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(贵州省黔南民族师范学院化学与化工系)
摘 要:传统实验教学中存在的问题高等教育改革研究的结果表明,在当前情况下,传统的有机化学实验教学确实存在一些问题[4]。重视程度不一致社会、高等学校、教师和学生对有机化学实验课程的重视程度不一致。表现在于:社会和用人单位看中实验教学和学生的应用能力,学校和教师重视培养学生的实践能力,学生本人轻视甚至忽视实践动手能力。从社会对人才的需求来看,有机化学实验是很重要的,从事有机化工工作必须要能够熟练的掌握有机化学实验,并能够通过实验来判断、分析和解决实际问题。
关键词:有机化学实验;教学改革;实验教材
大学有机化学实验是为化学、生物等相关专业的学生开设的一门重要的基础实验课,它担负着帮助学生巩固所学有机化学理论知识和帮助学生了解有机化学知识实际应用的双重功能。此外,有机化学实验还能够起到锻炼学生的动手能力和培养学生的创新精神的作用,并使学生得到从事科学研究和产品开发等实际工作所需要的基本技能训练。
一、现有实验教材的不足
近年来随着科学技术的迅猛发展,大量的现代化仪器、新的方法引入到有机合成过程中,但全国大部分高校基础有机实验教学所采用的还是旧版的有机化学实验教材。这些教材是根据有机化学理论课程的内在逻辑和有机化学技术体系的系统性而编写的,具有全面性(包括了几乎所有的有机反应类型和有机化学实验所需的全部技巧)。再次,实验与实验之间缺乏联系,这与实际化学过程(包括化工生产、科学研究)中产物的合成需要多步来完成的情况不符合。而相应带来的主要问题有浪费药品(每个实验的原料都需购买)、环境污染(产品积累,必须向环境排放)、不利于学生实践能力的提高和科研素养的培养。
二、实验内容的改革
针对有机实验现有教材的不足以及現代科学技术对人才培养的要求,汕头大学理学院化学系有机教研室开展有机化学实验教学改革,主要就是根据实验课的功能性和针对现行教材的弊病,建立一本新的实验教材。
传统的有机化学实验一般分为基本操作、性质实验和合成实验三部分,其中较多时间花在基本操作和性质实验上,不利于学生实践能力的提高。新的实验教学内容对原来的课程进行重组整合,采用新的三部分的教学体系:先进行强化基本操作的实验,然后是多步骤的有机合成实验,最后到综合实验。循序渐进,使学生的有机化学实验技能和知识水平逐步提高。而以往教学内容安排较多的性质验证实验则集中成一次设计性的未知物鉴定实验,这样将单调的验证性实验变成探索性的设计实验,既提高学生的学习兴趣,又收到预期教学效果。
1.强化基本操作技能的训练
基础实验可以训练学生的基本操作技能,提高学生的动手能力,使其操作规范化,并养成良好的科学素养和实验室工作习惯。这个部分主要分成:有机物物理性质测定,包括熔点、沸点、折光率等内容;有机物分离、纯化技术,包括蒸馏、重结晶、升华、萃取等。而在实际的授课过程中,有机物分离纯化和物理性质测定正好可以结合在一起来讲授,如乙酰苯胺的重结晶及苯甲酸的升华产品,正好可以用来给学生训练如何测定熔点,而工业酒精的蒸馏产物也可以进行沸点和折光率的测定训练。通过这样的有机结合,学生既提升了兴趣,更强化了基本操作技能,为以后的合成实验和综合实验打下良好的基础。
2.多步骤的有机合成实验
多步骤的有机合成实验通过精心选择实验内容,体现完整性、绿色性、实践性的特点。
1)完整性
编排的教材尽量涵盖完整的有机化合物体系、反应类型和实验技巧,这样可以帮助学生对不同类型的化合物的制备和性质有足够的了解此外,在实验项目的选择上,力求在保持实验内容之间的逻辑关系和整体完备性的基础上,加强各个实验的独立性,避免对相同实验内容和技能的重复。
