大学有机化学实验“模块式”教学初探

大学有机化学实验“模块式”教学初探
摘要:针对目前高等院校有机化学实验教学的现状,提出了模块式有机实验教学;从改革实验教学的内容和方法上做了初步的探讨,将大学有机化学实验基本内容在系统化基础上实施模块式教学,以适应当前较少课时下有效地实施有机化学实验教学,提高实验教学质量。

关键词:实验教学模块化有机化学
引言
实验教学在人才培养中占有极其重要的地位,起着不可替代的作用,尤其在个性化教育和因材施教方面作用更为独特[1]。

在有机化学实验教学实践中,对传统的实验项目进行整合优化,使实验内容由简单到综合循序渐进式地模块化,尤其是在目前实验课时较少的现状下,这种形式的教学改革具有一定的可行性与实效性。

有机化学是以实验为基础的一门课程,在有机化学实验教学中,有机化学实验技术是高等院校化学及其相关专业学生必备的基本科学素质之一;教学内容和课程体系的改革是高等学校教育改革的重点和难点,而实验教学改革又是难点的难点。

传统的有机化学实验教学,多数是以掌握基本操作技术、验证有机化合物的性质及合成方法为目的,其大多依附于理论教学,这种依附于理论教学的实验教学,无论是实验时间安排还是实验内容都阻碍学生自主性和动手能力的发挥和发展[2]。

针对这一现象,我们大胆转变实验教学观念,改革实验教学内容,
打破原有传统的实验教学模式,按模块化方式将实验教学进行整合,树立以能力培养为中心,促进学生个体及创造性发展的新的实验教学体系。

1 实验模块的设置思路与做法
1．1 合理地调整实验内容
有机化学实验模块教学就是将原有的实验教学内容进行合理的划分、归类和综合,合理地设置符合实际的新实验项目,将有机化学实验划分为三个模块,初步形成了新型的有机化学实验教学体系。

1.1.1 基本操作实验模块
包括计算机模拟实验、基本分离操作(蒸馏、分馏、回流、水蒸气蒸馏、重结晶、萃取等)、熔点与沸点测定、折光率测定等。

在没有动手操作前,利用现代多媒体手段,结合教师的讲解,让学生在计算机上进行模拟实验,熟悉所使用的仪器和相关原理,为后续操作奠定基础。

1.1.2 综合实验模块
该模块是对基本操作的巩固与强化,使学生通过这一模块的训练,逐步建立有机化学实验研究的基本思路,学会基本方法,掌握有关科学原理。

比如,通过“苯甲醇和苯甲酸的制备”实验,使学生巩固蒸馏、萃取、重结晶、测熔点和折光率等基本技术,同时让学生熟悉有机合成
的基本方法:一要根据反应物料的理化性质和反应原理正确的设计反应装置;二要根据产物的相关性质设计合理的分离纯化方法;三要学会初步的鉴定表征产品的方法。

1.1.3 绿色化学实验模块
通过典型的符合绿色化学要求的实验,让学生建立绿色化学理念和基本思想,如通过微波辅助合成乙酰水杨酸实验,熟悉微波法这一现代合成手段,认识微波辅助合成的快捷和便利,恰好这个实验的反应不需要溶剂,从中使学生了解有机合成工艺如果没有溶剂,即免去除去或回收溶剂的过程,又不会产生多的废液外排。

通过此类实验,让学生深切体会什么是绿色有机化学,对以后从事相关的绿色化学科研和工艺开发打下一定的基础。

1．2 精心设计实验项目,注重培养学生的应用新能力
培养应用型人才是当前大学教育十分重要的任务,构建与应用能力培养要求相适应的实践教学体系,设计科学合理的实验教学模式是实验教学改革不断探索和创新的方向[3]。

我们在设计实验项目中注重现代化学技术与方法在实验教学内容中的体现,使学生在实验课中熟悉新型仪器、掌握新的技术手段,从中提高相应的能力与素质。

基本操作模块,将实验内容与实际生产紧密结合,克服学生只是唯
实验而操作的缺失目的性的意识,通过实验使学生知道自己训练的技能在实际中会有什么应用价值,教学始终贯穿学有所用的思想,以激发学生的兴趣和主观能动性。

