促進科學素養提高的有機化學實驗教學研究
——以阿司匹林的合成實驗為例

司靖宇，楊冰玉，陳 紅，孫 虹

（合肥學院 化學與材料工程系，安徽 合肥 230601）

1952年柯南特（J.B.Conant）在《科學中的普通教育》中第一次提出“科學素養”[1].美國科學家海菲利（Hively）曾指出一個人的科學素養決定其生存競爭能力.我國把科學素質即科學素養定義為“了解必要的科學知識、擁有基本的科學精神、科學態度以及科學世界觀、具備以科學方法判斷和處理事物的能力”[2].科學素養理念的提出把以往在教學過程中注重對科學知識的傳授轉向全面的提高學生科學素養的教育[3]，可見科學素養對一個人的重要性.但據調查，我國公民的科學素質與發達國家相比相差甚遠，由于長期受應試教育的影響，學生的科學素質也存在明顯的缺陷.化學作為一門實驗性和操作性極強的科學，可以很好地將學生科學素養的培養有效的融入教學中，本文就以高校化學實驗教學的改革為例談談在化學實驗教學中對學生科學素養的培養.

1 化學實驗教學現狀

化學是一門以實驗為基礎的科學，實驗在化學教學中占有較大的比重，化學實驗能激發學生學習化學的興趣，掌握化學實驗知識及基本實驗技能，為學生學習研究化學提供一定的方法和手段.然而目前化學實驗教學存在一定的弊端，課前，教師布置實驗，學生依葫蘆畫瓢，抄預實驗報告，實驗前教師唯恐學生不懂，將知識完整講給學生，學生生搬硬套，實驗過后，學生實驗報告敷衍了事.這種過于重視科學知識的傳授，而忽略科學方法、科學精神以及科學態度的教學方法已不能滿足飛速發展的現代社會的要求，因此提出以提高學生科學素養為目的，進行化學實驗教學改革.

2 促進科學素養培養的化學實驗教學

以培養科學素養為目的的化學實驗教學改革模式，是通過設置情境，提出問題，學生自主查閱文獻，獲取資料，交流討論，確定實驗方案，小組合作進行實驗等方法解決問題.在問題解決的過程中，獲取一定的化學專業基本科學知識與基本技能，形成科學方法，擁有科學精神，體會科學的世界觀與科學態度，從而達到綜合培養學生科學素養的目的.

3 以阿司匹林的合成為例的有機化學實驗教學設計

基于以上對化學實驗教學模式的分析，現以李霽良主編的高等教育出版社出版的《微型半微型有機化學實驗》（第二版）中乙酰水楊酸的合成為例，來闡述在化學實驗教學中如何對學生進行科學素養的培養.

3.1 阿司匹林的簡介

阿司匹林（Aspirin）又稱乙酰水楊酸，化學名稱2-乙酰氧基苯甲酸，是臨床常用的解熱、鎮痛、抗炎、抗風濕、抗血栓形成的藥物[4].1899年，德國化學家菲利克斯·霍夫曼發明，并為他的父親治療風濕類關節炎，療效極好.1899年由德萊塞介紹到臨床，取名為阿司匹林.到目前為止，阿司匹林已應用百年，為醫學史上三大經典藥物之一.近年來研究表明，阿司匹林還是一種植物生長激素和病毒的天然防御劑，在保護作物、促進植物生長方面有驚人效果.近年來的醫學研究還發現阿司匹林具有抗血栓，預防結腸癌，抑制白血病細胞增殖等作用，對防治乳腺癌，肺癌，皮膚癌等也具有較好的功效.于是重新引起了人們對阿司匹林的極大興趣.

3.2 實驗教學過程

3.2.1 提出問題

阿司匹林是一種療效可靠、家喻戶曉的解熱止痛，治療感冒的藥物.由此創設問題情境，由解熱鎮痛消炎藥引出合成阿司匹林實驗，要求同學們查找所有有關資料，包括阿司匹林的化學史、結構、性質（物理性質、化學性質）、制備方法（包括原理、儀器、具體操作步驟、注意事項等）、應用領域及前景.

通過創設問題情境，從學生已有的生活經驗出發，可以巧妙地把實驗主體阿司匹林推出，引出學習內容，從而激發學生學習化學，做化學實驗的興趣；實驗前，要求學生預習，通過期刊網絡等各種方式查閱相關文獻資料，既鍛煉了學生收集信息，整理信息，從信息中判斷真假，整合信息的能力，又有效地避免了學生照抄預實驗報告的現象；還可以使學生學會學習，自主獲得科學知識，學習科學方法，形成知識技能觀念，養成良好的學習習慣，達到提高學生的科學素養的目的.

