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关键词:有机化学;教学模式;教学效果
课堂教学是学校最基础、最核心的教学工作,是培养人才过程中的重要环节。课堂教学是实现人才培养目标的途径之一,教学质量直接影响着人才培养质量的核心因素。有机化学作为应用化学专业的一门重要基础课,通过学习有机化学的基本概念和理论,有机化合物的结构及性质,有机化合物的合成及相互之间的转化[1],可以培养学生正确选择有机化合物的合成、分离提纯,及时掌握现代有机合成分离鉴定的手段以及提高分析问题、解决问题的能力。但有机化学内容繁杂,加上一些理论较为抽象,不少学生反映有机化学比较难学。目前我国处于进一步深化教育改革、提高教育质量的阶段,在课堂教学中如何真正做到以学生为主体、以教师为主导,在传授基本理论知识和技能的同时,培养学生的创新意识和能力,提高教学质量,是近几年河南工业大学有机化学教学团队一直在探讨的重要课题。团队根据多年来有机化学课程的教学经验,结合河南工业大学应用化学专业的特点和学生的实际水平,对有机化学课堂教学进行了深入研究和探讨。
一、根据专业培养目标,进行明确的定位
同一课程在不同的大学以及不同的办学层次应该有不同的培养目标,其教学内容、学时和教学方法等也应有不同的定位[2]。河南工业大学应用化学专业是介于化学和化学工程与工艺之间的专业,培养理工结合,以工为主的应用型人才。诺贝尔奖获得者李远哲教授说过:“应用科学的研究要想真正解决工业上一些比较重要的科学问题,必须要有非常良好的基础训练”,因而应用化学专业培养的人才必须有坚实的理论知识和解决实际问题的能力。根据应用化学专业人才培养目标,结合现在的学生具有多元化价值观的实际情况,在有机化学教学目的和要求上进行了改变。
这就要求基础课教师在教学过程中不仅要传授相关的基础知识,将该课程及其所在学科的最核心内容展示出来,更要注意传授基本的思想方法,注意培养学生用科学的思想方法去分析、认识、归纳、总结知识的能力,让学生切实感受到有机化学课程及学科的魅力及精华所在。为了达到这一目的,我们必须将授课内容与专业培养目标联系起来。同时,随着近些年招生人数的增加,学生基础参差不齐,但学生都是可以培养造就的。因而教学中要注意到学生的个体差异,通过分层教学、能力分组、抓两头带中间等教学组织形式,既能适应个别差异又有较高效率实现最优发展、面向全体,以达到良好的教学效果。
二、构建学生为主体,教师重引导的教学模式
现代教学理论认为,教师在教学活动中应是组织者、引导者;学生是学习的真正主人,教学的成败往往取决于学生参与学习的主动性[3]。有机化学教学的根本目的是在传授有机化学基本知识的同时,不断提高和培养学生的专业素质。要想达到这一目的,就要用学生自学为主,教师讲授重点、难点为辅的教学模式,而不再是以教师讲授为主的传统教学模式。在教学中教师应是教学活动中的编导,要创设各种情景和条件,引发学生的主动性和创造性,引导学生自学,善于提出问题让学生思考;同时要尊重学生,信任和鼓励学生,培养学生的问题意识。如教师可以选取新反应较少的取代酸、杂环等章节,鼓励学生充分利用图书馆等平台查阅资料,在学生先自学总结的基础上,要求学生写出教案并指导其修改后,由学生作为教师进行讲授,以充分调动学生的积极性和主动性,鼓励学生主动获取知识、应用知识解决问题。开展学生共同参与、分组讨论的课堂教学活动,以培养学生的创新意识,提高教学效果。也可以提前指定内容让学生在查阅文献资料的基础上,与其他同学进行讨论,最后以讲座或报告的方式进行汇报交流。这种以学生讨论为主的学习方式,不但有利于学生对有机化学课程所学知识的理解,也能加深对化学发展及有机化学对人类生产生活的重要性的认识,有利于提高学生的科学素养,激发学生的社会责任感,培养学生的团队精神。通过课堂教学和自主学习的合理分配,让学生积极主动参与,教师还可以根据学生反馈的信息及时调整自己的教学。这些成为学生自主获取知识、提高学习效率、深化理解书本知识的手段,是提高教学效果非常有效的方法。
三、理解学科特点,引导学生掌握学习方法
有机化学作为一门独立的学科,其研究对象为有机化合物,“结构决定性质,性质反映结构”[4]。在有机化学课程教学中,一是要教会学生根据有机化合物的结构理解、归纳有机化合物的性质与反应;会通过性质与反应确认有机化合物的结构。这就要求教师在教学过程中要善于由结构推导出性质,将化合物的性质反应与其结构特征紧密联系起来。例如:通过分析醛酮中化学键的特征,可以理解其结构并归纳出其性质。醛酮的官能团是碳氧双键即羰基,所以醛酮的性质主要由羰基决定。我们在讲授同系列的化合物时,应注意找一种有代表性的化合物,着重讲解它的结构以及结构与性质之间的联系后,再归纳出这类化合物的通性。同时,要求学生在学习有机化合物的性质时,不能抛开有机化合物的结构孤立地罗列、记忆性质与反应,而应该紧紧抓住主线:结构性质用途制法一系列物质,从而系统掌握有机化学的知识。二是要在课堂教学中注意引导学生学会运用“相似类比”的学习方法。“相似类比”是识记知识,掌握及应用有机化学知识的重要方法之一,可以帮助学生了解掌握各类有机化合物的相互联系和彼此间的异同,不仅能提高学生对有机化学知识的科学性与系统性的认识,而且有助于理解和掌握有机化学的基本内容。例如:烯烃和醛酮的官能团分别为碳碳双键和羰基,结构相似,二者都由一个σ键和一个π键构成,属于不饱和化合物,因而醛酮像烯烃一样易发生加成反应、α-H的反应;但碳碳双键是非极性键,而醛酮的碳氧双键中氧原子电负性大是极性键,因此烯烃碳碳双键易发生离子型亲电加成反应,而羰基上的加成反应是亲核加成。同时,醛和酮的结构相似但也有区别,醛有一个氢原子直接与羰基碳相连,能发生氧化反应等,而酮通常情况下不发生此类反应。通过“相似类比”的方法,尤其是对于容易混记的有机化学知识能够得到清晰认识,这样既会增强记忆效果,又会掌握得比较准确。
四、合理运用新知识,提高学生学习兴趣
在有机化学教学计划的安排上,我们教学团队结合学生的实际情况,选用教材上的内容作为参考,在教学中注意保持课程体系自身的科学性、逻辑性、系统性和完整性,并适当地引入和社会实际相关的知识成果来丰富教学内容。如,在有机化学中讲到酯化反应和苯环上亲电取代的烷基化反应时,传统上分别用硫酸、路易斯酸等作为催化剂,但在实际工业生产中存在腐蚀设备、污染环境、后处理复杂等问题。现在新型的催化剂如固体杂多酸、活性生物酶等对环境友好且原子经济化已被广泛使用。还有根据诺贝尔化学奖获得者Crutzen等在臭氧层空洞方面的最新研究成果来引入有关自由基、链反应和光化学反应中的一些知识等,不但激发了学生的学习兴趣,还帮助学生理解学习有机化学的实际意义;与此同时,还可以结合温室效应、苏丹红一号以及三聚氰胺等事例进行讲解,这样既培养了学生的环保意识和社会责任感,还提高了学生学习的积极性和兴趣。
五、分析课程内容,选择合适的教学手段
现在课堂教学方式不再是单一的以教师用粉笔写板书的方式来进行,多媒体由于其生动、形象的教学效果得到了广泛的应用。那么,如何把板书方式的传统教学手段与多媒体的现代教学方式有机地结合起来,从而提高学生的学习兴趣就显得尤为重要。多媒体教学因其包含信息量大,为教学提供了图形、声音和语言等而表现出逼真动人的效果,从而使教学内容更加丰富多彩且富有吸引力;有机化学中的重点和难点如有机化合物的空间立体结构、有机化学反应历程等内容,学生感到比较抽象,只用传统的板书教学手段来讲述,学生难以理解掌握,但用多媒体教学可以通过动画放映等形式使微观内容宏观化,抽象内容形象化,从而更有利于学生理解掌握化学变化的本质。但多媒体信息量大,如果处理不好,反而不利于课堂上生师互动反而可能不如传统教学。结合实际情况我们有机化学教学团队开发了适合我校应用化学专业的有机化学课件。在教学中并不是每一节课都使用多媒体授课,而是从有机化学课程的实际出发,从学生的实际出发,注意将多媒体教学手段和传统板书教学方式在课堂上有机地结合起来,充分发挥学生的主体地位、教师的主导地位,加强了学生对于重点难点知识的理解,从而有效地提高了有机化学的教学效果。此外,网络课堂作为辅助教学手段也是传统教学模式的有效补充,把好的教学课件和丰富的教学资源进行共享,不仅加强了教师之间的沟通和交流,也拉近了师生的距离;既巩固了课堂所学知识,又培养了学生对新知识的关注和探讨。
六、加强交流学习,提高教师的业务素质
“教学永远是一门缺憾的艺术”。教师要通过多种途径加强交流学习,不断提升自身业务素质。一是不断自我反思,提高自身素质。不断对自己的教学进行自我观察、自我调节和评价后提出问题,以促进教学能力的提高。学无止境,教无止境,教案要不断修改,要经常调整。要从教学问题研究入手,通过自我反思,重点分析影响教学有效性的各种教学观念,寻找解决问题的对策,以提高课堂教学效果。二是组织观摩课,并进行交流。“他山之石,可以攻玉。”在观摩课中,分析其他教师的课堂教学组织情况以及这样组织教学的效果;将自己的课堂教学环节和教学效果与他人相比异同之处在哪,从他们的教学中受到什么启发等。开放互动的研讨能够促进教师更有效地进行反思,促使把实践经验上升为理论。三是开展教研活动,发挥教学团队作用。如进行集体备课,可以使教师共同交流教学经验,也可邀请学校中富有经验的老教师、优秀教师开展讲座,并加强听后的交流与切磋。加强交流,促进课堂教学的改革,把教研活动不断引向深入。鼓励大家参加校内外的各种研讨活动,掌握新的教改信息,把握新的动态。此外,教师也要参与科研工作,不断了解学科前沿和掌握新的学术成果,并运用到教学中,做到精益求精。
总之,“国家兴盛,人才为本;人才培养,教育为本。”教师是实现学校教育目的的主要力量,如何提高应用化学专业有机化学教学质量是我们需要不断研究的问题。在教学过程中,只有不断提高自己,不断改革创新,将教学内容与教学手段、教学方法有机地结合在一起,才能让学生学会思考问题、分析问题的方式方法,,从有机化学角度解决问题的技巧,让学生领略到有机化学这门学科的内涵,从而达到教学目标。
参考文献:
[1] 游利琴,毛璞,夏萍.有机化学教学中的实践与体会[J].广东化工,2011,(10):178.
