有机化学实验教学改革及发展趋势

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  摘要 为了充分发挥学生的主体作用,培养学生的创新能力和研究能力,必须改革传统的有机化学教学模式。分析了有机化学实验的实验方法、实验技能和实验内容等方面的教学改革,并从开设综合性多步合成实验,开设设计性和研究性实验,常量、小量、微量实验有机结合和实验的绿色化等方面论述了有机化学实验教改的发展趋势。
  关键词 有机化学实验;教学改革;发展趋势
  中图分类号 G642.423文献标识码A文章编号1007-5739(2008)20-0346-02
  
  高素质、创新型人才的培养是目前高等教育改革的主要方向,也是评价高等教育质量和教育效益的重要指标。重视实验教学、加强实验室建设、改革实验教学方法是提高学生综合素质、培养学生创新能力的重要途径之一。近年来,各高校不断加大实验教学投入,优化实验教学资源,并根据专业特色开展实验教学研究,探索行之有效的教学方法,提高实验教学效果,促进了高等教育质量和综合效益的全面提高。
  
  1有机化学实验改革内容
  
  实验是科学的基础,是培养学生分析、思维综合能力和严肃、求实的科学态度以及严格细微的工作作风的手段,是加强学生基本技能训练、提高学生动手能力的根本途径。有机化学作为一门基础课,为学好其他专业课起着奠基铺路的作用,化学实验教学在化学教学中占极大的比重,是教学中一个重要环节。
  1.1改进传统的实验方法与手段
  近年来,边缘学科和新技术的迅速发展,使各个学科之间的关系日益密切,实验技术也发生了巨大变化。实验技术巨变的主要特征是实验方法和实验手段的日益先进。在这种形势下,为了扩大学生的知识面,丰富他们的知识,我们对一些传统的实验教学进行了改进。如根据提纯和分离有机物的性质不同,在常压蒸馏的基础上,增加了防潮蒸馏、水蒸汽蒸馏,使学生通过实验巩固了所学过的知识。
  1.2在保证实验教学质量的前提下节省开支
  近几年,各院校都面临着教学经费短缺的问题。如何做到既保证实验教学质量,又节省开支,这是摆在实验技术人员面前的一个严肃课题。在这种形势下,我们群策群力,努力使消耗降到最低点,尽可能做到少花钱,多办事。如对“萃取”实验使用过的乙醇循环使用;在“熔点测定”和“沸点测定”中所使用的大量毛细管,由我们自己亲手制作。另外,在性质实验中,在保证达到原有效果的前提下,降低试剂的浓度。如5%AgNO3改用1%AgNO3,使药品的消耗大大减少,从而节省一部分开支。
  1.3因地制宜及时发现解决实验中出现的问题
  在工作中善于发现问题、解决问题,这是我们共同追求的目标。在“醛酮化学性质”实验中,苯甲醛与饱和亚硫酸氢钠反应现象不十分明显,我们针对这一情况进行反复讨论,决定在苯甲醛中加入一定量的无水乙醇,结果使现象十分明显。
  1.4改革实验考核手段
  实验考核一直沿用平时成绩与卷面考试相结合的方式,但这种考核手段具有一定的片面性。就平时成绩而言,因每次实验是2人1组,实验报告与结果不能真实地反映每个学生的真正的实验水平;而卷面考试针对实验考核来说,更不能说明每一个学生的真正的实验操作技能以及解决问题的能力。针对这一问题,我们设计了一些操作实验和性质实验,对学生进行实地考核,现场操作,现场打分。这样做虽然要花费较多的人力物力,但能够客观地反映每个学生的真实水平,即实验操作能力和解决问题能力。同时也可以发现一些存在的问题,如基本操作不规范,设计实验能力不强,以便在今后的教学中加强对学生这些方面能力的培养。
  
