大學有機化學實驗教學方法研究與實踐

強根榮， 王 紅， 楊振平， 王海濱， 方文軍

(1. 浙江工業(yè)大學 化學實驗教學中心，杭州 310014 ；2. 浙江大學 化學實驗教學中心，杭州 310058)

大學有機化學實驗教學方法研究與實踐

強根榮1， 王 紅1， 楊振平1， 王海濱1， 方文軍2

(1. 浙江工業(yè)大學 化學實驗教學中心，杭州 310014 ；2. 浙江大學 化學實驗教學中心，杭州 310058)

大學有機化學實驗的傳統(tǒng)教學方法一般采用知識與技能相結合的傳授型，該教學方法明顯與新型人才培養(yǎng)要求有差距，教學方法改革與創(chuàng)新勢在必行。而單靠一種教學方法的改革從根本上徹底解決問題是不太現(xiàn)實的。針對大學有機化學實驗教學所面臨的問題，研究探索將 “專題式教學法” “翻轉課堂教學法”“參與式教學法”“基于網(wǎng)絡資源的PBL教學法”等綜合運用到實驗教學過程中，并在保留這些方法的本質(zhì)特征基礎上，根據(jù)課程特點加以改造和提高，多種方法并存施教，實踐教學效果明顯。

有機化學實驗； 教學方法； 教學改革； 人才培養(yǎng)

0 引 言

課程教學改革最關鍵的是教學內(nèi)容和教學方法的改革。大學有機化學實驗是化學化工及其他近化類專業(yè)的重要專業(yè)基礎課程，傳統(tǒng)的教學方法一般采用知識與技能相結合的傳授型，即學生預習、指導教師講解、學生實驗、教師糾正實驗操作，考核采用平時成績與期末考核相結合的方式，或者撰寫一篇實驗小論文。隨著時代的發(fā)展，這種教學方法明顯地與新型人才培養(yǎng)的要求有差距，必須努力進行教學方法的改革和創(chuàng)新，才能適應社會和經(jīng)濟發(fā)展對人才培養(yǎng)的需求[1-3]。

1 大學有機化學實驗教學面臨的問題

大學工科類專業(yè)有機化學實驗課程教學總學時不多，大多在64～80學時，傳統(tǒng)教學內(nèi)容主要包括“基本操作和基本技能實驗”“有機合成實驗”“基礎綜合實驗”三大類，根據(jù)化合物的結構類型開設12～15個左右的實驗。經(jīng)過多年的改革，有機化學實驗教學在更新教學內(nèi)容、改變教學方法等方面取得了一定的成績，但還存在不足之處，主要有以下幾個方面：

(1) 經(jīng)過“十二五”教育質(zhì)量工程建設，各校紛紛建立了類似“基礎規(guī)范性實驗—綜合設計性實驗—研究探索性實驗”這樣一種實驗教學體系，但實驗教學目標不夠系統(tǒng)明確，缺乏目標導向的系統(tǒng)設計，只是仿效科研性質(zhì)的教學內(nèi)容和教學方法，改革的目標不明確，效果不理想。

(2) 由于學時數(shù)的限制，只能過多地關注實驗常識和基本技能教學，對素質(zhì)和能力關注不夠，教學層次偏低，缺乏對學生綜合設計能力、溝通交流能力、團隊合作能力的培養(yǎng)，達不到國際標準要求，還沒有完全從“教學實驗”向“實驗教學”轉變。

(3) 注重實驗條件建設，教學方法的改革力度不大，實驗教學方法呆板。所謂的研究性實驗也無非是讓學生自己“查閱文獻—設計實驗方案—實驗操作”，缺乏行之有效的手段，難以啟發(fā)和引導學生的興趣。

鑒于上述問題，單靠一種教學方法的改革從根本上徹底解決問題是不太現(xiàn)實的。因此，結合教學內(nèi)容的更新，研究將 “專題式教學法”“翻轉課堂教學法”“參與式教學法”“基于網(wǎng)絡資源的PBL教學法”等綜合運用到有機化學實驗教學中，多種方法并存施教，因人而異，引導學生“做實驗、想問題、談收獲”。經(jīng)過實踐檢驗，取得了一定的教學效果，在人才培養(yǎng)中發(fā)揮的作用更加明顯。

