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从市场上购买的有机溶剂由于长时间的储存、中途分装或者在生产过程中纯化不彻底等原因可能含有水、氧气、过氧化物等杂质,这些杂质对有机化学反应会产生明显的副作用。在现有的纯化方法中[1-5],通常使用金属(比如:钠、镁)、金属化合物(比如:四氢铝锂)、强酸、强碱除去上述杂质。对于刚刚接触大学有机化学实验的学生而言,在使用上述试剂的过程中存在很大的安全隐患。作者在近些年的教学过程中逐渐探索大学有机化学实验常用溶剂安全、经济、便捷的纯化方法,现归纳总结如下,供大家参考。
一、二氯甲烷
在每升二氯甲烷加入无水硫酸钠10克,静置过夜后过滤。加入五氧化二磷5克,回流4小时,蒸馏收集40℃的馏分,保存在棕色瓶中。
二、乙酸乙酯
在每升乙酸乙酯中加入碳酸钾10克,静置过夜后过滤。加入五氧化二磷10克,回流30分,蒸馏收集77℃的馏分,保存在棕色瓶中。
三、正己烷、环己烷及石油醚
在每升正己烷中加入无水硫酸钠3克,静置过夜后过滤。加入氧化钙10克,回流4小时,蒸馏收集69℃的馏分,保存在棕色瓶中。
石油醚、环己烷的纯化方法与正己烷的纯化方法类似。
四、甲醇、乙醇
在每升甲醇中加入无水硫酸钠100克,静置过夜后过滤。加入氧化钙100克,回流4小时,蒸馏收集65.0℃的馏分,保存在棕色瓶中。
乙醇的纯化方法与甲醇的纯化方法类似。
五、已腈
在每升已腈中加入4?分子筛100克,静置过夜后过滤。加入五氧化二磷10克,回流4小时,蒸馏收集81.1℃的馏分,保存在棕色瓶中。
六、四氢呋喃
将四氢呋喃流经氧化铝色谱柱除去其中的过氧化物。之后在每升四氢呋喃中加入无水硫酸钠100克,静置过夜后过滤。加入氧化钙100克,回流4小时,蒸馏收集65.5 ℃的馏分,保存在棕色瓶中。在每升纯化后的四氢呋喃中加入0.5克 2,4,6-三叔丁基苯酚作为抗氧化剂。
七、1,4-二氧六环
将1,4-二氧六环流经氧化铝色谱柱除去其中的过氧化物。之后在每升1,4-二氧六环中加入氢氧化钾200克,搅拌1小时,静置过夜,蒸馏。每升蒸馏出的液体再加入氧化钙100克,回流4小时,蒸馏收集101.5 ℃的馏分,保存在棕色瓶中。在每升纯化后的1,4-二氧六环中加入0.5克 2,4,6-三叔丁基苯酚作为抗氧化剂。
八、DMF和DMSO
在每升DMF中加入无水硫酸钠100克,静置过夜后过滤。加入硫酸钙20克。在80 ℃的条件下搅拌4小时,减压蒸馏出DMF,保存在棕色瓶中。在每升纯化后的DMF中加入100克 4?分子筛。
DMSO的纯化方法与DMF类似。
九、甲苯
在每升甲苯中加入无水硫酸钠20g,静置过夜后过滤。加入五氧化二磷20克。回流4小时,蒸馏收集110.6 ℃的馏分,保存在棕色瓶中。
十、吡啶
在每升吡啶中加入氧化钙100克,静置过夜后回流4小时,蒸馏收集115.2 ℃的馏分,保存在棕色瓶中。在每升纯化后的吡啶中加入100克 4?分子筛。
十一、结语
需要说明三点:
1.本文总结的纯化方法可用于大学有机化学实验以及大部分有机化学实验。如果反应条件对溶剂要求较高,须严格按照试剂纯化手册中[2-3]的步骤对溶剂进行纯化。
2.在溶剂蒸馏过程中,需要待温度计恒定之后再接收蒸馏的组分。
3.蒸馏之后的废液需要进行处理,具体步骤如下:待烧瓶冷却,滴加乙醇与干燥剂反应。之后用1M盐酸或者1M氢氧化钠水溶液调节pH值为7.0。该废液可装入有机废液桶进行处理。
参考文献:
[1]D. D. Perrin, W. L. F. Armatego, Purification of Laboratory Chemicals, 3rd. ed., Pergamon Press, New York, 1988.
[2]实验室化学品纯化手册,威尔弗雷德编著,化学工业出版社,2007年.
[3]有机合成试剂的纯化和制备手册,冯骏材等编,科学出版社,2006年.