  2有机化学实验改革发展趋势
  
  2.1开设综合性多步合成实验
  使学生掌握有机化学实验的基本操作技能是有机实验课的教学目的之一。在有机化学实验中,合成实验占了很大的比例。现有的有机合成实验内容是相对独立的实验项目,各自考查了一个有机化学反应类型,容易造成思维定势限制学生的思维,这在一定程度上影响了学生实验设计能力的培养和提高。
  在新的教学模式下,可根据教材上的实验内容,将多个实验合成一组大实验,这一组大实验反应物的投料,只在第1步的实验中投放1次,而后的几步实验都是利用自己上一步实验的产品继续使用。由于上一个实验的产物就是下一个实验的原料,一旦上一步合成实验失败,则下一个实验就无法进行,所以必须保证每一步合成都成功,才能得到最终想要的目的产物。这种多步骤实验显然要求更高、更能锻炼学生的操作技术和细心习惯,培养学生严肃认真的科学态度。而在多步骤有机合成实验中,因每个学生每次实验产品的产率和产量都不同,他们必须根据实际合成产品的多少来确定下次实验中各反应物的用量和配比,参阅有关资料,综合运用所学的实验原理和实验方法,找出最佳反应条件,写出实验设计方案。这样,学生的综合实验能力得到培养及提高。此外开设综合性多步合成实验还减少了药品经费的开支,减少了回收产品量,从而降低了给环境所带来的负面影响。
  2.2开设设计性和研究性实验
  有机化学实验课的目的除了是让学生对有机化学理论知识加以验证以加深理解并掌握实验技能外,还要培养学生学会完整的实验研究工作方法,实现从知识技能向研究能力培养的转化过程,以培养学生的科研素质和创新能力。设计性和研究性实验作为有机化学实验教学改革的一项新举措,已越来越受到实验教学工作者的关注。
  有机化学实验是继无机化学实验和分析化学实验课程之后开设的,学生已具备了一定的实验基本技能和有关知识,其观察能力、思维能力以及动手能力都有了一定的提高。更为主要的是学生通过综合性多步合成实验的训练,已经初步具有设计性实验的能力。因此,开设有机化学设计性和研究性实验是有一定基础的,是可行的。开设设计性实验,就是要打破现成的实验方案,在一些特定的要求和条件下自行设计新的实验方案和步骤,完成其实验要求。进行自主设计性合成实验,完全由学生自己去分析、思考和设计实验,最后由老师归纳、分类。这样可充分发挥学生的主体作用,有利于培养学生思维能力和创造性、创新意识。研究性实验则是让学生从所掌握的有机化学知识出发,通过书面或网上的中外文献获取与实验有关的信息,然后整理并提出合理的实验设计方案。开展研究性实验时,教师只将反应物和生成物告诉同学们,而寻找反应原理、研究方法及探索最佳反应条件等都让学生独立来完成,教师只适当加以指导。开展研究性实验,可以和教师承担的科研课题结合起来,把相关的内容作为研究性实验的题目,让学生进行实验,可以锻炼学生的科研能力。开设设计性和研究性实验,不但可以提高学生的学习兴趣,变被动学习为主动学习,提高学习效率,还可以使学生在学习阶段就接触到科研课题,了解科研程序,培养科研思维,并建立将科研与生产实践密切结合的观念,做到学以致用,从而密切学习、科研、生产实践之间的关系,收到良好的教学效果。
  2.3常量、小量、微量实验有机结合
  在国外,近年来发展了在化学实验中使用微型化实验。微型实验的开设,无论是对学生实验技能上还是自身能力的发挥上都提出了更高的要求,需要学生在实验操作中更专著、细致和认真。学生经过微量操作的培训,可以更好地适应未来的工作环境,尤其是对那些将来要从事科学研究工作的学生来说更是如此。所以在这方面国内也开始进行了一些研究和尝试。
  有机化学实验所用的试剂大多毒性大,且易燃、易爆、易挥发,实验微型化后,实验试剂的用量为常规实验用量的几分之一到几十分之一,这样不但节约了试剂,而且也极大的减少了污染,提高了有机化学实验的安全性,反应时间也有很大程度的缩短,可以最大限度地完成教学大纲的内容和要求,使学生在有限的时间内学习和掌握更多的实验操作技能。然而大多数学生在中学阶段未经过有机化学实验技术训练,如果直接进入微量实验,容易造成实验失败,使学生产生畏难情绪。考虑学生的起点,与中学教学的衔接,以及后面系列实验的特点等因素,常量—小量—微量有机化学实验渐进法教学有利于学生由易到难,循序渐进地学习掌握有机化学实验的基本技能和各种合成技术,避免了学生对常规实验仪器缺乏认识以及一开始就进行微型实验跨度过大的缺陷,使学生对常规实验和微型实验有概括的了解和比较,有利于培养学生严谨的科学态度,规范化的操作及动手能力,有利于提高实验课的教学质量。
  2.4实验的绿色化
  减少污染、保护环境已被提上了议事日程,科学实验的环境保护问题越来越引起人们的关注。在开设有机化学实验时,将产生或多或少的废气、废液或废渣,所以在有机化学实验中毒害性和环境污染较为严重,因此有机化学实验的绿色化非常必要。目前实现有机化学实验绿色化的改革主要有:①采用常量、小量、微量相结合的有机化学实验方式;②从简单合成向序列化多步合成过渡;③使用高效、无毒、无害的催化剂,易于分离回收重复使用;④运用现代教学手段,将有些污染很重,目前还无法通过改进而减少污染实现绿色化的经典实验,通过网络、多媒体等形式将实验过程展示在屏幕上;⑤筛选和开发具有环保性的实验项目;⑥妥善处理好实验后的“三废”;⑦在实验中培养学生的环境保护意识,养成整齐清洁、有条不紊的工作习惯,关心废物的产生及相应的处理方法,并将绿色环保意识保留到今后的工作中。
  
  3结束语
  
  总之,促进素质教育和能力培养是进行有机化学实验教学改革的目标,改革实验内容、方法和技能,开放实验教学,学生受到综合性实验、设计性实验、研究性实验的训练是有机化学实验教学改革的必经之路。通过新的实验教学体系的形成,研究性及综合性强的实验的开设,以及微型实验优势的发挥,可以更好的培养学生的实验动手能力、创新能力和科研能力,使实验教学质量和学生的综合素质得到进一步的提高。
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