應用型地方本科院校工科類專業有機化學教學改革的探索與實踐

洪碧瓊 周岑 林棋

[摘 要] 在國家大力推進新工科建設的背景下，工科類專業有機化學的教學缺乏應用型特色，出現人才培養與社會需求相脫節，甚至面臨供不應求的尷尬局面，有機化學教學十分有必要推陳出新，探索適應新時代發展理念的教學方式。通過從有機化學教材的選擇，教學內容的規劃，有機化學實驗綠色化改革以及考核方式的調整與優化等方面進行了詳細的探討與分析。

[關鍵詞] 新工科;應用型人才;有機化學;教學改革

[基金項目] 2019年度閩江學院校級教改項目“新時代發展理念下的有機化學實驗綠色化教學改革探索與實踐”（MJU2019B013）

[作者簡介] 洪碧瓊（1984—），女，福建莆田人，理學博士，閩江學院海洋學院副教授，主要從事有機功能材料研究。

[中圖分類號] G64? ? [文獻標識碼] A? ? [文章編號] 1674-9324（2020）40-0236-03? ? [收稿日期] 2020-03-19

地方本科院校是我國高等教育體系一個重要的依托載體，堅持特色辦學，培養應用型人才是地方本科院校的必然選擇[1]。近幾年，在應用型人才培養過程中，很多地方高校不同程度地存在培養目標不明確、課程體系設置不符合應用型人才培養的目標、實驗課程等實踐環節相對弱化、人才培養模式缺乏應用型特色等一系列問題[2]。如此沒有針對性和特色的培養模式在一定程度上導致了應用型人才的培養與社會的需求相脫節，甚至出現了供不對求局面，也導致了畢業生低就業率但是用人單位卻缺人的矛盾現象。如何進行應用型人才培養的供給側改革，提高應用型人才培養的社會適應性，為社會輸送“高素質、強能力、應用型”人才，是當前地方本科院校應用型人才培養所面臨的挑戰之一。

近幾年，教育部門大力推行新工科建設。在新工科視域下，教育要求以立德樹人為引領，以應對變化、塑造未來為建設理念，以繼承與創新、交叉與融合、協調與共享為主要途徑，培養適應未來發展的多元化、創新型卓越工程人才[3]。有機化學是很多工科專業的學科基礎課，為后續的其他課程的學習奠定基礎，尤其是應用化學、高分子材料與工程、制藥工程、輕化工程等工科化學類專業的專業必修課。然而，從目前有機化學課程教學上看，目前面臨一些亟待解決的矛盾。一方面，有機化學課程內容豐富、有機化合物數量多且結構復雜、反應類型繁雜且機理抽象，這使得地方本科院校的學生普遍認為有機化學的知識點難以理解和掌握，因而學習積極性差;另一方面，工科類專業的有機化學教學還要克服學時數較少（理論課64課時，實驗課36課時）、大類招生條件下學生的化學基礎知識也相對薄弱、地方院校學生基礎不好學習積極性也不高等不利因素。因此，在國家大力推進新工科建設的背景下，針對應用型地方本科院校工科類專業的有機化學教學進行改革就顯得尤為重要。近幾年，不少地方本科院校都在積極探尋符合本校辦校特色并且能滿足社會需求的教學方式。本文總結閩江學院近三年教學改革的實踐和經驗，根據應用型地方本科院校工科類專業的培養目標和培養要求，我們對有機化學教學改革進行了以下三個方面的探索。

一、有機化學理論課教材選擇和教學內容的規劃

目前有機化學教材多數以官能團為主線，同時將雜化軌道理論、波譜分析、立體化學等穿插在教學內容當中，教學內容豐富且龐雜。想要在有限的64課時內系統講授，幫助學生掌握適應社會需求的知識儲備，就十分有必要精選理論課教材，并且對教學內容根據專業培養目標和特色進行一定的刪除和增補。教材是教學內容的載體，是學生學習的重要參照，適用性強的教材能夠幫助學生更好地領會教學內容，掌握知識框架，也是提高教學質量的一個重要手段。根據培養目標和課程設置，選擇了比較貼近專業特色的高等教育出版社徐壽昌主編的《有機化學》（第二版）作為教材。以工科學生應該掌握的基本理論和概念為基本框架，采用“少而精”的理念，授課過程揚長避短，結合專業特點，不拘泥于現有教材的體系，增加具有關聯性、啟迪性、教學實用性和學科前沿性的內容，從而提高學生的綜合能力和專業技能。

