生化專業(yè)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革研究

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

0 引言

隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，生物學(xué)科和化學(xué)學(xué)科不斷交叉融合，生物學(xué)科所取得的成就往往離不開化學(xué)學(xué)科的支撐，同時(shí)生物學(xué)科的前沿知識和先進(jìn)技術(shù)也為化學(xué)學(xué)科開辟了新的研究領(lǐng)域，二者相互滲透，相互促進(jìn)，形成了兩個(gè)學(xué)科依存發(fā)展的新領(lǐng)域，如：化學(xué)生物、生物化學(xué)、生物制藥、中草藥、分子生物學(xué)等[1]。具有化學(xué)知識和生物知識的復(fù)合型人才在相關(guān)領(lǐng)域展現(xiàn)出更強(qiáng)的工作能力和創(chuàng)新意識[2]。

自2019年以培養(yǎng)高素質(zhì)化學(xué)生物復(fù)合型人才為目的，山西大學(xué)初民學(xué)院成立了初民生化試驗(yàn)班。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課是化學(xué)生物專業(yè)必不可少的專業(yè)基礎(chǔ)課，是與理論課緊密聯(lián)系的一門獨(dú)立課程，它實(shí)踐性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣，是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力的重要途徑[3]。但是學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)重，總課時(shí)數(shù)少，要想達(dá)到預(yù)期的教學(xué)目標(biāo)，必須在課程內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)手段和評價(jià)體系等方面進(jìn)行深入改革，現(xiàn)就改革的成果和體會(huì)概括如下。

1 形成科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容體系

實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容對學(xué)生的創(chuàng)新思維、創(chuàng)造意識至關(guān)重要[4]。傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)教材中都是通用的、經(jīng)典的，不具有專業(yè)特點(diǎn)，也不能很好的和新知識、新方法進(jìn)行融合。為此，對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化整合，力求實(shí)驗(yàn)內(nèi)容兼具專業(yè)性、基礎(chǔ)性和先進(jìn)性。

1.1 將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和專業(yè)相結(jié)合

課程內(nèi)容安排時(shí)盡量將專業(yè)特色融入有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，注重有機(jī)化學(xué)和生物學(xué)知識的交叉融合。

(1)加大天然產(chǎn)物的提取和分離實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)不僅鍛煉了有機(jī)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)操作，如：萃取、蒸餾、提取、柱色譜分離等，也加深了學(xué)生對天然產(chǎn)物、藥物等的了解和應(yīng)用，同時(shí)增強(qiáng)和延伸了學(xué)習(xí)興趣。

(2)在有機(jī)化合物制備時(shí)，開設(shè)了與生物應(yīng)用、藥物相關(guān)的內(nèi)容，如藥物阿司匹林的制備、美沙拉秦的制備等。

(3)綜合實(shí)驗(yàn)側(cè)重有機(jī)分子結(jié)構(gòu)與生物應(yīng)用結(jié)合密切的實(shí)驗(yàn)，凸顯實(shí)驗(yàn)的綜合性和探索性，如黃酮類熒光探針的制備及生物應(yīng)用。

課堂內(nèi)容設(shè)計(jì)注重“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—制備—用途”的內(nèi)在關(guān)系，盡量將理論知識、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用有效結(jié)合。以乙酰水楊酸制備為例，以阿司匹林制備的實(shí)驗(yàn)流程為操作主線，通過阿司匹林藥物問世的故事設(shè)置情景線，以反應(yīng)方程式及官能團(tuán)性質(zhì)設(shè)置理論知識線三維一體展開討論。這種模式有利于學(xué)生對有機(jī)化學(xué)知識的整體掌握，有利于學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，有利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

1.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容模塊化

將基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作、合成實(shí)驗(yàn)、天然產(chǎn)物提取分離實(shí)驗(yàn)和結(jié)構(gòu)表征整合在一起，內(nèi)容分成幾大塊，橫向?qū)訉舆f進(jìn)，縱向相互比較。現(xiàn)分為四大模塊：模塊一側(cè)重有機(jī)液體化合物的制備、分離、純化和表征；模塊二側(cè)重有機(jī)固體化合物；模塊三是綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)K；模塊四是自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。具體內(nèi)容如表1所示。

