提高本科生有機化學實驗技能的思考

焦銀春,曹朝暾,袁華,朱曼

(湖南科技大學 化學化工學院, 湖南 湘潭 411201)

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提高本科生有機化學實驗技能的思考

焦銀春,曹朝暾,袁華,朱曼

(湖南科技大學 化學化工學院, 湖南 湘潭 411201)

為滿足大學生實驗技能競賽選拔和創(chuàng)新性實驗計劃項目的實施對本科生實驗能力的要求，結(jié)合我院實際情況，針對有機化學實驗這門課程進行教學模式探討，提出了幾點思考與建議，旨在提高本科生的實驗技能。

有機化學實驗;教學改革;實驗技能

基礎有機化學實驗是化學學科的重要組成部分，是化學、應用化學、化學工程與工藝、生命科學、環(huán)境工程等眾多學科的學生必修課程之一。學好有機化學實驗對培養(yǎng)具有實踐能力和創(chuàng)新精神的高素質(zhì)人才發(fā)揮著舉足輕重的作用。為擴大學生交流平臺，激發(fā)學生對化學實驗、探索實踐的興趣，近年來學校為本科生提供了較寬廣的實踐平臺，如每2年一次的省級大學生實驗技能競賽的選拔、每年一度的大學生課外化學化工創(chuàng)新作品競賽作品的評選以及大學生研究性學習和創(chuàng)新性實驗計劃項目的申報實施等[1]，旨在引導學校、教師更加重視實驗教學環(huán)節(jié)，促進高校化學實驗教學的改革和創(chuàng)新，推進本科化學教育與人才培養(yǎng)。

近年來，我院通過基礎示范實驗室的建設，實驗教學的硬件和軟件措施都上了新臺階，但在學生實驗綜合能力培養(yǎng)上還有很大的提升空間。針對我院近年來本科生在參加大學生實驗技能競賽，大學生研究性學習和創(chuàng)新性實驗計劃項目實施的過程中存在的有機化學實驗技能問題進行總結(jié)、反思[2]，并對基礎有機化學實驗教學模式提出幾點建議。

1　更新教學理念，理論與實踐并重

目前本科生使用的是我院“有機化學”教學團隊自編《有機化學實驗》教材[3]，其中主要為驗證性實驗，設計性、創(chuàng)新性、綜合性的實驗內(nèi)容為自學部分。通常，老師都會課前親自把實驗內(nèi)容、方法步驟以及注意事項等寫在黑板上，以保證學生能夠按照預期完成實驗。這種傳統(tǒng)的驗證式實驗教學模式制約了學生學習的主動性和積極性，學生只是對實驗內(nèi)容機械式的重復。例如在《物理化學》相平衡章節(jié)中就需要學生利用分餾的基礎實驗知識來幫助分析二組分理想液態(tài)混合物的氣-液平衡相圖，但筆者在實際教學中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)學生已記憶模糊。基于這種情況，我們可以嘗試改變教學方式，如讓每組同學事先預習實驗內(nèi)容，課堂上指定一組同學上臺講述實驗內(nèi)容并演示搭建實驗儀器，教師對不足之處及時指正，加深學生對實驗內(nèi)容的理解和記憶，提高學生學習的主觀能動性，并學以致用。對于有機化學實驗課堂教學效果好的老師可以面向全院推出具有實驗教改特色的公開課，并錄制教學視頻及建立實驗輔助教學網(wǎng)站等。