关键词: 生物专业 《有机化学实验》课程 教学方法
《有机化学实验》作为一门实验性课程在大学有机化学学习中占有重要的地位[1]。实验是培养学生动手能力,即实践能力的唯一途径。在此过程中学生更易于发现问题,并锻炼解决这些问题的能力。另外,通过该课程的学习,有利于学生巩固理论知识,做到理论与实践相结合。正是由于实验是有机化学理论教学研究的基本方法和手段,因此实验教学是高等学校化学专业教学体系中一个必不可少的教学环节[2]。然而考虑到不同学科专业的特点,有机化学实验课程的教学方法应根据所学专业的不同而适当做一些改变。
生物专业与化学有较为紧密的联系,而其专业的学生必须经过有机化学的理论学习及实验技能的锻炼才能够更好地掌握本专业的知识,做到游刃有余。生物专业的学生所掌握的有机化学基础知识有限,而有机化学理论教学一般采用灌输式教学,学生很难接受、消化这些知识。针对生物专业及其学生的特点,我们在大学有机化学实验教学时应当及时去发现问题,尽力解决学生的问题。对于长期从事有机化学实验教学的教师来说应该认识到其重要性。下面将主要探讨近年来我在该课程教学过程中的体会及在教学方法上做出的若干实验性探索,主要体现在以下两个方面。
一、选取合适的实验内容
实验内容的选择非常重要。首先要认识到生物专业的学生与化学专业的学生最大的不同就是在于理论课程的难度。一些年轻的教师为了方便,在教学过程中直接把化学专业的实验教学模式照搬照抄,结果生物专业的学生反应较为吃力,这足以说明实验内容选择不当,难度偏大。因此,我们应当把重新调整实验教学内容作为生物专业实验教学的重中之重。首先将教学内容进行重新组合,沿着由易到难,逐渐由简单基本操作向以合成、制备实验为主的思路进行转变。稍微具体一些就是将实验大纲中所要求的基本操作拿过来让学生反复练习,详细讲解实验过程中的注意事项,比如:实验成功的关键点、操作有无危险等。在学生逐渐掌握有机化学实验的基本操作之后可以进行一些典型的性质实验。将基本操作与性质实验相融合,即从有趣的试验现象中提出疑问,动手再去解决这些问题,能达到良好的教学效果。
二、适当增加设计性的综合实验
前面我们采取的教学思路即是由基本实验操作到性质实验,然后进行合制备实验。经过这一过程的强化训练,学生应该从整体上对有机化学实验课程有更深刻的理解和认识。而设计性的实验却具有更大的难度。这是因为设计性实验是一门综合性实验。它不仅包含大量的基本实验知识和基本操作,还提供学生发挥个人想象能力的机会。从另一角度去想,设计性实验是教师给出一个实验题目由学生去想方设法去完成的。因此,为了完成给定的任务,学生便独立动脑,查阅相关合成路线,在众多的合成路线中还要有所考虑和取舍。然后,学生才能动手尝试合成。总之,这种设计性实验需要灵活地将所学的理论知识与实验技能相结合。学生在实验过程中完全处于主动的地位,借此设计性实验又可以培养学生严谨的科学态度和良好的实验技能。进一步来说,设计性的实验既加强了学生基本实验技能的训练,又加强了理论与实际的联系,这对培养学生独立进行科学研究的能力有着非常重要的帮助。
总之,《有机化学实验》属于应用性、实践性都很强的课程,教学方法要根据学生及其所学专业的特点改进,即要紧紧围绕强化学基本理论知识应用和基本实验技能训练。针对基本实验技能训练和分析解决问题能力培养进行设计,体现学生的主体地位、教师的主导作用。通过以上教学方法的设计和实施,能够达到“教、学、做”的有机融合。不但考查学生基本知识、基本技能的掌握和运用能力,而且能够评价学生的学习态度、培养团队意识和科学精神。在《有机化学实验》教学方法的探索中,我深刻体会到教学方法的灵活运用非常关键。但有一点我们必须谨记,教师的角色必须从“授人以鱼”向“授人以渔”转变,时刻以学生为中心,才能培养学生的实践能力、创新能力、综合应用能力。
参考文献:
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现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。
1实验课班型较大,教学效果差
有机化学实验教学具有一定的危险性,容易发生火灾、有毒气体中毒等事故,为提高教学效果,有效预防事故的发生,对于有机化学实验教学一般以小班授课为宜。但是很多高校,特别是独立学院在“成本”是首要考虑因素的前提下,必然导致要“大班授课”,导致教学效果不好。这样培养出来的学生综合能力和创新能力不足,很难达到培养应用型人才的目的,不能适应现代社会的需要,所以有必要对当前的有机化学实验教学进行改革。
2有机化学实验教学改革思路
针对综上所述独立学院有机化学实验教学过程中存在的问题,在实验教学教学过程中我们不断摸索、讨论,认为可以从以下几方面入手,提高实验教学质量。
2.1改变思想,提高认识
有机化学是一门以实验为基础的自然科学,有机化学实验能提高学生的学习兴趣,培养学生的观察能力、逻辑思维能力、探究能力。但是在有机化学实验教学中,我们发现很多学生对有机化学实验课的重要性没有足够的重视,认为有机化学实验气味重、毒性大、危险等,是有机化学理论课的附属课程,没有有机化学理论课重要。因此,在首次实验课中,我们会想办法列举一些生动的实例来说明有机化学实验对人类和社会的巨大贡献,使学生明确有机化学与生产生活密不可分,激发学生对有机化学实验的兴趣,提高学生做实验的积极性[8]。同时,我们增加了一些实用性和综合性的实验,如茶叶中咖啡碱的提取等实验,并结合其在生活中的应用,让学生明白有机化学实验不仅非常有趣而且“有用”[9]其次,我们每学期举行实验技能大赛,以实验操作为主,以笔试为辅,对大赛成绩优秀的学生进行奖励,并在学年综合测评时加分。通过这些办法,使学生更加重视有机化学实验课程。
