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摘要:實驗課是學生加深知識認知,鍛煉實際操作能力必不可少的教學手段。在眾多的理工科課程中有機化學學科占有舉足輕重的地位,與物理、生物、地理等各個專業密不可分。而有機化學實驗作為其重要教學環節,是化學、應用化學和化工等相關專業學生的專業必修基礎課程。但現有有機化學實驗教學仍有教學方式、資源配置等有待提升和改進的地方。針對傳統有機化學實驗存在的問題,提出強化理論認識,注重實用研究,優化實驗資源,借助虛擬平臺等有機化學實驗課程的改革與實踐措施,以增強學生的實驗興趣,提高主觀能動性,培養學生探索精神與科研能力。
關鍵詞:有機化學實驗;教學改革;教學效果
迄今為止,高等教育改革已成為提高大學生綜合素質和教學質量最重要的手段之一。在現有的大學生課程中,有機化學作為多學科的基礎課程,在理科和工科的教學中占有舉足輕重的地位。但有機化學知識點繁雜,晦澀難懂,有機化學實驗成為將理論知識轉化為實踐,幫助學生理解知識點,增強學生動手能力的有效手段。另外,有機化學實驗作為基礎課程,是高中化學知識與實驗的深入及擴展,將為后續課程的學習奠定基礎。有機化學實驗的最主要目的是讓學生掌握化學實驗的基本操作技能,并鍛煉動手與思考能力,加強學生對基本概念、基本理論的理解和掌握,從而提升觀察問題、獨立思考問題及解決問題的能力,培養學生的良好實驗習慣與科學素質。通過學生對有機化學實驗的學習情況調整,我們發現學生普遍存在對該課程重視程度不夠,上課懶散等問題。有近1/3的學生認為有機化學的學習以書本知識為主,看書和做課后習題足以代替有機化學實驗教學內容。部分學生甚至認為有機化學實驗是浪費時間,對提升學習效果毫無意義。這說明學生對有機化學實驗課重要程度的認知不高,且缺乏對該門課程的興趣?;谏鲜銮闆r和作者在無機化學實驗課程的教學經歷,我們從以下幾個方面提出了有機化學實驗的教學改革策略。
1激發學生對有機化學實驗課的學習興趣
1.1有機化學實驗生活化
化學與生活息息相關,而課堂的學習內容單調乏味且相對有限。只有將生活實際和學科知識相關聯,才能激發學生的學習興趣,使學生能夠靈活運用所學知識,形成良好的科學素養。因此,有機化學實驗應當體現“化學服務于生活”的理念。在課堂中引入生活實例,使學生主動思考、積極動手,并從中獲取樂趣,感受實驗的神奇與魅力;同時,培養學生科學素養和社會責任感。
1.2合理利用現代科技
虛擬現實技術(VirtualReality,VR)是一種通過模擬虛擬環境而給體驗者一種環境沉浸感的技術。然而該技術在化學相關實驗教學領域還鮮有應用。采用VR虛擬技術模擬實驗環境,實驗者可更確切地了解實驗操作細節,明白其中原理,不僅可以增加學生的學習興趣,亦可有效降低實驗過程的危險,提高有機化學實驗的效率。在VR模擬實驗的操作過程中,指導教師可借助一些必要的設備(3D眼鏡、操作手柄、頭盔等)對虛擬的實驗裝置進行操作,使學生在虛擬情境中獲得更為真實的實驗體驗。
2改革有機化學實驗教學內容
有機化學實驗課程包括基礎實驗課程、綜合性實驗課程、設計性實驗課程。
2.1基礎實驗
基礎實驗中的每一項實驗操作均要求學生掌握基本原理、儀器參數設定與操作步驟、數據采集形式與安全標準等。如普通蒸餾實驗、分餾實驗、紙色譜法鑒定氨基酸實驗等作為常見的有機化合物分離方法,往往需要獨立于其他實驗,對學生進行專門訓練,以使學生可靈活運用于后期的綜合性實驗和設計性實驗。
2.2綜合性實驗