實驗操作與理論知識相輔相成,互相依賴。如大學生實驗技能競賽內(nèi)容包括實驗理論和實驗操作考試兩部分，筆試成績占30%，實驗操作成績?yōu)?0%，考試內(nèi)容隨機抽取。要求學生除了對實驗操作的準確性還需掌握理論知識，如實驗過程中反應物的比列調(diào)節(jié)、溫度的控制、萃取的原理和步驟等，不能一知半解，做到理論和實驗融會貫通，注重平時積累，學思結(jié)合、知行統(tǒng)一，考場上才能得心應手。比如乙酸酯化法制備乙酸乙酯是典型的綜合性實驗，可以讓同學們結(jié)合所學理論知識通過查閱文獻發(fā)現(xiàn)還有乙醇脫氫、乙烯加成和乙醛縮合等多種方法，并歸納出每種方法的實驗室可行性。同時在基礎實驗教學中還需訓練學生主動思考的能力，因為大部分同學只會按照書本或者老師的講解安裝操作儀器，按部就班，不能主動深入了解實驗原理和儀器的工作原理。如在蒸餾操作中需要用到溫度計，而在濃縮反應液的時候則可以不加溫度計，許多學生不懂得變通。同時還體現(xiàn)在對實驗現(xiàn)象的把握上，比如在分餾實驗中，有同學發(fā)現(xiàn)實驗中分餾溫度的變化與教科書上的現(xiàn)象略有不同，就認為自己操作有誤，而并不能從分餾的原理上去思考自己實驗現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。因此有必要在教學過程中，加強學生勤思考的能力，實驗操作與理論知識相結(jié)合，才能有利于培養(yǎng)學生的發(fā)散思維，并能舉一反三[4]。師生還可充分利用網(wǎng)絡、媒體等教學資源，及時將科技前沿的新思想、新方法融入實驗教學。基礎實驗將從經(jīng)典實驗中引入設計型、創(chuàng)新型等現(xiàn)代合成方法型實驗，都與理論密切相關。

2　強化基礎操作，認知大型測試儀器

對于參加創(chuàng)新性實驗計劃項目的學生來說，現(xiàn)階段所開設的基礎實驗課程已達不到他們對實驗技能的需求，如重結(jié)晶和柱層析是有機化學實驗中必不可少的提純分離方法，教材中乙酰苯胺的制備與提純實驗中，由于乙酰苯胺在水中的溶解度隨溫度的變化較大，重結(jié)晶時用水做溶劑，冷卻易結(jié)晶，實驗效率高。實際上溶劑的選擇、時間、溫度的控制及是否攪拌等都對重結(jié)晶有較高的要求，對其它不同有機化合物怎樣才能快速結(jié)晶？就對同學的操作技能提出更高要求。柱層析實驗由于耗時長、使用玻璃儀器和溶劑多及檢測儀器的限制，提議對部分同學可以自主要求來實驗室操作或到相關老師課題組完成。實驗中還經(jīng)常會用到減壓蒸餾裝置，由于其裝置較為繁瑣，操作過程危險系數(shù)高，課堂上也只是進行觀摩實驗。而對應的旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀用于溶劑濃縮時，操作簡便、快捷、安全性更高，建議能在有機化學實驗課堂上使用。此外，一些常用儀器設備，如微波振蕩器、電熱套、加熱板、磁力攪拌器、分水器等在基礎實驗中很少涉及。如第四屆湖南省大學生實驗技能競賽中有機化學實驗就要求使用電熱套和分水器，由于我院學生在實驗課上沒有使用過，第一次接觸難免會增加參賽學生的心理負擔，只能現(xiàn)場臨時挖掘分水器的意義及使用方法。增加這些基礎實驗儀器并要求學生熟練操作顯得尤為重要。

有機實驗的目標產(chǎn)物要進行表征及驗證，就需要用到各種分析測試儀器，比如核磁共振(NMR)波譜儀、液質(zhì)聯(lián)用儀 (UPLC/HR MS)、X-射線單晶衍射儀、傅立葉紅外(FTIR)儀、紫外可見光(UV)分光光度計等。而基礎有機實驗中僅用到阿貝(Abbe)折光儀尚屬精密儀器，衡量學生實驗是否成功的標準較單一。如熔點的測定依然是傳統(tǒng)的毛細管法，而目前基礎實驗室已有幾種型號的熔點儀，如顯微熔點儀操作簡便、精度高，可向本科生開放并配合使用。近年來，我院加大了儀器設備的資金投入，目前已經(jīng)具備以上先進大中型儀器設備[1]，在條件允許的情況下可供本科生參觀、學習使用，了解儀器的進本原理和操作維護方法。對于參加化學競賽等項目和考研的學生來說，應具備識別和解析簡單譜圖的能力。因此，我們可以根據(jù)學生的興趣和自身發(fā)展的需要，適當增加分析測試儀器的使用，提高實驗興趣，拓展學生的視野。

