概述工科有机化学教学新思路

概述工科有机化学教学新思路
有机化学是研究有机化合物的结构、性质、制备的学科,它与生命、材料、工程等学科关系密切,是高等学校化学化工及相关专业的重要基础课。

有机化学涉及内容广泛,每年有关新知识、新应用的文献报道层出不穷,而工科院校的有机化学授课时数相对偏少(一般在64学时左右),如何合理安排时间和针对不同专业的学生特点,使学生在有限的时间内完整地掌握知识并具有一定的应用知识能力,是目前《有机化学》教学工作面临的挑战。

传统的《有机化学》课程以有机官能团为主要讲授线索,虽然对学生学习和理解有机化合物结构与性能之间的关系非常有利,但同时也给学生造成反应繁多、理论线索不明晰的现象。

从教学方法上来说,这样的教学内容编排很容易确立教师在教学过程中的核心地位,却很难发挥学生学习的主动性,同时对培养学生综合应用有机化学知识的能力也不利。

近年來的考核结果表明,只有30%～50%的学生能够较好地掌握有机化学基础知识,有近30%的学生望而却步,很难一次性通过课程考试。

针对教学过程中存在的问题,提出一系列整合课程教学内容建立新的课程教学体系、增加教学形式、加强习题练习、改革考试方式的教学新思路,并就提高学生的学习能力和创新能力的一些做法进行了探讨,以期提高工科有机化学的教学水平。

1 建立新的课程教学体系,重视知识的传授与能力的培养协调发展
针对过去《有机化学》教学过程中存在的问题,我们首先对有机化学的教学内容在次序上进行了编排和调整,改变传统的官能团体系为主线索,将有机化学的教学内容分为两大部分,即以有机化合物结构与性质关系为主线的部分和以反应类型为主线的部分;教学内容和教学形式按有机化学基础知识和各类有机化学反应的讲授、思维导图的制作和运用[1～2]、专题讲座、小论文的写作次序递进。

从内容、形式等不同方面循序渐进地学习有机化学知识,有效提高学生掌握知识、运用知识的能力。

1.1 有机化学基础知识的传授
有机化学基础知识的讲授要以中学阶段所学有机化学知识以及无机化学知识为基础,要让学生能够掌握和理解学习有机化学必备的基础知识,教学内容要涵盖有机化合物分子结构基础、有机化合物的命名、立体化学、有机物的物理性质、有机物的表征等。

通过这一部分内容的学习,学生基本上能够理解和掌握原子结构、价键理论、分子轨道理论和杂化轨道理论等基本结构理论知识,懂得共价键的
结构、非共价力、分子立体结构与性质的一般关系;掌握有机化合物的系统命名法、物理性质递变规律;能较全面地认识有机化合物的异构现象与立体化学内容;能运用有机波谱知识鉴别和解析基本有机化合物的结构。

这部分内容的教学计划为18学时。

1.2 有机化学反应的传授
有机化学反应进行分类讲述,包括游离基取代反应、亲核取代反应、消除反应、亲电取代反应、加成反应、亲核加成—消除反应、氧化—还原反应、缩合反应、重排反应、周环反应等。

要求学生能够运用热力学和动力学的基本原理去认识有机化学反应的规律,理解有化学反应历程,合理解释一般有机化学反应的结果,认识有机反应条件、反应底物结构对反应产物的影响,能灵活地运用各种反应拟定有机化合物的合成路线和方案。

第二部分内容的教学计划为32学时。

1.3 制作和运用思维导图
莫里森·博伊德(Morrison,R.J-Boyd, R.N)编的《有机化学》教材中,每一章化合物的所有化学反应都先以反应式集中导读,待学完这些反应后再看这些反应式,那就是浓缩的精华,非常容易记忆,时隔30年,仍然影响深刻。

现在倡导制作思维导图也是学习有机化学非常有效的方法,学习有机化学一定程度后,学生会觉得有机反应太多,不容易记忆,制作思维导图,一是可以理顺思维;二是通过化合物之间相互转化关系帮助记忆众多的反应式,因为“与词语相比,大脑更易于接受图形”。

