時間:2023-03-23 15:03:50
序論:好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程,我們為您推薦十篇有機化學論文范例,希望它們能助您一臂之力,提升您的閱讀品質,帶來更深刻的閱讀感受。
二、充分利用多媒體,豐富教學形式
有機化學中涉及到大量化學方程式、電子結構、分子構型等抽象概念,而多媒體課件則可以對其進行有效的補充。在講解相關反應機理時,對于化學反應過程最好做成動畫演示,幫助學生理解并且加深印象。例如,在講解碳原子雜化軌道形成過程中,電子躍遷,軌道的雜化過程可通過flas演示,教師應結合每一步動畫講解相應的機理,從而讓學生對抽象的過程有宏觀的認識。同時,在采用多媒體教學過程中,需注意板書與多媒體課件有機地結合,對于一些反應過程必須利用板書進行詳細的講解,過分依賴課件有可能造成細節講解不透徹。在教學過程中,要注意引入生活中的案例,使枯燥的理論生活化。例如,在講授蛋白質化學這一章內容時,可先布置一個有關蛋白質的小課題,讓學生課后查閱相關資料,并在課中進行講解。例如,在生活中,如果誤服了含有大量重金屬的食物,如何采用急救措施,其解毒原理又是什么?兒童重金屬中毒會對其生長發育有什么影響?學生通過對這些問題的查閱,搞清楚相關問題的原理,同時又增加了生活常識,從而達到學以致用。
三、理論聯系實際,重視實驗教學
在實驗教學過程中,可采用階段性實驗教學,首先安排一些趣味性、實驗性較強的驗證實驗,例如,阿司匹林、染料合成、茶葉提取咖啡因等。對于這類實驗,學生往往表現出較大的興趣。另外,結合教師的科研項目,我們還可安排一些開放性實驗,實驗室在特定的時間內向學生開放。例如,本課題組主要從事環境固體廢物處理及資源化研究,對于生物科學專業的學生,可讓他們參加到城市污泥好氧生物發酵的課題研究中,通過對課題的參與加深對本專業知識的理解,并且培養獨立思考和解決問題的能力。
四、完善課程考核體系
課程考核體系對一門課程的順利開展具有重要意義。大學學習中主要在于掌握學習方法,擴大知識面,而不能過分的強調考試分數的高低,不能單純以期末卷面考試成績的高低來考核學生對有機化學這門課的掌握情況。因此,需完善課程考核體系,加大平時成績和實驗操作成績的比重。在教學中可根據教學章節實際內容,布置綜合性知識總結論文,要求學生在查閱大量文獻的基礎上撰寫學習報告,培養學生總結、思考、分析、概括問題的能力,還可以讓個別有能力的學生根據自己的興趣整理設計有機化學小課件,在學生中進行講解,并對相關學生進行加分,以提高其積極性。另外,適當增加課堂提問和設問并給出成績記錄,也能有效地提高和強化學生對課程學習的積極性。結合隨堂小考、課堂提問、綜述論文、課件等平時成績,進行學生成績的綜合考查,并且加大平時成績在總成績中的比重,而不是僅僅以期末考試成績來考察對本門課程的掌握情況。
1.以“夠用”為度
增加實用的教學內容,減少不必要的理論知識筆者學校根據課改“16字方針”(德育為先、因材施教、貼近企業、突出能力),在專業課程大綱、教學目標及專業課校本教材的選用上首先進行改革。專業課程大綱設置充分發揮校企合作委員會的作用,通過廣泛調研,使開設的課程能滿足企業崗位知識、技能的要求,又使學生具有進一步發展的空間。經過兩年的摸索,將有機化學課程內容分為四大塊:基礎內容,專業相關內容,人文和社會科學相關內容,實驗及實踐內容。教材是組織教學的基本依據,沒有創新的教材,要實現教學內容的創新會困難重重。傳統教材有嚴重本科化的痕跡,對技校學生來說知識太難、太深,內容太多。學生拿著厚厚的教材一籌莫展,嚴重影響了學習的興趣,打擊了學生的自信心。在課程改革中,筆者學校對有機化學課程的教學內容以“夠用”為度,減少不必要的理論知識,將學習內容更為實用作為目標。在實踐中,通過校本教材逐步實現這一目標。校本教材中精簡和更新了教學內容,進行了教學內容的優化與整合,按照內容少而精、增加學生自主性的原則,根據課程的特點,在精、新、易懂上做文章。還以實施實驗選修和設計為切入點,推動教學改革,完善以技能培養為主線的課程結構。