有機化學理論課程應用型教學內容分為基礎理論模塊和理論應用模塊，我們精心設計由結構與命名、反應類型與機理、有機合成這三大體系組成的基礎理論模塊，理論應用模塊主要是結合高分子材料、染料中間體、藥物合成等方面。在教學過程中處理好教學內容的基礎性、先進性和應用性三者之間的關系，重點講解有機化學反應類型與反應機理及其合成方法，同時需要把有機化學發展的前沿、生產中的最新應用以及相關學科的交叉知識等引入課堂教學中。比如在立體異構這一章節中，谷氨酸右旋體具有調味作用，維生素C右旋體可以用來治療壞血病，麻黃堿右旋體才具有舒張血管治療高血壓的作用。香芹酮和薄荷油是旋光異構體，但是味道卻相差甚大，為什么？引起學生對藥物左旋體和右旋體功能差異大的重視，同時也激發他們對藥物性質的學習興趣。再如，講到醇酚醚那一章，給學生講解生活中酒的度數，介紹發酵法釀酒的過程，酒后駕車的檢測方法等，讓學生也意識到酒駕的危害性并感知到知識就是生命，讓應用化學專業的學生感受到有機化學“無處不在、無處不用”。再比如，講到偶氮化合物章節介紹酸性、媒染、分散、中性、陽離子等偶氮染料，顏料色彩豐富多彩，如何廣泛應用在紡織品服裝的印染工藝中，讓輕化工程專業的學生體會到有機化合物與專業課之間的關聯，激起他們學習有機化學的興趣。

二、有機化學實驗綠色化改革

有機化學實驗是有機化學教學最重要的實踐環節。目前，在大部分地方本科院校中有機化學的教學普遍存在一些有待改進的問題，比如缺少先進的實驗教學設備、學生主動參與度不高、實驗安全意識比較薄弱、理論用以解決實際問題的能力比較差等[4]，這些問題很不利于應用型人才的快速成才。實驗教學過程中，熔沸點和折光率的測定、蒸餾與分餾、萃取和重結晶、薄層色譜和柱層析等有機化學實驗的基本技能要夯實，正溴丁烷、雙酚A、乙酰苯胺、二苯甲醇、乙酸乙酯等需要掌握幾種經典的合成方法，通過從茶葉中提取咖啡因等實驗掌握有機化合物的分離與提取方法。教學過程中還需要合理設計實驗教學活動，將學生合理分為各個學習小組，讓不同學習小組圍繞實驗題目內容展開驗證或設計實驗，引導學生將課堂所學理論知識和實驗操作技能通過實踐很好地應用在實驗過程中。并且，有機化學實驗的改革應結合工科專業特色來開展，注重專業業務能力的提高，同時需要強化環境保護意識，灌輸“綠色化學”的理念，從實驗原理、實驗原料、實驗源頭、實驗過程等方面實現綠色化。

（一）精選和合理優化實驗內容，從實驗原理上實現綠色化

在現有有機化學實驗教材的基礎上，對教材內容進行精選，并根據專業特色優化實驗內容，形成專業特色鮮明的有機化學實驗內容編排。通過引入新實驗技術和方法，設計循環或回收實驗，采用微量或者半微量法進行實驗，借助計算機輔助、虛擬仿真實驗等手段實現有機化學實驗教學的綠色化。盡量設計一些串聯實驗，使回收的產物可以重新利用。如“乙酸乙酯的制備”產品，經過除水后，可用作“乙酰乙酸酯的制備”實驗的原料;1-溴丁烷的制備產物可作為“2-甲基-2-乙醇的制備”的原料;“甲基橙的制備”的產物可進行重結晶基本操作，純品可供給分析化學實驗用。

（二）實驗試劑的低碳優化，從實驗原料上實現綠色化

有機化學實驗的試劑使用量大，選擇不當易造成浪費和環境污染，在實驗過程中，盡量用無毒試劑代替有毒試劑，用高效，無毒，無害的催化劑代替腐蝕性嚴重的催化劑。如：常壓蒸餾95%的工業酒精所得的乙醇可以用于乙酸乙酯的制備;萃取洗滌得到的苯甲酸用于熔點的測定等;苯甲醇的制備可以用正丁醇、乙酸乙酯、二氯甲烷等替代乙醚作萃取劑;水蒸氣蒸餾采用橘皮或橙皮來代替過去常用的苯甲醛，蒸餾得到具有光學活性的檸檬烯，又可以將其作為旋光度測定的原料。整個實驗操作簡單、安全可靠，對周圍環境及人體沒有危害，實驗所用的純天然材料成本低廉[5]。