[2] 侯文华,陈静.大学化学课堂教学中应注意的一些问题[J].大学化学,2009,(3):22-25.
【关键词】有机化学;实验教学;方法;探讨
有机化学是化学科目的基础教学内容,是化学工业各个方向的基础性课程。而实验教学更是有机化学课程的重中之重。有机化学实验教学可以有效的提升学生的化学实验技能,培养学生主动探究,勤于动手的态度,加强理论知识与实践应用的能力,对于培养学生的化学学科综合素养有着十分重要的意义。有机化学实验教学需要根据有机化学课程内容,结合各教学方法的优劣之处综合运用,保证教学效果,确保教学安全。
一、有机化学实验教学内容及特征
有机化学是一门应用型较广的,与诸多学科相关联,具有基础性质的课程。与化工,生物,制药、农学、环境等诸学科有着紧密的联系。有机化学的教学内容主要包括有机物的结构、性质、反应机理、分离鉴定等基础知识,学生需要掌握较为常见的有机反应、有机物的合成、分离,鉴定法等。而有机化学实验教学则是有机化学教学中至关重要、不可分割的一部分。有机化学实验教学方法重点培养学生对化合物的合成、分离和鉴定的能力;分析问题、解决问题的思维和能力以及严谨细致、实事求是的科学态度。在实验操作的基础上培养学生对实验结果的认识、总结能力,以及撰写试验报告的能力。近年来, 随着新反应、新技术和新合成方法的不断涌现, 交叉学科, 边缘学科的创建, 教学仪器, 教学设备的不断完善, 以及现代分析技术在有机化学领域中的广泛应用, 有机化学实验课教学内容已经发生了很大变化[1]。如何选用合适的教学方法,灵活的运用各种教学思想,教学手段为课堂教学服务,成为一线教学老师需要考虑的问题。
二、有机化学实验教学方法探讨
根据上述对有机化学实验课程的叙述和探讨,结合目前一线教师对各种教学方法的综合运用情况,笔者总结出以下几种使用频率较高,教学效果较好的有机化学实验教学方法:
一)探究式教学法
探究式教学法主要以学生为参与主体,以问题为中心,教师引导学生自觉、主动的学习、探索知识;学生在教师的指导、辅助下自觉的进行知识学习和探索的教学方法[2]。探究式教学法的一般途径是创设情境,设置疑问――通过有针对性的问题强化问题意识――实验探究,培养创新思维――以角色体验增强师生互动――细化内容,调动学生讨论――理论联系实际――布置作业,完成课堂内容升华。可以看出,这种探究式教学法通过一个情景,不断的引出新问题,新思维,并在学生的讨论中完成问题的解决和知识的建构,最终通过一定的任务完成对本节课内容的升华和总结。
案例: C2H6O的可能结构式
教师情境创设:我们知道C2H6O中的氧原子如果舍去,就是常见的乙烷。现在我们在乙烷分子中添加了一个O,那么新的结构会是什么样的呢?
实验探究: 学生用相关器材搭建模型
学生讨论: 根据每一组学生搭建成的不同分子结构,探讨这些结构都有哪些异同之处。如(CH3CH2OH和CH3OCH3)
二)模块式教学法
“模块化教学法”是建构主义学习理论的表现和完善。根据该理论,为了有效地完成知识的建构过程,学生必须由外部刺激的被动接受者和知识的灌输对象转变为信息加工的主体、知识意义的主动建构者;使学生在课堂中实践,在实验项目开发中掌握所学课程的知识点,并能实现知识迁移和能力提高[3]。针对有机化学实验课教学的处理,我们可以将有机化学实验教学分为基本实验、化合物性质及其鉴别、化合物合成与制备三个模块。每个模块中包含其对应的教学内容,教学手段,这样就形成了一个个独立而又相互联系的教学实体,每个实体内部是一个独立的,健全的体系,同时每个体系之间也构成了整个有机化学实验的大体系。在模块化处理后,实验内容、实验方法和实验手段也都需要进行微调以保证模块化教学特点的突出。
教学内容:实验基本操作(70%乙醇重结晶萘和水重结晶苯甲酸+两种不同的方法重结晶苯甲酸)
实验方法:重点突出学生上台示范环节
实验手段:可以适当运用多媒体影像呈现分子结构、仪器、实验过程等内容
三)问题教学法
问题教学法,顾名思义,是以问题为中心,根据教学内容在各个环节设置一定的问题,让学生在问题情境中完成对教学内容的把握。所以,问题教学法的核心在问题,教师需要根据教学目标,教学重难点去设计每个环节的核心问题,以问题作为带动学生思维的动力。问题教学法一般包括以下几个步骤:多方面,多层次提出问题――以问题为和核心用实验、实践、讨论方法去探究――对所有问题逐一解决和完善,并做好总结。这三个环节环环相扣,且有一定的顺序,按照流程进行的问题教学可以将问题解决作为整堂课的核心,让学生在不断的问题解决中找到核心内容。
乙酸乙酯的制备
提出问题:根据反应式思考该反应的特点、浓硫酸在反应中所起的作用、可逆反应的产率如何得到提高、粗产物中的成分等
实验验证:学生动手操作,可以进行多种实验方案,尤其是对不同催化剂的使用
问题解决:通过实验报告,现场回答,课后作业等形式对实验前所提问题和实验过程中出现的各类问题进行总结和回答。
参考文献:
[1]张卫民,冯宇,刁开盛. 有机化学实验课教学内容改革的探索与实践[J]. 广西民族大学学报(自然科学版),2010,v.16;No.5602:90-92.