表1 生化專業(yè)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合及安排

學(xué)生做每一個(gè)模塊實(shí)驗(yàn)，都有必須掌握的實(shí)驗(yàn)基本操作和實(shí)驗(yàn)技能，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容關(guān)聯(lián)性強(qiáng)，操作由簡單到復(fù)雜層層遞進(jìn)，便于系統(tǒng)培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)。在模塊中加入應(yīng)用型和設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)，可拓展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，注重學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，有利于提高學(xué)生整體素質(zhì)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(shí)全國高校思想政治工作會(huì)議精神，開始大力推動(dòng)以“課程思政”為目標(biāo)的課堂教學(xué)改革，將知識傳授與立德樹人的思想教育緊密結(jié)合[5-6]。專門建立了本課程的思政教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)大綱，主要分為四部分：

(1)強(qiáng)化有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)安全，強(qiáng)調(diào)危化品管理和使用規(guī)范，以反面案例教育學(xué)生提高安全意識，不能心存僥幸，培養(yǎng)學(xué)生敬畏生命、勇于擔(dān)當(dāng)?shù)膬r(jià)值觀。

(2)化學(xué)實(shí)驗(yàn)是不斷探索的過程，實(shí)驗(yàn)結(jié)果失敗多于成功，要教育學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)操作、細(xì)心觀察、堅(jiān)定信念、崇尚科學(xué)；鼓勵(lì)學(xué)生不斷戰(zhàn)勝困難，頑強(qiáng)拼搏的精神。

(3)通過天然產(chǎn)物提取和分離，讓學(xué)生明白中醫(yī)藥傳統(tǒng)文化是人類的寶貴財(cái)富，教育學(xué)生要樹立遠(yuǎn)大理想，為中醫(yī)藥事業(yè)做貢獻(xiàn)，造福人類。

(4)將日常生活中與有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)有關(guān)的生活素材和有機(jī)化學(xué)名人事跡融入實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神，樹立學(xué)生綠色環(huán)保的理念。引入屠呦呦發(fā)明了抗瘧疾藥物獲得諾貝爾獎(jiǎng)、趙承嘏教授從30多種中藥中發(fā)現(xiàn)了生物堿等有機(jī)化學(xué)名人事跡等。讓學(xué)生親身體會(huì)到有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的重要性，增強(qiáng)專業(yè)自豪感和自信心，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感，激發(fā)學(xué)生的愛國熱情和民族自豪感。

2 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法

建立了以“學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)”的教學(xué)方法[7]。在實(shí)驗(yàn)前，教師采用問題驅(qū)動(dòng)，讓學(xué)生自主查閱資料，觀看實(shí)驗(yàn)操作的相關(guān)視頻鏈接。就關(guān)鍵問題和學(xué)生展開討論，引導(dǎo)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)“刨根問底”的研究興趣，可用儀器實(shí)物或借助現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行演示，增加直觀感，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前明確實(shí)驗(yàn)原理和實(shí)驗(yàn)?zāi)康模贫ň唧w實(shí)驗(yàn)步驟，了解實(shí)驗(yàn)中的注意事項(xiàng)。在實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生實(shí)行單人操作，自主實(shí)驗(yàn)、自主探究，培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和動(dòng)手能力，實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題，教師個(gè)別指導(dǎo)，引導(dǎo)和鼓勵(lì)學(xué)生深入思考，提高分析問題和解決問題的能力。