3.2.2 整合信息

實驗前，學生分組，進行組內交流討論、整合搜集的信息，然后以組為單位展示，對于阿司匹林化學史，應用領域前景等這些大致相同的資料，由一組主講，其他同學補充，而學習的重點，請兩到三個小組同學來講，然后組與組之間互相評價，結合學生的講解、問題，教師再適當給予補充和總結.例如，像制備方法，按所用催化劑可分為: 酸性催化劑、堿性催化劑和其他催化劑[5]，其中酸性催化劑包括濃硫酸、草酸、檸檬酸、磷酸鹽、氨基磺酸、三氯稀土等[6-8]，堿性催化劑包括碳酸鹽[9]、乙酸鈉[10]等,其他催化劑包括維生素C[11]等有多種.有些知識由于學生能力有限，部分搜集不到，要及時給予補充.然后從綠色環保，操作簡單，產率高及可行性等方面引導學生確定最終合成阿司匹林的方法，確定了實驗方案后，然后可以請設計實驗方案相同的同學（基本都為這種方法）分享他們所設計的實驗流程，實驗原理，實驗步驟，注意事項以及實驗中可能遇到的問題及解決方法.通過學生對相應知識點的講解，可以檢查學生課前的準備情況，教師根據學生講解情況及時補充，肯定正確的說法，糾正偏差的說法，再次強調重點和難點，形成清晰的知識脈絡，便與學習和記憶.另外還可以請一到兩人記錄、整理這一過程.

將學生分成小組進行合作學習，與古語《周易·兌卦》中“君子以朋友講習”，《禮記·學記》中“獨學而無友，則孤陋而寡聞”的觀點具有一致性，學生之間在學習中互相合作，互相幫助和互相促進可以增進友誼、相互勸勉、共同奮進、共同提高學習的質量，獲得更加完善的知識體系，開闊視野.同時，同學們在展示時可以提升自己表達溝通的能力，通過自評，互評和他評，進行自我反思，認識不足，彌補不足，提升自己.改變了傳統的以講授為主的教學模式，而是以自主學習合作學習的方式，學生自由交流討論，提高了學生的學習積極性，加深了對科學知識的掌握程度，在小組內進行資料篩選整合的過程中，提升了用科學方法判斷和處理事物的能力，學生的科學素養也得到了進一步提升.

3.2.3 實驗方案

通過以上的交流與討論確定合成乙酰水楊酸的實驗方案為：水楊酸（鄰羥基苯甲酸）和乙酸酐在濃硫酸的催化作用下進行酯化反應得到.

同學們獲得的資料、文獻渠道與方法不同，所以每位同學對試劑的濃度、用量、反應溫度、反應時間可能會有所不同，由此可以向同學們提出問題，“不同的反應條件對反應過程及結果會有什么影響”，引導有能力的學生在組間作對比試驗，探究反應條件對實驗結果的影響；由于反應物水楊酸和反應產物乙酰水楊酸具有特征官能團，且有機化學反應中常常伴隨著副反應，由此引導學生思考可能發生的副反應，如何控制條件減少副反應的發生提高乙酰水楊酸的產率；通過交流討論確定實驗流程和實驗步驟，討論實驗步驟細節，預測實驗現象，分析易發生錯誤的操作步驟及其造成的后果和彌補方案，使學生認識到實驗操作程序的重要性；根據實驗步驟確定所需要的試劑和儀器.打破以往的實驗教學中直接給出實驗試劑和儀器，而是由實驗步驟確定實驗試劑和儀器，逆向思維，打破常規，有利于學生回憶一些基本實驗技能的操作過程，及時查漏補缺，避免在實驗過程中出現不知如何操作的情況，進一步掌握基本實驗技能，提高科學技能.通過問題的提出，引導學生，改變學生的思維方式，處理問題的方式，培養學生的創新能力與發散思維，提高學生科學素養.

3.2.4 實驗原理

乙酰水楊酸即阿司匹林（aspirin）它是一種具有雙官能團的化合物，一個酚羥基，一是羧基，羧基和羥基都可以發生酯化，而且還可以形成分子內氫鍵，阻礙?；王セ从车陌l生.

反應式為：

副反應：

3.2.5 實驗流程

3.2.6 實驗過程

開始實驗，按照實驗方案，步驟分小組進行實驗，教師在一旁起指導作用，把學生作為學習活動的主體，教師起主導作用.學生在過程中要記錄實驗中遇到的問題，實驗結束后，請各組同學來分享實驗中遇到的問題，先讓同學們自行討論解決的辦法，教師適時做適當的引導，當場解決問題，探究解決方法的可行性.例如，同學們可能會發現抽濾比較困難（因為反應環境是酸性的，反應液是酸性成分，黏度很大，和濾紙有作用，所以抽濾比較困難），我們可以從學生已有的知識經驗，加水可以稀釋，降低黏性出發，引導學生，學生可以比較容易地想到多次用水洗滌，或者使用洗滌劑.

實驗過程中，組織學生認真觀察，如實記錄，對出現的意外現象查找并分析原因，尋求解決方案.這樣既培養學生嚴謹的科學態度，又開闊思路，培養其分析問題、解決問題的能力，學會解決問題的一般方法.在完成實驗之后，組織學生討論實驗中儀器的裝置特點，提出疑問，這樣的裝置還可以用于哪些實驗，發散學生思維，培養學生由特殊到一般的歸納推理的科學方法，可以達到舉一反三，觸類旁通的效果；實驗操作過程的激起學生求真，循理的興趣，同學們在實驗時相互配合，互相合作，學會合作學習；鍛煉了動手能力，掌握了有關阿司匹林的知識，提升了實驗技能，如蒸餾，抽濾，除雜，干燥，重結晶.

