提升大學“有機化學”教學效果的探索實踐

［摘 要］ “有機化學”是高等學校重要的基礎核心課程，是包括材料科學與工程、高分子科學與工程等眾多專業的必修基礎課，為學生后續的專業課程的學習打下重要基礎。針對傳統“有機化學”教學內容繁復、概念抽象、章節聯系邏輯性不強等特點，以學生為主體，探索“有機化學”課堂教學改革，優化教學內容和方法，從教學方式、教學方法、教學內容、考核體系進行探討，著力培養學生的學習和解決問題的能力，激發學生的學習興趣，全面提高本科教學質量。

［關鍵詞］ 有機化學；教學改革；教學方法

［基金項目］ 2023年度中國海洋大學本科教育教學研究重點項目“‘材料科學基礎’課程線上線下混合式教學與考評機制創新研究與實踐”（2023ZD16）

［作者簡介］ 吳敬一（1982—），女，河南鄭州人，博士，中國海洋大學材料科學與工程學院教授，主要從事電化學儲能電池研究；王煥磊（1983—），男，山東膠南人，博士，中國海洋大學材料科學與工程學院教授，主要從事能源材料研究；陳經緯（1992—），男，湖北鄂州人，博士，中國海洋大學材料科學與工程學院副教授，主要從事電化學儲能器件研究。

［中圖分類號］ G642.0 ［文獻標識碼］ A ［文章編號］ 1674-9324（2024）33-0087-04 ［收稿日期］ 2023-08-25

中國海洋大學是一所特色顯著、優勢突出，理、工、文、經、管等學科門類齊全的教育部直屬重點綜合性大學。學校始終響應國家號召，遵循“通識為體，專業為用”的本科教育理念，把培養復合型、高素質人才作為培養目標。為適應復合型人才培養需要，材料科學與工程學院不斷修改教學方案及課程體系，提升教學質量。

在我國高等教育體系中，“有機化學”是一門重要的專業基礎課程，是包括材料科學與工程、高分子科學與工程等眾多專業的必修基礎課，為學生后續的專業課程的學習打下重要基礎［1-3］。“有機化學”一般以官能團推進，以烷烴、烯烴、炔烴、脂環烴、芳烴、鹵代烴、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸展開，教學內容包括有機物的命名、結構特征、物理性質和化學性質、各類官能團的特性、有機反應的反應類型及反應機理等［4-5］。有機化學的特點在于有機化合物數量龐大、立體結構復雜多變、反應機理抽象難以理解，而“有機化學”章節與章節之間相對獨立、銜接不緊湊。那么若是教師在授課過程中按部就班、直接講述各章節內容，學生難以找到學習內容的內在邏輯，只能靠枯燥的死記硬背應付學習，嚴重抑制了學生的學習興趣。如何充分調動學生的學習積極性，使學生主動地參與到課堂教學活動中，幫助學生加深對各章節內容之間的邏輯關系的理解，從而達到更好的學習效果，并在此基礎上提升學生運用知識和解決問題的能力、全面提高學生綜合能力，是“有機化學”教育工作者的目標［6-8］。為實現這一目標，筆者就“有機化學”的教學方式、教學方法、教學內容、考核體系進行了探討。

一、強調“有機化學”課程對于專業的重要性

“有機化學”課程是高分子科學與工程、材料科學與工程專業的學科基礎課。材料學院的本科生進入大學后首先接觸的是包括“無機化學”和“有機化學”等在內的化學基礎課。一開始，學生并不明白“有機化學”對后續的專業課學習以及在化學專業繼續深造的用處是什么，也就會缺乏對“有機化學”學習的興趣和動力。因此，需要在上課時向學生講解“有機化學”課程與專業的關聯性，讓學生認識到“有機化學”課程的重要性，從而提高學生的學習積極性。比如，在給高分子科學與工程專業學生上課時，首先告訴學生學好高分子必須有很好的有機化學基礎，才能理解高分子官能團的各種性質、高分子的合成反應，為后續“高分子化學”“高分子物理”“聚合反應工程”等專業課程的知識學習打下基礎。對于材料科學與工程專業而言，應告訴學生材料歸根到底是化學物質，材料性能是化學物質結構的外在表現，想要理解材料的結構與性能構效關系，首先需要具備良好的有機化學基礎，然后才能實現對材料的功能有效驗證，并進一步開展功能材料的科學研究。對于新能源材料與器件專業，應告訴學生新能源材料的合成與利用與“有機化學”課程中學習的有機物和反應機制息息相關，比如鋰離子電池中的電解液就是碳酸酯類有機物，而鋰離子電池隔膜則是聚烯烴，只有掌握了有機化學知識，才能理解新能源器件的儲能機理。針對材料學院的這三個專業，可以啟發學生尋找其各自專業與“有機化學”的關聯性，向學生講為什么要學習“有機化學”，可以激發學生的學習熱情，提升學生學習“有機化學”課程的積極性和主動性。

