地方工科院校有機化學實驗教學創新探索*

王 霞，王凌云，劉炎云，李愛陽，辛俊亮，劉 寧

(湖南工學院 化學與環境工程學院，湖南 衡陽 421002)

湖南工學院是一所以工科為主，培養應用型人才的普通地方本科院校。有機化學實驗是學校化工類、材料類專業的必修基礎實驗課之一。通過有機化合物的合成和多維度實踐訓練，考察學生理論知識與實驗基本操作的掌握程度，培養學生正確設計實驗方案、規范操作、嚴謹寫作的基本技能，進一步培養學生創新能力、發散思維及學術誠信的科學態度。隨著科學技術與社會發展日新月異的更新迭代，傳統的教學已無法滿足學生和學科的發展需求，基于此，有機化學實驗教學團隊經過多年的教學實踐對此課程進行了改革實踐探究。

1 傳統教學的現狀

學校共有化學工程與工藝、應用化學、環境工程、高分子材料與工程、復合材料與工程、無機非金屬材料與工程共6個專業將有機化學實驗課程作為專業基礎實驗課，主要在大一第二學期開設。課程有8個實驗，包含1個驗證性實驗，6個設計性實驗和1個綜合性實驗。學生先修“無機化學” “分析化學” “無機化學實驗”和“分析化學實驗”等課程，具有一定的化學知識儲備，對化學實驗的基本操作也有一定的了解與適用，但因有機化學實驗有毒有害試劑較多，反應易燃易爆，實驗環境較差，安全護品匱乏，學生易談“化”色變，轉專業比例較高；又因設備老舊，產地有限，部分實驗以小組開展，缺少自主操作的實踐機會；傳統的教學模式以教師講，學生做為主，打斷了激發學生的思維、好奇心，強化信息化技術能力的脈絡，造成學生對學科不感興趣，對專業認同感不強的窘迫狀態。而“重報告輕過程”的評價方式，導致實驗報告數據美觀而實操技能基礎不牢，這與后期續修的“精細化工實驗” “專業綜合實驗”以及畢業論文實驗都需要學生達到能獨立設計實驗方案、規范操作、正確處理數據、能正確分析及解決問題的能力的課程目標背道而馳。因此，筆者所在教學團隊從教學內容、教學方法、教學評價等方面進行了改革與探究，獲得了學生的認可，也取得了一定的成績。

2 教學改革

有機化學實驗基于以產出為導向，以學生為主體，以學生發展為中心，以“兩性一度”為抓手，持續改進，促進教學相長的課程理念，實現為培養基礎實、技術精、能力強、素質高，具有創新精神與社會責任感的高素質應用型人才奠定實驗操作基礎的課程目標。同時，從古有神農嘗百草，到現有呦呦與青蒿的故事，譜寫家國情懷、文化自信、歷史傳承、創新精神和使命擔當的思政樂譜，并逐步實現課程的三維目標。

2.1 教學內容重構

基礎實驗課最重要的環節在于訓練與培養學生規范實踐操作能力，同時，實驗項目的效果很大程度上也取決于操作的規范性。以往大部分學生在實驗課堂的狀態就是“身在曹營心在漢”，機械性模仿重復，完全沒有領悟到經典實驗項目設計操作的原理和要點。為保障課堂教學的質量與效果，在教學過程中要求“實踐規范化”建設，通過設置了“安全護品常態化” “報告格式化” “操作程序化” “數據處理現場化”等環節，如防護用品的一穿三戴，逐步幫助學生克服“渡劫”心理，為學生的身心健康砌好防護墻，保障實驗項目的正常運行。通過預習報告和實驗報告的格式模塊化，有助于學生理解實驗目的，加深鞏固理論知識，理清實踐思路，并得以反思。通過課前推送線上優質資源全方位學習操作細節，課中面對面教師演示，課堂討論答疑解惑，在學生自主實踐操作過程中，教師對操作細節的共性與特性問題給予集中和分散交流的“操作程序化”，逐步實現操作技能從規范到熟練，從理解到能獨立設計，突破“理論通，實踐痛”的現狀。在測定液體有機化合物的折光率時，很多學生不能準確寫出數據，為此通過實驗報告的“數據處理”模塊要求學生當堂將產物的產率以過程化的形式呈現，并考察和強化有效數字的運用，實現“數據處理現場化”。

因實驗原料及產物都具有一定的毒性，若處理不當，對身心和環境都會造成一定程度的影響。在保障實驗效果的情況下，優先選用少毒試劑、減少有毒原料的用量、產物循環使用，并對“三廢”進行分類處理。例如，在乙酸乙酯的合成實驗中，學生通過查閱文獻資料設計了反應分離同步實施的裝置，經恒壓滴液漏斗滴加“剩余乙酸”，分餾柱分離產物，減少了原料的揮發，實現了“合成實驗微型化”，將產物經重蒸純化后用于乙酰乙酸乙酯的合成以及學生的畢業論文實驗，實現了“產物循環化”。