在整個實驗過程中，教師只教給學生關于實驗的方法，思想，而具體的操作、分工、細節等都要自己動手動腦，這樣在學生的頭腦中已經形成了一定的基礎，雖然整個過程需要花費大量的時間和精力，但學生的思維邏輯，考慮問題的全面性都得到了很大的提升.學生具有了這些基本實驗技能之后，還可以對一些學有余力或者感興趣的同學進行一定的指導，使其可以進行一定的綜合性實驗、設計性實驗，促進學生獨立思考、解決問題的能力的進一步提升.藥學實驗與化學實驗的有機結合還可以極大地拓展了學生的知識視野，對事物認識的深度和廣度有較大的提升.

3.2.7 交流展示

實驗階段完全結束后，進入交流討論互評階段，這一階段同學們可以在教師的指導下或通過與他人討論，自由交流討論此次實驗的全部過程，從問題導入，收集信息，實驗過程，以及收獲.對探究結果的可靠性進行評價，對探究學習活動進行反思、在這個過程中，學生可以，發現自己的長處以及存在的不足，并提出改進的具體建議.再次復習鞏固獲得知識，提升能力，以及獲得知識與能力的策略的提升同時體驗到探究活動的樂趣和學習成功的喜悅.

最后請同學們將以上所學（知識、方法、技能、情感等）做總結，可以以各種形式體現出來，使同學們在做總結的過程中形成自己的知識體系，內化知識.鍛煉了學生用口頭、書面等比較明確地方式表述自己的探究過程和結果，與他人進行交流和討論的能力；培養了同學們既敢于發表自己的觀點，又善于傾聽別人的意見的能力.

3.3 反思與評價

為了防止有些同學課前不預習，不做充分的準備，我們并不提前安排好具體任務將任務落實到個人，這樣可以促進全體學生參與的積極性，保證每個學生都能達到有效學習的目的；這種實驗模式耗時較多，需要同學們投入大量的時間和精力，所以應選取典型的實驗采用這種教學模式；對教師要求較高，教師準備要充分，現在的同學們都是思維活躍，好奇心強，問題五花八門，為此教師應該做好充分準備，及時做出令學生滿意的解答.另外，阿司匹林的多種合成方法，實驗條件對實驗結果影響，影響其反應速率的因素等，由于課上時間有限，并沒有展開探究，對這些感興趣的同學可以深入查找資料，進行研究，提供必要的技術支持，培養學生未來發展興趣，挖掘潛能.

針對耗時較多問題，我認為可以調整實驗過程，提出問題環節，可以在上一個實驗結束時創設問題情境，引出阿司匹林制備實驗.給學生留有一定時間，自行整合資料，然后對于耗時較多的小組討論，確定實驗方案、原理、流程、步驟都可以利用現代發達的科技如可移動化信息設備，這樣即可以節約大量時間，還可以將整個實驗從準備階段到反思與評價都可以完整的保存下來，方便以后查閱、學習.

4 結束語

以阿司匹林的合成為例，介紹了有機化學實驗從以教師為中心講解實驗的模式，轉變為以學生為中心的自主學習模式，加強教師與學生、學生與學生之間的溝通與交流，學生成為積極主動的參與者，在學習過程中學生學會自主學習、合作學習，獲得科學知識；學生的學習主體性得到充分發揮，培養了學生用科學方法思考問題、解決問題；教師啟發引導學生質疑和探究，營造學生與教師間的平等、和諧、創新的課堂學習氛圍，培養學生的動手能力、創新思維、創造能力，提高學生的科學素養.

〔1〕魏冰.“科學素養”探析[J].比較教育研究,2000(S1)：105-108.

〔2〕郭元婕.“科學素養”之概念辨析[J].比較教育研究,2004(11)：12-15.

〔3〕訾學紅,陳永寶,劉淑珍.生活化學實驗課程中對學生科學素養的調查研究[J].中國校外教育,2016(10)：68-69.

〔4〕張寶華,史蘭香,牟微，等.阿司匹林制備研究進展[J].河北工業科技,2008,25(2)：119-121.

〔5〕周衛國,戎姍姍,莫清.阿司匹林合成催化劑研究進展[J].化工生產與技術,2009,16(6)：40-43.

〔6〕耿濤,蔡紅,蔡艷飛.乙酰水楊酸的制備[J].光譜實驗室，2012,29(2)：1103-1105.

〔7〕孔祥平.磷酸二氫鉀催化合成阿司匹林的研究[J].應用化工,2009,38(8)：1187-1190.

〔8〕李繼忠,王俊梅,田曼.氨基磺酸催化合成乙酰水楊酸的研究[J].工業催化,2008,16(11)：61-63.

〔9〕唐寶華,肖鳳娟.碳酸鈉催化微波合成阿司匹林的方法探究[J].河北化工,2006,29(6)：24-25.

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〔11〕聶鑫,翁銘圖,崔健清.維生素C催化合成阿司匹林的條件研究[J].制劑與技術,2009,21(6)：58,83.