2.增加實踐性課程
減少理論授課時間實驗室對人才的實踐能力和創新能力培養具有重要作用。近年來,筆者學校加大了對專業實驗室教學設備的硬件投入,使實驗教學條件得到了很大改善。在教學計劃上,增加了實驗的時間,加強學生專業技能培訓。同時建立開放型實驗室,增加學生在時間上的自由度,培養學生獨立工作的能力。學生“以我為主”,在教師引導下積極進行調查研究,查閱文獻、制訂方案、動手設計或實驗、分析總結等,提高了實踐能力和創新意識。
3.增加企業實踐的機會
減小學生和企業的距離課改的方向是加強對學生能力的培養,其中專業崗位技能是學生應當具備的關鍵能力之一,不僅關系到學生的就業,也關系到企業對學校培養對象的認同和社會對學校的認同。筆者所在專業的學生主要安排在市內的醫藥生產和銷售等單位進行生產實習。企業實習讓學生認識藥劑專業的行業概況,初步了解處理流程,加深對所學理論的理解,擴大知識視野。教師要引導學生在實習期間感受企業氛圍,處理好人際關系,為學生踏入社會奠定基礎。
4.增加考核的方式
避免“一卷定終身”在有機化學教學中,突出“以能力為本位”的教改思路。改變傳統評價方式,對學生考核采取以能力為主的多方位綜合評價。建立和完善有利于學生健康成長的培養機制和考核體系,采取靈活多樣的人才培養方式。我們面對的學生是中職生,其教育應是就業教育,而不是應試教育。所以筆者認為考試不應該把考查學生的記憶力作為重點,而應以培養學生的綜合分析能力、實際應用能力為指向。針對學生考試搞突擊的局面,筆者學校在課改過程中將考核形式多樣化,用開卷考、口試、實驗操作考試、調查報告或小論文代替傳統考試。多樣的考試形式可以幫助學生改變學習方法,讓他們真正理解、掌握、運用書中的知識;同時便于老師在命題時,擴大學生的知識面,增加試題的靈活性,側重考查學生的分析能力和研究能力。
5.增強教師的主動性和創造性
提高學生的學習興趣教師要充分發揮主導作用,將傳授知識與創造能力的培養融為一體。教師的教學方法應根據對象的變化,不斷進行調整,靈活運用啟發式教學法、研討式教學法等。這些方法的實質就是在教師的指導下,調動學生學習的主動性和積極性,讓學生突破慣性思維的束縛,啟發學生自覺運用創造性思維等思維方式去探索新的理論和形成新的概念。筆者學校積極探索項目課程下的理實一體化、模塊化教學工作。新的教學方法與手段把形象性與生動性、科學性與啟發性有機結合,提高了教學效率和教學質量。學生通過教學環節,形象、直觀地理解所學到的課程知識,拉近與知識的距離,從而進一步激發了學生對課程學習的興趣。
6.采用新的教學手段
增強教學效果教學方式、教學手段的改革與創新,是課程改革與建設的重要環節。在這個網絡時代,多媒體教學的應用是課程建設現代化的標志。筆者學校教師改變一塊黑板、一支粉筆的傳統教學方式,合理利用現代教學手段,例如多媒體等教學課件,增強教學內容的形象化和直觀化,克服時空限制,因材施教,使知識、信息迅速傳播,提高學生學習效率。在指導學生完成作業的同時,教師還可向學生介紹校內外相關的網絡資源,作為該課程教學的參考資料,包括電子書籍等,提高學生的學習效率。在學生的實驗環節中,筆者學校充分運用視頻影像,把學生的操作拍成視頻,讓學生觀看,查找自己的不足,加深印象,提高了學生的興趣,收到了良好的效果。
大多數學校尚未涉足,若想使全社會公眾形成綠色化學意識,單靠幾所高校開課、幾個研究所進行研究是遠遠不夠的。若想改變公眾缺乏綠色化學意識的狀況,只有通過高師畢業生在基礎教育當中去開展綠色化學教育,這樣才能逐步影響到大眾。真正的綠色化學教育的精髓是在綠色化學原則的指導下把綠色化學融合于化學教材改革、化學教學改革、化學實驗改革等系列化學教育綠色化的創新過程。