（三）推行半微量或微量化學實驗，從實驗源頭上實現綠色化

微型化學一直是化學實驗低碳綠色化的重要手段之一，在不影響實驗目的前提下，將實驗藥品半微量或微量化以及實驗儀器微型化，從而縮短了實驗時間、減少了實驗耗材、大大降低污染等。比如實現“乙酰水楊酸的制備”實驗的微量化既能減少試劑用量和環境污染，還能達到原定的教學目標。再如在正溴丁烷的制備實驗中，由于濃硫酸氧化溴化鈉，結果逸出很多游離的溴，造成環境污染。如果我們在較小的儀器中，采用盡可能少的試劑進行實驗，則觀察到的實驗現象有很大差異，半微量法反應瓶中的顏色較淺，沒有溴逸出，實驗時間也較短。

（四）引入新技術新方法改進實驗，在實驗過程中實現綠色化

微波、超聲波促進有機反應或提取，超臨界流體、離子液體等用于有機合成，生物轉化等融入有機化學中，這些技術往往會大大縮短反應時間，使得有機實驗在溫和條件下進行，同時實現提高產率和減少甚至無有害物質排放等。如Na2CO3催化微波合成阿司匹林相對于濃硫酸催化加熱合成法，反應速度提高了10倍，產品純度高，而且還不污染環境和腐蝕設備。還可以利用Lozano等[6]報道的文獻方法來改進實驗，即在超臨界CO2中進行酯化反應，在超臨界CO2中丁基乙烯酯與1-丁醇反應生成丁基丁酸酯的選擇性大于99%。此外，可以運用虛擬仿真實驗技術，探索綠色化實驗的全新實驗方式。

三、考核方式的調整與優化

考核評價是教學全過程的一個重要環節，科學合理的考核評價模式，可以幫助任課教師對教學效果和學習情況進行評估，以便在后續的教學過程中有針對性地進行調整和改進，提升教學質量[3]。目前，有機化學的考核方式多采用期中考試成績（30%）與期末考試成績（70%）相結合的形式。教學實踐發現這樣的考核方式存在一定的弊端：首先，考核成績以期末成績為主，缺乏對學生平時學習態度、學習能動性、分析解決問題的能力等多方面的綜合評定，不利于培養學生的創造性思維;其次，以閉卷成績為主的考核方式會加大學生的記憶負擔，帶來重理論、輕能力的負面效應;最后，考試次數偏少，僅憑一次期末考試成績不能完全充分體現學生的整體能力和學習效果。因此，我們需要轉變教育教學觀念，研究探索適合課程特點和專業特色的考試考核方式，切實有利于提高學生的學習興趣，同時促進良好學風的形成。通過強化課堂教學的過程管理，注重知識的實用性，不再一張試卷決定成績，采用形成性評價方式在評定學生的學習成績，即通過平時成績（包括考勤、作業評定、課堂提問、章節小測、期中考試、合成路線設計、實驗的完成情況、操作的規范性等）（占40%）和期末閉卷考試成績（占60%）來全面評價學生對知識的掌握程度以及解決實際問題的能力，有利于激發學生在課堂上的學習興趣，提高學生自主學習的能力，培養學生的知識應用能力和創新思維。

四、結語

在教育發展新形勢下，國家大力推進新工科建設，我們對本學院應用化學、高分子材料與工程、輕化工程、制藥工程等工科類專業的有機化學教學改革探索取得了初步的成功。但是，仍然存在一些不足之處，還需要不斷加強對有機化學教學的優化改革工作，針對培養目標有效構建出科學完善又符合實際需要的有機化學教學體系。教師們仍需積極轉變教學理念，采用先進的教學方法和手段，根據新工科專業的特色探索有機化學教學改革的有效模式，實現“不求最大、但求最優，但求適應社會需求”的辦學思想和理念，力爭打造具有應用型工科專業特色的精品有機化學課程。

參考文獻

[1]徐同文，房保俊.應用型：地方高校人才培養的必然選擇[J].高等教育研究，2012，33（6）：59-65.

[2]程光文，龔園.面向行業的地方高校人才培養模式改革研究[J].中國大學教學，2015（11）：31-34.

[3]王強.新工科背景下新能源材料與器件專業有機化學教學改革探索[J].大學化學，2019，34（7）：42-46.

[4]張強，薛璐瑤，史娟，等.基于應用型人才培養的有機化學實驗課程改革研究與實踐[J].廣州化工，2019，46（3）：191-192.

[5]楊芳，紀克攻.有機化學實驗的綠色化教學改革與探索[J].廣州化工，2018，45（14）：224，226.

[6]及方華，蔣光彬.淺談高校有機化學教學改革[J].教育教學論壇，2019（30）：103-104.