2.2修改教学计划,制定新大纲,编写新教材
针对有机化学实验教学过程中学时少,知识点多的特点,为适应当前独立学院培养创新型、应用型人才的需求,我们修改教学计划,编制了新的教学大纲,在此基础上,优化实验内容,并根据学校现有的条件、地域发展优势等编写了新的有机化学实验教材。这样“教学计划———教学大纲———教材”一个新体系完全能适应学校培养目标的要求。
2.3加强实验教学方法改革
在有机化学实验教学中,有机化学实验技术是高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。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[10]方式将实验教学进行整合,并配以PBL(Problem-basedLearning)教学法[4],树立以问题为基础,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)“模块式”教学法: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,合理地设置符合当地优势产业的新型实验项目,将有机化学实验划分为“基础操作实验”、“综合实验”、“绿色化学实验”三个模块,初步形成了新型的有机化学实验教学体系。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。按三大模块教学,实验目标更明确,实验方法,实验手段更贴近生产实际,与当地企业联系更为紧密,培养了学生综合解决问题的能力。在多学时实验教学的情况下,把实验内容分层次模块化,便于递进式教学,利于学生的知识积累和能力形成转化。我们通过对几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;有利于学生实验动手能力和科学素质提高。(2)“PBL”教学法:以问题为基础的学习(Problem-basedLearning,PBL)模式,是和以授课为基础的学习(Lecture-basedLearning,LBL)模式相对而言的。PBL是以问题为基础的教学法,强调以学员为中心,以教员为主导,运用科学的方法发现问题,以问题为基础,围绕问题查阅资料,进行思维、推理、讨论,充分调动学员的学习积极性,形成自主学习的能力,以提高学员分析和解决问题的能力。LBL是以授课为基础的传统的教学法,以教员讲授为主体,学员被动接受,采用多媒体技术,以记忆、灌注、强制为特点,系统地讲解基本理论知识。PBL与LBL在教学设计理念、实施方式以及教学效果等方面具有明显不同[11]。
2.4发挥有机化学网络课程与精品课程的优势,充分利用现代化教学手段
有机化学是我校的重点学科,是学校的精品课程。有机化学实验是精品课程的一部分。精品课程在我们学的主页有专门的网页(网络教学平台),包括课程介绍、大纲、课件、教学录像、多媒体动画、实验指导、作业习题、参考资料、答疑讨论等。网络教学平台的构建与实施为教学方法与教学模式的变革提供了新的物质基础。现代教学技术和传统的教学手段的结合是教学发展的时代要求,教学手段的现代化已经成为教学改革的重要方向。有了这样一个教学平台在上课之前,学生预习与课后复习时可以在网络教学平台上查阅先关课件与资料,观看教学录像与多媒体动画,而且还可以通过答疑讨论版块对有疑问的地方与老师和其他同学进行在线交流。因此,精品课程教学平台的发展,有利于提高学生们课前预习与课后复习效率,进一步提高教学效果。
3结语
摘要:有机化学实验是高校化学、化工、制药等专业重要的基础课程,近年来在有机化学实验课程中引入双语教学在各高校中也渐成潮流。然而,作者在自身的实践过程中发现,低年级基础实验课程双语教学存在诸多问题,很大程度上会影响正常的教学效果与质量,盲目开展、推广双语教学往往会起到适得其反的效果。
关键词:双语教学;有机化学实验;教学改革
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)24-0224-02
一、引言
自2001年教育部明文提出在高校中积极推动双语教学开始,英语、汉语混合教学逐渐成为新世纪以来高校教学改革的热点领域。作为高校化学教育的重要环节,许多高校即陆续开始尝试在低年级的基础有机化学实验课程中引入英文教材,使用英文讲授,以使学生较早接触并熟悉专业英语,便于其高年级阶段的文献查阅、实验室科研等任务。我校也较早地进行了这方面的尝试,至今已有多年的实践经验。在双语教学过程中,我们借鉴、采用了一系列颇有效果的做法,如编写双语教材、强调化学化工专业词汇、实验讲解时采用较浅显的英文口语、繁难处采用汉语复述、要求学生做好预习并使用英文完成实验报告等。在多年的教学工作中,我们取得了一定的成果,同时也发现了许多问题,值得改进与反思。
二、反思
