1引言
有机化学实验是一门重要的基础实验课,是化学、化工、材料、生命科学、环境科学、医药及海洋等学科学生必修的主干课程之一。通过实验课的教学,不仅能培养学生熟练的实验技能,加深对有机化学基本理论和概念的理解,还可逐渐培养学生观察、思考、解决问题的能力,树立严谨的科学态度,以提高学生的综合素质和创新能力。
1999年,厦门大学启动本科基础化学实验教学改革,着眼于以素质与创新精神培养为重点的新教学实验体系的构建。2001年,我校又全面启动化学实验教学示范中心的建设,并根据以学生为本的实验教学理念,对管理体制、课程体系和教学内容体系进行全面的改革。实践证明,实验教学改革取得了一定成效,2005年我校化学实验教学中心荣获教育部公布的化学类第一批国家级实验教学示范中心称号。本文结合我校有机化学实验教学的具体情况,阐述了在实验内容、教学方式和考核评价体系三方面进行的改革探索与实践。
2改革实验教学内容
以往的实验课程多是以理论课程为主设置的验证式实验,将化学实验局限在传统的二级学科范围内,不合理地割断了化学学科内在的联系。基于传统有机化学实验内容上的缺点和不足,我校从以下几方面进行了改革。
2.1实验教学内容绿色化
传统的常量实验药品用量大导致教学经费投入大,资源利用率低,环境污染严重等。相对于常量实验,小量、半微量实验对学生实验技能、实验的准确性和精密度、学生自身综合能力都提出了更高的要求。我校编辑的新版教材《有机化学实验》中,本着尽量安排符合绿色化学要求的实验原则,根据不同的要求,每个基本操作及合成实验都涉及小量、半微量或微量实验操作。
绿色化的教学内容是实施绿色化教学的核心问题,我校对实验内容的绿色化也进行了相应的调整。微波化学作为化学领域中的新兴学科在国外的研究十分活跃,微波化学反应因其高效节能无污染,属于绿色化学的范畴。在2006年德国召开的IUPAC(国际理论和应用化学联合会)第一届绿色化学会议中,微波化学就是其中的重要一项议题。因此,在我们的新版教材《有机化学实验》中增加了微波合成的内容,包括阿司匹林、乙酰苯胺等的小量微波合成。
2.2实验教学内容优化
优化和重组了实验教学的内容与结构,从基础、综合、设计三个层次上全面培养学生的动手能力和创新意识。
基础实验不仅训练学生的基本操作技能,提高学生的动手能力、操作规范,养成学生良好的实验习惯,而且为以后的综合实验和设计实验打下坚实的基础。基础实验内容包括实验室的安全和注意事项、工具书的使用、常规仪器的熟悉和使用、化学药品的性质、规格和使用等。其中常压蒸馏、减压蒸馏、水蒸气蒸馏、萃取、重结晶、熔点的测定、升华等基本操作实验,我们采用对比法让学生尽快掌握。
综合实验以制备实验为主,将实验教学大纲中所要求的基本操作、性质实验融合在每次的制备实验中,在各种制备实验中反复训练基本操作技能。如:在肉桂酸的制备实验中,不仅要求掌握回流、水蒸气蒸馏、重结晶等基本操作,还需测定产品的熔点,并根据,-不饱和酸的特点,进行初步的性质检验。这样既节省实验时数,又降低药品的消耗,扩大了实验教学的信息量,强化了基本操作,提高了学生的学习兴趣和实验教学效果。
通过基础和综合实验技能的培养,在学生基本掌握实验技能的基础上开展设计实验。教师提前两周提供选题,学生选择感兴趣的实验,再进行实验前的文献查阅,对实验的原理、试剂和仪器,操作步骤等自行设计。实验前学生进行实验原理和步骤等的阐述与讲解,教师参加讨论并给予适当的指导,学生根据自己设计的方案独立完成实验。设计实验大大提高学生的实验积极性、主动性,以及学生分析问题和解决问题的能力,加强综合素质的培养和提高。
2.3实验教学内容更新
实验教学内容需要及时的修正。如:在肉桂酸的制备实验中,早期的实验教材中采用氢氧化钠溶液来中和反应混合液,而实践证明强碱氢氧化钠易使未反应的苯甲醛发生歧化反应,生成苯甲醇和可溶于水的苯甲酸钠。这样就不能由水蒸馏将苯甲酸钠除净,酸化后生成的苯甲酸与肉桂酸混合物影响产品纯度。因此,在我校使用的新教材中将氢氧化钠改为了碳酸钠,能获得更好的实验效果。
除了重要的传统有机反应类型外,在学生已基本上掌握有机化学实验的基本操作和技能基础上,适当开设多步骤合成实验,把前一步实验的产品作为后一步实验的原料。由于每一步产品的产率及纯度都关系到下一步实验的进行,这就要求学生必须细心操作。通过这种复杂的有机合成实验,使学生掌握各类有机化学反应的机理、各种官能团之间转化的方法,,从而全面了解有机化合物的内在关系,并且使学生的实验综合能力也得到提高。
