研究性有機合成實驗教學(xué)模式的探索與實踐

唐伯孝 匡仁云

（井岡山大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，江西 吉安 343009）

實驗是科學(xué)理論研究的源泉，是自然學(xué)科發(fā)展的根本，也是工藝技術(shù)的基礎(chǔ)。有機合成實驗一直以來都是高等學(xué)校化學(xué)、生物學(xué)、藥學(xué)等相關(guān)專業(yè)本科生的重要實踐課程之一。目前，大部分高校由于教育模式和辦學(xué)條件的限制，所開設(shè)的有機合成實驗一般都是一些驗證性實驗，實驗步驟趨于標(biāo)準(zhǔn)化、模式化，學(xué)生只能被動接受，照方抓藥，無須思考與分析。這種教學(xué)方式固然能培養(yǎng)學(xué)生的一些基本實驗技能，但是這種灌輸式的教學(xué)模式難以培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，不利于提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。總之，傳統(tǒng)的有機合成實驗教學(xué)過程過于依賴教材，教學(xué)模式單一，教學(xué)內(nèi)容陳舊，教學(xué)方法簡單，已經(jīng)與新形勢下高等教育的培養(yǎng)目標(biāo)有脫節(jié)趨勢。在有機合成實驗教學(xué)過程中，就如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，獲得創(chuàng)新能力，我們學(xué)院進行了許多教學(xué)改革嘗試與實踐。在二年級本科教學(xué)階段，主要讓學(xué)生掌握有機合成的基本常識，熟悉有機合成實驗的基本操作。隨著學(xué)生知識量的增加與實驗技能的提高，對具有一定實驗訓(xùn)練基礎(chǔ)的大三年級本科生提出研究性有機合成實驗教學(xué)新模式。針對這種研究性實驗教學(xué)方式，我們從實驗方案選擇、教學(xué)組織等方面入手進行了一系列教學(xué)探索。以前沿研的有機研究方向為實驗內(nèi)容，調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)和主動探索的積極性，培養(yǎng)和鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新意識與能力，使學(xué)生掌握今后從事科學(xué)研究、產(chǎn)品研發(fā)的基本方法和思路，對于培養(yǎng)國家所需的拔尖創(chuàng)新人才具有重要意義。

1.研究性有機合成實驗的選題

選擇恰當(dāng)?shù)难芯啃詫嶒炇悄軌驅(qū)崿F(xiàn)預(yù)期教學(xué)目標(biāo)的關(guān)鍵步驟，實驗方案的選擇必須注重科學(xué)性、前沿性與可行性相結(jié)合。為了達到預(yù)期教學(xué)目的，在實驗選題時應(yīng)注意以下幾點：（1）要以學(xué)科建設(shè)為基礎(chǔ)，充分利用教師的科研平臺，結(jié)合科研前沿動態(tài)，對學(xué)科研究技術(shù)發(fā)展的前沿進行調(diào)研，提煉出反映學(xué)科發(fā)展和熱點的研究性實驗，要極大地激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并發(fā)揮主動探索的積極性；（2）考慮大三年級本科生的知識水平和實驗技能，每一個實驗的目標(biāo)和內(nèi)容，既要有一定的思考難度，又要給學(xué)生留下較大發(fā)揮空間，不至于使學(xué)生難以上手；（3）實驗中所涉及的內(nèi)容、實驗方法、實驗原理和實驗儀器使用等技能要與學(xué)生的工作和就業(yè)適當(dāng)接軌，有助于學(xué)生的進一步深造和就業(yè)；（4）實驗內(nèi)容應(yīng)該確定在指導(dǎo)老師的大范圍內(nèi)，學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣閱讀大量文獻資料提出實驗方案，經(jīng)過與指導(dǎo)老師討論后確定可行實驗方案。例如，我們一直探索的綠色Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)實驗：Suzuki交叉偶聯(lián)反應(yīng)是構(gòu)建C-C鍵的重要手段之一，目前該類型反應(yīng)由于催化劑昂貴和有機溶劑對環(huán)境污染嚴(yán)重，已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了它的實際應(yīng)用，因此，綠色Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)具有很好的科學(xué)前沿性。實現(xiàn)該類型反應(yīng)綠色化的方法很多，可以采取微量實驗方法［1］，減少化學(xué)試劑和溶劑的使用，節(jié)約反應(yīng)成本，也可以用綠色溶劑替代傳統(tǒng)有機溶劑［2］，甚至可以考慮催化劑的循環(huán)利用［3］。 這些方法都可以實現(xiàn)Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)的綠色化，每個學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣選擇實驗方案，這樣既可保證實驗的前沿性，又可極大地保留學(xué)生的發(fā)揮空間。