1.英文讲授。作为基础课程,有机化学实验课在高校中通常安排在低年级完成。刚开始接触该课程的同学,之前只经过了短期的大学生活,仅有少量的无机化学实验基础。猛然间接触更为复杂的,同时又以英文讲授的有机实验课,遭遇大量的新的专业词汇,对学生而言明显学习曲线显得陡峭了些。许多低年级同学听力基础也较为薄弱,更是难以适应英文讲解的环境。针对这一问题,根据多处报道的经验,我们尝试过使用由浅入深的授课方法,起初的几次实验大量使用汉语,而后逐渐提高英语比例,而较复杂的操作、步骤先使用英语而后再使用汉语对照讲解。这种英汉对照方式有一定的效果,但依然无法从根本上解决学习曲线的问题。此外,由于在教学过程中不断地切换中英文讲述,不可避免地引起了语言环境的割裂。汉语与英语在表述逻辑上本身也存在很大的差别,学生在听课时需要频繁地切换接受模式,往往会导致不必要的思维混乱,引起知识掌握的碎片化。更有部分同学在英汉对照讲解过程中养成了不良的习惯:对英语不去深究,专等汉语的复述部分。这显然并非双语教学的初衷,反而是事倍功半的浪费。针对这一问题,有人建议以较大尺度(章节、课时)为单位而非以小尺度(句、段落)为单位进行英汉对照:先完全以英文讲解整个实验,以便为学生提供完整的英语环境,培养其用英语思考的习惯,进而理解相关知识;待英文讲解结束后,再使用汉语复述主要内容,纠正之前学生可能的理解偏差。我们的初步实践中也发现,这种方式确实在一定程度上可以克服频繁语言环境切换的弱点,然而两次整体性的讲解会使得授课时间几乎成倍延长。在理工科高校中,基础课学时原本就异常紧张,这种做法偶尔使用尚有可能,但大规模、持续性贯穿整个实验课教学几乎没有可行性。
2.双语教材。在双语教学过程中,一本合适的英文教材必不可少。不少学校的双语教学,特别是理论课,往往直接使用外原版教材。然而实验课程存在其特殊性,各高校由于专业重点、实验室条件等诸多方面的原因,开设的基础有机化学实验课内容上往往存在很大区别,国外的原版实验教材在这里更是“水土不服”。为此,我们特意编写了与本校情况契合的英汉双语对照实验教材。为保证教材英文的质量,还特地由有机化学与外语两个教研室合作完成英文部分的编写。但毕竟英语教研室编者对化学操作不甚熟悉,教材的英文部分依然很难称得上地道,也不可避免地存在一些错误,对学生的英文学习难免产生一定的负面影响。此外,由于教材中英汉内容基本完全对应,很多学生往往不甚注意英文部分,在预习、复习及实验过程中通常只阅读汉语段落,英文部分遂成为摆设。我们曾考虑过撤除教材中的汉语部分,改为全英文教材,或可一定程度上解决这一问题。但该做法必然会使得斜率本已颇高的学习曲线愈发陡峭,因此也缺乏可操作性。
3.实验报告。实验报告是实验教学中重要的总结环节,是对实验内容的复习与提炼,对教学成果的检测与反馈。与诸多其他院校相同,我们也要求学生使用英文完成实验报告。这种做法理论上在实验报告的原本功用之外,还可加深学习者对英文专业词汇的印象,检验其双语内容的掌握情况,培养其英文写作能力。然而在实际教学中我们发现,许多同学受限于自身的语言水平,很难组织好合理、流畅的英文,撰写报告时不得不将大量时间花费在英文写作上,反而忽视了实验报告原本的用意。更有甚者,部分同学的实验报告并非自主撰写,而是几乎全盘照抄双语教材中的英文部分,抄写时亦不求甚解,乃至教材中的印刷错误也原封不动出现在报告当中。这种“英文”报告流于表面,毫无意义,完全丧失了实验报告原本的功用,严重不利于学生对知识的复习与巩固,更遑论科学精神的培养了。根据我们自身的实践,盲目对学生提出过高的要求,不但完全达不到预想的效果,反而会使教学质量大大下降。
4.专业词汇。多处的实践都证明,在双语实验教学中,化学专业词汇是特别应当强调的内容。我们也发现,经过一年的学习,学生主要熟记的也是诸如化合物命名、仪器名称、实验操作等专业单词。然而受低年级英语水平及阅读量的限制,学生通常依然无法达到更高的要求:胜任专业文献的阅读、写作任务。而这些英语词汇的学习,基本只是一个简单的记忆过程,对提高学生的实际英文水准帮助并不大。更何况,这些词汇日后在《化学英语》课程中,在日后科研实验室工作阅读文献时又将重复涉及。我们曾对比过开展与未进行双语教学的学生在高年级阅读科技文献的情况,并未发现有显著区别。低年级时的双语教学似乎很大程度上做了无用功。
三、结语
总之,经过多年的基础有机化学实验教学实践,在教师与学生两方面都耗费更多的资源与时间后,我们发现表面光鲜的双语教学远未达到预期的成果,对低年级学生的专业英文水平提高并不显著。甚至因为学生不得不将更多精力投入在陌生的专业英语上,反而会对实验课程基础知识与技能的掌握造成不良影响。英语并非有机化学实验课的核心内容,因为双语这个芝麻而丢弃了西瓜,实有买椟还珠、舍本逐末之感。因此,我们认为,双语实验教学――至少在普通高校的低年级阶段――不应为追求新潮而强行大面积推广。对于绝大部分同学,应按照传统方式进行教学,而部分英语水平较好的同学或可设立单独的双语教学班。此外,双语实验教学即便展开,也应与之后的专业英语、文献查阅等课程进行统筹安排,避免出现过多的重复、冗余内容。
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1.1化学药品使用的问题
本校学生的有机化学实验内容所涉及的范围较广泛,主要分为有机液体化合物的制备和固体化合物的制备两大块,所用的试剂比如有易燃易爆的乙醚,有易腐蚀的强酸强碱如浓硫酸和强碱氢氧化钠等,还有些有毒性的如溴化氢等。如果不加强管理,学生随便取用,不注意操作规范,用完后随意放置,就会造成很大的安全隐患。因此在实验过程中化学药品的管理显得尤为重要,是属于重点管理的要素之一[3]。