随着学习的深入,思维导图可以不断拓展,将所学的各类有机化学反应串联起来,形成一个有层次的有机反应框架组织图。

制作思维导图的过程,是理顺、分析、归纳、演绎、记忆有机化学知识的过程。

思维导图经反复阅读,脑海中就会浮现有机化学知识地图,学习新知识便能快速地与脑海中的“地图”产生联想、提取相关内容进行分析,从中发现规律性的东西及彼此内容上的关联,这对新旧内容的理解和把握都很有帮助;也可以利用思维导图中的线索,快速设计目标分子的合成路线。

引导学生制作思维导图,要充分发挥学生与教师之间的互动,以学生独立操作为主、教师辅导为辅。

这部分的教学计划为6学时。

1.4 专题讲座与学生写作小论文
通过聘请专家及任课教师的讲座、专题报告扩大学生的知识面,使学生能够了解有机化学的研究与进展,特别是在本专业领域的应用。

如化学工程与工艺专业着重介绍精细化工产品、医药中间体、天然产物提取等方面的研究进展;染整
专业介绍新型染料的研究进展和工业使用情况;高分子材料与工程专业介绍有机化学在新材料如太阳能电池、风电叶片粘合剂、导电有机材料等方面的研究进展。

通过专题讲座,培养学生对科研工作的兴趣,继而自己选题或结合教师的课题,撰写小论文,以此培养学生运用知识的能力、自学能力、查阅文献能力及文字表达能力。

这部分的教学计划为8学时。

2 发挥学生学习主动性,提高学习能力和创新能力
有机化学内容多,教学课时少,随着有机化学知识在其它领域应用的不断扩大,新知识、新应用层出不穷,如何在有限的时间内让学生掌握有机化学的基本知识及学习有机化学的方法,使他们在今后的工作领域中能够读懂、运用最新的有机化学研究成果,成为本课程教学工作的重点。

也就是说,传统的“满堂灌”填鸭式的教学方法已经不适应时代对有机化学的教学要求。

发挥学生学习主动性,提高学习能力和创新能力是现代教学的基本要求,也是一贯要求。

如何发挥学生的学习主动性、提高学习能力和创新能力,是教育工作者永恒的研究课题[3～4]。

授之以鱼不如授之以渔,因此我们在有机化学教学中采用了以下措施以培养学生的学习能力和创新能力。

2.1 教学内容安排上留有自学部分
我们将教学内容分为教师必须讲授学生才能理解、教师只需要辅导学生就能理解以及学生通过自学就可以理解三部分,根据不同教学目标要求和学生实际掌握情况,在不同的教学阶段采用不同的教学方法,自学是发挥学生学习主动性、提高学习能力的很好方式,在自学中培养观察能力、记忆能力、思维能力及操作能力。

自学是需要一定的自制力的,在一定压力下自学才能集中精力学习,因而任课教师对自学的内容要有学习要求,学生按要求自学,从而达到学习知识和培养自学能力的目的。

自学不能仅限于教材的内容,自己感兴趣的与之相关的内容都可以自学,这样可以加深对教材内容的理解。

2.2 讲授知识同时引导学生掌握学习方法
教师讲课时,不但要讲清楚各个知识点,还要有意识的引导学生掌握学习有机化学的方法,比如要让学生明白掌握有机化合物的结构是学习有机化学的第一步,结构决定性质;有机化合物数目庞大,但类型只有十几种,每一种类型的化合物的性质都有相似之处,其中有机官能团决定了有机化合物的主要性质;从有机化合物
的基本结构出发,理解和掌握有机化学的反应的特点、机理和规律,这是全面、系统掌握和应用有机反应的关键。

2.3 在课程体系中设置培养学生学习能力、创新能力的教学环节
传统的教学方法一直沿用课堂教学为主、讲授为主的教学模式,从而不少学生只习惯于解答已知问题和类似问题,而对未见过的问题往往无所适从,这样的“高分低能”终究会被竞争激烈的社会所淘汰。

因而重视学生学习能力、创新能力的培养的教育理念已被人们所接受。

学生通过对未知的问题的剖析、研究和探索,运用自己多方位的知识对隐蔽的、多层次的、综合的、复杂的问题进行加工精练,抽出其中简化了的核心问题,这样的学习能力和创新能力是我们培养的目标之一。

