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關于有機化學實驗教學改革模式的探索與實踐論文
有機化學實驗是培養學生動手能力、實驗技能和思維創新能力的重要課程。因而，有機化學實驗內容改革和實踐是有機化學教學最基本的任務。如何在有機化學實驗教學中樹立以學生為本，知識傳授、能力培養、素質提高協調發展的教育理念和以能力培養為核心的實驗教學觀念，建立有利于培養學生實踐能力、開拓意識和創新能力的綜合性、創新性、研究性、微型、綠色性、實用型等多種實驗教學模式，深化實驗教學改革，已成為高校教師所關注的課題。構建研究型實驗教學平臺，實施創新性實驗教學，在實驗教學過程中積極推廣啟發式、互動式、研究式教學新模式，已成為北京大學、清華大學、南開大學、武漢大學、南京大學等高等院校教學改革的重點。
一、有機化學實驗的現狀
目前，大部分高等院校開設的有機化學實驗主要是單科性的基礎性驗證型實驗。在整個實驗過程中，學生機械地照搬實驗教材內容，教師則過多地注重學生掌握基本實驗操作技能，忽視對學生觀察實驗現象、分析實驗結果、處理實驗數據的動腦能力的培養;驗證性實驗較多，而探索性、開發性實驗較少的傳統實驗教學體系已不利于應用型人才的培養，不利于學生綜合實驗設計能力的培養，限制了學生的創造性思維。而且許多實驗選用的原料、溶劑或催化劑等毒性較大，實驗過程會產生大量的“三廢”等有害物質，不符合綠色化學發展的要求。因此，開設小量化、微型化有機化學實驗，以滿足綠色化學的發展;減少單科性、驗證性實驗，增加綜合型、研究性實驗;將傳統的課程進行重新組合與優化，進行開放式、自學式、講授式等多種形式的實驗教學;把最新科研成果轉化為實驗項目，把新技術、新儀器和新方法引入實驗教學，以提升實驗課的水平，已成為各高校教學改革的重點。
二、有機化學實驗教學改革模式的思考
(一)綜合型實驗教學模式
綜合性實驗是學生在完成基礎實驗、具有一定實驗操作技能的前提下，結合各專業培養目標和生產實際，進行更系統、復雜的有機合成實驗。綜合有機化學實驗是以有機合成為主線，輔以常規分析及儀器測量等手段來培養學生綜合解決實際問題的能力。綜合型實驗內容涉及本課程的綜合知識，學生通過若干個單元的實驗，受到綜合型實驗思想、技能、研究方法和手段的訓練。綜合實驗既包括多步驟連續綜合實驗，又包括合成、分離、提純以及檢驗等實驗。如“呋喃甲醛的Can-nizzaro反應”。該實驗屬于多步驟的有機合成綜合實驗，實驗包括原料的精制、產物的合成、分離、提純、檢驗。需掌握的基本操作技能包括：減壓蒸餾、歧化反應、萃取、蒸餾、重結晶、測熔點、折光率測定等。通過該實驗項目的開設，學生的綜合實驗能力及科學素質可得到培養及提高。
(二)研究型、設計性實驗教學模式
研究型教學模式是指在教學過程中，教師模擬科學研究活動所設計和組織的一種課堂教學，以教學內容和學生的知識積累為基礎，為學生營造一種類似于科學研究的學習環境和學習氛圍。學生通過此途徑實現獲取知識、訓練思維、培養能力、發展個性的目的。
設計性實驗是在完成基礎性實驗和綜合性實驗基礎上，為進一步培養學生科研能力和綜合素質而開設的實驗。學生通過查閱文獻資料、自行設計實驗方案、利用實驗室開放時間獨立完成自己感興趣的實驗。這是培養學生查閱中外文參考資料、獨立分析和解決問題、提高實驗操作技能和觀察實驗能力最直接的教學、科研方式。如清華大學開設的“四氫咔唑及其衍生物系列合成”實驗，整個實驗過程涉及氧化、親電取代、消除、偶聯、配位化學、組合化學等一系列不同的有機化學反應類型和概念。該類實驗是系列合成，實驗技術幾乎涵蓋基礎實驗中所有的操作技術，甚至還涉及很多新的實驗操作技術，如：微波的使用、TLC跟蹤實驗、柱色譜分離產物，旋轉蒸發儀的使用等。
(三)創新型實驗教學模式
實踐教學是創新人才培養的重要環節，它對提高學生的綜合素質、培養學生的創新與實踐能力具有特殊的作用。經典實驗中引導創新，培養學生創新意識，實現基礎與創新的有機結合，是創新性實驗的主導思想。浙江大學化學實驗中心積極進行有機化學實驗課程體系改革，開發出一系列的創新實驗項目，如乙酸正丁酯的合成采用不同的方案進行合成;乙酰苯胺的制備中產品的純化采用不同的溶劑進行重結晶探索;肉桂酸的制備分別采用傳統的加熱方式和微波輻射進行合成。通過對比實驗探索，學生的創新能力可得以提高。
(四)綠色化實驗教學模式