1.2仪器设备的安全使用问题
有机化学实验室的设备主要分为两大类,玻璃仪器类和电器类。玻璃仪器易碎,在玻璃仪器的安装、使用以及洗涤、干燥等步骤都必须小心,很容易造成割伤等意外。在我们实验室,一根小小的温度计,经常因为在使用过程中操作不当,每年都有学生因此而被割伤,极大影响了学生做实验的进度。另外做有机化学实验通常需要加热加压等操作,需要用到水浴或者油浴,或者电热套等仪器,有些学生使用电热套不当造成短路,还有把溶剂溅入电热套而造成冒出浓烟的情况多有发生。还有使用比较频繁的干燥箱,都可能因操作不当出现故障,会打乱正常的教学工作。另外,一些老化的设备在使用过程中更要格外小心,防止造成安全事故。
1.3完成实验后的收尾工作存在的安全问题
实验完成后,我们要求学生回收实验产物,清洗清点仪器,做好实验台面和实验室清洁卫生,检查水电是否关闭,实验室门窗是否关闭。曾经有学生因窗户没有及时关闭,下雨造成实验室的漏水殃及楼下实验室的事件发生,造成不好的影响。
2培养安全意识的措施
2.1明确各方人员职责
完成一项实验,需要实验室工作人员的前期准备,作为主体参与者的学生以及指导的教师共同的分工合作协调。一般来说,实验员为学生提供实验所需的药品试剂等;指导教师负责学生的整体规划,并督促学生按规章开展实验。不管是实验员还是教师,要对学生安全使用仪器设备,实验进程的合理安排,突发事件的应急处理进行培训。作为实验的主体—学生,我们就要做进一步的要求,在进实验室之前要求他们对本次实验的实验流程和操作中的相关注意事项做好预习工作。
2.2化学药剂的安全使用
进行有机化学实验所用的药品具有有毒、易燃、易爆或腐蚀性等一些特点。下面我以大学有机化学实验的制备实验“相转移催化法合成苯甲醇”为例,探讨如何对学生进行安全教育。在这个实验中,要达到的实验目的是要掌握卤代烃制备醇的原理和方法,了解相转移催化反应的原理及其应用,掌握机械搅拌,加热回流,萃取,干燥,常压蒸馏等基本操作。使用的试剂包括:苯氯甲烷,催化剂四乙基溴化铵,无水碳酸钾,乙醚,无水硫酸镁。那么针对试剂这一块的安全教育,要求学生进实验室之前,了解所用药品的物理化学性能,比如苯氯甲烷要求学生能了解到它的腐蚀性,这样学生在加料时就要小心,不要弄到皮肤上。一旦洒到皮肤上,要立即用水处理,再用肥皂水洗,还有它的催泪效应等;比如无水乙醚的易燃易爆低沸点的性质,使用过程中周围避免明火,蒸馏时应该采用水浴加热以及回收乙醚的存放还有它的麻醉性的了解。这里举此例说明在进入实验室之前,学生应该对自己在实验过程中使用的试剂药品的物理化学性质要有全面的了解,这是保证实验成功及自身安全非常重要的一个环节。
2.3仪器设备的安全使用
现在的有机化学实验所使用的玻璃仪器大多是标准接口玻璃仪器,那么在实验前要对标准口的玻璃仪器的使用进行学习。要装配一个实验装置,主要靠的是玻璃仪器的连接,把磨口和磨塞轻微地对旋连接,不宜用力过猛,不得在有角度时强行扭转,以免玻璃仪器破损割伤自己。在进行实验时,常常使用的温度计的破损最为严重,很多学生在给温度计套上橡胶塞时,手握的距离过远,导致温度计断裂,割伤手,另外水银温度计还存在一个水银的回收处理问题。所有这些,都要求学生在实验过程中去学习锻炼,做到安全使用。仍然以“相转移催化法合成苯甲醇”为例,这个实验所用的实验装置是一台机械搅拌器。机械搅拌器使用不当,会造成仪器的破损、试剂的洒落并使实验无法完成。因此在使用前,要指导学生对仪器安全使用,比如装配时保证搅拌棒垂直,搅拌头离瓶底的高度,开启搅拌前要检查装置是否稳妥,刚启动时转速不宜太快等。当然仪器的安全使用还有很多方面,本文只是提出一个例子供参考。
2.4对实验风险的预见及处理
事故应急预案是一种预先设置的危机处理机制和安全管理措施,其目的是为有效预防,及时控制和消除实验过程中突发事件及其危害,最大限度地减少对实验室工作人员、环境和社会造成的危害[4]。当然即使对学生进行了足够的安全知识教育,学生也预习了实验过程所使用的药品的物理化学性质以及掌握了仪器的正确使用,但是实验毕竟是一种操作实践过程,作为具有自主性的学生,仍然会有突发的实验事故发生。在这种情况下,指导教师要做一些应急处理,也要培养学生处理突发事件的能力。针对实验过程中发生的一般伤害、火灾、爆炸、中毒等突发事件而制定人员隔离机制、事故处理、事故报警等应急预案[5]。
3结语
关键词:绿色低碳;有机化学实验;教学改革
从2005年开始,联合国环境署连续4年将“世界环境日”主题确定为绿色发展和低碳经济,与此同时包括中国在内的许多国家将绿色低碳发展纳入经济社会发展规划当中。以低能耗、低物耗、低排放、低污染为特征的绿色低碳经济正成为21世纪世界各国转变发展方式的新选择[1-2]。在大学教育当中,必然要把绿色低碳理念传授给每个学生,只有这样,才能够进一步促进“节能环保”、“环境保护”等观念深入人心,为国家培养出走新型工业化道路的综合性人才,最终促进整个社会的可持续发展[3-4]。化学是一门实验性很强的学科,而有机化学实验又是各高校化学及相关专业的重要实验课程之一。有机化学实验中的药品试剂,大多数以煤、石油、天然气为原料,通过人工方法深加工制得,而且实验过程中又会产生废气、废液和废渣等化学污染物。因此,有机化学实验注定与“绿色低碳”有着密切的联系。如何将“绿色低碳”理念贯彻到大学有机化学实验教学当中,对于社会的可持续发展有着不可估量的作用。
