基于金課的有機化學實驗教學改革探索與實踐

蔡 敏，吳春燕

(廣西民族師范學院 化學與生物工程學院，廣西 崇左 532200)

金課概念是在2018年8月教育部印發的《關于狠抓新時代全國高等學校本科教育工作會議精神落實的通知》中首次出現[1]，核心內容是淘汰低階性、陳舊性和不用心的水課，打造具有一定高階性、創新新和挑戰度(即“兩性一度”)的金課(一流課程)。“高階性”即以培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維為目標，將知識、能力和素質三者進行有機融合[2-3]；“創新性”，是賦予課程前沿性和時代性的內容，通過先進和互動教學形式，獲得具有一定探究性和個性化的學習結果；“挑戰度”，即課程目標的達成過程具有一定的難度，難度的設置必須與學生的基礎及教師的教學技能相適應，即常說的“需要跳一跳”或“墊墊腳尖”才能“夠得著”[4-5]。

有機化學實驗屬化學及相關課程的專業基礎必修課程，是學生入學后的第二門專業實踐課程，學生對該課程知識和實踐操作的掌握程度，會對其后續的專業必修課產生較大的影響，因此，將有機化學實驗建設成為金課勢在必行。

1 現階段有機化學實驗存在的問題

1.1 課程內容陳舊

目前有機化學實驗課程內容的安排，多是以課程教學大綱為依據，按照總課時數的分配，由任課教師從訂購的現成出版社教材選取一定數量的實驗進行教學，由于金課概念的提出時間不長，出版社教材的實驗內容不具備明顯的“兩性一度”特征，而是多為諸如“乙醇的分餾”、“茶葉中咖啡因的提取”等驗證性實驗，缺乏設計性和創新性實驗，甚至有些實驗教材使用多年未更新，不具有時代的前沿性，缺乏“創新性”。

1.2 教學模式效率低

傳統的教學模式基本過程是學生預習、教師講解、學生操作、教師巡回指導、學生提交實驗報告、教師批改等環節依次進行。學生預習任務一般局限于讓學生按照格式書寫預習報告，易流于形式，難以跟蹤監督每個學生是否真正按要求完成；實驗開始前由教師先講解實驗步驟，學生聽完后按照課本實驗步驟和教師強調的注意事項進行實驗操作，缺乏“挑戰度”。由于學生人數較多(通常每個大組達20人左右)且每個學生操作進度不一，老師巡回指導過程中難以注意到每個學生的操作(如儀器裝配的順序等)是否規范，不清楚有些錯誤是哪些學生造成的(例如天平附近撒落不少粉末試劑)，部分學生因不熟悉操作而在實驗課程考試時仍出現如溫度計水銀球的安裝位置不正確等不應該出現的錯誤，甚至出現因監管不到位出現個別學生取用硫酸時錯誤操作導致皮膚燒傷的嚴重后果。因儀器設備數量限制等原因，常出現2人一組進行實驗，學生的動手操作機會少，增加了操作失誤的機率。

1.3 教學過程缺乏跟蹤反饋

學生提交的實驗報告，主要是以實驗數據記錄和計算處理為主，很少對實驗現象或實驗結果偏差的分析過程，缺乏“培養學生解決復雜問題的綜合能力和高級思維為目標，將知識、能力和素質三者之間的有機融合”的“高階性”。教師批改完實驗報告以后，在新課時不注意對上次實驗進行總結歸納和指出主要問題所在，或者指出問題時沒有針對出現錯誤的學生(即學生雖然知道教師指出了錯誤，但不清楚自己是否錯了)，導致同樣的錯誤又出現在新的實驗課上，學生能力提高緩慢，教學效果不佳。

1.4 課程考核方式單一、不科學

現階段的有機化學實驗課程考核主要由平時成績和課程考查(考試)成績組成，分別占課程總成績的30%和70%。平時成績由考勤、課堂表現以及實驗報告成績組成，從實際效果來看，平時成績對學生操作習慣的養成占有重要地位，也是課程成績是否優秀的決定因素，但是其所占的比例低且考核方式不規范、不科學，一般主要依靠實驗報告進行評定，難以全方面體現學生的平時表現；課程考查是學生獨立完成一項實驗操作，教師根據評分標準進行打分，但實際上在考查的過程中，教師不可能同時注意到每個學生操作的各個關鍵點，得到的成績也難以全面真實反映學生的操作水平。

2 基于金課的有機化學實驗教學改革

2.1 科研與實驗課程銜接融合

將課程教學大綱要求的有機實驗基礎教學項目內容與部分有機化學科研任務相結合，或者將原有的內容設計成為具有科研任務屬性的實驗項目，增加具有一定高階性、創新性、挑戰度的設計性、綜合性實驗內容比例，減少重復的驗證性實驗操作，以培養學生獨立思考、實事求是、團結協作的科學素養以及專業實驗操作的創新思想和邏輯思維，同時可以解決部分基礎實驗設備不足的問題。例如“茶葉中咖啡因的提取”和“黃連中黃連素的提取”均為驗證性實驗，操作內容大部分是相同的，可以將前者設置為基礎驗證性實驗，將后者改為綜合性實驗，讓學生按2人/組按照查閱黃連素資料、設計提取實驗方法、小組間方案論證、教師審閱、學生操作等環節進行實驗。大部分教師承擔有校級、區級等不同級別的科研任務，可以將部分目標要求不高、技術不復雜但需要量化統計數據(例如正交實驗數據)的內容分出來作為創新設計類實驗項目，學生有機會提前學習后期畢業設計所需的實驗技術和數據處理方法，例如可以初步識別一些簡單有機物結構官能團在紅外光譜圖中的波數特征，也提前接觸網絡期刊數據庫中文獻查閱的方法，同時也增強有機化學實驗的前沿性、實用性，逐步培養學生的創新意識和思維。