关键词:有机化学 实验教学 现状 改革措施
有机化学实验是一门重要的基础实验课,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。它的任务是使学生掌握有机化学实验的基本操作技能,巩固和加深有机化学基本理论,培养学生实事求是的科学态度,良好的实验习惯和理论联系实际的工作作风,提高学生分析问题和解决实际问题的能力。
目前的有机化学实验教学实践过程存在着许多问题和矛盾,很大程度上制约了学生学习积极性和主动性的发挥,不利于学生分析问题和解决实际问题的能力。这种现状不利于当代大学生综合素质的提高,也不符合“创新型人才”培养目标的要求。所以,对有机化学实验开展教学改革势在必行,以求提高课程教学效率,增强学生的综合素质。
一、目前大学有机化学实验教学存在的问题
著名化学家戴安邦教授曾说:“为贯彻全面的化学教育,化学教学既要传授化学知识的技术,更要培养科学精神和品德,化学实验课是实现全面的化学教育的最有效教学形式。”但长久以来,有机化学实验课普遍被当成有机理论的附属品,师生普遍都不重视,所以实验课的开设存在一些不可忽视的问题。
1.教学模式枯燥、单一
首先学生根据教师安排的实验内容预习,写好预习报告,在实验教学课堂上由教师现场讲解实验原理、具体的操作方法、实验中应注意的事项等,然后学生分组再进行实验。由于学生人数较多,仪器设备有限等,只能采取循环式开课,每班学生分成两批,每组 2~3个同学,严重影响学生的实际操作。教师常常感到整个实验教学活动中难以发挥学生的主体作用,容易使其产生依赖心理,缺乏积极性,从而导致学生对实验课的重视程度不够,教学效果较差。
2.教学体系本身的弊端
教学内容主要以掌握基本操作技术、验证有机化合物的性质及简单化合物的制备实验为主,以课本中已经通过验证的实验为主,与学科领域的快速发展严重脱节,不利于提高学生的综合分析能力和创新能力。
3.教学仪器投入严重不足
实验室投入远远不够,缺乏设备维护和更新,一些表征手段的大型仪器设备无法满足教学的需要,常常是好几个人分配到一套实验仪器,共同完成一组实验,这样不利于独立实践能力和独立思考能力的培养。实验教学的质量也往往靠实验报告内容的多少及好坏进行评估,不能体现学生对实验技能的掌握,更不能体现学生对理论到实践的综合能力的提高。
二、有机化学实验教学改革措施
1.采取多种教学方式,丰富教学内容
在保证有机化学实验基本知识和操作技能学习基础上,选择性增加实验教 学内容,以“贴近实际应用、贴近生活”为基本原则,增强学生的好奇心与学习兴趣,让学生从内心重视该门实验课程。例如:从茶叶中提取咖啡因以及从烟叶中提取烟碱这两个实验,由于其中加入生活中常用的茶叶和烟叶,激发了学生对 于日常生活的观察和探索的兴趣,能够使学生在实验开始前就产生一种期待和想做实验的心理冲动。此外,加强综合型实验内容。综合型实验在于能够将所学的基础实验知识和技能进行整合,这其中包括诸如萃取、升华、回流、蒸馏等多种 基础实验操作,使学生能够有机会对充分发挥所学内容,提高其综合思考问题能 力。另外,通过设立公共实验室、鼓励大学生开展自主创新实验,可以进一步培养学生的创新思维和动手能力,提升大学生的科学探索热情和追求。
2.改进有机化学实验教学体系
传统的实验内容往往是系列独立的内容,尤其是基本操作部分,就是对教材内容已知结果的验证,很难调动学生学习的积极性。我们可以精选有机化合物制备内容来改变这种情况,将实验内容与学生专业实践相结合。
在教学实践中,我们在教学内容上根据专业的不同,选择了一些与专业联系密切的实验内容,如:在水蒸气蒸馏实验中,对食品工程专业采用八角茴香作为实验材料,提纯出来的是八角茴香油,八角茴香是我国传统的调味香料,其精油可用于糖果、饮料和酒类香精,亦可与其他香料同用于蜜饯型香精,学生做过很有成就感。在实验课中讲解实际工业中的天然产物中挥发油的提取方法及提取物在食品工业中的作用,学生能切身感受到专业的联系性,课程的应用性。
3.加大教学仪器的投入
相关教育部门应该对有机化学实验教学引起足够的重视,加大教学仪器的投入和优秀教师人才的引进,对一些必要的实验仪器要做到人手一套,并配备专业维护和更新人员。另外,对于可共用的大型表征手段的仪器设备,也要配备完善,尽量做到与专业实践相关的基础实验都可以在学校的实验室完成的程度。最后,学校也要派实验指导教师进行岗位培训,比如到工作一线考察、学习、交流,将最新的技术带到课程教学当中来。
三、结束语
有机化学实验是学生巩固理论知识,掌握操作技能,提高动手能力和综合素质的教学环节,实验指导教师有责任不断提高自身业务素质,更新教学理论,改进教学方法,提高教学质量,为培养高素质人才而不懈努力。
参考文献
[1]王克勤主编.化学教学论[M].北京:科学出版社,2006,(1):234.
[2]张永华,郭长彬等.在有机化学实验教学中培养学生的创新能力[J].首都师范大学学报(自然科学版 ),2007,(12):88-91.
关键词:微波;有机化学反应;设备;反应原理
在最初的时候,德国设计发明了微波,它作为一种固定频率的装置用于雷达的设计。随着时间的推移,微波技术也开始应用到了通讯领域,过了一段时间又开始涉足于分析样品的制备,甚至在食品加工方面也有所应用。到了1986年的时候,加拿大的Gedye和与他一起合作的同事们在做实验的时候有了新的发现,他们通过实验得出微波在有机化学的发展方面起着积极地促进作用。下面就来介绍一下微波在促进有机化学发展方面的具体应用。
1 了解促进有机化学发展所用到的微波设备
总体来说在促进有机化学发展时所用到的微波设备主要是由微波炉设备和反应容器这两个部分组成,具体介绍如下:
1.1 微波炉设备的应用和改造
通常情况下,在实验室里面是通过商品化了的家用微波炉来完成微波对有机化学的促进反应的,这种微波炉一般情况下造价非常低,体积也极小,容易搬动。有机化学家通过实验得出了一个结论,当微波促进有机化学反应效果明显的时候反应物的颗粒通常也比较小,相反,如果反应物的颗粒太大,微波促进有机化学反应的效果会大大降低。
如果想在微波炉里面进行回流反应,就必须对我们实验室用的微波炉进行改造。我们在商品化了的家用微波炉里面做实验的时候,采用的反应容器就只有两种方法,即封口和未封口。在未封口的反应容器中,用易燃易爆的物质做实验的时候就相当危险,这就要求对我们现有的微波炉设备进行改造,使其能够完成回流操作,使实验能够安全的进行。像这类的实验室用微波炉在进行改造的时候相对来说简单一些,为了使其能够进行回流反应,我们可以将微波炉的侧面或者顶部位置打上一个孔,将玻璃管通过打的孔插在微波炉上并与接上冷凝管的反应器连接在一起,其中,在冷凝的时候我们用自来水就可以。在回流的过程中我们一定不能使微波出现泄漏的情况,可以通过在微波炉上打孔的地方连接金属管子的方法来避免泄露现象的发生,金属管子的直径和长度都是严格按照要求选择的。
1.2 反应容器的制备
在选择反应容器的制备材料的时候,一般并没有太严格的要求,一般情况下,选择的材料只要微波能够很容易穿过,并且不会影响微波的吸收,我们都可以接受。比如说,玻璃、聚四氯乙烯和聚苯乙烯等这些材料都可以用来制作微波的反应容器。我们都知道微波是通过内部加热的方式进行加热的,升温用的时间比较短,这个时候如果我们的反应容器过于密封就会有爆炸的危险,这样不仅会损害设备,还会伤害到实验者。所以说,我们在制作密封性较好的微波反应容器的时候必须按照要求将它设计成能够耐受得住特定的压力。至于那些对密封性要求不高,在敞口的容器中就能进行反应,反应容器的制作材料并不做严格的要求,通常情况下玻璃材料就能够满足要求。
仅仅设计出能够耐受一定压力的微波反应容器是远远不够的,还必须将能够检测温度的热电偶装置和能够感受压力的系统安装在反应容器中。总而言之,通过学者们的不断研究开发,微波促进有机化学实验的设备将会变得越来越先进。
2 微波在促进有机化学发展的具体反应原理分析
微波是一种介于红外线和无线电波之间的电磁波,它的波长在1厘米到1米的区域之间不等,在进行微波加热的时候我们常常采用的微波设备的波长为12.2厘米或者33.3厘米,我们用于商业用途的微波炉设备的波长通常情况下为12.2厘米。化学学者们关于微波能够促进有机化学反应方面主要存在以下两种不同观点:
第一类观点,微波在加热的过程中是通过内部加热的方式进行的,这种加热方式通常在短时间内就可以完成,并且受热均匀对温度的要求统一,更不会发生一部分加热完成另一部分还没开始加热的现象。但这些化学学者们认为,微波加热也仅仅是一种普普通通的加热形式,它和传统意义上的加热并没有太明显的差异。微波在加热的过程中只能单纯地使加热物质的内能增加,但是化学反应的动力学性质并没有发生本质的变化。微波之所以能够对有机化学反应进行促进,主要的原因还是微波能够选择极性物质来进行加热,也就是我们常说的微波具有致热的效应。
第二类观点,微波促进有机化学反应是一个非常繁杂的过程,它不仅是通过简单的加热来完成的,最主要的还是因为微波能够将反应的动力学性质进行本质上的改变,也就是与微波的致热效应相对立的非致热效应。他们认为微波作为一种电磁波,理所当然就应该具备电磁的影响力,更重要的是微波的特性也会具有一定的影响范围。微波可以促进分子的转动速度,最终使化学键能够极快地发生断裂,由此加速了有机化学反应的进行。
3 微波在有机化学发展过程中的具体应用分析
3.1 微波在酯化反应中的具体应用
在日用化学品工业和食品工业的生产过程中,乙二酸二乙酯是一种非常常用的无色的油状液体,它的主要作用就是在有机合成反应的过程中做溶剂或者中间体。在我们传统的乙二酸二乙酯的制备过程中用的是硫酸催化法,杂多酸催化法以及对甲苯磺酸催化法,这样传统的制备方法比较耗费时间。在酯化反应的过程中如果采用微波催化的方法,则可以大大缩短反应时间。
3.2 微波在缩醛反应的具体应用
缩醛的制备方式并不是单一的,比如说,它可以由相对应的醛与醇类化合物在质子酸的作用下经过缩合反应制备出来。但是无论是哪一种传统的缩醛制备方法,都存在着不少的缺点,例如,这些方法对环境的污染相当严重,很容易对设备造成腐蚀,反应过程中的催化剂价格也非常的高,通过这些方法生产出来的缩醛纯度也不够高,并且得到率很低。为了解决这些传统的制备方法带来的弊端,化学学者们将微波应用于缩醛的制备,整个反应过程中苯乙醛和乙二醇在NaHSO4・H2O的催化作用下在没有有机溶剂且以无机为载体的条件下反应得到苯乙醛乙二醇缩醛。微波制备缩醛的方法不仅操作起来非常的简便,反应完成后的处理工作也非常简单容易操作,并且催化剂NaHSO4・H2O也非常廉价易得,最重要的是缩醛的得率与传统的制备方法相比明显地要高许多,并且排放物也不会对环境造成污染。
3.3 微波在金属有机化学反应方面的具体应用
随着微波技术开始在各个方面进行普及,金属有机化学反应也开始将微波加热应用于其中,在我们的传统金属有机化学反应过程中要想合成一些金属的配合物往往需要非常长的时间,有一些合成反应甚至需要几百个小时才能完成,这在人力物力上都造成了极大地浪费。为了缩短反应时间,化学学者们将微波技术应用于金属配合物的制备,通常耗费几分钟就可以完成,大大提高了工作效率以及金属配合物的提取率。
4 结束语
根据文章所讲的内容可以看出,微波在促进有机化学发展的空间是极大的,它促进有机化学发展的方式是普通的加热技术无法相比的。有机化学反应有了微波技术的促进,生产效率大大提高,操作也变得越来越简单。总而言之,只要我们认认真真地去研究微波技术在有机化学中的应用,微波技术将会变得越来越成熟。
参考文献
关键词:有机化学;农牧;课程改革
农学、动物科学、园艺技术、畜牧兽医等农牧系列专业开设的专业基础课程《有机化学》,该课程的内容贯穿了整个后续专业课程,为今后专业课学习的基础。《有机化学》课程开设在大一下学期,64学时,其中理论学时46学时,实验学时18学时。有限的学时与日益丰富的教学内容矛盾重重。有机化学课程教学改革与建设刻不容缓。这就要求农牧系列专业的教学体系不能照搬化学类专业的课程培养模式,要结合本专业的特点和人才培养方案重新更新设计[1]。因此,经过几年的课堂教学摸索,我们提出了机化学课程教学改革与建设的模式与思路。目的是通过改革,不仅能培养学生的实验动手能力,而且将复杂枯燥的教学内容简单化,零散的内容规整化,模糊的内容清晰化,巩固了理论和基础知识,提高了学习兴趣,逐渐培育了学生独立分析和解决问题的能力[2]。
1有机化学课堂教学存在的问题
首先,化学类专业开设的有机化学课程为期一年,农牧系列专业开设的有机化学课程仅仅为一个学期。其次,部分农牧系列专业为文理兼招专业,文科生学习有机化学很吃力。以上两个主要原因导致有机化学课堂教学存在了诸多的问题和弊端,主要表现如下:(1)教师教学理念滞后,没有深入贯彻孔子“因材施教”的教育思想。通常为了完成教学进度,忽略了学生的掌握知识的情况。这使得大部分学生(文科生)产生厌学心理,久而久之自学能力和创新意识也逐渐丧失。(2)教学内容落后、陈旧,缺乏近代最新理论和动向。教师为了备课方便,每一届学生均使用同作者、同版本的教材。课程内容与时代的进步和知识理论的托陈出新脱节,导致有机化学课程与后续课程相互链接不紧密。(3)教学方法单一,忽略了现代教学手段。教学中多采用一部教科书、一支粉笔、一块黑板、几副历史挂图的传统教学模式,而忽略了幻灯机、投影仪、录音机、录像机、电视机、电影机、VCD机、DVD机、计算机等直观教具[3]。(4)实验教学封闭独立。实验内容相对简单,实验项目少,缺乏与理论知识及人才培养要求的有效连接。(5)考核方式单一化。考核成绩主要取决与期末笔试,忽视了“经济社会发展对人才需求的变化,完善人才培养方案,使人才培养与社会需求相适应”人才培养方案制定的初衷。这些问题与弊端,面对“办出特色、办出水平,出名师,育英才”的当前教育发展形势,显得很不适应。
2有机化学课堂教学改革和建设的方向
有机化学课堂教学改革的总体思路是按照培养符合地方经济发展需求的高素质应用型人才的办学理念的要求,加强教学内容、实验内容、教学方法和教学手段等方面的推陈出新与提高。主要方向如下:(1)教学内容的改革。根据近年来有机化学和农牧科学的发展,对个别章节的内容适当的删减、合并和增加。例如:删掉“光谱法在有机化学中的应用”、“含氮、硫、磷有机化合物”、“周环反应”、“亲电、亲核、自由基反应机理”、“有机合成”五章;合并“饱和烃”、“不饱和烃”、“卤代烃”三章;“羧酸及其衍生物”、“取代酸”两章;增加“天然有机化合物”、“有机物与环境污染”两章。其中,“含氮化合物”、“碳水化合物”、“氨基酸、多肽与蛋白质”、“类脂化合物”作为重点章节讲述。(2)实验内容的改革。利用实验项目辅助教学内容,以理论指导为准则,理论内容通过实验验证,在实验中穿插有机化学基础知识,培养和提高实操技能。也可将有机化学相关工业原料或产品带进课堂,增加教学印象,如常见的通用塑料PP、PVC、PS、ABS等;合成树脂如酚醛树脂;增塑剂如邻苯二甲酸酯等。根据专业的特点,有机化学实验重“天然产物的提取和分离”,轻“有机物合成、性质与鉴定”。实验内容可设置为:“茶叶中咖啡因的提取”、“橙皮中柠檬油的提取”、“菠菜中叶绿素、胡罗卜素、叶黄素的分离提取”、“从牛奶中分离酪蛋白和乳糖”、“油脂的提取与性质”、“麻黄碱的提取和鉴定”等。(3)教学方法和手段的改革。教学方法的改革包括学生参与并主导课堂、增加课堂吸引度和重视课堂评价三方面,可采用讨论法、互动法、讲授法等多方法相结合的方式。例如让学生以小组为单位,围绕最新的有机化学前沿知识,查资料,找出与某一知识点相关的科研成果,然后在课堂上以主题讲座的形式向全体同学汇报并讲解,同时回答教师及其它同学所提问题。教学手段的改革包括开发、研发、选用恰当的直观教具参与课堂教学,丰富教学辅助工具,增加课堂信息量。例如,将专业所需的反应过程、反应机理、立体构型等抽象的内容,以立体、动画、视频等形式表达出来,而这些“可视化”的效果完全由学生完成,做到“学生主”。而教师可提供给学生相应的文献检索数据库、有机化学领域主流杂志等帮助学生有针对性的选择并学习自己感兴趣的内容,做到“教师辅”。由于学生更爱听一些有机化学在实际应用方面的知识,教师主动了解并掌握学生的知识需求,将自己的研究内容与所讲知识结合起来,丰富教学内容,营造“师生互助互学”的教学气氛。(4)教学形式的改革。教学形式的改革包括课上教学和课下辅导两方面。课下辅导包括学习和生活的辅导。拉近师生的距离,师生形成亦师、亦友、亦父、亦母、亦兄、亦姐的关系。使学生的学习过程不仅是知识传播,而且是育人的手段。