1培养绿色低碳理念
党的十六大提出了以人为本的全面协调可持续的科学发展观,其中“人的全面发展”是科学发展观的重要内涵。而教育事业的核心,就是要以学生为中心,促进学生全面发展。高校教师在进行思想教育和专业教育的同时,要把“绿色低碳”、环境保护、可持续发展等思想渗透到有机实验课堂教学当中,让学生切身体会到废弃物的产生及处理、资源化利用的方法,增强大学生的环境保护意识,促进学生全面发展。
2更新实验内容
2.1实验内容的调整
有机化学实验当中需要的试剂和药品很多都是强酸、强碱、有毒、易挥发、易腐蚀,而且反应的过程不仅有危险而且产生废弃物,处理不当就会对学生的人身安全和环境保护造成危害。因此在有机实验的安排中,应淘汰高危险、高污染的实验项目,补充污染小和环保型的实验。例如,在做减压蒸馏的实验当中,用的试剂是苯乙酮,苯乙酮不仅对身体有害而且还会污染环境,此实验完全可以用自来水,既学会了基本的操作又不会污染环境;传统的“乙酰苯胺的制备”实验,所用的酰化试剂是乙酸酐,此实验可用毒性更低、价格更便宜的乙酸代替;用“1-溴丁烷的制备”实验来代替“溴苯的制备”,回避了苯和液溴的污染性和危险性,而改用溴化钠来制备溴化氢气体,并且学会了有害气体的吸收装置。
2.2实验规模的调整
有机实验所用的药品试剂大多有毒有害,减小实验规模后,所用的试剂量为常规用量的几分之一到几十分之一。这样不仅减少了试剂用量,节省了时间,而且提高了实验的安全性,减小了有机实验对环境的污染。但是,减小实验规模也有它的缺点,尤其是对有机实验操作还不是很熟练的学生来说,减少试剂用量,如果操作不慎,一不留心,就很有可能得不到产品,会对学生的实验积极性造成打击,因而通常采用常量实验。虽然缩小实验规模的半微量化实验是有机化学实验改革的趋势,但是对于蒸馏、分馏、减压蒸馏等重要的基础性实验,要仍然采用常量实验,待学生的实验操作熟练之后,对于有危险性、污染性的实验可以采用减小实验规模的方法。通过常量和半微量的实验操作结合,不仅能提高学生的实验操作技能,而且增强了学生的环境保护意识,利于培养适应于社会发展的新型人才。
3更新实验方法
3.1微波、超声波等新实验技术的引进
微波技术是近一个世纪以来最重要的科学技术之一。大量实验结果表明,借助微波技术进行有机反应,不仅反应速度较传统的加热方法快数十甚至上千倍,而且具有操作简便、产率高及产品易纯化、安全卫生等特点[5]。在有机实验中应用超声波技术,不但可以缩短反应时间、提高反应产率和选择性,而且还可以改变反应的方向和途径,使一些在通常条件下不能进行的反应得以实现[6]。因此,在有机实验的教学当中,如果引进微波和超声波技术,将不仅能够节省大量的时间,而且反应需要的试剂量少,既节约能源,又有利于环境保护,还能让学生学习微波技术。引入微波和超声波技术,是实现有机化学实验“绿色低碳”的一个重要手段。
3.2新教学模式的引进
“慕课”是英文MOOC的音译词,为MassiveOpenOnlineCourse(大规模开放网络课程)的缩写,是近年来开放教育领域出现的一种新课程模式,其本意是“大规模、开放性的在线课程”[7]。目前的有机化学实验课程中,实验项目的危险性小且难度不大,但是有机实验还包括贵重药品、剧毒、高温、高压、无水无氧等。对于这些实验,很多实验室难以实现,且对老师和学生的实验操作技能要求较高。而慕课的载体为微视频,老师可以为这些实验制作视频,真实展示条件要求苛刻的有机实验的操作过程、实验现象及危险的处理方法。这样不仅可以使学生学习实验原理和方法,更重要的是节约了药品,减少了对环境的污染。
3.3不同学科实验的对接
虽然目前大学不同学科设置的实验课程较多,但是实验都相对独立,不同学科实验没有衔接。学校可以将有机化学实验与仪器分析实验对接起来,用学生在课上合成出来的样品进行分析检测实验。比如有机实验中合成出来的苯甲酸可以拿去做熔点的测定实验和红外光谱实验,1-溴丁烷可以去做折光率、核磁共振等分析测定实验。这样既分析了实验样品的纯度又让学生学习了图谱的分析方法。
3.4废物循环利用
有机化学反应的一大弊端就是会产生很多的废液和废渣,如果将废渣堆积,或者将废液直接倒入下水道,不仅会对环境造成严重的污染,而且还会淡化学生的环保意识。比如“从茶叶中提取咖啡因”实验中提取的咖啡因可以做分析测定的实验,而回收的乙醇既可以成为下一批学生的溶剂,又可以用做“乙酸乙酯的制备”实验中的试剂。在实验室现有条件下对于能够处理的废液和废渣,要用物理或化学方法进行预处理,对不能够处理的要集中收集存放,与相关处理厂家联系进行统一回收。
4结束语
总之,在有机实验教学中贯彻绿色低碳理念,对于从事化学教学的老师来说还有很多工作要做,如实验教学内容的更新、环境友好试剂的选用、慕课等新教学模式的探索等等,更要让学生时刻树立环境保护、合理利用资源的责任心,为国家培养出走新型工业化道路的人才。贯彻绿色低碳理念是新世纪有机化学实验教学的发展方向,也是时代赋予化学相关工作者的艰巨任务。
参考文献
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[6]闪俊杰,杜振雷,李青,等.超声波在化学工业中的应用[J].河北工业科技,2009,26(2):127-130.
