輕化工程專業(yè)的有機化學(xué)實驗教學(xué)改革探索

劉世文，胡小賽，史 超，李子銀，葛元宇

(鹽城工學(xué)院紡織服裝學(xué)院，江蘇 鹽城 224051)

教育部在關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實施意見中指出“課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才的培養(yǎng)質(zhì)量”，可見，如何提升課程教學(xué)質(zhì)量，增強學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生融入教學(xué)實踐當(dāng)中，是教學(xué)改革的重要指引方向，也是建設(shè)一流本科課程的指導(dǎo)思路。輕化工程是一門以化學(xué)化工、紡織服裝、材料等學(xué)科為基礎(chǔ)，以實踐應(yīng)用為主的交叉應(yīng)用專業(yè)[1]，主要包括紡織化學(xué)與染整工程、皮革工程、制漿造紙工程、添加劑化學(xué)與工程。當(dāng)前，輕化工程領(lǐng)域嚴(yán)重受到資源與環(huán)境的制約，創(chuàng)新發(fā)展新技術(shù)、提高產(chǎn)品產(chǎn)品附加值是本專業(yè)亟需解決的問題。輕化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型升級，調(diào)整改革輕化專業(yè)人才的培養(yǎng)模式是行業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路[2]。有機化學(xué)實驗是輕化工程專業(yè)的一門核心基礎(chǔ)課，通過實踐操作,了解有機化學(xué)的研究方式，使學(xué)生掌握不同有機化學(xué)反應(yīng)的操作技能，掌握有機物的分離、純化、結(jié)構(gòu)鑒定的方法，培養(yǎng)學(xué)生分析、解決實際問題的能力，進(jìn)而提升學(xué)生的創(chuàng)新思維，增強學(xué)生的創(chuàng)造意識[3]。因此，開設(shè)有機化學(xué)實驗課程，可以為學(xué)生提供一個在實踐中檢驗理論知識，提升化學(xué)綜合能力，轉(zhuǎn)化理論為科技產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新應(yīng)用的平臺。然而，當(dāng)前有機化學(xué)實驗教學(xué)往往是以教師講授示范，學(xué)生按部就班地操作，根本無法激發(fā)學(xué)生大膽創(chuàng)新、積極探索的教學(xué)目標(biāo)。因此，必須根據(jù)學(xué)生的基本情況，結(jié)合輕化工程專業(yè)的未來發(fā)展趨勢，對有機化學(xué)實驗課程進(jìn)行深入、廣泛的改革與創(chuàng)新，以滿足學(xué)生對教學(xué)的預(yù)期，達(dá)到社會發(fā)展的需求。本文結(jié)合近年來在有機化學(xué)實驗課程教學(xué)中發(fā)現(xiàn)的不足，以及在教學(xué)實施過程中的改進(jìn)措施，從課程的教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)模式、教學(xué)考核等方面進(jìn)行闡述。

1 化學(xué)實驗教學(xué)中存在的問題

1.1 缺乏安全教育

大學(xué)化學(xué)實驗室是安全事故多發(fā)地。實驗教學(xué)的前提是保障學(xué)生安全，在學(xué)生進(jìn)入實驗室之前，沒有進(jìn)行系統(tǒng)、全面、專業(yè)的培訓(xùn)與考核，是導(dǎo)致安全事故頻發(fā)的主要原因之一，也對學(xué)生生命安全造成潛在威脅[4]。因此，為了避免或消除化學(xué)實驗事故，必須要對學(xué)生進(jìn)行全面、嚴(yán)格、深入、系統(tǒng)的化學(xué)安全教育與培訓(xùn)，達(dá)標(biāo)者才能進(jìn)入實驗室開展實驗學(xué)習(xí)任務(wù)。

1.2 機械式教學(xué)

有機化學(xué)實驗課本應(yīng)是一門生動有趣、充滿探索未知樂趣的課程，然而，當(dāng)下的實驗課程要求學(xué)生上課之前把實驗原理、實驗流程、實驗結(jié)果基本理解；在進(jìn)行實驗操作時，完全按照教師的說教與演示，按部就班地重復(fù)。雖然能夠掌握操作規(guī)程，但是學(xué)生已經(jīng)知道結(jié)果，了解了原理與過程，在整個實驗教學(xué)過程中，學(xué)生都是被動、機械地重復(fù)操作，很少有學(xué)生問為什么這樣做。因此，這樣的教學(xué)方式幾乎無法引起學(xué)生對實驗的好奇與興趣，更無法激發(fā)學(xué)生的探索欲與創(chuàng)新精神[5]。

1.3 作業(yè)式考核

有機化學(xué)實驗課程的考核方式基本上都是根據(jù)實驗報告完成情況以及課堂活躍度給出綜合成績[6]，這種評價考核方式不能夠完全反應(yīng)學(xué)生對課程真實掌握程度。在實驗操作過程中，學(xué)生往往會有操作不當(dāng)?shù)男袨椋欢處煙o法及時發(fā)現(xiàn)，而學(xué)生則認(rèn)為是正確的操作方式，影響后續(xù)的實驗結(jié)果，甚至是產(chǎn)生安全事故，也就不能客觀地給出成績。另外，由于課程考核非常容易通過，學(xué)生對課程的重視程度不夠，甚至可以渾水摸魚，敷衍了事，極大地浪費了教學(xué)資源。