2.2 創新模塊化混合式教學模式

目前學校已基本都建設了諸如超星等的教學平臺，可以通過推動建設和完善線上線下教學、創新模塊化設計的模式解決傳統灌輸式教學存在弊端。教師通過超星平臺客戶端傳操作視頻、課件等，并制作少量、重點的預習任務并限定完成時間，讓學生在預習時有主動性和針對性，教師監控預習效果也有參考依據，充分了解學生對知識點的掌握情況和存在的問題，在線下教學時有的放矢，例如在“乙醇的分餾”實驗之前，教師發布實驗預習任務(內容包括采用的實驗裝置等)，上傳分餾裝置的安裝操作視頻，布置習題(如溫度計的水銀球位置？)，經教師批改合格后才被允許進入實驗室。在進行具體的實驗項目之前，將有機化學常用的試劑取用(如硫酸的取用)、蒸餾、分餾、萃取等重要基本操作獨立出來成為不同的模塊進行訓練，通過模塊化訓練且通過教師考核后才能操作具體的實驗，避免因不熟悉搭建裝置而手忙腳亂出錯。例如在“乙酸正丁酯的蒸餾”實驗前，先對學生進行蒸餾裝置的搭建操作進行訓練，考核合格后才允許進行乙酸正丁酯的蒸餾，這樣就可以大幅提高實驗的正確率。

2.3 科學化的評價結構和多元化的考核方式

有機化學實驗課程目標的達成，需要及時、全面、科學和多元化的課程考核反饋。考核的結構由平時成績和操作考試組成，分別占期末總評成績50%，其中平時成績包括預習報告(10分)、課堂表現(40分)、實驗報告(20分)、設計實驗(30分)。

預習報告形式由過去抄寫實驗內容的方式，改為通過完成教師布置的線上作業(如填空題、選擇題、完成反應式等)的方式進行，一方面讓學生能夠用相對較短的時間更加深刻、精準的掌握實驗過程中需要掌握的要點(例如線上作業回答“蒸餾時溫度計水銀球的位置應該位于何處？”等)；另一方面，預習報告的成績可由線上平臺根據教師的設定的答案自動評定成績，預習報告的成績評定量化和科學化，而不顯著額外增加教師批改預習報告的工作量。

課堂表現應在平時成績的評定中占主要地位，充分利用線上平臺的作業模塊記錄課堂表現，讓學生把實驗操作過車中的各個關鍵操作步驟拍照或錄制視頻上傳，一是方便教師查看和評定課堂表現，避免教師因難以同時檢查所有學生操作而無法當場給出課堂表現成績，二是可以讓學生在教師總結實驗操作錯誤的地方時，能夠自行對照之前拍照或視頻記錄，找出錯誤點，避免同樣的錯誤在下次新課實驗中再現。在線上平臺的活動、討論、作業、考試、PBL等功能模塊設置一定的平時成績占比，例如設置評分標準讓經常參加討論的學生課堂表現成績要更高一些，實現考核的多元化，也更全面。

實驗報告不應僅照實記錄數據、現象和結果，否則學生對實驗過程中出現的問題不知其所以然，報告易流于形式，教學質量得不到有效的提高。實驗報告的考核更應側重結果與討論，因其是學生解決實驗中出現問題的重要的重要體現，也是實驗課程高階性的重要體現，可安排學生將實驗中出現的問題放在線上平臺的討論功能區，學生充分討論和教師講解后，實驗中出現的共性問題得到統一的解答、個性問題也得到有效及時的“一對一”回復，達到通過實驗將學生知識、能力和素質的培養有機融合的高階性，提升實驗課挑戰度。

設計實驗是有機化學實驗金課的重要體現，教師根據教學大綱的要求擬定實驗題目，實驗題目應該以安全、綠色為基本原則，即如果學生實驗失敗也不會出現安全問題。學生在線上平臺對題目進行實驗設計。以“辣椒中紅色素的提取”設計實驗為例，學生通過查閱紅色素的性質和提取方法，結合已學的天然有機物提取方法設計實驗方案，擬定出方案提交教師審核后即可開始實驗。學生在設計的過程中學會思考、在操作而過程中鞏固操作技能、在總結的過程中培養邏輯思維能力，逐步掌握科學實驗設計的基本步驟和方法。設計實驗的考核側重學生的邏輯思維能力的掌握程度，也提升了實驗課程的挑戰度。

3 結語

有機化學實驗是提高學生專業實踐操作能力的一門專業基礎必修課，將其建設成為一門金課對提高教學質量具有重要意義。教師為主導、學生為主體，按金課標準，通過科研與課程的銜接、混合式教學模式建設、評價考核方式改革等措施提高課程的高階性、創新性和挑戰度。在后續的教學過程中，不斷的總結經驗、探索新的實踐教學方法，將有機化學實驗打造成為名副其實的“金課”。