适当增加应用性实验。为加强学生应用学科知识和综合能力的培养,使学生明确化学与生活的关系,并激发学生对有机化学实验的兴趣,我们在有机化学实验的教学中,相应地增加了一些关于香料、药物的合成及天然有机物的提取等应用性的实验,能达到好的教学效果。
3改革实验教学方法
传统的有机化学实验教学方式是教师照本宣科,学生照方抓药,做完了事,形成教师讲的累,学生听的烦的恶性循环,学生没有了自由发展和自我思考的空间。这种教学方式,既束缚了学生创造性思维的发挥,又不利于学生实验能力和科学创造力的培养。
3.1注重学生预习、教师备课
学生实验前,必须认真预习实验内容,写出具有一定规格的预习实验报告,在我们要求学生在预习时要做到看、查、写三点。看就是要求学生仔细阅读与实验有关的内容,如实验原理、实验步骤、实验注释以及实验中的注意事项等;查就是要求学生通过查阅资料来了解本次实验中要用到化合物的性质和物理常数;写就是要求学生在看和查的基础上认真做好预习笔记,使学生对本次实验有一个整体的把握。这种预习方式决不是按教材上的内容简单照抄,其目的是让学生对所要做的实验做到心中有数。
作为实验教师也应该认真备课。实验课的备课不仅要求教师掌握和讲述实验有关的原理等理论知识,还要掌握本次实验过程中可能出现的问题和难点、疑点,做到成竹在胸。近年来,不断有年轻的新教师参与有机实验的教学工作。由于教学经验不足,加上所受的有机实验技能训练也参差不齐,因此对有机化学实验任务与要求的理解也不同,特别是对基本实验操作的规范要求不完全统一。因此,我们采用了以老带新以及新教师必须经过严格的培训,试讲合格才能上岗进行实验教学的措施,保证实验教学的高质量、高水平。我校在1998、2000年连续两届全国大学生化学竞赛中荣获有机实验操作个人第一名,2006年第五届全国大学生化学实验邀请赛又获得一枚金牌和两枚银牌的佳绩。
3.2注重学生成为教学主体
改革教学模式,就是要在实验教学这个舞台上,教师由主角变成导演,而学生由观众变成了主角,通过实验探索,由感性认识升到理性认识。学生由知识的被动接受者变成知识主动的发现者,成为教学主体。这就要求主讲教师在讲解实验课时,不但要简明扼要,抓住重点、难点讲授,而且还要生动形象,富有启发性。在讲授实验课时,教师应尽可能加大学生的思维量,让学生自己去探索、发现问题,寻找规律,并加以总结和提高。例如采用讨论式、提问式、发现式、比喻式、启发式、比较式等多种方法对学生加以引导,把学生放在主导地位,由他们自己完成对本次实验课内容的理解和掌握。这种教学模式,能提高学生的主动性,课堂氛围良好而又互动。
3.3注重多媒体教学与传统教学相结合
实验教学中多媒体的应用可以提高学生的兴趣。采用Powerpoint以及Flash动画相结合的课件演示,在一定程度上避免了传统实验教学中教师在黑板上板书的单调与枯燥。当然,对于实验原理或反应机理等重点还应结合板书,才能重点突出,否则学生光看课件就会觉得像放电影一样一晃而过,无法达到最佳的教学效果。再如,利用《有机化学实验MMCAI教学课件》,学生可以在电脑中进行模拟实验仪器的选择、仪器的顺序安装和拆卸等,提高了实验的新鲜感。如果只用CAI教学软件,不用真实的实验仪器进行演示,学生面对真实仪器不知如何操作,所以先进的CAI教学只有和传统实际演示相结合,才能成为完美的教学手段。
4完善考核评价体系
实验成绩评定制度直接影响着学生对实验课学习的态度和积极性。规范的实验成绩考核制度是为了充分调动学生学习的积极性,培养学生综合素质和创新能力。
实验成绩评定,应避免根据各次实验成绩计算平均分的方法,这样反映不出学生对实验方法和实验技能的掌握情况。为此,我们不断完善了考核评价体系。对有机化学实验课成绩的考核分平时考核和期末考试两部分。学生的实验课成绩以平时考查为主,占总分的60%,平时成绩又分预习报告(20%)、实验操作(40%)、实验报告(40%),每次实验均按上述项目及比例给出成绩;在课程结束时,为了进一步复习和巩固实验教学内容,我们将进行期末考试,期末考试占总分的40%,期末考试又分笔试和实验操作两部分,其中笔试成绩占40%,操作考试占60%。由于各个实验班的主讲老师评分尺度有所差异,我们再将各班的学生成绩进行排队,最后将学生的实验成绩评定为优、良、及格、不及格四个等级,其中优的人数占全班总人数的15%。这种考核办法,体现了宏观和微观相结合,横向和纵向相交叠,比较全面、客观、公正地反映了学生学习有机化学实验的实际情况,提高了学生对有机化学实验课学习的积极性、主动性和热情。