因此我们设计的新课程体系中,增加了制作和运用思维导图、专题讲座与学生写小论文的教学环节,这些环节着重体现了发挥学生学习主动性、提高学习能力和创新能力的教学要求。

学生自己将学过的众多复杂有机化学反应通过分类、分析、归纳、演绎,画成一张或若干张有机反应主题明确、层次分明、化合物之间操作具体的思维导图;从思维导图中寻找解决问题的答案也是学习能力的一种体现。

通过专题讲座和学术讨论,培养学生对科研工作的兴趣,继而主动寻找自己感兴趣的课题,通过查阅文献、收集和整理信息,找出课题的意义、现状、发展的趋势,提出自己解决问题的设想和实验方案,如有条件,进一步开展科学实验,得出实验结果和结论,这一系列的活动都能发挥学生学习的主动性、培养学习能力和创新能力。

总之,学习能力的培养和知识的传授应该是交相呼应、互相渗透和协调发展的。

3 加强习题练习
有机化学内容多、难度大,记忆和理解有机化学知识并非容易,所以学生要多做习题,习题练习是理解、巩固、强化有机化学知识的必经之路,虽然课内教学时数有限,但教师备课时一定要精心准备好一些重要的例题及解题的思路,用于课堂讨论和讲解,这对学生理解和运用所学知识起到画龙点睛的作用。

课后要让学生做一定量的习题,解题能力也是综合运用所学知识的能力。

因此通过习题练习,在消化、巩固知识的同时,培养了学生的学习能力。

对于难度较大的有机物的合成设计,要让学生掌握如何从教材、参考书、工具书、文献检索等中找到解决问题的方法。

收作业、改作业、讲作业虽然费时费力,但对学生学习非常有帮助。

4 改变考核方式
教学考核是检查学生理解、掌握和灵活运用知识的必要环节,是培养学生创新思维能力、检查学生综合素质的有效方法。

考核内容和方式往往对学生的学习态度产生重要的影响,如果考试内容仅局限于教材,大部分学生不会主动阅读其它书籍与文献;如果考试的内容与教材的相关性过大,就会造成学生平时不复习,考前搞突击、临时抱“佛脚”;但考试的内容与教材缺少相关性,同样也会让部分学生放弃看书学习,希望考试“撞大运”。

因此,好的教学安排必须配备好的考核方式,只有这样,才能取得好的教学效果。

我们将有机化学课程考试分为三部分,第一部分为闭卷考试(60分),考试的内容主要是学生必须掌握的有机化学核心内容,其内容是学生在平时阅读教材和完成作业过程中遇见过的,闭卷考试的成绩基本能够反映学生掌握基础有机化学知识的情况。

第二部分为开卷考试(30分),考试相关内容在考前两周向学生公布,由学生通过独立完成,也可以通过与同学讨论,发挥团队作用,必要时也可以要求教师参加等形式完成答案,考试时将自己准备好的答案默写在试卷上。

开卷考试的内容一般为综合题,包含了化合物的合成设计、分离手段的采纳、物理常数的测定等,目的是使学生能够理解有机化学的一般研究步骤;在提倡发挥团队合作的同时,也希望学生能够发挥自己的想象,提出与众不同的想法;一般考前公布的内容是考试量的2～4倍。

第三部分为专题报告(10分),这部分内容主要是就学生感兴趣的有机化学问题进行讨论,要针对最新的研究成果在本专业的应用进行综述,一般要求查阅不少于10篇文献,其中至少有一篇是英文,先进行小组交流或汇总成册由全班同学阅读交流,由教师与学生代表共同讨论,推荐优秀报告进行年级交流。

课程体系的改变、教學要求的明确、考核方式的变化,使学生学习有机化学的主动性、积极性明显提高,完全抄作业现象基本杜绝,考试及格率大幅度提高。

不过在实施新的教学方法的同时,我们发现新的教学体系对教师教学水平提出了更高的要求,教学工作的强度也大幅增强。

参考文献
[1] 陈博,陈凯,薛蒙伟,等.思维导图应用于大学有机化学学习[J].大学化学,2009,24(2):66～70.
[2] 李景宁,麦裕华.有机化学反应图与反应构图教学探索[J].大学化学,2010,25(1):35～39.。