2.各項政策不到位。
建議政府、化學界、環保界,尤其是教育界應根據實際情況設立綠色化學及綠色化學教育獎項,提出各種綠色化學教育的政策法規,建立合理的綠色化學化工教育考核制度。相信有各種政策的保障,各種獎項的頒發,必將會加速全社會綠色化學意識的形成,實現人類社會的可持續發展。
3.教育體系不完善。
教師在課堂教學、實驗教學過程中應始終貫徹綠色化學思想,要讓學生了解綠色化學,樹立起綠色化學意識,培養其從事綠色化學研究與開發的能力。然而,我國目前的高等教育機構還沒有形成完備的綠色化學教育體系,更不用說基礎教育了。因此應該建立起一系列合理的綠色化學教育體系,以促進綠色化學教育的順利發展。綠色化學的發展將對環境保護起重大作用,它為人類的可持續發展提供了技術保證。綠色化學進入教育領域,從而進入化學教育,符合時代的呼喚。
二、有機化學教學中開展綠色化學教育的策略
1.在有機化學課堂教學中滲透綠色化學教育。
面對化學學術界悄然進行的綠色革命,廣大的化學教育工作者不能無動于衷,尤其是將來作為社會的科技革命主動力的大學生更應該受到綠色化學教育,這就要求我們講究策略,指行動或行動計劃,以及為解決某問題或達到某目標而有意識做出的各種活動。可喜的是,目前已有部分重點大學如中國科技大學開始開設“綠色化學”課程。但是,仍然有不少高校的教師未能意識到將此重要的新信息傳遞給學生的重要性。另外,雖然有部分高校已開始著手為研究生或高年級本科生開設“綠色化學”課程,但在當前相當多的高校存在教學課時緊張的狀況下,又帶來了專門的教學時間難以安排的新矛盾。因此,在有機化學教學中進行綠色化學教育的滲透,不失為解決問題的好辦法。在有機化學教學中進行綠色化學教育的滲透。具體來說,就是在進行有機化學教學時,對教學內容涉及有關綠色化學知識的方面,給予適時地、適量地介紹,通過這種畫龍點睛的教學改革,可使學生在潛移默化中受到綠色化學教育。同時又不對原本非常緊張的教學安排造成新的沖擊。
2.在有機化學實驗教學中加強綠色化學教育。
化學是一門以實驗為基礎的學科。有機化學實驗是化學科學賴以形成和發展的基礎,是檢驗化學知識真理性的標準,是提高學生科學素養的重要內容和手段。有機化學實驗也是化學教育的最有效的教學形式。除此之外,有機化學實驗還具有重要的教育教學功能。從認識角度看,有機化學實驗是為學生提供化學教學認識問題的主要途徑,它為學生檢驗有機化學理論、認識有機化學科學知識、驗證有機化學假說提供了科學依據。從方法論角度看,有機化學實驗是培養學生掌握實驗操作過程、實驗方法的重要手段。從教學論的角度看,有機化學實驗能創設一定教學情景,轉變學生學習方式,有效激發學生學習興趣。學生可以從有機化學實驗現象中去認識有機物,并通過自己的操作來培養各種能力,進而促進思維的發展和綜合能力的提高。教師將有機化學實驗置于一定的化學教學情景下,為實現一定的化學教學目的,而展開的一系列教學活動,就是所謂的“化學實驗教學”。有機化學實驗教學是有機化學教學的重要組成部分,其對學生的科學思維、動手能力、創新意識的培養起著重要的作用。有機化學實驗教學與綠色化學的聯系最緊密、最直接,是培養學生“從我做起”的好陣地,也是培養學生綠色化學意識的重要途徑。有機化學實驗教學能促進學生在知、情、意、行等方面統一協調發展。有機化學實驗是有機化學學科的基石和學生可以直接感知的事實,通過有機化學實驗教學來培養學生的綠色化學意識是一個最好的切入點。在實驗教學中開展綠色化學教育是歷史的必然。當然,綠色化學與有機化學有著天然的血肉聯系。因此,在有機化學實驗教學中滲透綠色化學是最為合適的。學生在做實驗的過程中,通過自己親身體驗來理解綠色化實驗確實能減少或根本不產生污染,從而形成綠色化學意識。將一些傳統實驗方法與經過綠色化改進的綠色化實驗方法進行比較,以此來說明通過用改進的綠色化實驗向學生滲透綠色化學教育是有效的途徑。