二、采用啟發式和互動式教學

“有機化學”課程教學內容多、知識量大，同時大多數知識點理論性強、概念抽象。為在有限的課堂教學時間內覆蓋大量知識點，傳統的“有機化學”課程教學大多數停留在以講授為主的階段，學生作為傾聽者只是機械地接受知識，整個教學過程是一個單向的知識傳遞。在這種方式下，學生只記住了知識點，對化學知識的掌握僅停留在“記憶”階段，無法“理解”與“靈活運用”，也就無法幫助提高學生分析問題和解決問題的能力。為使學生能夠做到知識的理解與靈活運用，需要積極調動學生的主觀能動性和創新能力，在教學過程中應多采用啟發式教學方法，在學生和教師之間建立雙向的溝通橋梁，課前采用導入式教學，上課時通過提問、學生講課等的方式增加互動，激發學生思考。例如《烷烴》一章，以2019年諾貝爾化學獎授予三位科學家，表彰他們在鋰離子電池研發領域做出的貢獻為例，引入鋰離子電池改變了人們的生活，而鋰離子電池與有機化學息息相關。例如，聚烴薄膜因具有優異的化學穩定性和電絕緣性，同時兼具良好的工藝性能、綜合力學性能等優點而成為鋰電池隔膜的主要功能材料，是電池“四大主材”之一，直接決定了電池的安全性能，對成本也有比較大的影響。其化學性質穩定，不容易發生舊鍵的斷裂和新鍵的生成，由此展開介紹烷烴中碳的雜化形式，引出本章內容，并講解本章內容的重要性。

在講解知識點時多提問，多設置討論環節，讓學生積極思考，積極參與到課堂教學中，這樣有利于加深學生對本章節內容的理解。例如，在講述烯烴的加成反應時，依據不同的反應條件，產物可能遵循馬氏規則也可能反馬氏規則，在學生理解馬氏規則部分可以讓學生進行分組討論，每個小組4～6人，每組推選1人為組長，共同討論后由組長闡述，鼓勵學生從反應條件推斷出反應機制和反應產物。通過小組討論，學生對烯烴的親電加成和自由基加成理解更加深刻，不僅掌握了基礎理論知識，還激發了學生的學習興趣，活躍了課堂氣氛，提高了學生的批判性思維和逆向思維。

三、改革教學內容，加強內在邏輯

“有機化學”課程具有化合物數量龐大、立體結構復雜多變、反應機理抽象難以理解、教材章節內容銜接不緊湊等特點，這導致學生難以在短時間內完全掌握課程知識。在現行有限的教學課時條件下，應進行合理的安排，并在此基礎上優化教學計劃。首先，“有機化學”課程每章節都會涉及有機物的命名、結構、理化性質、反應類型與機理，前后既有內在聯系又有對照關系。比如有機物的命名，整體遵循先選主鏈再編號的規則，官能團優于取代基。學生最早學習的是烷烴的命名，在該章節會學習命名的基礎知識，詳細介紹如何選取主鏈的選取和如何進行編號等。在以后的學習章節中，由于官能團的進入對主鏈選取和編號都有影響，遵循官能團優于取代基的規律，這里對烯烴講解得詳細，后續略微簡單些，同時配以課堂練習，達到鞏固知識點、節省課堂教學時間的目的。

其次，要讓學生對“有機化學”的脈絡有更加清晰的認知，可以從有機分子的結構入手，有機分子的結構決定其性質，了解有機化合物結構的異同點有助于串通各章節的知識點，使學生形成完整的有機化學知識地圖。以第二章《烷烴》、第三章《烯烴》、第四章《炔烴》為例，烷烴中的碳是SP3雜化，雜化軌道中s軌道占比1/4，雜化軌道呈四面體構型；烯烴中的碳以SP2雜化，雜化軌道中s軌道占比1/3，雜化軌道為平面構型；炔烴中的碳以SP雜化，雜化軌道中s軌道占比1/2，雜化軌道為直線構型。那么烷烴、烯烴、炔烴的物理化學性質如電負性、可極化性等由碳雜化軌道中s軌道所占比例決定。在講述過程中，把前后涉及結構—性能效應的內容整合到一起作對比，在教學過程中植入比較學習的思維，可以加深學生對知識點的理解，做到觸類旁通。