實(shí)驗(yàn)后學(xué)生完善實(shí)驗(yàn)報(bào)告，總結(jié)分析實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問題和收獲，培養(yǎng)自己總結(jié)分析能力。教師就實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行評價(jià)，發(fā)布優(yōu)秀產(chǎn)品和總結(jié)報(bào)告，提高學(xué)生的成就感，增強(qiáng)學(xué)生對有機(jī)合成的興趣。此外，學(xué)生以小組形式深入探究新方法，利用實(shí)驗(yàn)室開放時(shí)間完成自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

另外，在課內(nèi)可開展小組比拼，課外可定期舉行實(shí)驗(yàn)大賽等培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)，激發(fā)學(xué)生自主創(chuàng)新能力。

3 采用先進(jìn)的教學(xué)手段

教學(xué)過程和活動(dòng)中采用傳統(tǒng)教學(xué)、多媒體教學(xué)和網(wǎng)絡(luò)資源等多種形式相結(jié)合的教學(xué)手段[8-9]。借助信息化平臺，如：企業(yè)微信、課程專用網(wǎng)站等，教師將實(shí)驗(yàn)任務(wù)、課程電子教案、電子PPT、相關(guān)操作視頻、新方法新技術(shù)等資料上傳至平臺，學(xué)生可以通過手機(jī)隨時(shí)下載瀏覽，也可以在討論區(qū)提出問題與老師同學(xué)探討交流，將“線下”課堂與“線上”碎片化知識系統(tǒng)地整合，將網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)、知識學(xué)習(xí)、操作練習(xí)及課后拓展融為一體，讓教學(xué)更高效。另外，還將先進(jìn)的技術(shù)、設(shè)備或自組裝儀器用于有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課堂。如：用熔點(diǎn)儀測熔點(diǎn)，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀代替普通蒸餾，用紅外光譜儀、紫外光譜儀進(jìn)行化合物結(jié)構(gòu)分析和性能鑒定，用水箱和小水泵循環(huán)使用冷凝水用于蒸餾、回流等操作。這些設(shè)備的引入使實(shí)驗(yàn)課堂更加生動(dòng)、更加高效、更加綠色環(huán)保。

4 完善教學(xué)評價(jià)體系

教學(xué)評價(jià)是教學(xué)過程的重要環(huán)節(jié)，是檢驗(yàn)教學(xué)效果的必要手段。以前，實(shí)驗(yàn)成績分為三部分：平時(shí)成績占到70%，實(shí)驗(yàn)操作考試占15%，實(shí)驗(yàn)筆試占15%。改革后，實(shí)驗(yàn)成績的比例進(jìn)行了重新劃分：平時(shí)成績占到70%，基礎(chǔ)操作考查占10%，綜合性實(shí)驗(yàn)考查占15%，教師和其他同學(xué)評價(jià)占5%。平時(shí)成績權(quán)重比例較大，有利于學(xué)生建立并保持良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。基礎(chǔ)操作考察注重考核學(xué)生的實(shí)驗(yàn)基本操作和基本技能。綜合性實(shí)驗(yàn)考察由學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，注重創(chuàng)新能力[10-12]。教師和其他同學(xué)評價(jià)注重學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作能力和大局觀念的培養(yǎng)。改革后的實(shí)驗(yàn)評價(jià)體系更客觀全面，符合實(shí)驗(yàn)學(xué)科特點(diǎn)，更能調(diào)動(dòng)學(xué)生的能動(dòng)性。

5 結(jié)語

生化專業(yè)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)新體系已應(yīng)用于我校2019級和2020級初民生化試驗(yàn)班本科生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)當(dāng)中，兩年的教學(xué)實(shí)踐表明：通過改革極大地激發(fā)了學(xué)生的能動(dòng)性，在夯實(shí)學(xué)生基本操作技能的同時(shí)，學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力、分析能力和創(chuàng)新能力都有很大程度的提高。“創(chuàng)新是引領(lǐng)發(fā)展的第一動(dòng)力”[5]，在今后的教學(xué)工作中，將不斷探索、不斷完善，努力培養(yǎng)出更多適應(yīng)社會(huì)和時(shí)代發(fā)展需求的復(fù)合型創(chuàng)新人才。