地方院校有機合成化學“三位一體”混合教學模式探索與實踐

韓小見

（長治學院 化學系，山西 長治 046011）

有機合成化學在化學學科中具有重要地位，作為化學、化工、醫藥等專業的必修課程，是相關專業從業者合成新分子的必備基礎知識，是一門實踐性、應用性、理論性很強的學科［1-6］。通過有機合成化學課程的系統學習，學生可以掌握目標產物的合成路線設計等相關理論。有機合成化學課程是在基礎有機化學理論知識的基礎上進行目標分子的設計合成，是對基礎有機化學理論知識的綜合運用。有機化學理論知識內容范圍廣，具有“多”和“變”的特點：“多”是知識點多，有機物多，反應多，反應機理也多；“變”是變化復雜，變化中可能還有變化。目前的課程教學不能適應社會需要的理論知識與實踐能力相結合的綜合型、應用型以及創新型人才需求［7-12］。地方院校轉型發展背景下，為改善課程教學效果，傳統的灌輸式的教學模式已經不能適應有機合成化學課程的特點和社會發展的需要，因此有機合成化學教學的改革勢在必行。目前，針對有機合成化學教學改革已經有一些嘗試，如韋復華［1］、董振華［2］、袁耀鋒［5］等。如何科學有效地組織有機合成化學的教學，增進該門課程對學生的吸引力，從而提高課程教學質量，使學生自主設計合成目標分子更加得心應手，培養學生分析問題和解決問題的能力，培養綜合型、應用型以及創新型全面人才一直是本課程的重要問題。

文章提出采用“課前-課堂-課后”的模式，使用“預習準備-引導答疑-練習實踐”三步走的策略，建立“教學目標-教學手段-實踐考核”三位一體混合教學模式，旨在為有機合成化學教學的改革尋找一條行之有效的方法。

1 “三位一體”混合教學模式

在有機合成化學課程教學中采用“課前-課堂-課后”的模式，使用“預習準備-引導答疑-練習實踐”三步走的策略，建立“教學目標-教學手段-實踐考核”三位一體混合教學模式，通過完善教學目標、豐富教學形式、改革考核方式等多種手段對整個教學過程進行細化。三位一體混合式教學改革總體思路如圖1 所示。

圖1 三位一體混合式教學模式總體思路

2 “三位一體”混合教學模式探索思路

三位一體混合式教學模式總的思想是課前完善教學目標、發放教學任務，學生完成教學目標和教學任務；課堂中檢查、解惑、拓展，深化教學目標和教學任務；課后實踐考核、布置作業，鞏固教學目標和教學任務。預習準備、引導答疑、練習實踐三者有機結合。在教學實踐中以教學目標為依據，提綱挈領地指導整個教學過程；以教學手段為措施，靈活多樣地實施課堂教學；以實踐考核為主，行之有效地檢驗學生的學習成果，三者相輔相成，相得益彰。三位一體混合式教學模式重在強調學生在教學過程中的主體性，培養其獨立思考、自主創新的能力，進而針對性地進行教學改革。

2.1 課前預習準備——完善教學目標、構建合理教學模式

實施過程有兩種途徑：一是上課前教師將某章節的教學目標或教學內容通過線上/線下方式發放給學生；二是學生總結本章的學習目標或教學內容。此外，學生針對相應的教學內容認真完成學習任務，并準備課堂講解。課前完善教學目標的具體教學案例見表1。

表1 教學內容具體案例

2.2 課堂引導、答疑—多種教學方法結合，完善學生學習效果

2.2.1 運用多媒體增加課堂容量，提高教學效果

傳統教學方式的信息表達方式單一，主要由語言和板書組成，而板書會導致課堂空白時間長，講授內容少。且部分抽象內容無法直觀表達，學生難以理解，而多媒體教學可以彌補其不足。

多媒體教學能夠將文字、圖形、聲音、視頻、動畫等多種信息表達方式加以綜合，從而使抽象內容具體化。比如將有機合成化學中的重點、難點等抽象的內容制作成課件（如圖2），用多媒體進行動畫視頻演示，在提高學生學習積極性的同時提升了教學效果［4］。

圖2 采用動畫演示SN2 反應機理

2.2.2 適當雙語教學豐富課堂形式，拓展學生視野

有機合成領域的新成果、新理論不斷涌現。教學中應充分利用信息化資源，引導學生了解有機合成化學新技術、新理論在化工領域的應用，充分調動其學習積極性和學習興趣［9］。結合課程特點和學生實際，進行分層次雙語教學，增加課堂教學形式的同時，也能引導學生對世界前沿有機合成化學成果有進一步的了解和認識。在第四章雙官能團化合物的合成教學中，雙語教學課件見圖3。

圖3 雙語教學課件

2.2.3 建立網絡平臺，優化資源、可視化教學

互聯網平臺與資源可有效提高學生的學習效率［6，7］。一是方便學生預習準備和復習鞏固。在網絡平臺設置預習要點，協助學生完成課前預習，并在授課結束后上傳課件和課后練習，方便學生隨時復習教學內容、知識框架，完成課后鞏固。二是方便學生和教師進行交流。教師在不受時間和空間的制約下幫助學生答疑，同時學生之間也可以隨時交流，大大提高了學習效率。三是節省教學時間。教師和學生將課程相關的延伸資料上傳到網絡平臺，既拓展了學生的知識，又彌補了教學時間的不足，同時，學生參與分享獲得了學習滿足感，進一步激發了學習積極性，提高了自主學習能力。