如蒸馏和分馏实验设计成“工业酒精的提纯”、水蒸气蒸馏实验操作设计为“提取橙子皮中的橙油”、柱色谱操作实验设计成“菠菜中色素的分离”等等。

综合实验模块的内容设计,是在加强基本操作技能的基础上,进一步理解理论课所学的相关有机化学反应和合成原理,加强理论与实践的紧密结合。

为培养学生应用和创新能力,通过综合性的多步实验,为学生后续课程的学习、大学生创新实验研究和毕业设计打下良好的基础。

如“2-甲基-2-己醇的制备”实验,通过课前预习了解:什么是格氏试剂？格氏试剂的合成要注意哪些问题？以1-溴丁烷和丙酮为主要原料合成2-甲基-2-己醇可能的反应有哪些？如何避免副反应？再经动手操作,学生学会了如何根据反应原理设计实验过程,包括仪器的干燥、反应装置的安装及产物的分离等。

绿色有机化学实验内容的设计,重点在选择实验原料时注重环保和无毒性质,减少实验试剂的消耗,节省实验时间,减少对环境的污染。

一些实验的脱水剂浓硫酸用固体酸代替,如乙酸正丁酯合成实验,使用SiO2/杂多酸代替硫酸作催化剂;乙酰水杨酸的合成用微波辅助催化等等。

2 注重学生操作技能的训练和综合素质的提高
作为以实验为基础的一门学科,实验教学应该用现代科学的观点来构建课程体系,选择实验教学内容,组织实验教学,合理并有效地引入先进的科学技术方法,使传统的实验内容与现代技术很好地结合起来。

2.1 基础实验与现代科学技术有效地结合
为了提高学生对实验课程的学习兴趣和积极性,拓宽学生的知识面,培养学生掌握现代实验技术的能力,我们将基础实验进行了筛选和优化,供不同培养方向的学生合理选择。

在实验中,学生可根据课程要求选择几个相关内容的实验项目,系统地掌握解决实际问题的能力。

如在双糠醛合成实验中,增加了利用高效液相色谱分离手性双糠醛的实验内容,等等。

2.2 引入计算机技术,利用计算机辅助教学
我们购置了有机化学实验计算机模拟课件,把多媒体技术引入实验课中,既可以激发学生的兴趣,又提高了操作的准确性,减少失误,动手能力明显提高。

2.3 在实验教学中加强“绿色化学”理念教育
绿色化学是有机化学实验教学中必不可少的重要环节与内容[4]。

绿色化学实验既培养学生的能力,又养成节约、环保的良好习惯。

激发了学生探索“绿色化”实验的热情。

将“肉桂酸的合成”等典型实验改为微型化实验,明显地降低“三废”排放量,减少实验成本,使学生在实验过程中树立环保意识,将“绿色化”指标纳入对学生实验成绩的考核。

2.4 在实验教学中重视分析表征手段
培养学生科学研究的基本能力与素养,是有机化学实验教学的重要目标之一。

通过实验教学,提高学生分析问题与解决问题的能力,加强实验能力的较为全面的训练,提高学生的综合素质。

在综合实验模块中适当增加相关的的分析检测手段内容,充分利用实验室的仪器,对实验的产品进行相应的分析或表征。

如晶体产品,则用显微熔点仪测其熔点,初步鉴定产品的纯度;对液体产品,可测定产品的折光率以及沸点;或者将产品进行薄层色谱分析,定性地检测产品是否纯净。

另外,还利用红外分光光度计、高效液相色谱等仪器对产品进行化学结构鉴定与产品含量的测定。

3 实验教学效果
采用“模块式”有机化学实验教学,教学效果明显优于传统的教学方式。

按三大模块授课,实验目标更为明确,实验方法,实验手段更接近生产实际,培养了学生综合解决问题的能力。

在没有增加实验学时的情况下,把实验内容分层次模块化,便于递进式教学,利于学生从知识积累向能力形成转化。

我们通过对两届学生进行模块式教学实践,切
实体会到有机化学实验模块化教学比以往的传统式教学有如下优势:能根据不同专业课时不一的现状,灵活选择教学内容;更有效地实施因材施教;进一步提高学生的学习自主性;利于学生科学素质提高。

参考文献
[1] 张文泉．本科实验教学模块建设与运行相关问题探讨[J]．北京工业大学学报(社会科学版),2007,7(5):74～77.
[2] 李艳君,鄢应．州,关浩．实践教学四大模块的研究与实践[J]．大连民族学院学报,2002,4(4):53～55.
[3] 王旭,张瑞仁,刘翠娟.有机化学实验模块式教学的研究[J]．黑龙江医药科学,2008,第3l卷第5期:83～84.
[4] 王海滔．有机化学实验在教学管理创新中的“绿色化”探索[J]．广东化工,2008,35(12):120～122.。