2 多種教學方法的研究與實踐

研究教學過程，懂得怎樣去設計教學方法，在教學前如何設計好一個完善的具體的教學方案，是完成教學目標的首要條件。如何讓學生學會學習、學會反思、學會創(chuàng)造，能對自己的學習過程及其結果進行有效監(jiān)控，完成任何課程必須具備的“課前預習、課中學習、課后復習、課堂小結”等基本環(huán)節(jié)，必須設計有效的教學方法。

在研究解決有機化學實驗面臨的問題時，主要思路是讓學生從知道“怎么做”中逐漸知道“為什么這樣做”和“不這樣做行不行”的思維方式，促進理解、掌握已獲得的“知識與技能”，并使其能夠舉一反三，有利于學習新的“知識與技能”[4]。專題式教學、參與式教學、翻轉課堂教學等方法是對傳統(tǒng)教學方法的“破壞式創(chuàng)新”[5-6]，真正體現(xiàn)了“以學生為中心”的教學理念。實踐過程中，在保留這些方法的本質(zhì)特征基礎上，根據(jù)實驗課程特點加以改造和提高，綜合運用于教學過程。

2.1 有機化學實驗專題式教學法

專題式教學是按照有機化合物的類型，設計成“制備實驗—應用實驗—同類型拓展實驗”等，組成各個專題，用“組合式”實驗替代原有教學體系中分散化的實驗[7-8]。例如，在“芳香醛”專題實驗中，以苯甲醛為原料，通過Cannizzaro反應生成苯甲酸和苯甲醇兩種實驗產(chǎn)品，這是傳統(tǒng)的經(jīng)典實驗。在前期的改革中，已經(jīng)將產(chǎn)品苯甲醇通過氧化反應制備苯甲酸，再由苯甲酸通過酯化反應，生成了苯甲酸乙酯，它可用于配制香水香精和人造精油，也大量用于食品中。實驗中包含了“Cannizzaro反應、氧化反應、酯化反應”3種類型的有機化學經(jīng)典反應，并且將實驗室的廢棄物“苯甲醇、苯甲酸”充分利用起來了。接下來，將進一步探索苯甲醇的利用，擬通過“Tishchenko反應”制備苯甲酸芐酯(見圖1)。苯甲酸芐酯在香料方面被廣泛用于香精的定型劑和矯正劑，在涂料方面用作增塑劑，在醫(yī)藥方面有擴張血管及解除痙攣的作用，也可用于配制百日咳藥、氣喘藥等。

通過這樣的專題式教學，一方面新增了有機化學反應類型，另一方面進一步“變廢為寶”，增強學生實驗興趣。

圖1 芳香醛專題實驗教學示例圖

2.2 有機化學實驗翻轉課堂教學法

從現(xiàn)有的翻轉課堂教學流程來看，基本是“學生提前看材料—做練習—教師指導—總結提升”[9-12]。針對大學有機化學實驗教學的特殊要求，設計了翻轉課堂教學模式的具體流程(見圖2)，實現(xiàn)“課堂搬家”，師生協(xié)同提高，促使良性循環(huán)[13]。在課程資源建設方面，實驗教學內(nèi)容整體循序漸進，符合學習規(guī)律，覆蓋面很廣，囊括了幾乎所有重要操作，包括蒸餾(普通蒸餾、水蒸氣蒸餾、減壓蒸餾)、分餾、萃取、分液、洗滌、干燥、熔點測定、加熱回流、重結晶、薄層色譜、柱色譜、微波反應、分水回流、機械攪拌以及微型儀器操作等。從“課程講解”“作業(yè)習題”到“網(wǎng)上自測”，涵蓋“課前預習—課間練習—課后檢驗”各環(huán)節(jié)的教學過程，豐富多樣的資源為學生學習提供了良好的學習平臺，為教師教學提供參考和幫助，促進考評方式多樣化，合理化。

圖2 有機化學實驗翻轉課堂教學模式流程圖

2.3 有機化學實驗參與式教學法

有機化學實驗參與式教學圍繞某一實驗內(nèi)容，由教師或學生提出幾個問題，然后由學生經(jīng)過準備、思考來相互回答，學生回答不夠完善的，則由教師講解解答，努力營造民主、平等、和諧的實驗氛圍，使學生積極、主動、愉悅地參與實驗學習過程，并為不同層次的學生提供主動參與和主動發(fā)展的機會[14]，其特色是很明顯的。