綜合性實驗包括提取、合成、純化、測試等,其主要目的是增強學生對實驗原理的理解及對基礎實驗操作的綜合運用能力。以“苯甲酸的制備”為例,讓學生思考有機化合物的提取方法有哪些?為什么本實驗選擇重結晶法?試驗中加入亞硫酸鈉有何作用?學生通過思考分析這些問題,加深對沉淀法提取有機化合物原理的理解,提高分析問題、解決問題的能力。實驗中通過對回流、減壓過濾、重沉淀等操作的綜合應用,進一步訓練學生的實驗技能,提升綜合實驗能力。綜合性實驗的開展,不僅可培養學生腳踏實地的學習精神,又可培養學生思考問題、解決問題及對基本操作的綜合運用能力。
2.3設計性實驗
設計性實驗的目的在于培養學生的主觀能動性,使學生能夠獲得獨立思考能力、資料查詢能力、實踐能力、自主創新能力。在實驗開展之前,指導教師可聯系生活實踐和事實熱點問題,提出實驗課程擬解決的問題,并在課程理論學習的基礎上引導學生查閱文獻資料,進行合理的實驗方案設計。最后運用所掌握的實驗技能自主開展實驗,觀察實驗現象,分析實驗問題,整理實驗數據,得出實驗結論,解釋所提問題。教師指導學生運用教材、網絡教學平臺、微課等多種方式學習查找資料,完成設計性實驗。期間,教師當鼓勵學生勇于突破傳統,設計更具新意的方案,并在保證安全的前提下,指導學生完成實驗設計,思考自己方案的優點及待改進之處,以此養成學生的科學思維習慣,提高科研實踐能力和創新能力。
3注重實驗態度和實驗技能培養
有機化學實驗課程教學對象主要是大一和大二的學生。其實驗內容和形式與學生在中學時接觸的實驗大相徑庭,學生對待實驗的態度較為懶散,所掌握的實驗技能較為貧乏。因此有機實驗課程應著重培養學生端正、嚴謹的實驗態度,嚴格要求學生重視實驗過程的每一個細節,在知其然并知其所以然的基礎上,認真完成每一步實驗操作,使學生逐漸養成嚴肅認真的治學態度及良好的學習作風。再者,有機實驗課程應著重加強對學生實驗技能的訓練,為后續開展科學研究夯實基礎。指導教師應詳細講解實驗操作步驟,并明確每一步的操作原理和目的,認真指導學生完成基本的實驗操作,如簡單分餾、常壓蒸餾、減壓蒸餾、水蒸氣蒸餾、重結晶、液液萃取等,對每項基礎實驗要求學生逐個單獨練習。教學過程中抓住每項實驗操作的特點,讓學生逐步了解實驗室實驗操與實際工廠生產的異同。實踐證明,上述教學方式可以使學生的實踐能力得到良好改善。
4著重培養實驗結果分析能力
端正的實驗態度和熟練的實驗技能保證了實驗結果的嚴謹性和可靠性,但實驗結果的分析能力則直接影響到實驗的科學性。那么,如何提高學生對實驗數據的處理和分析能力呢。有機化學實驗往往會產生大量的實驗數據,針對不同數據的處理方式和數據結果所呈現的科學問題多種多樣,這就要求指導教師教授學生合適的數據處理方法,幫助學生選擇合適的計算軟件或數據處理軟件,講解不同軟件的不同用途,以及不同數據的不同處理方式。要求學生對實驗結果數據進行及時分析,討論實驗數據所呈現的科學現象,明確科學現象背后的科學問題。此外,老師還應該要求學生從不同角度出發,深入理解和分析實驗結果數據,從而獲得更為科學、更加全面的實驗結果。
5結束語
有機化學實驗在本科教學中舉足輕重,但其知識點復雜難懂,難以引起學生的學習興趣,獲得較高的教學效果。實行有機化學實驗的教學改革勢在必行。改革傳統有機化學實驗的教學內容與形式,注重培養學生實驗態度和實驗技能,提升學生實驗結果分析能力是有機化學教學改革的有效策略,將為教學效果的提升和學生綜合能力的提升起到較好的改善效果。
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作者:張玉環 施琳 單位:西師范大學食品工程與營養科學學院