生化專業有機化學實驗教學改革研究

張彩紅，王煜，王越，郝俊生(山西大學化學化工學院，山西 太原 030000)

0 引言

隨著科學的不斷發展，生物學科和化學學科不斷交叉融合，生物學科所取得的成就往往離不開化學學科的支撐，同時生物學科的前沿知識和先進技術也為化學學科開辟了新的研究領域，二者相互滲透，相互促進，形成了兩個學科依存發展的新領域，如：化學生物、生物化學、生物制藥、中草藥、分子生物學等[1]。具有化學知識和生物知識的復合型人才在相關領域展現出更強的工作能力和創新意識[2]。

自2019年以培養高素質化學生物復合型人才為目的，山西大學初民學院成立了初民生化試驗班。有機化學實驗課是化學生物專業必不可少的專業基礎課，是與理論課緊密聯系的一門獨立課程，它實踐性強、應用范圍廣，是培養學生動手能力、創新思維和創新能力的重要途徑[3]。但是學生學習任務重，總課時數少，要想達到預期的教學目標，必須在課程內容、教學方法、教學手段和評價體系等方面進行深入改革，現就改革的成果和體會概括如下。

1 形成科學的實驗教學內容體系

實驗教學內容對學生的創新思維、創造意識至關重要[4]。傳統的有機化學實驗內容在大多數實驗教材中都是通用的、經典的，不具有專業特點，也不能很好的和新知識、新方法進行融合。為此，對實驗內容進行了優化整合，力求實驗內容兼具專業性、基礎性和先進性。

1.1 將實驗內容和專業相結合

課程內容安排時盡量將專業特色融入有機化學實驗中，注重有機化學和生物學知識的交叉融合。

(1)加大天然產物的提取和分離實驗的比例，如從中藥黃連中提取黃連素、菠菜色素的提取和分離、從茶葉中提取咖啡因等。這些實驗不僅鍛煉了有機實驗的基礎操作，如：萃取、蒸餾、提取、柱色譜分離等，也加深了學生對天然產物、藥物等的了解和應用，同時增強和延伸了學習興趣。

(2)在有機化合物制備時，開設了與生物應用、藥物相關的內容，如藥物阿司匹林的制備、美沙拉秦的制備等。

(3)綜合實驗側重有機分子結構與生物應用結合密切的實驗，凸顯實驗的綜合性和探索性，如黃酮類熒光探針的制備及生物應用。

課堂內容設計注重“結構—性質—制備—用途”的內在關系，盡量將理論知識、實驗和應用有效結合。以乙酰水楊酸制備為例，以阿司匹林制備的實驗流程為操作主線，通過阿司匹林藥物問世的故事設置情景線，以反應方程式及官能團性質設置理論知識線三維一體展開討論。這種模式有利于學生對有機化學知識的整體掌握，有利于學生理論聯系實際，有利于學生創新能力的培養。

1.2 實驗內容模塊化

將基礎實驗操作、合成實驗、天然產物提取分離實驗和結構表征整合在一起，內容分成幾大塊，橫向層層遞進，縱向相互比較。現分為四大模塊：模塊一側重有機液體化合物的制備、分離、純化和表征；模塊二側重有機固體化合物；模塊三是綜合實驗模塊；模塊四是自主設計實驗。具體內容如表1所示。

表1 生化專業有機化學實驗內容整合及安排

學生做每一個模塊實驗，都有必須掌握的實驗基本操作和實驗技能，實驗內容關聯性強，操作由簡單到復雜層層遞進，便于系統培養學生的專業素養。在模塊中加入應用型和設計型實驗，可拓展學生的實驗興趣，注重學生創新能力的培養，有利于提高學生整體素質的提高。

1.3 在課程中融入思政

2017年以來，我校深入貫徹落實全國高校思想政治工作會議精神，開始大力推動以“課程思政”為目標的課堂教學改革，將知識傳授與立德樹人的思想教育緊密結合[5-6]。專門建立了本課程的思政教學內容和教學大綱，主要分為四部分：