3有机化学课堂教学改革和建设的措施
本着“加强学生专业技能培养和训练的力度”、“培养高素质技能型人才”、“提高人才培养质量”的目的,有机化学课堂教学改革和建设的主要措施如下:(1)课堂教学内容与时俱进。为了在有限的学时内凸显主要的知识脉络和结构,把握以下两点:首先,将最新的理论、前沿性的技术和创新融入到教材中去。深入浅出的表达理论概念,不拖沓。例如讲授“氨基酸、多肽与蛋白质”时,利用导课将近几年核糖核酸及全新蛋白质的发展史以影视图像的形式呈现给学生,说明其在医学上具有广阔的应用前景,同时本章也是后续课程《生物化学》的基础,让学生产生学习兴趣后在讲授基本理论与概念;“碳水化合物”中单糖、双糖和多糖的分子结构较难理解,讲授时可将三者代表物(葡萄糖、麦芽糖、淀粉)的分离、分析及合成方法,空间结构和功能的关系等导入课堂后在介绍分子式和结构式,可达到事半功倍的效果。其次,以教学研究及科学研究课题为载体,课堂教学为途径,将授课内容融会贯通到课题中。如“天然产物化学和药物化学”相关课题研究,可先将利用先导化合物及其各种衍生物发展成一类新药的例子介绍给学生,根据实例引出授课内容。(2)教学手段的多样化。充分利用网络资源,将各高校的有机化学精品课程、优质课程利用课下时间让学生去听课和学习。如(上海交通大学有机化学精品课程)、(云南大学有机化学精品课程)、(西北大学有机化学精品课程)等。同时开发并推出该专业所授有机化学课程网络版,在线作业、考试、答疑、预习、复习、查询等[4]。(3)增加课堂吸引度,提高教师授课和学生自主学习的兴趣。有机化合物种类繁多且数目庞大,故有机化学的每章及每节都有相互联系和关联的地方。例如“有机物的命名规则”是每一章都要讲授的,可将其作为一个专题进行讲解。再如“醇酚,醛酮与羧酸”三章之间可通过相互的氧化及还原反应联系起来。只有教师喜欢授课,喜欢教室,喜欢学生,才能提高的课堂吸引力,增加课堂吸引度,使因学习过程无趣而导致课堂自制力下降的学生重新燃起学习的兴趣。(4)实验教学以实用性、技能性、先进性为准则。实验教学脱离不开理论指导,而理论内容需实验验证,故两者是相辅相成的关系。由于农牧系类专业有机化学实验学时较少,难以向化学类专业实验教学一样进行全面的训练和提升。故采用集中化实验教学法,即集中某个时间段(一般是理论教学完成后)进行有机化学实验[5]。结合专业特点和就业需求,设置“有机物提取和分离”综合性实验,在实验中穿插有机化学实验基础知识和基本操作,将理论知识与实验结论将结合,提高动手能力。(5)考核方式灵活化。考核是课堂教学的最终环节,当不是最重要的环节。对于人才培养而言,“重结果,轻过程”的理念应摒弃,主动求变,改变笔试成绩为最终成绩的考核模式。合理分配考核比例,将平时成绩(包括课堂出勤、平时作业、课堂表现)和实验成绩(包括实验出勤、报告单成绩、实验动手表现)的比重加大,减小期末笔试成绩的比重。
4结语
对于学生培养规格来说,知识结构的要求是次要的,素质结构和能力结构的要求是主要的。实践证明,每一门课程的改革和建设对推动人才培养机制的修订起着积极的引导作用。有机化合物种类多,数目大,这给有机化学课程的改革提供了机遇也充满了挑战。总之,面对新的教育形势,有机化学课程的教学改革和建设可操作性强。通过教改,教学体系和课堂内容趋于合理、全面和科学。该课程的教改模式可为其他课程的课堂教学提供理论借鉴。
参考文献
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[2]吴凤龙,宋瑾.有机物系统命名法课堂教学改革模式探析[J].河套学院学报,2016(3):63-65.
[3]乔金霞.电化教育在中国的传入及其学科建构[D].武汉:华中师范大学,2015.
[4]爱斌,飞,陈银,等.大类培养模式下非化学化工专业有机化学教学改革[J].大学化学,2016,31(9):20-23.
【关键词】项目探究模式;有机化学;自主学习;教学改革
有机化学是研究有机化合物的来源、制备、结构、性能、应用及其有关理论和方法的科学,是一门理论性与实践性并重的基础课,也是化学相关专业的重要的主干课和必修课,对于化学相关专业本科生后续专业课程的学习和动手实践能力的培养具有重要作用 [1]。学生对专业课程的掌握程度以及解决实际问题的能力也决定了其能否更好地适应将来技术工作中的环境,能否更好的为社会服务,具有社会竞争力,成为栋梁之才,说到根本,与学生的就业息息相关。现实的工作往往需要本科生具有较好的自学能力、动手能力和创新能力,传统的有机化学教学方式显然不适于学生学习兴趣的提高、自学能力的培养以及实践创新能力的培养。因此,进行相关教学改革探索势在必行。
一、有机化学教学改革的必要性
由于有机化学是一门基础学科,知识内容比较抽象,传统的课堂教学讲解较为枯燥,经常表现为老师讲,学生听;老师写,学生记;临近考试时学生通过短期的死记硬背复习以应付过关,考试结束后大部分知识都已忘记;整个学习过程学生思考少、创新能力弱,而工科专业有机化学有限的教学课时数使有机化学教学课时紧、任务重,难以解决以上的问题。传统的有机化学实验教学属于单一验证式、知识型的教学模式,在教学过程中,学生过分依赖教师讲解和实验指导教材中的操作方法,学生做实验时往往表现为“照方抓药”,实验过程局限于验证教材,缺乏积极的思维和创新。以上这些都严重制约了学生有机化学学习的积极性和主动性,在化学学科及专业层面无法有效培养学生的科学素质、创新精神和实践能力。
当今科学技术的迅猛发展,使有机化学的内容越来越丰富,这也使得工科有机化学的短学时教学与不断膨胀的有机化学内容之间的矛盾日益突出。如何在有限的学时内让学生掌握有机化学基础知识和有机化学基本实验技能,提高学生的综合素质和创新能力是有机化学教育者所要面对的重要课题。如不能妥善处理,容易造成学生缺乏学习主动性和积极性,对有机化学基础知识掌握肤浅,实验技能相对匮乏,不利于后续专业课程的学习,更为严重的是,不利于学生自学能力的培养以及对未来工作的适应。
二、项目探究模式培养本科生有机化学自主学习的基本研究内容
在现有教学条件下,我们认为,解决上述问题的关键是培养学生的学习兴趣和自学能力,也就是扭转传统教学过程中以教师讲授为主体,改为以学生自主学习为主体的教学模式,因为兴趣是最好的老师,而自学能力是解决掌握未知知识的金钥匙。但是,现今本科生中存在一定的厌学现象,仅仅让其对学习产生兴趣并且通过自学来掌握确实有很大的难度,不现实。这就需要我们引进新的教学方法,改革教学方式。
我们通过实践教学研究认为,通过项目探究模式可以有效地培养本科生有机化学自主学习的兴趣和积极性。所谓项目研究模式就是借鉴研究生的培养模式,让正在进行有机化学学习的本科学生凭借现有的有机化学基础知识及实验技能直接参与到实际的科研实践活动中,以激发学生的学习兴趣,在科研实践的过程中让学生直接面对实际遇到的问题,促使其对自己不足的有机化学知识通过自学掌握,并将这些知识应用于解决科研问题。这样可有效地促进学生对未知知识的探索,培养学习兴趣和自学能力。从事科研工作不仅可以丰富学生的课外科技学术活动,也能培养学生创新实践能力[2]。
这种教学模式是以科研带动教学,以教学促进科研,培养学生的学习兴趣,提高自学能力、增强动手能力和激发创新能力。让学生直接面对实际的科研项目,让学生通过自主学习来掌握知识,解决实际科研问题,使其产生学习兴趣,兴趣是最好的老师,是学生主动学习的源动力,只有对所学课程产生浓厚兴趣,学生才能主动地、创造性地去学习和实践。让学生参与科研活动可以让其学以致用,利用所学的有机化学知识解决目前面对的问题。此外,参与科学研究可以使学生的视野不断开阔,进一步深化和更新学习内容,不断提升知识容量和自身水平。
教师以此模式培养学生需精选科研项目,既要让项目与学生已经掌握的有机化学知识和已经做的有机化学实验有一定联系但又不应完全一样,否则将使学生懒于学习和思考。项目可与教师的实际科研工作相关,并且应难度适中,这样能促使学生必须通过自主学习才能掌握所要解决的问题涉及的知识,通过掌握知识并查阅相关资料才能制定出实验方案,通过努力才能完成实验取得成果解决科研问题,另一方面,教师可在这一过程中更加了解学生,对各个学生因材施教。这样将有利于培养学生的创造性思维,提高学生的自学、实践和创新素质,还能增进师生友谊。