立德樹人是教育的根本任務。作為一門基礎化學實驗課，教學團隊通過案例引入、實踐操作及心得反思等環節全程實施思政教育，讓內隱的思政元素潤物無聲。如在乙酰苯胺的合成實驗中，線上引入案例-阿司匹林的發展史。從古代中華醫藥有用柳枝接骨減少疼痛的臨床實錄，感悟民族自豪[1]。阿司匹林與海洛因兩者的合成均為乙酰化反應，反應機理相同，但底物不同，導致產物大相徑庭，感悟科學是把雙刃劍，要樹立正確的價值觀和人生觀。從陳學思院士團隊利用阿司匹林，制備的能改善腫瘤的免疫抑制微環境阿司匹林高分子鍵合藥[2]，感悟民族自豪與文化自信。從實踐操作的規范、數據處理的真實準確以及三廢處理的分類等環節考察學生的科學素養、學術誠信和環保意識[3]。學生撰寫實驗心得，反思自身在知識與能力、情感與價值等方面的體會，潛移默化地進行思政熏陶。

2.2 教學模式轉變

有機化學實驗因課時少，步驟繁瑣，傳統教學模式單一刻板，枯燥的理論知識無法激發學生的好奇心和求知欲，更無法充分調動學生的主觀能動性。為此，教學團隊根據實驗項目類型和操作難度，采用“微翻轉+PBL” “項目驅動式”等多樣化教學方法，通過逐步轉變角色，實現學生發展中心，從基礎驗證性實驗、設計性實驗和綜合性實驗逐步實現從“低階”到“高階”，“守舊”到“創新”，“故步自封”到“自我挑戰”的跳躍。

課程均采用課前課中課后三段式評價追蹤學習效果，課前發布線上教學資源和測試任務，根據學生的測試反饋針對性備課，課中通過教師引導學生從基礎驗證性實驗“看+聽+做”到設計性和綜合性實驗的“講+評+做”，逐步實現學生主體，課后通過報告撰寫及線上回看復習鞏固，加深理解。如正溴丁烷的制備實驗中，結合課前疑問，教師主講課程內容并設置相關問題進行討論答疑，并演示回流和蒸餾裝置操作細節，為實現翻轉課堂做鋪墊。在環己烯與肉桂酸的制備實驗中，以“微翻轉+分段式”鍛煉學生合理安排實驗環節，把握整體進度的良好習慣，此階段大部分學生能夠獨立完成整個實驗流程。在乙酸乙酯、乙酰苯胺、正丁醚的合成實驗以及從茶葉中提取咖啡因的實驗，采用了“項目任務式”與“PAD+點評式”為主。將實驗大組分小組，項目負責人統籌安排實驗項目運行，安排小組成員參與“收集資料，確定方案” “制作課件,設計板書” “課堂講授、答疑解惑”、“制作視頻，檢查衛生”各環節。課前，學生通過查閱文獻資料，設計實驗方案，并與教師溝通確定最終方案，同時教師引導主講學生通過創設問題情境突破重難點，培養學生的設計與表達能力。課中，學生講授內容后討論答疑(學生的提問和答疑均作為加分項)，并鼓勵其他組提出不一樣的方案，經師生討論點評后操作，以此培養學生的創新能力與解決問題能力。同時，為訓練學生合理安排實驗環節及團隊合作能力，采用競爭式驗收，并對共性與特性問題，進行集中與分散講解，對癥下藥。實驗結束后，對不同方案產物的純度與產率進行比較，課后，討論總結。課后通過撰寫實驗報告記載收獲與感受，大部分同學都認為做好實驗細心規范是首要，團隊合作很重要的感悟。

2.3 教學評價革新

傳統的實驗成績評價方式主要是根據實驗報告的成績核算出最終成績。這種單一的成績評定方式，不能全面反映學生實驗課的學習情況，容易造成學生只注重報告的書寫，而忽視實驗的操作以及課堂外知識的拓展。

為了全面、客觀、公正地反映學生實驗課的學習情況，提高學習積極性，教學團隊建立了一套詳細的、多元化的成績評定體系，最終成績=預習報告(10%)+實踐操作(40%)+實驗報告(15%)+翻轉課堂(35%) (表1)。翻轉課堂模式全方位考核項目小組自主設計實驗方案的能力，組內評價個人在團隊中的貢獻，組間互評團隊協作創新能力。

表1 實驗成績的評分標準

每一個實驗的操作部分滿分40分，根據操作的重點、難點制定詳細的評分標準，如表2。教師在巡查學生實驗操作過程中，根據學生的完成情況給出實驗操作成績，一般很難完全按此表格給出實際成績。通常做法是教師在課堂巡視過程中若發現學生操作中共性錯誤，將集中講解，特性錯誤隨時指出要求學生及時糾正。除非有重大操作失誤或重復犯錯，才會酌情扣分。制定操作評分細則主要是通過知識點的量化與細化，明確操作難點重點，并為后續實驗技能競賽做好有效的指引。

表2 操作評分標準

3 教學成效

通過不斷優化的有機化學實驗課堂內容、教學方法和考核方式，教學質量顯著提高了，學生的綜合素質也得到了全面的提升。雖學校為地方應用型本科院校，但在“新工科”背景下，社會對人才的要求更著重于創新與實踐能力的培養。經過實驗課系統的培訓學習，縮短了學生從“科研小白”到自主承擔大學生科研項目的過渡期，為學生拓展“第二課堂”，順利開展科研工作提供了有力的保障，同時也增強了學生對專業的認同感和作為“化學人”的使命感。目前學生陸續在學科競賽、大學生創新創業實踐項目、大學生創新訓練項目、“互聯網+” “挑戰杯”等等比賽獲得了不錯的成績。教學相長，以課程目標和人才培養目標為導向的課程改革，以學生為中心，創設學生主動探索知識能力提升的教學環境，凸顯地方應用型人才創新思維能力和工程實踐能力的培養特色。