(1) 主體參與性。為了讓學生積極參與到教學中，教師在實驗前設置了測評報告，布置相關的問題，學生主動查閱文獻、資料，了解反應機理，認真地完成測評報告，預測實驗現(xiàn)象和結果。實驗中，通過觀察和分析，進一步確定預期的實驗結果。實驗結束后，在個人總結的基礎上，開展團隊活動，展開分析、討論，并完成個人實驗報告和小組報告。這種形式為學生與學生、小組與小組之間提供了更多的研討機會，在合作中分享智慧、經(jīng)驗和成功。

(2) 民主開放性。將實驗課堂開放，教師由“教”轉向“導”，充分發(fā)揮學生的主體作用，參與到實驗的準備、講解、操作、撰寫報告、討論、教學評價的各個環(huán)節(jié)，為每一個學生提供了發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)造的機會。在各種交流活動中，師生、生生平等，學生得到多方面滿足，積極、主動地參與教學活動，教師的主導作用和學生的創(chuàng)造才能得到充分發(fā)揮。

(3) 激勵反思性。參與式學習的最高境界在于反思和頓悟，在于通過群體交流不斷發(fā)現(xiàn)自身之外的知識世界，構建新的知識體系，通過問題引領，拓展思維，實現(xiàn)創(chuàng)造性勞動。對實驗中疑難問題或異常現(xiàn)象，教師和學生都會深入探究，通過批判性反思，對實驗方法提出改進意見，從而將課內(nèi)活動延伸到課外。

2.4 基于網(wǎng)絡資源的PBL教學法

現(xiàn)代教育技術，特別是網(wǎng)絡與多媒體技術的引入，為師生提供了豐富的教學資源。在有機化學實驗教學中實施“基于網(wǎng)絡資源的PBL教學法”，保持了傳統(tǒng)的PBL教學法中以“問題為中心的”的本質(zhì)特點，既兼顧了有機化學實驗教學的特點，又充分利用了現(xiàn)代化的多媒體教學手段，使PBL教學內(nèi)容更形象，教學更具有針對性，學生的學習更為個性化，真正實現(xiàn)有效的教師與學生、學生與學生之間的學習交流，使PBL教學法的各個環(huán)節(jié)變得生動起來，營造出一個“針對性強的知識講解，形象生動的教學課件，互動良好，氣氛活躍”的理想的有機化學實驗課堂，在一定程度上激發(fā)了學生學習的興趣，培養(yǎng)了學生的動手能力和自主學習能力。其具體的教學模式如圖3所示。

圖3 基于網(wǎng)絡資源的PBL教學法模型圖

3 結 語

新形勢下人才培養(yǎng)的要求越來越高，有機化學學科的發(fā)展也是日新月異，任何教學方法都不可能一成不變，需要不斷的改進和提高[15]。隨著人才培養(yǎng)和教學需求的不斷提升，教學手段、教學方法不斷翻新，要跟上這個節(jié)奏，要橫下一條心，不斷地動腦筋、想辦法，期望能達到好的結果。

(1) 有機化學實驗“SPOC”課程建設。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的到來，“十三五”期間，信息技術和教育教學將進一步深度融合，國內(nèi)外在線開放課程的建設與應用將大量涌現(xiàn)，對課程體系、教學設計、教學資源建設和應用等提出了新的要求。因此，我們力爭將“有機化學實驗”課程在“十三五”期間打造成基于SPOC(Small Private Online Course)的“翻轉課堂”示范課程。為此，初步的建設想法是，將有機化學實驗教學中各類基本操作實驗以“SPOC”的形式進行教學，采用課堂教學與在線教學的混合學習模式，騰出更多的時間在課堂上進行綜合性、研究性學習，利用SPOC的講座視頻及在線評價等功能，加強翻轉課堂教學研究和改革。

(2) 有機化學實驗網(wǎng)絡教學資源建設。為更好地開展“翻轉課堂教學”“參與式教學”“基于網(wǎng)絡資源的PBL教學”等，必須加強網(wǎng)絡資源的建設，更新教學資源，及時引入新的技術手段和實驗方法，從多角度表現(xiàn)教學內(nèi)容，較徹底地分解知識信息的復雜度，豐富和增強教學的表現(xiàn)力和感染力，實現(xiàn)多途徑信息輸入，使學生有更多的機會自主學習。

[1] 成 穎，周四元，張邦樂. 基于MOOC的藥劑學課程教學改革構想[J]. 教育探索，2015(2)：149-153.