此教学模式也是积极开展第二课堂活动的一种形式,可形成师生互动的交互式学习环境,经常开展组内学习研讨会,逐渐培养学生独立思考,发现、分析与解决实际问题的能力,激发他们的创新意识,同时,鼓励学生之间以及与教师交流基础的有机化学学习知识、科研思路以及所遇到的问题,使学生的交流能力、表达能力和团队协作能力得到提高。由教师和学生共同协商制定实验方案,共同商议解决实际遇到的问题。
有机化学的科研问题大多是在实验过程中动手实践解决的,在学生亲自动手进行科学实验过程中,教师可规范其操作,补充日常有机化学实验教学的不足,使其动手能力不断加强,为将来的学习和工作做基础。在本项目中,学生是主体而不是被当作教师科研的“劳动力”或“助手”,而是通过教师适当的指导,独立地完成科研任务,是所承担任务的课题“负责人”。学生在做实验的同时还要规范地书写实验报告,完成研究任务后,还需写出研究小结以及撰写论文,鼓励学生将自己的科研成果写成,锻炼写作等多方面能力,培养科研意识。
教师利用这一模式进行教学,还可将项目相关的资料如课件、教案等进行整理,发表教改论文,以供未来参考推广。
三、以项目探究模式培养本科生有机化学自主学习的探索与实践
在实施这一以项目探究模式培养本科生有机化学自主学习的过程中,我们招收制药工程专业的本科生,将其分成两组,每组选一负责人,分别布置不同的有机化学相关科研题目,这些题目同时也是教师所要解决的科研问题。在进行基本介绍的基础上,针对各课题所要解决问题,鼓励学生自学不了解的知识,查阅相关资料以制定科研方案,同时,教师对学生的自学进行辅导,解答其遇到的问题,并与学生共同制定实验方案。
在学习方法上,鼓励学生在遇到问题后进行自主学习,整理笔记,主动获取知识,遇到问题可进行小组讨论并可与教师进行探讨,利用所学的知识解决实际遇到的问题,学生与教师协商,共同制定实验方案进行实验。教师每个月与学生开研讨会,开展第二课堂,以达到共同学习进步和提高水平的目的。定期让学生对这段时间自己所学的知识以及所完成的科研工作进行整理和总结,经共同修改后形成相关教案及研究报告;对所遇到的且尚未解决的问题师生共同协商制定进一步的解决方案。
指导教师积极为学生准备学习资料和教材,以目前所学的教材为基础,积极利用图书馆丰富的图书资源,对经常用的优秀图书及教辅材料进行购买,扩大学生的知识面。在教学及科研条件上,教师利用已到位的科研经费购买相关仪器及设备,积极创造机化学实验的条件。教师还应让学生了解科研的全过程,完成实验后正规书写实验报告,完成项目后撰写实验总结及学术论文,提高其写作能力,以期达到全方位的提高。同时,还应鼓励学生创新性地提出自己的想法,并鼓励实践,培养其创新精神。实验过程中,教师可规范学生的实验操作,增强其动手能力的培养。
实践证明,这一教学模式能够实现教学与科研相结合,学生自学与教师讲授相结合,课堂教育与课外教育相结合,理论知识与实践相结合,是科研活动与产、学、研相结合的培养新途径,可是促进学生学习兴趣,培养自学能力和科学精神的有效教学改革方法,是从课堂教学、实验教学两个方面进行改进和提高,从而有效地提高教学质量和学生的学习效率。
参考文献:
[1] 于鹏飞,纺织科学与工程专业“创新人才”实验班有机化学教学的探讨与思考[J],教育教学论坛,2013,11,43-45.
[2] 郭明林,科学时代[J],科学时代,2013,14,297-298.
作者简介:
于鹏飞(1980―),男,吉林长春人,理学博士,讲师,主要从事有机化学教学及与有机化学相关的研究工作。
我校的“有机化学实验”课程作为基础化学实验(Ⅱ),是国家精品课程(基础化学实验)的重要组成部分,其教学对象面向化学工程与材料学院、药学院、生物与环境工程学院、健行学院、建工学院以及教科学院的20多个全日制本科专业,量大面广。目前,有机化学实验课程总学时64学时,教学内容主要包括“基本操作和基本技能实验”、“有机合成实验”、“基础综合实验”三大块,根据化合物的结构种类开设12个左右的实验。有机化学实验的教学采用实验前指导教师讲解、学生独立实验、教师纠正、规范实验操作等方式,考核采用平时成绩与期末考核相结合的方式,期末考核分笔试与操作考试两部分。在日常教学过程中,我们也深刻地体会到现行的有机化学实验教学模式和教学内容还存在许多不足之处,主要是以下3个方面:
(1)有机化学理论知识学习“僵化”。学生不能正确地运用所学理论知识来解释实验现象,解决实际问题,将学习有机化学的重点只放在记忆有机化学中的基本理论、基本概念和一些反应式,不能理论联系实验地深刻理解有机化学的反应规律,造成“有机化学理论空洞学,有机化学实验盲目做”的被动局面。
(2)实验内容零散,相互独立分割,重点不突出。实验的主要内容过多地局限于基本技能训练、基本操作实验和一些简单的制备实验,实验与实验之间无关联,系统性不强,学生只能“零打碎敲”地做实验,对实验的“统筹性”、“整体性”把握能力较弱。
(3)实验教学中创新能力培养的源动力不够。教学效果背离有机化学实验教学设计的初衷。在设计有机化学教学实验时,本意是将有机合成的全过程,即“文献查阅—原料提纯—条件优化—实验操作—产品表征”等环节贯穿其中,培养学生独立完成一个完整的操作流程的能力,但由于教学时数的限制或其他课程的冲突,学生只能按课本作“机械式”的操作练习,大家同一步骤、同一进度,缺乏创造性的激励机制。
2深化有机化学实验教学改革的理念与思路
有机化学实验教学应以“培养学生的思维能力、观察能力、设计实验的能力、动手操作能力、提出实验中遇到的问题并设计方案来解决问题的能力、以实验为基础理解化学理论的能力”为重点,特别是要以培养具有基础科研能力的人才为教学目标。在教学中,需要培养学生对有机化学的思维方式,对有机化学实验现象的观察、分析、比较、综合、归纳、演绎、推理等能力,也必然地要求教师在教学过程中,积极转变教学观念,整合、深化教学内容,创新教学手段,以学生发展为中心,充分调动学生的学习主动性,对有机化学实验教学进行大胆的探索与创新。我们的改革思路是首先对学生强化与实验内容相关的理论知识,使学生全面了解实验的基本原理和相关反应的机理,帮助学生从理论上分析实验过程可能出现的现象和结果,再按化合物结构类型,采用理论与实践贯通的专题式实验教学方式,将某一化合物的“制备实验、应用实验、同类型拓展实验”等组成一个专题,用“组合式”实验替代原有教学体系中分散化的实验。从以下3个方面入手:
(1)跟踪学科发展,创新教学内容。坚持理论联系实际的原则,把传授知识与培养能力融为一体,引导学生用有机化学的理论知识去关注实验中的一些基本问题,培养学生获取、掌握、巩固和运用知识的能力。在具体教学内容的安排上,除保留基本技能训练、经典的合成实验外,将一些新技术和教师的最新科研成果引入教学实验中,加大文献实验、综合实验、设计实验和研究型实验的比重,使课程内容与创新教育密切结合,与学生课外科技活动有机结合。
(2)以学生为主体,改变教学方式。有机化学实验属于应用性、实践性都很强的专业技术课程,因此,在教学方法设计上,应根据学生实验基本技能训练和分析、解决问题能力培养的要求进行,进一步体现学生的主体地位、教师的主导作用和以学生能力提高为本位、关注学生可持续发展的教学理念。在每一个专题实验中,让学生带着明确的任务进行实验操作,让学生实验前查阅相关资料,完成预习报告。教师要了解学生对整个实验原理、步骤的理解,指导学生独立进行实验操作、观察实验现象、分析实验结果,做好实验报告,对实验过程中出现的问题积极探讨总结,引导学生把理论知识和实验过程中获得的感性知识结合起来,把整个实验过程中所涉及的知识点连接起来,使学生对所学知识和实验操作技能有系统的认识,把实验过程推进到“理论—实践—再理论”的过程,激发了学生独立思考的积极性和主动性。
(3)加大实验信息量,拓展学生知识面。根据有机化学学科的特点,通过查阅有机化学实验文献,了解、比较目标产物的各种合成方法,是实验教学的一个重要环节。通过有针对性地查阅、收集和利用各种有价值的文献信息资源,使学生清楚该化合物目前的研究进展、合成时的影响因素、表征方法、应用领域等知识,学生的知识面得到拓宽,改变传统实验中“一本教材、一种方法”,学生预习时不假思索地照抄照搬书本的不良现象。