最后，“有機化學”課程一般以官能團推進，以烷烴、烯烴、炔烴、脂環烴、芳烴、鹵代烴、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸展開，各章節看似獨立，但內容上存在聯系。例如，鹵代烴可發生親核取代反應生成醇。在講述《醇》這一章時，我們發現醇的反應類型與鹵代烴相近，也可發生親核取代生成鹵代烴。在學生對概念有所認識和理解后，可通過提問的方式引導學生思考，加深對知識點的理解。例如，提問“這兩個反應有何不同？”為解答這個問題，學生需要思考已學的鹵代烴、醇的內容，并注意反應條件及具體反應歷程，如醇的親核取代要先進行質子化，因此要在酸性條件下進行，這與鹵代烴親核取代的反應條件有所不同。并且教師可以適當提到前面學到的烯烴，讓學生知道醇可由烯烴水合或者硼氫化氧化制得，從而達到加強章節與章節內容聯系的目的，同時并借此復習馬氏規則與反馬氏規則產物，達到讓學生回顧舊知的目的。

四、優化教學手段，抽象概念可視化

對于有機物質的命名、性質等知識點，一般的PPT課件即可達到教學效果，但對于立體結構、反應機理等內容而言，動畫等多媒體技術可將抽象的幾何立體可視化，強于學生單純的空間想象，提升教學效果。比如，環己烷的椅式構象、船式構象及構象翻轉，僅憑結構式和紐曼投影式學生很難想象其三維空間構象，而采用多媒體技術可以充分展示分子的空間結構，加深學生對構象異構體的理解。此外，化學反應歷程是連續的動態過程，僅憑圖片無法充分展示，如親核取代SN1、SN2的反應歷程可用動畫進行呈現，學生能更直觀地看到具體過程，從而加深對知識點的印象。現在網絡資源十分豐富，可以搜集到的資料眾多，可將一些視頻資料運用到實際教學中，將抽象概念可視化，提升教學效果。

五、采用多種考核方式，有效評價學習效果

在教學過程中，科學合理的考核方式有利于學生養成主動學習的習慣，從而提高教學質量。目前“有機化學”課程的教學大多采用平時成績和考試成績綜合評定的方式，容易導致學生為應試而學習，不利于培養學生解決問題的能力。因此，有必要結合“有機化學”課程的特點及教學團隊的授課方式探索更合適的考核方式，將過程性評價和終結性評價相結合：（1）期末閉卷考試占60%，主要考查學生對本學期“有機化學”課程知識點的掌握和靈活運用，考核分析問題和解決問題的能力。（2）隨堂測試占10%，檢驗學生對章節概念的理解，并通過合成應用題考查學生對知識的運用。（3）課堂討論教學占10%，以小組形式展開討論，評測學生學習主觀能動性。（4）課程小論文10%，圍繞有機化學內容的相關案例或最新進展撰寫課程小論文，考查學生運用知識的能力和收集、整理和總結文獻的方法。（5）平時作業占10%，包括課前預習、網絡答題、課后作業。通過綜合評價期末考試、隨堂測試、課堂討論、課程小論文、平時作業等各項內容決定學生的最終成績。這種綜合評定成績的考核方式能夠促使學生加強對平時學習的重視和自我約束，也可在一定程度上激勵學生的學習積極性，使學生主動掌握“有機化學”課程中的知識和技能。

結語

有機化學是化學相關領域至關重要的學習內容和研究方向。本文針對我校材料學院學生在學習“有機化學”課程中存在的問題，提出強調“有機化學”課程對于專業的重要性以激發學生學習興趣；在教學過程中采用啟發式和互動式教學、改革教學內容并加強內在邏輯、優化教學手段使抽象概念可視化，提升教學效果；采用多種考核方式有效評價學習效果，培養學生學習能力和解決問題能力，提升學生綜合素質，為國家和社會輸送更多優秀人才。

參考文獻

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Practical Exploration on Improving Teaching Effect of Organic Chemistry

WU Jing-yi， WANG Huan-lei， CHEN Jing-wei

（School of Materials Science and Engineering， Ocean University of China， Qingdao，

Shandong 266404， China）

Abstract： Organic Chemistry is an important foundational core course in high education institutions， playing a crucial role in teaching and research in the field of material science and engineering. Traditional Organic Chemistry teaching has many problems such as complex content， obscure concepts， and lack of logical connections between chapters. This article mainly explores the practices to improving the teaching effects of Organic Chemistry， including optimizes teaching content and methods， and reshaping the assessment system. The goal is to improve students’ learning and problem-solving abilities， stimulate students’ interest in learning， and comprehensively enhance the quality of undergraduate teaching.

Key words： Organic Chemistry; education reform; teaching methods