在有机化学实验教学过程中,我们把学生的实验预习环节放在一个非常重要的位置。加强对学生的实验预习的考核,在整个实验考核的评分体系中,占分比在30%左右。充分加强学生的预习环节,让学生在实验前就对所要做的有机化学实验有所认识,让学生在进实验室之前就对实验有了充分的认知,知道实验要做什么、要怎么样做好、可能会遇到的问题等等,然后在课堂上结合老师的讲解,这样才能把实验做好。有利于创新能力的培养。而不是让学生到实验室对着书本,一步一步的按部就班的操作。只会操作,忽略了实验的根本和与理论的结合。我们在实验过程中不仅要求每一个学生都有一份详细的实验预习报告,还有会在实验教学中,针对实验中的一些实验现象和实验过程对学生进行提问,并打分,以此来了解学生的真正的预习情况,而不是让学生的预习仅仅停留在预习报告上的文字上,从而让学生真正地把预习工作做好。
2提高学生的独立实验的能力,在实验过程中构建问题机制
我们在实验过程中,构建了问题机制,让学生以实验内容为母体,通过相应的背景知识,进行一个酝酿问题、提出问题和解决问题的全过程,从而通过这些有创造性的思维活动,提高学生实验的主观能动性。对于一个新的实验,我们先集中学生一起来讨论,让学生以实验书中的问题为起始,提出自己的疑问,酝酿出自己的问题出来。接着让学生通过对实验书的知识以及相应的理论知识的结合的分析和学习,针对问题或者对问题的解决方案,提出自己的疑问。然后在学生提出问题后,进入到实验环节,就在实验的过程中,不断的学习和提高,从而最终的解决问题。我们在有机化学实验中构建了问题机制后,增强了学生探索未知事物的意识,显著提高了学生独立实验的能力。也有助于学生创新能力的提高和培养。
3加强了多媒体实验教学,开拓学生的视野
多媒体教学可以用文字、图像、声音等多种媒体向学生传递信息,具有独特的优势。它们可以使实验教学信息形象化,可以开拓学生的视野和思路,有利于创新能力的培养。在实验教学过程中可以增加一些PowerPoint以及Flas相结合的课件演示,让实验教学有声有色,生动活泼起来。从而提高了调动学生的实验学习的积极性,提高实验的效率。我们可以通过一些Flash的动画演示,还原出一些生动、逼真的现场实验,使得学生成分地理解和掌握实验知识。还可以通过Flas设计一些计算机模拟实验以及计算机辅助的绿色化学实验,从而减少一些剧毒药品的实验对学生可能的潜在的伤害以及对环境的污染。
4在有机实验教学过程中,全面重视
和加强对学生开拓创新能力的培养在有机化学实验教学过程中,我们要采取灵活多样的手段,进一步丰富有机化学实验的教学内容。多加强一些综合性及设计性化学实验内容的训练,丰富实验教学内容,调动学生实验的主观能动性性,培养学生的动手能力和独立实验的能力,全面重视和加强培养学生的开拓创新精神。比如说设计一些实验书本上没有的合成实验,只给出一个目标化合物和一些实验合成的原料,让学生去独立的设计和思考整个实验过程和步骤,写出合理的实验规划。并且和学生一起讨论,对实验的方案、路线和可行性等进行讨论分析。然后充分利用开放实验室,让学生去独立地设计完成整个实验。从而激发了学生实验创新的兴趣。全面加强学生的开拓创新能力的培养。
5结语
关键词 民办本科院校;有机化学;实验设备
中图分类号:G642.0 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2013)27-0107-02
近年来,民办本科院校得到快速发展。但是,随着办学规模的不断扩大,在教学中出现越来越多的问题。在化学化工、环境工程、生物工程等专业当中,有机化学和有机化学实验是两门必修的基础课。有机化学内容相当丰富,课堂讲授学时相对较少,如何提升这门课程的教学质量,调动学生学习的积极性和兴趣,不断提升学生的基础理论知识和有机化学实验技能,仍然需要同行不断进行创新研究。
在有机化学教学中,让学生系统掌握有机化学的基础理论、基本知识和基本技能,适当了解有机化学领域的新成就、新发展、新理论、新技术、新方法,仍然是每个有机化学教育者不断追求的目标。目前,已有教育者总结了这方面的先进经验[1-5],但是教学同样是一个需要不断创新、改革实践的过程,如何提升民办本科院校有机化学教学质量,仍然是一个研究的挑战。笔者主要对民办本科院校中有机化学教学中存在的问题进行分析,并提出解决的合理对策。
1 民办高等本校院校在有机化学教学中遇到的问题
1.1 学生基础较差,对基础知识的领悟较差
大多数民办本科院校学生的录取分数线较低,生源基础较差,对高中有机化学基础知识掌握不够,对基本有机化学概念不熟悉。大学丰富的有机化学知识使学生更难以掌握,学生对基础知识的灵活应用较差。