3专题式有机化学实验教学的实施方案
影响实验教学效果的最重要因素是实验内容和实验方法,实验内容应该具有先进性和综合性,实验方法则应以新技术、新方法和新手段为主。在现有有机化学实验教学内容的基础上,按化合物种类划分若干专题,如卤代烃、醇、酮、酸、酯、胺等,每一个专题中包含该类化合物的“制备实验”、“应用实验”、“拓展实验”等。实验反应机理、实验条件、实验中出现的相关问题等要求学生从理论的高度给予正确解释。在“应用实验”、“拓展实验”中进一步增大实验的信息量,将相关的新技术、新方法引入实验教学中。实验前要求学生预习专题实验内容所涉及的理论知识和实验基本操作。实验技能方面要求学生根据合成的目标化合物的不同选用不同的反应装置,学会各种装置的使用方法和应用范围,并且明确各个反应装置的作用,安装反应装置时应注意的事项等。在实验过程中必须利用基础理论知识解决一些常见的问题。实验结束后,根据文献查阅、实验情况进行讨论,比较实验方案的利弊,解释实验结果,并对实验结果进行比较和评价。在专题的拓展实验和应用实验中,可以采取项目组的形式,按实验产品的不同分成若干小组,分工合作,归纳总结,从而加深对有机化学理论的理解。这就不仅要求学生统盘考虑实验进程,更重要的是要让学生在理论指导下学会创新和创造,在实验训练中学会设计实验,利用理论知识去分析实验过程中出现的现象和结果,启发和激励创新意识,锻炼实际的综合创新能力,最终达到学会初步科研的能力。
4结语
1.在课程教学中培养学生创新能力的必要性和可行性目前,我国高职院校学生在校期间的学习主要是由课程组成的,因此在课程中加强学生创新能力的培养就显得尤为必要,国内很多高职院校对此进行了积极的探索。北京劳动保障职业学院《商务英语》课程,通过小组合作、情景模拟、任务教学等方法培养了学生的创新能力[3]。湖南环境生物职业技术学院《植物组织培养》课程,通过改革课堂教学与实验教学,培养具有创新意识、创造思维和创造技能的实用人才,成效显著[4]。四川工程职业技术学院《模具成型工艺与模具设计》课程,通过营造氛围、创新意识、提供平台、鼓励实践等方法培养学生创新能力,取得了良好效果[5]。
2.在《有机化学》课程教学中培养学生创新能力的前期探索《有机化学》课程教师多年来一直非常重视在教学过程中培养学生的创新能力,并初步取得了一些成绩。2011年,在前期工作基础上,申报陕西省高职高专教育学会2012年度高等职业教育教学改革研究项目并获得立项,标志着有目标有计划的、基于学生创新能力培养的《有机化学》课程改革正式启动。
二、基于学生创新能力培养的《有机化学》课程改革的目的
探索以适应高职学生身心发展为基础,以符合高职教育规律为前提,以培养高职学生创新精神和创新能力为目标,能够满足学生职业生涯发展需要、适应社会进步和科技创新的《有机化学》课程教学新模式,并应用于教学实践。
三、基于学生创新能力培养的《有机化学》课程改革的具体举措
1.营造平等开放的教学氛围
课堂上,鼓励学生提出不同看法,允许学生发表自己的意见。面对问题,教会学生分析问题得出结论的方法,而不是要求学生死记硬背问题的答案。对于作业,鼓励学生自己设计方案,对学生提出的好的解题思路给与肯定与表扬;如果学生的设计方案不符合实际或者存在错误,帮助学生找出症结所在,得出正确的方案。开展了“我给教材提意见”活动,收集到学生给教材提出的正确意见和可行建议30余条。通过创新教学模式,为学生创造一种心灵放松、自主学习的氛围,变灌输为引导,将学生视为课堂的主人,使学生敢于质疑,敢于挑战老师的权威,激发学生的创新欲望,孕育学生的创造人格,从而形成一种鼓励创新的平等开放式教学氛围。
2.更新《有机化学》课程教学内容
通过与企业技术人员、专业学者、职教专家交流,选取适应区域经济发展需要、体现科技进步特色的《有机化学》课程内容,为学生进行创新活动构建实用、先进的知识结构。课程组走访了学生就业集中的省内大中型化工企业10余家,发放问卷、分析汇总,初步确定了适应区域经济发展需要、“必须、够用”的《有机化学》课程内容,召开专业建设指导委员会会议进行论证、修订,重新编写了《有机化学课程标准》,并根据专业指导委员会建议,编写出版了更加符合我院教学实际的《有机化学》工学结合教材。
3.转换《有机化学》实践教学思路
结合教学需要,编写了《有机化学实验》讲义,通过减少演示性、验证性实验,增加设计性、工艺性、综合性实验,培养学生独立思考、独立操作、独立分析的能力,锻炼学生的创新精神和创造能力。激励、帮助学生在学习过程中提出疑问,指导学生通过有机化学实验自己寻找正确答案、释疑解惑。对于“失败的实验”,不简单地责怪学生,而是指导、帮助学生寻找实验“失败”的原因,分析为什么没有得到预期的实验结果,给他们机会再实验一次。通过有限度地开放有机化学实验室,指导学生进行创新性实验,让学生在自主创新中体验成功的喜悦,培养学生勇于探索、不畏失败、追求真理的顽强精神。
4.建立灵活的课程评价机制
承认并尊重高职学生身心发展的个体差异,在尊重考试成绩的前提下,淡化理论考试,不是简单的“以试卷论英雄”,而是通过将学生的创新思维、创新活动,特别是创造性成果(研究论文、专利申请、竞赛获奖、对课程的建议等)纳入考核范围,给与一定程度的加分表扬,激励学生在《有机化学》课程中进行创新创造活动。对于适应较慢的学生,建立长效跟踪考核机制,初期只考核这些学生在实践中发现问题、分析问题的能力;待其适应后,进一步考核其解决问题的能力。通过课程评价机制的灵活调控,将学生的注意力从“怎样答好试卷”转向“如何解决问题”。
5.提升学生的创新水平
学生创新能力培养效果如何,只有在真实环境下检验才能得知。通过鼓励学生积极参与由教师负责的企业技术革新项目,为企业进行技术指导与技术转让服务,强化学生的创新实践技能。通过指导学生参与由教师主持的各级各类科研项目,完成科学实验、写作并力争发表学术论文,训练学生的创新思维能力。通过引导学生积极参加全国高职高专“发明杯”大学生创新创业大赛,展示学生的创新创造成果,激励学生的创新欲望。通过鼓励学生结合生活、学习实际,自主创新完成小发明、小创造,凝练创新成果,增强学生的创新意识。通过以上在真实环境下的创新创造活动,学生的创新能力得以有效锻炼,学生的创新水平得以大幅提升。
四、基于学生创新能力培养的《有机化学》课程教学改革成果
关键词:有机化学;教学;化学思维
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2014)39-0067-03
有机化学是研究有机化合物的性质、组成、结构、变化和应用的科学。有机化学学科自身特定的语言系统、价值观念、思维、行为方式,形成了独特的理论体系和研究方法,拥有自己稳定的范畴体系。有机化学学科文化中的价值标准、哲学思想、思维模式、语言系统等不仅影响着该学科的发展趋势也影响着其他学科包括人的发展。
思维是人对客观事物和现象的一种本质上的概括和间接的认识,是人的心理活动中最高级、最复杂的反映形式。在有机化学学习中,通过阅读、听课、观察、实验、练习等活动得到的感性材料,需要经过大脑的思维活动进行加工、改造、升华,最终变成理性认识,转化为学习的成果。化学中的基本思维方法主要包括抽象思维和形象思维两大类,并内含科学抽象、逻辑方法、观察联想、想象创新等丰富内容。
有机化学是化学及相关专业的一门重要基础课程,内容广泛,知识点多。如果在有限的课时内为完成教学任务而采取满堂灌的方法,学生就会在教学过程中处于十分被动的地位,能力培养更无从谈起。为了打破这种沉闷的教学局面,活跃课堂气氛,应该对有机化学的教学内容和教学方法进行不断探索,形成有自己特色的较为完整的有机化学教学及教学改革思路。以下就笔者在有机化学教学中贯穿对学生化学思维方法的训练谈谈做法和体会。
一、化学思维方法与基本理论、基本知识的辩证关系