2 有機化學(xué)實驗課程改革

2.1 加強安全教育

有機化學(xué)實驗室中發(fā)生的安全事故的數(shù)量相對于其它類型實驗遙遙領(lǐng)先。國內(nèi)高校、企業(yè)每年都會發(fā)生多起化學(xué)化工實驗室起火、爆炸、傷亡的事故。例如，2015年12月8日，某大學(xué)化學(xué)系一間實驗室發(fā)生爆炸事故;2021年3月31日，某化學(xué)研究所，1名研究生因操作不當(dāng)導(dǎo)致反應(yīng)釜爆炸;2022年4月20日，某知名大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院一名博士在做實驗時由于高溫金屬粉末進(jìn)入氣管和食道，覆蓋全身80%以上的皮膚持續(xù)燃燒，導(dǎo)致傷者皮膚大面積燒傷。造成這些事故的原因主要是缺乏系統(tǒng)、全面、專業(yè)的培訓(xùn)與考核[1]。

對于輕化工程專業(yè)的學(xué)生，大部分學(xué)生將從事化學(xué)染整、助劑工程、皮革工程、印染、添加劑化學(xué)工程等涉及有機化學(xué)品生產(chǎn)與管理的行業(yè)，因此，有機化學(xué)實驗對于輕化工程畢業(yè)生十分重要。然而，對于毫無基本實驗常識與操作技能的學(xué)生來說，有機化學(xué)實驗室處處充滿危險。傳統(tǒng)有機化學(xué)理論教學(xué)與實驗教學(xué)都沒有系統(tǒng)性地進(jìn)行化學(xué)實驗安全教育，這對學(xué)生直接進(jìn)入實驗室開展化學(xué)實驗埋下安全隱患。針對這些問題，可以從以下幾點嘗試改革：首先，教師需將安全教育作為一個章節(jié)，對不同類型的有機物與發(fā)生的安全事故以及緊急處置措施相結(jié)合，重點講述、重點掌握、重點考核，使學(xué)生意識化、條件反射化。其次，教學(xué)方式多樣化，講授與視頻播放相結(jié)合。學(xué)生對于教師教授的內(nèi)容習(xí)以為常，難以全面接受，但對于視頻播放的安全事故所呈現(xiàn)的震撼場面容易記憶深刻。另外，還可以定期播放3D實驗室安全教育影片，使學(xué)生身臨其境，感同身受，通過這些教學(xué)方式啟發(fā)學(xué)生深入思考討論，強化學(xué)生的安全意識。最后，在學(xué)生進(jìn)入實驗室之前，進(jìn)行虛擬仿真操作，使學(xué)生對將要接觸的化學(xué)物品的物理化學(xué)性質(zhì)、化學(xué)儀器的基本使用方法、實驗操作步驟的合理性，以及發(fā)生事故時的緊急處置措施進(jìn)行全面、深入、徹底的了解、熟悉并掌握；虛擬仿真操作不合格者嚴(yán)禁進(jìn)入實驗室進(jìn)行化學(xué)實驗。通過以上措施，使學(xué)生在進(jìn)入化學(xué)實驗室前深化安全意識，掌握實驗室安全知識與技能，面對突發(fā)情況能夠沉著冷靜對待、從容處理。

2.2 開展“開放式”教學(xué)模式

以往，有機化學(xué)理論與實驗教學(xué)都是單向灌輸式傳遞理論知識，在進(jìn)行實驗操作過程中，學(xué)生實際上毫無思考，更不會主動分析、探索、解決問題，僅是簡單機械地重復(fù)模仿，完成課程任務(wù)，交差了事。這種教學(xué)方式不僅是對教學(xué)資源的浪費，更是對學(xué)生、對教育事業(yè)的極大傷害。因此，基于提升學(xué)生主觀能動性，開發(fā)學(xué)生的思維創(chuàng)造性，加強師生間的互動性，對于化學(xué)實驗課程可采取“開放式”教學(xué)模式。在有機化學(xué)理論課程結(jié)束后，教師可以將學(xué)生分成多個小組，并給每個小組制定不同的具備前瞻性的實驗課題[7]。小組成員分工合作，包括前期的文獻(xiàn)查閱，了解熟悉課題背景、現(xiàn)狀、研究意義，分析課題存在的問題，結(jié)合所學(xué)知識以及深入文獻(xiàn)調(diào)研、小組成員的積極思考，提出合理恰當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，并制定詳細(xì)的研究路線，并對制定的研究方案進(jìn)行答辯匯報。教師對研究方案存在的不足與問題，給出合理的改進(jìn)措施，并啟發(fā)學(xué)生積極思考。隨后，學(xué)生根據(jù)制定的實驗方案，小組成員合作完成課題。在實驗操作過程，教師應(yīng)當(dāng)充分、全面地對相關(guān)試劑、儀器的正確使用規(guī)范給學(xué)生做出的操作示范，并在實驗操作過程中發(fā)揮學(xué)生的能動性、創(chuàng)造性，積極改進(jìn)實驗操作方法，創(chuàng)建更簡潔、更高效的有機化合物分離、純化、鑒定方法。最后，根據(jù)文獻(xiàn)調(diào)研、課題分析、方案制定、實驗操作、數(shù)據(jù)結(jié)果分析、結(jié)論總結(jié)等過程完成一篇研究性論文，并由教師批改完善，根據(jù)實際情況進(jìn)行論文發(fā)表。通過這種“開放式”教學(xué)模式極大地發(fā)揮學(xué)生能動性、創(chuàng)造性，調(diào)動學(xué)生對于理論與實踐的興趣，最終很好地提升了學(xué)生獨立思考、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