2.實驗教學(xué)過程的組織與實施

為了保證研究性實驗教學(xué)模式更好地實施，實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，我們以綠色Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)實驗為例，教學(xué)過程如下：（1）指導(dǎo)教師確定實驗大致內(nèi)容，要求學(xué)生用綠色化學(xué)方法設(shè)計實驗方案；（2）實驗以小組為單位進行，充分發(fā)揮學(xué)生的自我管理、自我完善能力，并選出小組長負責(zé)協(xié)調(diào)實驗方案的制訂；（3）組員分工協(xié)作，查閱文獻資料，發(fā)揮每個人在小組中的特長，既要完成各自的任務(wù)，又要共同協(xié)調(diào)合作，以便培養(yǎng)學(xué)生獨立性、責(zé)任心、交流與合作的能力，共同完成實驗方案；（4）指導(dǎo)教師與學(xué)生一起討論綠色Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)實驗方案的可行性，并完善實驗方案；（5）實驗方案的實施，數(shù)據(jù)處理與分析，并完成相關(guān)實驗報告。表1給出了該教學(xué)過程的具體細節(jié)過程。在整個教學(xué)過程中要求指導(dǎo)教師分階段指導(dǎo)、檢查實驗完成的質(zhì)量和進行綜合講評，與學(xué)生共同討論解決實驗中遇到的難點問題，最后按照時間表要求完成相關(guān)實驗工作。這樣的實驗教學(xué)模式讓整個教學(xué)活動始終圍繞學(xué)生進行，使學(xué)生成為學(xué)習(xí)主體，主動學(xué)習(xí)。讓學(xué)生經(jīng)歷一個研究性實驗的全過程：選題，文獻查閱，實驗方案的準(zhǔn)備，師生討論，確定實驗方案與實施，數(shù)據(jù)分析，書寫實驗報告等環(huán)節(jié)。學(xué)生在較長時間段內(nèi)處于科學(xué)探索的氛圍之中，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，為今后繼續(xù)深造和就業(yè)奠定良好的科研實驗基礎(chǔ)。

表1 研究性有機合成實驗教學(xué)具體案例

3.教學(xué)效果

研究性有機合成實驗涉及的內(nèi)容和知識面都比較廣，需要更全面地考慮問題。通過開展研究性的實驗，考察與培養(yǎng)了學(xué)生對前沿有機化學(xué)研究的分析、判斷及利用的能力，發(fā)展了學(xué)生的創(chuàng)新能力，取得了比較理想的教學(xué)效果。總結(jié)起來有如下幾點：

3.1 激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

研究性實驗擺脫傳統(tǒng)的本本教學(xué)，在教材甚至網(wǎng)絡(luò)上找不到現(xiàn)成的實驗方案。學(xué)生會不由自主地帶著問題追根尋源，由被動變?yōu)橹鲃印Ｍ瑫r，由于實驗方案的選擇留有學(xué)生發(fā)揮的空間，這樣最大限度地提高了學(xué)生的探索興趣。

3.2 培養(yǎng)了學(xué)生的團隊合作精神

做好研究性實驗，僅憑個人的能力往往難以實現(xiàn)，只有在小組成員的共同努力下才能完成，這就需要大家相互協(xié)作。同時，學(xué)生之間的協(xié)作往往是出現(xiàn)新思路的好機會，同樣的問題，不同學(xué)生思考的方式及深度都會有差異，這種差異通過團隊合作會解決得更完美，使學(xué)生的團隊協(xié)作能力得到提高。

3.3 提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力和實踐能力

通過實驗前的文獻調(diào)研，使學(xué)生獲得創(chuàng)新意識。放手讓學(xué)生自己設(shè)計實驗方案，在開放的氣氛中探索自己想要了解的問題，充分發(fā)揮了學(xué)生的主觀能動性和創(chuàng)造性，鍛煉了學(xué)生的實踐能力，提高了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

總之，研究性有機合成實驗教學(xué)方式激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)了學(xué)生的團隊精神，為培養(yǎng)高素質(zhì)創(chuàng)新型人才提供了一個良好模式。

［1］孫雁，王秋長.內(nèi)蒙古民族大學(xué)學(xué)報，2009，第15卷：18-19.

［2］Herrerías，C.I.； Yao，X.； Li，Z.； Li，C.-J.Chem.Rev.2007，107，2546-2562.

［3］Tang，B.-X.； Fang，X.-N.； Kuang，R.-Y.； Hu，R-H.；Wang，J.-W.； Li，P.； Li，X.-H.Synthesis.2013，2971-2976.