按照11版教學培養方案的修訂,有機化學由原來的126學時減少到108學時,上下半學期各54學時。同時,有機化學實驗也做了相應的修改,由原來的90學時減少到70學時,上下半學期各35學時。在此次教學方案修改的同時,有機教研室依據教育部規劃教材特點,結合我校化學專業長遠發展需求,立足于學生可操作性,本著“微型化、節約化”原則,進一步梳理與完善了有機化學實驗教學內容。在堅持熟練基本操作的基礎上,將教師科研方向中的一些原料合成作為教學內容引入到了有機化學實驗操作中,例如,將降冰片烯二酸酐的制備引入教學環節,讓學生在鞏固雙烯合成理論的基礎上,進一步熟練如何利用已知原料合成目標產物的方法。再如,在重結晶實驗操作中,由于原料的恒定性,學生實驗往往很容易形成機械操作、簡單重復和照方抓藥等特點。為了打破重結晶原有實驗原料的單一性,我們借助重點實驗室這一平臺,跟有科研項目的老師一起交流并達成共識,他們合成的粗產物直接應用到有機化學教學實驗中,形成了原料種類多樣性。變換原料,學生就得通過重結晶的步驟,合理選擇理想溶劑,提高了學生參與實驗的主動性,同時也為老師科研提供了保障,避免了實驗產品的浪費。另外,對先前的常量化實驗也進行了改進,引入了微量實驗儀器,樹立學生節約意識,進一步強化學生的實驗技能。
1.2教學模式的轉換
傳統的實驗教學模式只注重學生實驗結果,往往忽視了實驗過程。有機化學實驗教改過程,首先,注重實驗前的準備。讓學生通過相關文獻檢索,吃透實驗操作中的一些問題,熟悉物料性質,確保實驗順利進行(見圖1)。其次,全面干預學生實驗操作過程。在實驗操作過程中既要強化學生的實驗操作技能,對于違規操作行為,要及時糾正,必要時要作為典型案例,引導全體學生注意,同時還要全面跟蹤學生實驗過程,設立專門教師實驗臺,實現學生和教師共同實驗,在實驗操作中及時將實驗過程中出現的問題反饋給學生,進一步培養學生對一些反常現象的理解和認識,鍛煉學生分析與解決問題的能力(見圖2)。第三,做好實驗結果總結與實驗報告信息反饋。對于實驗結果來說,由于個人的操作或多或少存在差異,尤其在現象描述、收率計算和物理參數測定等方面都多少存在分歧,采取集中討論與分散交流相結合的方式,干預學生實驗結果討論,引導學生對實驗結果做出正確的判斷,為后續實驗報告的書寫奠定基礎;對于實驗報告信息反饋,一要堅持原有認真批改實驗報告的做法,二要在新的實驗開始時做好實驗報告的點評工作,既要突出表揚優秀的實驗報告,也要指出不合格的實驗報告,通過以“優幫差”,切實發揮好“傳幫帶”的作用,逐步完善學生對實驗報告的書寫。三是對學生在實驗創新中提到的一些改進措施要給予合理的解釋,激發學生積極嘗試實驗的熱情,增進學生對化學實驗的興趣。
1.3教學評價體系
老師通過實驗教學中的“預習、操作、衛生和實驗報告”可以直觀地給學生在某個實驗中給予合理的分數。反過來,學生也要發揮監督老師的作用,通過教學評價體系,可以反映出教師在實驗教學中的投入。學校雖然每年都通過教學評價系統,讓學生對老師教學做出客觀公正的評價,進一步激發教師的教學熱情,但效果往往不是很理想。我們在有機化學實驗教學環節中引入了“一個實驗一評價體系”,采取無記名信息反饋,梳理后將意見轉達給任課教師,通過教研室活動討論,確定整改措施,并及時地應用到下一個實驗中,并將有用信息擴大到了整個教研室活動中,使得教師在教學中豐富閱歷,使得學生在學習中長了見識。這種做法在學生與教師中已經形成了良性互動,并得到了很好的評價效果。
1.4科研協助教學改革