化学思维是从事化学教学与研究的基本手段和工具,既有自然科学的一般思维方法的共性又有个性。当前,随着现代化学的迅猛发展,在校学生不可能完全掌握化学的所有知识,这在客观上要求我们把化学思维方法充实到实际的教学中,给学生较为系统的训练和指导,使他们学到最有用最基本的化学思维方法,以便能够自主、独立、能动、持续地获取化学知识,成为一个具有创造活力的化学工作者。
有机化学课程大纲的一般要求是“使学生比较系统地掌握有机化学的基础理论、基本知识和基本技能”,而对化学思维方法的训练缺乏足够的认识。事实上化学思维的训练与有机化学的基础理论、基本知识和基本技能的掌握有着科学的辩证关系,基础理论、基本知识和基本技能的掌握是具备化学思维方法的基础和前提,反之有良好的化学思维方法能促进对化学基础理论、基本知识和基本技能的掌握,既表现了对化学知识量的积累的加速也加深了对知识的理解,提高了对知识的概括和运用能力。
二、在有机化学课堂教学中,注意培养良好的化学思维方法
注意将化学思维方法引入自己的课堂教学中,例如在讲解环己烷的构象时,可以采用模型,学生看到用球棍模型连成的环己烷,发现环己烷的所有键的键角都符合四面体的要求,说明环己烷是一个无角张力的环,而且随键的转动环己烷不只有一种构象。随后引导学生注意环己烷的两种典型的构象,比较两者在能量上的不同。根据直观模型学生很快可以比较出椅式构象比船式构象稳定,因为船式构象原子之间比较拥挤,斥力大,在此基础上进一步引导学生利用已经学过的乙烷构象知识从另一个角度来说明为什么椅式构象比船式构象稳定。通过观察学生比较容易比较出椅式构象相当于乙烷的交叉式构象而船式构象相当于乙烷的重叠式构象,所以椅式构象比船式构象稳定,通过对环己烷的构象分析学生很快能够对其他环烷烃的构象稳定性做出判断。再如,在教学中以“稳定性”原理作为贯穿有机化学全局的主线,将有机化合物的结构和反应性能的关系辩证地统一起来,将稳定性大小、体系能量高低、结构因素、反应活性以及反应规律连成有机化学教学的一条主线,这样讲授的结果可以取得前呼后应、贯穿始终、深入浅出、举一反三的效果。学生如果掌握了“稳定性”原理这一思维方法就会对有机化学中的结构问题、反应历程、反应活性问题以及反应方向问题有深刻的理解,从而达到事半功倍的作用。
三、将化学思维方法用于解释人的社会行为和社会现象
笔者在有机化学的课堂教学中经常将“杂化轨道”理论、“诱导效应与共轭效应”理论、“动力学控制与热力学控制”、“非键原子之间的作用力”、“空间位阻效应”等等用来解释人在社会中的行为活动,虽然有些例子也许还不是十分恰当,但这样结合和扩展的结果增强了学生的学习兴趣,也使学生认识到知识和原理都是彼此有内在联系和相通的,化学思维方法既体现了化学学科自身的特点也有自然科学和社会科学一般思维方法的共性。这样做的结果学生既感到有机化学有很好的规律性可循也增加了有机化学这门经典学科的魅力,加深了对所学知识和原理的认识。例如,空间位阻效应又称立体效应,主要是指分子中某些原子或基团彼此接近而引起的空间阻碍和偏离正常键角而引起的分子内的张力,空间阻碍一般会降低反应速率,例如,在溴代烷的双分子亲核取代反应中,由于烷基体积的增大,引起空间阻碍,使反应速率变小。然而在有些反应中,立体效应有可能增加反应速率,例如,在单分子亲核取代反应中,三烷基取代卤代烷的烷基增大时,由于取代基之间的空间斥力,引起碳卤键的异裂,导致碳正离子的形成,从而提高了反应速率。空间位阻效应缘于非键原子或基团之间在其距离小于范德华半径是产生的排斥力是体系能量升高,而避免这种排斥力从而降低体系的能量是分子体系在静态和动态时的必然要求。根据这一原理就不难理解人们在处理各种人与人之间的关系时需要保持适当距离,距离太近会产生排斥,太远则不构成作用力,所以人们在交谈时,身体应该保持一个适当距离,朋友关系、恋人关系也是这样,即所谓的“度”。“豪猪原理”其实也是该原理的具体体现,用以上化学原理来解释是空间位阻效应的使然。
四、有机化合物结构测定方法原理对于分析处理事物的指导意义
分析综合与综合分析这一哲学思想在确定有机化合物的结构时是普遍遵守的一种方法原理。在进行天然有机化合物的结构分析时,首先要从大量的天然有机物中提纯、分离出各种不同组分的纯物质或有效成分,然后再根据各种谱学方法所提供的不同角度的信息,经分析、综合、推理、判断,常能做出合乎逻辑的结构鉴定,因此把这种从分析到综合的思想方法,叫作分析综合法。要想对最初化合物的结构弄清楚,必须分析在前、综合在后,而只有分析彻底、才能综合得体。所谓分析,则必经前期对物质客体进行精细的分离提纯,然后通过多种现代物理测试手段进行分析表征,从中收集各种不同的资料信息。所谓综合,就是作为主体的人对纷繁实验数据现象进行去粗存精、去伪存真、由此及彼、由表及里的全方位思考,同时通过筛选、逻辑推理,最终达到准确判断。不言而喻,综合并非简单加和或机械加工,而是一个主客体对话、认识飞跃的创新过程,所以综合比分析在认识层次上更高级更复杂,在思维运作上更抽象更精彩。无数事实也说明,客观事物的抽象性程度愈高,对物质运动的认识就愈深刻。也由此领会到有机化学研究的方法在于努力借助现代手段、珍惜客观反映信息,又重视抽象而辩证的思想方法、力促本体规律的真实体现,这样才能达到合乎逻辑的结构鉴定的效果。进行结构测定的目的,在于掌握性能与结构之间的联系,从而找出设计合成及应用领域的内在规律。
五、引导学生用辩证唯物主义观点认识问题解决问题,加强化学思维方法训练
使学生正确认识理论与实验的关系。学生在学习有机化学时容易形成重理论轻实验的现象,为了纠正这种想法,可以讲一些有关有机化学实验的化学史。如韦勒在实验室用无机物合成尿素,成为打破传统的生命力学说的开端,为人工合成有机物提供了例证。另外,格林试剂的由来,伍德沃德合成,扎依切夫规则和霍夫曼规则等都是在实验基础上成功的。这些事例使学生们体会到了化学确实是一门以实验为基础的科学,绝不能重理论轻实验。
化学家们的很多偶然发现,如:黄鸣龙对Wolff―Kishner还原方法的改进、费歇尔糖的发现、D・L甘油醛构型的确立,阿柯糖的意外得到等,这些看似偶然的发现,其实存在有一定的必然性,揭示了事物内部的客观发展规律。如果苯肼与碳基没有亲核加成反应,费歇尔不可能意外地得到糖,没有费歇尔的呕心沥血,这些偶然也不可能发生在他身上。
六、发挥教师的主导作用,调动学生学习的主观能动性
在新的科学技术革命的浪潮中基础课程要反映当代科学的新成就,如现在的有机化学教学内容中增加有关富勒烯、相转移催化、均相催化、超分子化学、色-质联用技术的内容等。科学技术的飞速发展使知识不断更新,这就要求学生有较强的自学能力以适应毕业后工作的需要,这也对教师提出了更高的要求。围绕整个课程的主干内容,紧密围绕“稳定性原理”这条主线由浅入深地将最基本的东西教给学生,使学生能举一反三掌握住一把打开本学科知识的钥匙。讲课过程中可留下问题,指定参考资料,布置思考题,让学生自己去学习思考,引导学生多思多想,发现更多的疑点,提出更多的问题,掌握有机化学学科体系的思维方法。若将学生的积极性调动起来,他们就会主动地查阅参考资料,增进知识,从而锻炼自己的思维能力,这样的学习效果才会得到保证。放宽有机化学知识口径,调整课程内容,明确课程目标和要求,在切实加强“三基本”的前提下,精选教学内容,结合国内外最新研究成果和动态,注意把新的知识引入课堂。解决好四个矛盾,即课时少与内容多的矛盾;经典理论与现论的矛盾;理论与应用的矛盾;课程体系与相关学科之间融合、渗透与交叉之间的矛盾。还应活跃课堂教学气氛,鼓励学生与教师平等地讨论问题,争论问题。创造尊师爱生,在学术问题上平等的良好学风,这将有利于教师和学生知识的更新和水平的提高,完成人才培养的目标。
有机化学正伴随着人类科学技术的巨大进步而迅猛发展,有机化学研究领域不断扩张,有机化合物的化学结构及其作用机理揭示了丰富的哲学思想,并向世人展示出一幅物质世界普遍联系的壮美景象,启迪着人们的心智,也为人类探索有机物质世界的本质提供可遵循的思路。因此,学习有机化学基本知识的目的不在于为知识而知识,更在于了解和学习化学的思维方法,从有机化学学习的角度掌握辩证唯物主义的世界观和方法论,启迪科学思维,培养科学方法,提高科学素养,为真正成为具有创新精神的高素质人才奠定基础。
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