3　樹立綠色化學理念，注意實驗室安全

環(huán)境污染、資源浪費等問題一直引起社會的廣泛關注。有機化學實驗中所用試劑種類繁多，且常用到一些有毒、易揮發(fā)的有機物，實驗過程中產(chǎn)生的廢棄物不可小覷。微量實驗具有體積小、原料省、污染小、反應時間短、安全系數(shù)高等優(yōu)點，被越來越多的教育工作者所推崇。因此開設微量實驗亦可達到同樣的教學效果，并能鍛煉學生的精準操作水平。推薦典型的綠色化學實驗，如微波合成乙酰水楊酸，實驗過程中沒有用到溶劑，免去了除去和回收溶劑過程，對環(huán)境零污染，也讓同學認識到當代微波技術(shù)的方便快捷。同學們在實驗的過程中也理解了綠色化學中的科學前景[5]。

近年來某些高校、企事業(yè)單位發(fā)生的一些實驗室爆炸事故不得不引發(fā)我們對本科生實驗安全教育的反思。沒有安全，一切皆為空談。就我院具體情況來看，實驗課教師通常會在第一堂課講解一些安全知識，如玻璃儀器試劑的擺放使用，磁力攪拌器、烘箱、排氣扇、水電等的電源開關等。而學生在操作過程中的安全意識不強，一心只想得到實驗結(jié)果，對突發(fā)事故的應急處理能力薄弱。如參加大學生實驗競賽的同學主要利用暑假進行訓練，天氣炎熱，而且有機實驗訓練強度最大、耗時長，安全尤為重要，因此我們應該時刻加強師生實驗安全意識，了解、規(guī)范使用實驗試劑及儀器，如金屬鈉的保存及后處理、有毒試劑的取用、氣體鋼瓶的操作等，除了學校的常規(guī)檢查之外，我們還建議能對本科生組織安全測驗，定期組織師生應急演練，設立應急預案。同學們還可以關注一些化學微信公眾號如化學加、X-Mol等獲取更多的綠色化學及實驗室安全知識。

4　結(jié)語

提高本科生實驗技能是從單項到綜合、從增量到存量、從表層到深層的一項系統(tǒng)工程。隨著大學生實驗技能競賽及各項實驗計劃項目的進一步專業(yè)化、規(guī)范化和科學化，對我院基礎有機化學實驗教學及學生的有機化學實驗水平將提出更高的要求。我們要積極更新教學理念，以賽促教、促學，在實驗計劃項目實施過程中努力培養(yǎng)學生的實踐能力和創(chuàng)新精神，并及時交流總結(jié)經(jīng)驗，設立鼓勵機制，提升有機化學實驗教學質(zhì)量，真正提高本科生實驗技能。

[1] 周再春,劉秋華,申少華,等.實驗技能競賽對化學實驗教學的影響與建議[J].當代教育理論與實踐, 2015,7(8):113-115.

[2] 李國斌.加強高校大型精密儀器設備管理的探索與實踐[J].當代教育理論與實踐,2012,4(8):43-44.

[3] 謝文林.有機化學實驗[M].湘潭:湘潭大學出版社,2012.

[4] 焦銀春,袁華.如何讓本科生真正走進實驗室[J].當代教育理論與實踐,2011,3(10):39-40.

[5] 查正根,蘭泉,鄭媛,等.綠色創(chuàng)新型有機化學實驗教學模式構(gòu)建與實踐[J].實驗室研究與探索, 2014,33(3):136-141.

(責任校對王小飛)

10.13582/j.cnki.1674-5884.2016.08.025

20150402

國家級化學特色專業(yè)資助項目;湖南省普通高校實踐教學建設項目( G21323)

焦銀春( 1979-)，女，江蘇徐州人，講師，博士，主要從事有機化學實驗教學及研究。

G633.8

A

1674-5884(2016)08-0078-03