[2] 郭玉蓮. 課堂教學模式改革探論[J]. 教育理論與實踐，2012，32(10)：57-60.

[3] 王 鑒. 關于實踐教學論的幾個理論問題[J]. 教育理論與實踐，2005，25(11)：34-37.

[4] 汪 霞. 教學設計的基本過程和方法[J]. 教育評論，2003(2)：40-42.

[5] 郝中騏，劉 莉. 開放式專題教學法在高校理工教學中的應用[J]. 宜春學院學報，2009，31(6)：187-188.

[6] 張秋玲. 把語文教學引回自己的家園[J]. 人民教育，2010(22)：32-36.

[7] 劉秋平，強根榮，王海濱，等. 專題式教學方法在有機化學實驗教學中的應用探索[J]. 高等理科教育，2014(5)：98-102.

[8] 強根榮，孫 莉，王海濱，等. 理論與實踐貫通專題式有機化學實驗教學改革[J]. 實驗室研究與探索，2013，32(11)：180-182，192.

[9] 李 赟，林祝亮. 高等教育翻轉課堂教學效果分析與思考[J]. 電化教育研究，2016(2)：82-87.

[10] 呂曉娟. 基于學生學習力的翻轉課堂教學設計[J]. 電化教育研究，2015(12)：98-102.

[11] 張家軍，許 嬌. 翻轉課堂在我國基礎教育課堂教學中應用的適切性分析[J]. 教育理論與實踐，2015，35(32)：47-50.

[12] 何朝陽，歐玉芳，曹 祁. 美國大學翻轉課堂教學模式的啟示[J]. 高等工程教育研究，2014(2)：148-151，161.

[13] 王 紅，曾秀瓊，劉秋平，等. 基礎化學實驗翻轉課堂教學模式的研究與實踐[J]. 實驗技術與管理，2015，32(5)：196-199.

[14] 楊振平，王海濱，盛衛(wèi)堅，等. 大學有機化學實驗參與式教學方法[J]. 實驗室研究與探索，2015，34(10)：191-194.

[15] 劉永梅，張晉芬，戴維林，等. 新形勢下物理化學實驗內(nèi)容的設計與思考[J]，中國大學教學，2014(10)：88-91.

Research and Practice on Teaching Methods of College Organic Chemistry Experiment

QIANGGenrong1，WANGHong1，YANGZhenping1，WANGHaibin1，F(xiàn)ANGWenjun2

(1. Chemistry Experiment Teaching Center, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014, China; 2. Chemistry Experiment Teaching Center, Zhejiang University, Hangzhou 310058, China)

Organic chemistry experiment is an important basic course of chemistry and chemical engineering and other specialties. Traditional teaching methods generally use the combination of knowledge and skills to teach the students, that is, teachers explain the content before the experiment, then students independently do experiments, while teachers correct and standardize the experimental operation. With the development of the times, this teaching method is obviously outdated from the requirements of new talent cultivation. So we must strive to reform and innovate teaching methods. However, only using a single method of teaching to solve the problem radically is not realistic. For the problems faced by the organic chemistry experiment teaching, this research will integratedly use “special teaching method”, “flipped classroom teaching method”, “participatory approach”, “Web-based resource PBL teaching method” into the experimental teaching process. Meanwhile, based on the characteristics of curriculum, the research, which retains the essential characteristics of those methods, will be transformed and upgraded by integrating of a variety of teaching methods. As a result, it is obvious to see the practice teaching effect.

organic chemistry experiment; teaching method； teaching reform； personnel training

2016-09-05

浙江省2013、2015年度高等教育課堂教學改革項目(kg2013059、kg2015070)

強根榮(1963-)，男，浙江湖州人，副教授，浙江工業(yè)大學化學化工國家級實驗教學示范中心副主任，主要從事有機化學教學與研究。Tel.：13957190468；E-mail：qgr@zjut.edu.cn

方文軍(1966-)，男，浙江建德人，教授，浙江大學化學國家級實驗教學示范中心主任。E-mail：fwjun@zju.edu.cn

G 642.0

A

1006-7167(2017)03-0200-03