2)绿色性绿色性首先体现在微型化上,即在相同的实验方法、操作技术下,采用小容量仪器,减少试剂用量进行试验
微型化有机实验具有安全、减少污染、节约实验经费与时间等优点,是培养学生绿色环保观念的成功途径之一。其次,实验项目的选择上具有绿色性,把几个实验串成一个系列,前一个实验的产物为下一个实验的起始物。这样既可以减少购买原料的支出,又可以避免产物积累、丢弃所带来的环境污染。
3)实践性
实践性在于注重实验与应用现实之间的相应性,包括实验内容与化工生产实际之间的对应性和所训练的技能与生产现实需要之间的对应性。从内容上看,实验项目的选择上引入应用性实验。如从茶叶中提取咖啡因,它主要用作中枢神经兴奋药,而4-苯基-2-丁酮的制备,它具有止咳、祛痰的作用,可以作为治疗剂。此外,所设计实验步骤的连贯不仅加强所开设实验之间的内部联系,而且使实验过程更接近生产和科学研究的实际情况。做这类多步骤的综合性实验训练时,由于上个步骤的产物会直接影响下个步骤的反应成败,所以学生在思想上更加高度重视,操作起来更加谨慎认真,出现问题也能及时分析,认真总结经验教训,一般都能达到满意的效果。
3.综合实验
最后一个部分是综合实验环节,这个环节的特点就是在实验中引入如核磁共振仪、质谱、傅立叶红外光谱仪、紫外可见光谱仪等大型仪器来表征学生合成的产品。比如乙酰二茂铁的制备实验中,二茂铁和乙酸酐的反应产物存在单酰化和双酰化产物,还有没有反应的二茂铁?通过柱色谱分离后得到的不同颜色的溶液,如何来确定哪段溶液是自己所要的产物?这就需要仪器来进行
表征。
三、结论
教学改革必须全面服务于创新能力和实践能力为核心的素质培养,服务于人才质量的提高。教学实践证明,按照上述改革进行的有机化学实验的教学,不但能顺利完成教学大纲规定的教学要求,而且全面提高学生的实验操作技术,增强环保意识,培养了学生的创新能力和科研分析能力,使学生的综合素质得到提高,取得良好的教学效果。
摘 要:传统实验教学中存在的问题高等教育改革研究的结果表明,在当前情况下,传统的有机化学实验教学确实存在一些问题[4]。重视程度不一致社会、高等学校、教师和学生对有机化学实验课程的重视程度不一致。表现在于:社会和用人单位看中实验教学和学生的应用能力,学校和教师重视培养学生的实践能力,学生本人轻视甚至忽视实践动手能力。从社会对人才的需求来看,有机化学实验是很重要的,从事有机化工工作必须要能够熟练的掌握有机化学实验,并能够通过实验来判断、分析和解决实际问题。
关键词:有机化学实验;教学改革;实验教材
大学有机化学实验是为化学、生物等相关专业的学生开设的一门重要的基础实验课,它担负着帮助学生巩固所学有机化学理论知识和帮助学生了解有机化学知识实际应用的双重功能。此外,有机化学实验还能够起到锻炼学生的动手能力和培养学生的创新精神的作用,并使学生得到从事科学研究和产品开发等实际工作所需要的基本技能训练。
一、现有实验教材的不足
近年来随着科学技术的迅猛发展,大量的现代化仪器、新的方法引入到有机合成过程中,但全国大部分高校基础有机实验教学所采用的还是旧版的有机化学实验教材。这些教材是根据有机化学理论课程的内在逻辑和有机化学技术体系的系统性而编写的,具有全面性(包括了几乎所有的有机反应类型和有机化学实验所需的全部技巧)。再次,实验与实验之间缺乏联系,这与实际化学过程(包括化工生产、科学研究)中产物的合成需要多步来完成的情况不符合。而相应带来的主要问题有浪费药品(每个实验的原料都需购买)、环境污染(产品积累,必须向环境排放)、不利于学生实践能力的提高和科研素养的培养。
二、实验内容的改革
针对有机实验现有教材的不足以及現代科学技术对人才培养的要求,汕头大学理学院化学系有机教研室开展有机化学实验教学改革,主要就是根据实验课的功能性和针对现行教材的弊病,建立一本新的实验教材。