有機化學實驗是在大學二年級開設,學生已經初步掌握了一些基本的實驗技能操作,在有機化學實驗實驗教學過程中,積極引導學生參與教師科研活動,增強學生對學科前沿知識的了解,提升學生對化學實驗的興趣。具體可通過內蒙古每年舉辦的“挑戰杯”科技作品競賽和畢業生畢業論文的設計兩個途徑進行嘗試,讓學生以興趣小組形式參與到教師科研項目中,讓學生從教師科研活動中吸取寶貴的信息資料,獲得長足的進步。例如,β-氨基酮類化合物的合成(Mannich堿)是有機化學理論知識中的內容,基本的有機化學實驗教學中并沒有此類化合物的實驗操作內容,是一個綜合性很強的實驗操作,學生要從多組分溶劑的選取、TCL(薄板層析)、重結晶、熔點測定等一系列實驗技能入手,擴展了學生的思路,增強了有機實驗手段的連續性和銜接性。截至目前為止,已有兩屆學生10多人次,借助教師科研平臺,參與“挑戰杯”科技作品競賽,并獲獎;有三屆學生15人次,通過參與教師科研活動,發表了高水平的學術論文。當然,這些成績的取得反過來又促進了實驗教學的運行,在培養學生實驗技能的同時,進一步拓展了學生在實驗中“敢想、敢問、敢做”的理念,從某種意義上也完善了新版教學培養方案。
1重構課程體系框架
以“雙創”為導向,以課程為載體,以創新創業實踐項目為依托,在做與學的過程中,滲透創新創業意識、傳播創新創業方法、培養創新創業能力,構建新型“有機化學”實訓教學模式[3]。傳統的“有機化學”課程過分強調知識的完整性、系統性、邏輯性。本課題打破原有的課程體系,在每個章節實訓內容的選取上,從貼近生活的創業實踐項目與開放式實訓項目入手,延伸至專業領域,激發學生的學習興趣,使學生了解物質的性能與用途,掌握專業實操技能,并且注重創新創業意識與能力的培養。“有機化學”實訓項目列表如表1所示。
2實訓教學改革方案的實施
2.1加強實訓技術信息化的應用。隨著多媒體、移動互聯網及智能終端的發展普及,充分考慮“00”后學生學習特點與習慣,利用本課題組成員近期出版的新形態一體化教材與在線開放課程平臺將原本系統的知識與技能科普化、碎片化、顆粒化,使學者不受時間和空間的限制,更方便地學習,學生則更容易掌握知識技能,激發興趣,培養創造性思維。2.2優化實訓教學方法。在日常教學中,多引入創新創業項目以及專利案例,有效調動學生的創新積極性,激發學生的創新靈感,促進學生的創新實踐,提升學生的創新能力。以開放式的實訓項目為依托,可以使學生由知識技能的被動接受者轉變為知識的能動建造者,鼓勵學生在實驗方法的改良、儀器的改造等方面進行創新研究,閃現的新思路、新問題、新措施都能成為可申請專利的新方法、新工藝、新技術[4]。2.3加強實訓教學的延展性。“有機化學”實訓教學不局限于課堂內的學習,亦不局限于本專業的應用,還可以延伸到專業外的其他領域。學生通過“有機化學”實訓項目列表掌握的知識與技能可以指導學生社團的實踐活動,在原有的生物科技協會和DIY手工協會的基礎上,注入課程元素,與專業結合,使所學知識技能得以鞏固、升華與泛化,激發學生的創新能力,鼓勵學生制作創新產品。2.4改革考核方式。目前,本課程的考核方式是重期末、輕過程的傳統評價模式,這不利于全面評價學生的知識能力水平,不利于雙創人才的培養。應采取多元化、立體化的考核方式,如個人與小組考核相結合、理論與實踐考核相結合、基礎知識技能與創新能力考核相結合,將學生參加的創新實踐、競賽、專利以及撰寫項目計劃書、論文等納入考核范圍。2.5提升課程教學團隊的雙創教學能力。通過派送調研、學習考察、進修培訓等方式,不斷提高課程教師的高職教育水平、專業水平、創新與創業能力。為落實“三教”改革新任務,堅持“以賽促教、以賽促學、以賽促改、以賽促建”,致力提升教師的專業教學水平和實踐創新教學能力,打造教學創新團隊,全面提升學院教學質量。
3實施效果評估
通過學生評價、同行評價以及對改革前后教師和學生在思想觀念、教學行為、學習行為、創新能力、創業素養等方面的內容進行深入細致的比較(見表2),2018級學生的學習效果與各能力的發展明顯優于前兩屆(見圖1),故判斷新型“有機化學”實訓教學改革方案具有可行性。
2.利用多媒體創設和諧輕松的教學氛圍