2.2.4 設計典型化合物，對其合成路線進行討論優化，拓展學生的思維能力

在課堂中設計有代表性的化合物，提出幾種合成路線，讓學生從切斷的合理性、路線的簡易、原料的易得等方面評價不同路線的優劣，提高學生評價合成路線的能力。在單官能團化合物的合成教學中，烯烴的合成教學內容案例見圖4。

圖4 化合物具體合成路線

2.2.5 拓展有機合成新技術、新工藝和新理念在實驗和化工中的應用

隨著有機合成化學的發展，新的合成技術、合成工藝以及合成理念在有機實驗和化工中得到廣泛的應用，比如相轉移催化反應、微波有機合成、固相合成、綠色合成和、等離子體技術和水相合成等。例如，早期苯甲酸的工業合成以甲苯為原料，用高錳酸鉀為氧化劑，經無機酸酸化得到（如圖5a）。新工藝采用液相催化氧化法，用醋酸鈷催化，甲苯與氧氣直接氧化成苯甲酸，原子利用率達86%，對環境無污染，克服了傳統方法的廢酸廢渣問題（如圖5b）。

圖5 苯甲酸早期（a）和新（b）合成路線

2.3 課后練習實踐，改革考核方式，提升能力和教學效果

2.3.1 改變考核方式，促進學生發展

傳統考核方式中的試卷考試占據了成績的絕大比重，易導致學生為考試成績一味死記硬背。豐富考核方式，可以從多維度考察學生對知識點的掌握，提高學生理論結合實踐以及分析解決問題的能力。合理的考核評價方式對學生學習具有積極的促進作用。具體考核方式為：（1）學生出勤情況占10%，目的是保證到課率，不浪費寶貴的課堂時間。（2）課堂表現占20%，分為個人提問和小組討論表現。教師針對教學的重點和難點設計問題，通過小組討論或個人提問進行考核，有助于學生認真聽講，提高課堂積極性、思維能力和團結協作能力。（3）課后作業占15%，豐富作業形式，以書面解答、小組多媒體匯報及化工工廠合成路線的調研等多種形式完成課堂內容的鞏固，提高學生自主學習和化工實踐能力。（4）期中測試占20%，期中測試主要是檢驗學生在前半段教學過程中的學習效果。考察形式可以結合實際情況多樣化，如試卷、論文等，題目可結合生產實際，如對化工廠合成路線的優劣辨析等，這利于學生鞏固知識和教師了解學生學習效果，有利于學生多維度能力的提升。（5）期末測試占35%，期末測試是對這門課程整體的考察，應該覆蓋較廣的知識點，督促學生對有機合成化學形成較為全面和深刻的掌握，同時總結這種教學模式的優缺點。

2.3.2 開設設計型、創新型綜合實驗，培養學生動手能力

開設綜合型、應用型和設計型實驗是有機合成化學教學的有效手段，使得有機合成理論在實驗中得以應用。當然，把化學工業中的合成反應用到實驗室也是行之有效的措施，這樣就使實驗方法和化工方法得到有機結合。綠色合成則可以將環保思想運用到學習中，對學生提高思維能力、創新能力、環保意識、運用先進的合成技術都有很大幫助。圖6 為設計合成苯佐卡因。在這一案例中，鼓勵學生采用不同的原料和路線合成，自己查閱文獻，提出具體實驗步驟，經指導老師審閱后，其在老師指導下進行實驗。這種方法可以提高學生對實驗的熱情，利于學生自主設計實驗，進而在實驗中靈活運用理論知識，提高其動手能力和查閱文獻的能力，有助于培養其科研意識。

3 “三位一體”混合教學模式的效果

以某校2019 和2020 兩屆學生為教學實踐對象，在有機合成化學課程中進行三位一體混合式教學取得了較滿意的效果。首先沒有學生上課遲到早退；其次，課堂秩序非常良好，學生回答問題的積極性高漲，在討論課中能積極發表自己的觀點與想法；再次，課后許多同學主動找老師交流相關問題。在期末考試中，平均成績達80 分以上，無不及格學生，學生查閱英文文章水平得到提高，實驗的動手能力增強，理論知識更加扎實。有的同學在學術刊物發表文章，多名同學在全國大學生化工實驗競賽中獲得二等獎，在“華文杯”全國師范生化學教育教學能力測試賽中獲得一等獎，在全國師范生微課大賽中獲得二等獎，在學校舉行的“未來教師技能”大賽上獲得一等獎。十余人獲得省級和校級大學生創新訓練項目。

通過兩屆學生的摸索嘗試，這種教學方式得到師生的廣泛肯定，對有機合成化學教學改革的滿意度調查中，滿意率達到95%以上。事實上，由于地方型本科院校學生基礎差，學習自律性薄弱，再加上有機合成化學是對基礎有機化學的進一步綜合運用，所以教學效果一直以來不是很滿意。教研組從2018 年開始轉變教學方式，對有機合成化學逐步改革實踐，并不斷探索、改進與完善。近幾屆學生的自主學習意識、綜合實踐能力與團隊合作能力等方面都有較大的提升，教學改革取得了初步的成效。

綜上所述，在地方型、應用型本科院校教學中，三位一體混合式教學模式豐富了教學手段，轉變了教學理念，提高了教學效率，改變了學生傳統的被動接受式的學習模式，開始主動進行初步的科研探索，擴展了教學的意義。這一模式將理論與實踐、實驗與化工緊密聯系，讓學習變得更加鮮活有趣，學生在潛移默化中得到鍛煉，提高了創新和實踐能力，是我們這類本科院校提升教學質量的一種切實可行的教學模式。