传统的有机化学实验一般分为基本操作、性质实验和合成实验三部分,其中较多时间花在基本操作和性质实验上,不利于学生实践能力的提高。新的实验教学内容对原来的课程进行重组整合,采用新的三部分的教学体系:先进行强化基本操作的实验,然后是多步骤的有机合成实验,最后到综合实验。循序渐进,使学生的有机化学实验技能和知识水平逐步提高。而以往教学内容安排较多的性质验证实验则集中成一次设计性的未知物鉴定实验,这样将单调的验证性实验变成探索性的设计实验,既提高学生的学习兴趣,又收到预期教学效果。
1.强化基本操作技能的训练
基础实验可以训练学生的基本操作技能,提高学生的动手能力,使其操作规范化,并养成良好的科学素养和实验室工作习惯。这个部分主要分成:有机物物理性质测定,包括熔点、沸点、折光率等内容;有机物分离、纯化技术,包括蒸馏、重结晶、升华、萃取等。而在实际的授课过程中,有机物分离纯化和物理性质测定正好可以结合在一起来讲授,如乙酰苯胺的重结晶及苯甲酸的升华产品,正好可以用来给学生训练如何测定熔点,而工业酒精的蒸馏产物也可以进行沸点和折光率的测定训练。通过这样的有机结合,学生既提升了兴趣,更强化了基本操作技能,为以后的合成实验和综合实验打下良好的基础。
2.多步骤的有机合成实验
多步骤的有机合成实验通过精心选择实验内容,体现完整性、绿色性、实践性的特点。
1)完整性
编排的教材尽量涵盖完整的有机化合物体系、反应类型和实验技巧,这样可以帮助学生对不同类型的化合物的制备和性质有足够的了解此外,在实验项目的选择上,力求在保持实验内容之间的逻辑关系和整体完备性的基础上,加强各个实验的独立性,避免对相同实验内容和技能的重复。
2)绿色性绿色性首先体现在微型化上,即在相同的实验方法、操作技术下,采用小容量仪器,减少试剂用量进行试验
微型化有机实验具有安全、减少污染、节约实验经费与时间等优点,是培养学生绿色环保观念的成功途径之一。其次,实验项目的选择上具有绿色性,把几个实验串成一个系列,前一个实验的产物为下一个实验的起始物。这样既可以减少购买原料的支出,又可以避免产物积累、丢弃所带来的环境污染。
3)实践性
实践性在于注重实验与应用现实之间的相应性,包括实验内容与化工生产实际之间的对应性和所训练的技能与生产现实需要之间的对应性。从内容上看,实验项目的选择上引入应用性实验。如从茶叶中提取咖啡因,它主要用作中枢神经兴奋药,而4-苯基-2-丁酮的制备,它具有止咳、祛痰的作用,可以作为治疗剂。此外,所设计实验步骤的连贯不仅加强所开设实验之间的内部联系,而且使实验过程更接近生产和科学研究的实际情况。做这类多步骤的综合性实验训练时,由于上个步骤的产物会直接影响下个步骤的反应成败,所以学生在思想上更加高度重视,操作起来更加谨慎认真,出现问题也能及时分析,认真总结经验教训,一般都能达到满意的效果。
3.综合实验
最后一个部分是综合实验环节,这个环节的特点就是在实验中引入如核磁共振仪、质谱、傅立叶红外光谱仪、紫外可见光谱仪等大型仪器来表征学生合成的产品。比如乙酰二茂铁的制备实验中,二茂铁和乙酸酐的反应产物存在单酰化和双酰化产物,还有没有反应的二茂铁?通过柱色谱分离后得到的不同颜色的溶液,如何来确定哪段溶液是自己所要的产物?这就需要仪器来进行
表征。
三、结论
教学改革必须全面服务于创新能力和实践能力为核心的素质培养,服务于人才质量的提高。教学实践证明,按照上述改革进行的有机化学实验的教学,不但能顺利完成教学大纲规定的教学要求,而且全面提高学生的实验操作技术,增强环保意识,培养了学生的创新能力和科研分析能力,使学生的综合素质得到提高,取得良好的教学效果。