引發學生學習興趣傳統的數理化教學易給人一種呆板、沉悶的感覺,不易使習慣形象和感性思維的學生產生學習興趣。而多媒體的形象生動等特點正好可以彌補傳統教學的不足。比如,在講解酸的時候,就可用醋來作為課題引入,放映有關醋的歷史、分類及醋的妙用的視頻動畫或者是相關圖片配以和諧優美的音樂,讓學生能帶著輕松愉快的心情進入后面部分的學習。
3.幫助理解重難點內容
樹立學習的信心,保持學生學習興趣信心也是興趣產生的一個重要因素,對于在學習過程中遇到的挫折或困難,意志堅定、求知欲強的學生一定會通過不懈的努力或用不同方法解決,而另外一部分學生可能就此而受到打擊,從而影響學習積極性和學習信心,因此降低學習興趣。有機化學中一些較抽象的知識點,如有機物質分子空間立體結構和同分異構體結構,這需要學生具有一定的空間想象能力,對于部分學生來說,比較困難,如果能制作成三維效果圖或者是具有交互功能的動畫,可以達到直觀形象、一目了然的效果,學生理解起來也更加容易。
4.利用信息技術開展多種課外活動
提高學生學習興趣一是可利用課外活動時間為學生播放有機化學趣聞、生活中常見的有機化學物、有機化學反應或電視節目、魔術表演中的有機化學現象。二是建立興趣活動小組,分小組完成實踐性作業、調查性作業以及課題研究。比如課題“塑料袋與白色污染”,學生可以自行通過網絡查找、收集、加工、整理有關塑料的主要成分、化學性狀、生產加工方法,為什么會引起白色污染,如何降低污染、保護環境等,最后形成論文或電子稿。通過論壇或博客發表,與老師、同學或其他網友共享交流,通過這種方式,不僅可以提高學生的自主學習能力、團隊協助精神,還能讓他們通過發表、共享等方式得到自我滿足,增強自信心和學習的動力,從而提高學習興趣。
5.利用信息技術為學生搭建良好的自主學習平臺
創建平等的互助交流環境利用信息技術可讓學習成果得以鞏固,學習“攔路虎”得以及時解決,加強學習興趣。在教學中,我們發現許多學生可能一開始表現得還是挺有興趣,可是隨著學習內容的增多、學習難度的加深,其學習興趣就會逐漸減退。我們可以嘗試做以下幾個方面的工作:①利用化學學習網站進行課外自主學習,有條件的話,可自行建設有機化學專題學習網站,教師將教案、課件、動畫、視頻或收集整理的相關資料上傳供學生參考。同時,學生也可將自己的學習心得、經驗、研究成果上傳。②建立學習交流群,教師可以利用課外業余時間為學生們答疑解惑,及時解決學生們的學習疑問;學生之間也可就學習經驗進行交流:開設有機化學學習論壇,設立各種討論主題,學生可以根據自己的興趣愛好或者不足之處有選擇地進入相關主題進行討論交流。③利用搜索引擎、在線答疑等信息工具尋求其他網友或名師的支持。④利用輔學型課件或智能評測系統,進行自測練習,及時檢測學習效果。
二、阻礙學生科學素養提升的因素
從對周圍從事有機化學教學相關人員的教學工作之觀察,以及相關同人的交流與探討,造成當前大學生科學修養不高的因素是多方面的,首先國內缺少培養科學素養的泥土,其次是教育體制弊病、教學活動主體思想認識偏差等要素。筆者結合幾年來從事有機化學的教學以及科研的實際情況,認為在有機化學教學中主要存在以下因素阻礙學生科學素養的提升。
1.受中小學教育的影響。
我國目前在中小學的教學中實行的是應試教育,這類教育體制具有兩個致命缺點:其一是中小學不看重科學素養教育的習慣在高校中被延續;其二是學生長時間疲于應對考試成為測驗機器,即使到了進修環境相對輕松的高校也依然沿用以往在中學時形成的學習方法和學習態度,對于科學素養養成的重要性認知不足。現在,全國大部分的高校仍缺少針對大學生的專門科研活動,只有部分高校將大學生科研活動作為一項長效機制固定并且堅持下來,但是,缺乏專門機構做出引導和安排,在某種意義上這類體制上的遺憾使得大學校園缺少濃郁的科學素養氛圍,不利于大學生科學技術的磨煉與培育。
2.教材內容陳舊、難學的問題。