2.3 進(jìn)行“模塊化”教學(xué)考核方式

傳統(tǒng)有機化學(xué)實驗課程考核僅是完成對應(yīng)的實驗報告，事實上，這種考核方式不夠全面、準(zhǔn)確地考察學(xué)生對于相關(guān)技能的掌握情況。有機化學(xué)實驗課程考核應(yīng)包括安全理論教育模塊、基本實驗操作技能模塊、實驗方案設(shè)計模塊，因此，需要從實驗基本理論、實驗基本操作技能到實際設(shè)計實驗路線方案，綜合考核學(xué)生對實驗課程的掌握情況，并建立分模塊評分標(biāo)準(zhǔn)。每一模塊必須達(dá)到相應(yīng)的分?jǐn)?shù)，才能通過，且必須通過每一模塊考核，才能通過整體實驗課程考核，每一模塊考核均需要嚴(yán)格把關(guān)，嚴(yán)進(jìn)嚴(yán)出。安全理論教育模塊考核可采取模擬考試與案例分析相結(jié)合的方式，考察學(xué)生對安全教育的掌握情況。基本實驗操作技能模塊要求學(xué)生熟練地掌握各種玻璃儀器的使用方法與注意事項，能夠獨立準(zhǔn)確地完成固體與液體的量取、加熱回流、減壓(常壓)蒸餾與過濾、多相萃取、干燥處理、熔點測點、重結(jié)晶、柱色譜等基本操作，進(jìn)而掌握不同類型化合物的制備、分離純化、結(jié)構(gòu)鑒定方法與機理。實驗方案設(shè)計模塊則是在學(xué)生掌握基本實驗操作技能的基礎(chǔ)上進(jìn)一步加強學(xué)生主動思考、探索未知、提升學(xué)生創(chuàng)新能力的環(huán)節(jié)。這一模塊由教師提出相關(guān)具有一定前沿性的課題，由學(xué)生分組獨立完成，同時教師監(jiān)督指導(dǎo)，這一環(huán)節(jié)主要是考察學(xué)生的綜合能力，如文獻(xiàn)檢索能力、團(tuán)隊合作能力、問題分析解決能力、實驗方案設(shè)計能力、創(chuàng)新創(chuàng)造能力、實驗操作能力。通過學(xué)生對課題的分析、方案的設(shè)計新穎性、實驗操作的規(guī)范性、產(chǎn)物結(jié)構(gòu)鑒定結(jié)果、結(jié)論總結(jié)等進(jìn)行綜合評價[8]。通過以上分模塊的方式對學(xué)生進(jìn)行綜合、客觀、相對準(zhǔn)確的考核，不僅能夠使學(xué)生真正掌握知識、學(xué)以致用，更能夠激發(fā)學(xué)生探索欲望、創(chuàng)新精神。

3 結(jié)語

輕化工程專業(yè)的畢業(yè)生將來走向相關(guān)工作崗位后，無論是產(chǎn)品研發(fā)還是產(chǎn)品的生產(chǎn)，都將不可避免地涉及到有機化學(xué)相關(guān)實驗操作。因此，有機化學(xué)實驗是輕化工程專業(yè)畢業(yè)生必須掌握的一門實踐性課程。通過教學(xué)內(nèi)容強化安全教育、教學(xué)方式開放化、教學(xué)考核模塊化等改革方式，既提高學(xué)生對課程的重視程度，又能增加學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，使學(xué)生掌握有機化學(xué)基礎(chǔ)知識、基本理論、基本安全常識、基本實踐技能，同時增強學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力、探求未知的思維能力和思維習(xí)慣以及分析歸納、總結(jié)的意識，進(jìn)而為畢業(yè)生獲得輕化類專業(yè)技能奠定基礎(chǔ)，為染整工程、皮革工程、制漿造紙等輕化工程領(lǐng)域培養(yǎng)專業(yè)應(yīng)用型人才。