(1)強化有機化學實驗安全，強調危化品管理和使用規范，以反面案例教育學生提高安全意識，不能心存僥幸，培養學生敬畏生命、勇于擔當的價值觀。

(2)化學實驗是不斷探索的過程，實驗結果失敗多于成功，要教育學生嚴謹操作、細心觀察、堅定信念、崇尚科學；鼓勵學生不斷戰勝困難，頑強拼搏的精神。

(3)通過天然產物提取和分離，讓學生明白中醫藥傳統文化是人類的寶貴財富，教育學生要樹立遠大理想，為中醫藥事業做貢獻，造福人類。

(4)將日常生活中與有機化學實驗有關的生活素材和有機化學名人事跡融入實驗教學中，如在實驗中培養學生的團隊合作精神，樹立學生綠色環保的理念。引入屠呦呦發明了抗瘧疾藥物獲得諾貝爾獎、趙承嘏教授從30多種中藥中發現了生物堿等有機化學名人事跡等。讓學生親身體會到有機化學實驗的重要性，增強專業自豪感和自信心，增強社會責任感，激發學生的愛國熱情和民族自豪感。

2 創新實驗教學方法

建立了以“學生為主體，教師為主導”的教學方法[7]。在實驗前，教師采用問題驅動，讓學生自主查閱資料，觀看實驗操作的相關視頻鏈接。就關鍵問題和學生展開討論，引導學生對實驗“刨根問底”的研究興趣，可用儀器實物或借助現代信息技術進行演示，增加直觀感，使學生在實驗前明確實驗原理和實驗目的，制定具體實驗步驟，了解實驗中的注意事項。在實驗過程中，學生實行單人操作，自主實驗、自主探究，培養學生的觀察能力和動手能力，實驗中出現的問題，教師個別指導，引導和鼓勵學生深入思考，提高分析問題和解決問題的能力。

實驗后學生完善實驗報告，總結分析實驗中出現的問題和收獲，培養自己總結分析能力。教師就實驗結果進行評價，發布優秀產品和總結報告，提高學生的成就感，增強學生對有機合成的興趣。此外，學生以小組形式深入探究新方法，利用實驗室開放時間完成自主設計實驗。

另外，在課內可開展小組比拼，課外可定期舉行實驗大賽等培養學生的綜合實驗素養，激發學生自主創新能力。

3 采用先進的教學手段

教學過程和活動中采用傳統教學、多媒體教學和網絡資源等多種形式相結合的教學手段[8-9]。借助信息化平臺，如：企業微信、課程專用網站等，教師將實驗任務、課程電子教案、電子PPT、相關操作視頻、新方法新技術等資料上傳至平臺，學生可以通過手機隨時下載瀏覽，也可以在討論區提出問題與老師同學探討交流，將“線下”課堂與“線上”碎片化知識系統地整合，將網絡學習、知識學習、操作練習及課后拓展融為一體，讓教學更高效。另外，還將先進的技術、設備或自組裝儀器用于有機化學實驗課堂。如：用熔點儀測熔點，用旋轉蒸發儀代替普通蒸餾，用紅外光譜儀、紫外光譜儀進行化合物結構分析和性能鑒定，用水箱和小水泵循環使用冷凝水用于蒸餾、回流等操作。這些設備的引入使實驗課堂更加生動、更加高效、更加綠色環保。

4 完善教學評價體系

教學評價是教學過程的重要環節，是檢驗教學效果的必要手段。以前，實驗成績分為三部分：平時成績占到70%，實驗操作考試占15%，實驗筆試占15%。改革后，實驗成績的比例進行了重新劃分：平時成績占到70%，基礎操作考查占10%，綜合性實驗考查占15%，教師和其他同學評價占5%。平時成績權重比例較大，有利于學生建立并保持良好的實驗習慣。基礎操作考察注重考核學生的實驗基本操作和基本技能。綜合性實驗考察由學生自行設計實驗，注重創新能力[10-12]。教師和其他同學評價注重學生團隊合作能力和大局觀念的培養。改革后的實驗評價體系更客觀全面，符合實驗學科特點，更能調動學生的能動性。

5 結語

生化專業有機化學實驗教學新體系已應用于我校2019級和2020級初民生化試驗班本科生的實驗教學當中，兩年的教學實踐表明：通過改革極大地激發了學生的能動性，在夯實學生基本操作技能的同時，學生的動手能力、觀察能力、分析能力和創新能力都有很大程度的提高。“創新是引領發展的第一動力”[5]，在今后的教學工作中，將不斷探索、不斷完善，努力培養出更多適應社會和時代發展需求的復合型創新人才。