告輕實驗的評價方式，更加注重過程考核和實踐能力考核，力求全面客觀的評價學生的綜合實驗能力。

為構建多角度過程性考核體系，在現有“平時成績+期終考查”的基礎上進一步完善考核方式，將平時成績細化為實驗預習(10%),實驗過程(30%),實驗報告(30%)三個部分。實驗預習成績由觀看微課、在線測試和預習報告組成，主要考查學生的自主學習能力。實驗過程成績由上課考勤、實驗操作水平和課堂討論等組成，主要考查學生的實踐動手能力和獨立思考解決問題的能力。實驗報告成績由實驗數據處理與分析、實驗結果與討論、思維拓展組成，主要考查學生的數據分析能力和邏輯思維能力。同時，根據實驗項目類型不同其考核重點也不同。對于基礎合成實驗，重點考核學生基礎知識和基本技能操作技能。而對于設計性、創新性實驗，重點考核學生的實驗設計能力和綜合分析能力。

期終考查以設計性實驗為考試內容，教師結合有機化學基礎理論知識，選定10～15個有代表性的化合物，要求學生隨機抽取題目并在規定時間內設計出完整的合成方案。方案中應包括實驗所需藥品和儀器、實驗步驟、反應條件、注意事項、產物表征方法等內容。隨后學生進入實驗室獨立搭建實驗裝置并進行示范性演示，教師根據學生實際操作情況進行綜合評定。建立多元化的考核方式，有助于引導學生端正學習態度，公正評價學生綜合實驗能力。

以有機化學實驗中“乙酰苯胺的制備”為例，該實驗主要涉及有機物的合成、純化和鑒定。通過合理的實驗調整，將分餾、重結晶等基礎實驗操作有機地融入乙酰苯胺的合成過程中，減少單一基礎操作實驗的開設，讓學生在有機合成中熟練掌握苯胺乙酰化反應原理、掌握有機物分離提純方法以及了解利用紅外光譜、核磁共振等技術分析有機化合物結構的方法。課程講授前，教師通過學習通平臺發布與乙酰苯胺制備實驗相關的教案、微課和思考題，學生根據教師發布的內容以及提出的思考題自主完成實驗內容預習，為課程開展做好充足準備。課程講授中，教師簡要介紹本實驗的研究背景、實驗原理和操作流程，對實驗過程中涉及的重難點、注意事項、儀器使用方法等內容進行隨機提問，并解答學生在課前預習中存在的疑問。學生分組進行實驗，教師全程巡查，及時糾正錯誤操作。同時引導學生深入思考，如在合成過程中討論乙酸用量對乙酰苯胺產率的影響；在重結晶過程中討論溶劑種類、用量和結晶時間對結晶的影響等。實驗結束后，教師對實驗過程進行總結，重點對普遍存在的不規范操作進行講解指正。課后學生通過學習通平臺和實驗報告反饋實驗數據，教師通過學生在實驗預習、實驗過程和實驗報告中的表現評判平時成績。期終考核可在此實驗的基礎上，讓學生結合自身所學知識自行設計乙酰苯胺合成方案，并做示范性演示。

3 結 語

新工科背景下，有機化學實驗作為中一門重要的基礎實踐課程，對其進行教學改革具有十分重要的意義。本文針對傳統有機化學實驗課程存在的實驗內容陳舊、教學模式單一、考核方式簡單等問題，提出優化調整實驗內容、運用多元教學模式、改進完善考核方式的改進方式，以此激發學生學習興趣，培養學生自主學習能力、實踐動手能力、工程創新思維和人文綜合素養，為造就適應國家發展的應用型人才奠定堅實基礎。