1.2 学生学习氛围较差,学生自我控制力差
从高中的封闭式管理到大学的开放式管理,很多大学生一下难以适应,一些学生整天沉溺于网络、游戏当中,导致学习的氛围较差,平时对有机化学的重视程度不够,学习成绩和能力难以提高。
1.3 实验课教学与理论课教学脱节
民办高校研究经费紧张,实验设备较少,实验课开设学时相对较少;实验课教学与理论课教学脱节,导致学生对有机化学知识的掌握处在一个记忆的阶段,动手能力较差,科研创新能力较弱。
1.4 不同专业之间差别较大
在高等有机化学教学中发现,不同专业学生之间的差距很大:化学专业学生对有机化学的学习比较重视,成绩相对较好;而非化学专业尤其生物工程、制药、环境工程等专业学生认为化学非他们的专业课,因此对有机化学学习兴趣不高,成绩相对较差。
2 提高有机化学教学质量应采取的措施
2.1 精心设计教学过程,采用多媒体等现代教学手段
转变观念,转变思想,细心备课,精心设计教学课件,不断转变传统的粉笔板书的讲课方式,结合计算机等多媒体手段进行授课。如在讲授亲核取代反应时,学生对SN2亲核取代反应和SN1亲核取代反应中遇到的立体化学很难理解,教师可以适当做一些动画方案,或结合化学结构教具、模型,让学生对反应过程的立体结构变化有更深入的理解,使这些抽象的化学反应变得通俗易懂。同样,在讲解立体化学判断手型分子R、S构型时,涉及分子的空间结构,对这部分内容,初学有机化学的学生也是不容易理解,教师就可以采用多媒体手段,结合分子的球棒模型来授课,让分子的空间结构变得更加直观,大大提高学生学习的兴趣,从而提高教学质量。
2.2 结合有机化学反应的机理,突破教学的难点
在有机化学教学中,重视反应机理的教学,通过反应机理的讲解,使学生更加容易理解有机化学反应的规律。如在自由基取代反应中,烷烃与溴水在光照下反应,结合自由基取代反应机理,通过自由基的稳定性顺序来决定最终产物。烯烃高温α-H的卤代、芳烃侧链α-H的卤代同样属于这一类型的反应,通过解释自由基的稳定性顺序解释最终的产物,举一反三,提高教学质量。烯烃与溴化氢在过氧化物存在下的自由基加成时,同样决定产物最终结构的为中间体自由基的稳定性。
通过有机化学反应机理教学,不断培养学生的创新思维和意识。在讲到烯烃与不对称试剂发生亲电加成反应时,加成产物符合马氏规则,为什么是这样呢?通过讲解亲电加成反应机理,以中间体碳正离子的稳定性来解释最终的主要产物。同时举一反三,如烯烃、炔烃与水、次卤酸的反应,都主要属于亲电加成反应。
2.3 重视教学的各个环节,培养学生学习的兴趣
兴趣是最好的老师,由此可见学生学习兴趣的重要性。在教学中,要重视教学的各个环节,做好课堂讲授的同时,通过课堂讨论或提问,使更多的学生参与课堂讨论,调动学生学习的积极性和兴趣。同时,每章结束后都布置一定量具有代表性的习题,通过习题的训练,让学生对课堂所学的基本知识点能够进行灵活应用。教师应对作业中出现的问题集中进行课堂讲解。教师每周应抽取至少半天的时间采用固定地点进行答疑,也可采用网络等不同方式进行答疑,解答学生在课后复习中遇到的难点。
教师应融入学生,以微笑的姿态对待每一个学生和每一个问题,不断提高学生学习有机化学的热情。同时介绍一些优秀的课外辅导书,或组织知名的专家教授做学术报告,让学生进一步了解学习书本以外的知识,不断开拓学生的视野。
2.4 重视实验课教学,理论联系实际
在民办高校中,研究经费紧张,实验室和仪器设备简陋,实验课学时相对较少。学校应采取各种措施克服遇到的困难,大力加强实验课教学,培养学生的动手能力和使用所学知识解决实际问题的能力。如在讲授有机化学烷烃、烯烃、炔烃的鉴别、不同卤代烃的鉴别、醇的鉴别及胺的鉴别等内容时,教师可以通过动画演示实验,让学生更好地理解。如条件允许,最好在实验室进行实验,使学生由单纯的记忆实验现象变为自己动手进行操作,提高学生通过实验更加牢固掌握有机化学知识的能力。在实验课教学中加强有机合成实验的教学工作,让学生通过有机合成实验进一步熟悉基本的化学反应和实验操作技能,把所学的理论应用到实际合成中去,培养学生动手进行科研创新的能力。
3 结论
本文对民办院校有机化学教学出现的问题进行分析和总结,并提出四点提高有机化学教学质量应采取的措施。当然,提高有机化学的教学质量还需要不断进行改革和尝试,不断进行教学创新,提升有机化学的教学效率,巩固学生有机化学的理论基础知识,培养学生的创新思维和实验动手能力,为我国培养复合型人才做出贡献。
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