綠色化學實驗是在傳統實驗教學基礎上的升華，是將綠色化學原理運用于實驗的設計中的一種教學模式。肉桂酸是合成農藥、藥物、香料等化學品的重要原料，也可作為殺菌劑、防腐劑。傳統的有機合成實驗中肉桂酸的制備方法采用苯甲醛與乙酸酐縮合脫水而制得，這種縮合反應時間長、溫度高、產率低。利用乙酸銨為催化劑，在微波輻射下由苯甲醛和丙二酸在無溶劑的條件下縮合，合成的肉桂酸反應時間短，實驗過程簡單，產率高，基本無環境污染，是一種綠色化實驗教學模式。微型實驗也是實現綠色化教學模式的一個途徑。
微型化學實驗是在微型化的儀器裝置中進行的化學實驗，具有試劑用量少、污染少、反應時間短、實驗獲得的信息量大等優點。如“苯甲酸制備的微型化實驗”同常量實驗比，就具有上述優點。
開展多媒體進行模擬化學仿真實驗，實現綠色化教學，已成為近幾年國內外高校化學教學改革的熱點。有機化學實驗自身存在一些問題：如成本高，周期長，實驗中反應物和產物大多易燃，并且有毒、有害，實驗的廢棄物難以處理。因此，對有機化學實驗進行計算機輔助教學是十分必要的。
(五)開放實驗教學模式
要提升實驗室建設水平，實現資源的合理配置和高效共享，則必須實行實驗室的開放。開放性實驗室既是時間和空間的開放，又為學生的主動學習創造了一個良好的外部環境。學生可根據自己的學習與實驗進程，自主選擇實驗時間，把握動手操作的機會。中南大學在本科教學實驗室的建設與開放運行管理中，積極探索一條適合拔尖創新人才培養的實驗室建設與開放的道路。學校根據實驗項目的性質、資源的容量等探索了多種開放運行模式，對綜合性較強的專題實驗、課程設計等實現指定時間段的預約開放，為學生科學研究、工程訓練及個性發展創造出先進優質的硬環境。開放式實驗是一種有利于培養學生獨立分析問題、解決問題能力和創新能力非常好的教學方法，實驗室的開放運行會對實驗教學質量的提高和學生能力培養起到進一步的推動作用。
三、我校在構建多種有機化學教學模式的探索與實踐
為了深化有機化學實驗教學改革，在有機化學實驗教學中更好地培養學生的動手能力、實驗創新能力及環境保護意識，我們有機化學教研室的老師積極進行有機化學實驗教學改革實踐，取得了一定的成績。如硝基苯胺和鄰硝基苯胺的薄層色譜分析實驗，因這兩種物質均為高毒物質，可引起比苯胺更強的血液中毒，皮膚接觸后會引起濕疹及皮炎，長期大量接觸可引起肝損害。實驗所用的展開劑甲苯對皮膚、黏膜有刺激性，對中樞神經系統有麻醉作用，對環境有嚴重危害，對空氣、水環境及水源可造成污染。為了構建綠色化教學模式，我們對實驗進行了改革，采用無毒的水和低毒的36%的醋酸為展開劑，對甲基橙和熒光黃進行分離鑒定薄層色譜分析實驗，效果較好。我們有機化學教研室的孔祥文教授近些年用氨基磺酸、對甲基苯磺酸或固體超強酸來代替濃硫酸做催化劑分別用于制備4-乙酰氧基苯甲酸、阿司匹林和乙酸正丁酯。探索上述化合物綠色合成的新工藝，改進后的實驗教學新工藝具有廉價、綠色、易操作等優點，對工業生產及實驗教學有積極的指導意義。在“高校精品課程建設中實施創新教育的探索與實踐”一文中，孔祥文老師闡述了自身通過教學內容及教學方法的改革提高學生創新能力的方法，通過學年論文及大學生科技創新、創業等形式，使學生科研能力、分析和解決問題的能力得以增強。為了構建研究型、設計型、綜合型有機化學實驗教學模式，我們結合科研不斷地探索各種模式實驗教學開展的條件及可行性，探索出了無機離子顯色劑7-(4-安替吡啉偶氮)-8-羥基喹啉合成及與銅的顯色反應、多酸催化乙酸酯類化合物的制備研究等一系列綜合實驗項目的開設方案。在5-(4-安替吡啉偶氮)水楊醛的合成與分光光度法測定鈮(V)的綜合實驗中，我們通過重氮化和偶合反應合成5-(4-安替吡啉偶氮)水楊醛，用自制的5-(4-安替吡啉偶氮)水楊醛作為無機離子顯色劑，與稀有金屬鈮進行顯色反應，探索顯色反應的最大吸收波長、表面活性劑的選擇與用量、工作曲線的繪制及回收率的測定等因素對顯色反應的影響。通過此綜合實驗，我們將有機化合物的制備、無機離子的定量分析方法及分析化學中的分光光度法等基本理論與基本實驗操作技能融合在一起，使實驗具有了綜合性。在1-溴丁烷的合成實驗中，我們將有機合成和產物物理性質中折射率的測定結合在一起。通過此實驗，學生不僅學會了回流、蒸餾、分液、洗滌等有機化學實驗基本操作技能，而且還掌握了阿貝折光儀的使用方法，為以后從事科學研究奠定了一定的基礎。
四、結束語
改革傳統的實驗教學模式，旨在建立以學生為主體，培養其創造性思維、開發創造力的新型的教學模式。多媒體教學的引用、實驗室開放，開展學生創新性、研究性、設計型、綜合型和微型實驗項目等措施，切實提高了學生的綜合素質和能力。紅外光譜、核磁共振譜、阿貝折光儀等產品分析檢測手段應用到本科實驗中，為學生提供了一個良好的學習平臺，是有機化學實驗教學改革的一個重點。
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