有機化學是一門應用性、實踐性較強的學科,有必要將有機化學的最新動態、前沿理論引入教材。然而,現在各個高校所使用的有機化學的主流教材基本上是相對比較經典的有機化學內容,其中反映現代科學技術前沿的內容很有限;方程式和人名反應繁雜,難以理解和記憶;立體化學和反應機理抽象,難以掌握理解;有機化學的課時數相對較少,使得在課堂上教師與學生之間缺乏有效的互動,從而使得教學效果不理想。
3.部分教師科研觀念淡薄,無法實現有機化學教學與科研相長。
目前,在有機化學教學與科研人員的配置中,仍然存在這一現狀:長期從事教學的教師基本不搞科研,而大量從事科研工作,并且成果非常優秀的教師基本不擔任講授任務。這樣的人員配置有利于實現人才的專業化和高水平科研成果的產出。但是,教學與科研的完全脫離,使得科研無法促進教學;而在教學中發現的問題,也無法為科研提供有效素材和動力。
4.多媒體教授方式與傳統講授方式缺乏有效整合。
目前,有機化學存在傳統教學和多媒體教學兩種方式,二者各有利弊。多媒體教學在有機化學中的應用能夠實現從平面式教學向立體式教學的轉變,有利于學生加倍形象地、直觀地了解分子結構特點;從靜態展示向動態模擬的轉變,有利于學生提高對化學反應機理的理解;從封閉式教學向開放式教學的轉變,有利于豐富有機化學教學內容。不過,多媒體教學可能會阻礙師生的有效交流,造成教學中的形式主義。因此,需對有機化學多媒體講授形式與傳統講授形式進行優化整合,發揮各自的比較優勢。但是,從有機化學的教學實踐來看,有些教師偏重于多媒體教學模式,有些教師偏重于傳統教學模式,二者缺乏有效整合。
三、提高學生科學素養的途徑
在有機化學教學中對學生科學素養的培養與提升,要求學生對有機化學中的基本概念、科學方法、反應機理等等具有充分的認識和理解,形成穩定的心理素質。因此,在有機化學教學中,提升大學生們的科學素養與品德,可從以下幾個方面進行考慮。
(一)編寫與時俱進的有機化學教材
建立有機化學教材的定期更新機制,積極更新有機化學教材,將有機化學發展中的前沿理論、前沿知識、最新動態引入有機化學教材中。在20世紀90年代初,為了解決傳統有機合成方法以及傳統有機合成工業對環境造成的巨大污染與破壞,化學家們提出“綠色化學”的概念,即從源頭減少、甚至消除污染的產生,通過鉆研和改良化學化工工藝,從本質上減少和消除副產物的產生,達到保護和改善環境的目的。在有機化學教材的編著中就可以引入“綠色化學”的內容。在有機化學教學中,適當增加與有機化學相關的社會熱點問題、事件,比如三聚氰胺事件,激發學生的學習熱情及興趣。現在高等學校所開的有機化學方面專業選修課以及必修課內容枯燥,專業性強,不利于化學專業以外的其他需要學習化學課程的相關專業學生學習,提不起學生在選修課中對化學或者有機化學的興趣,就更別談提高科學素養。因此應該加大有機化學中與生活密切相關的教學內容,例如糖為什么是甜的?醋為什么是酸的?以及生命現象的起源等等,這些內容不僅可以讓學生更深入了解身邊的生活,更讓學生增強對有機化學的學習興趣,進而提高學生的科學素養。
(二)創新有機化學教學方式
充分發揮多媒體與傳統教學法這兩種教學法的各自優勢,克服各自的缺點,最大限度地提高教學效果。精心設計多媒體課件,利用多媒體豐富多彩的表現形式,有利于模擬反應進行的過程,從而使學生了解反應機理。將相應的化學反應、發明、應用及相關歷史資料短時間內呈現給學生,提高學生對有機化學的學習興趣,擴大學生的知識面。在基礎有機化學課程教學中將原理與案例結合起來,采用案例作為解釋、證實實驗原理和方法的資料,使學生學得更加靈活與自如,理解知識能夠更加全面和深入。激發和培養學生的創新精神。
(三)強化有機化學實驗的教學改革
實驗教學能夠激發起學生學習的興趣,從而培養學生動手本領,增強科研能力,提高學生綜合水平,培育學生的創新能力。改革傳統實驗教材,使實驗教材與理論課講授結合更加緊密。在當今相當一部分高校中,有專門選拔一些對化學有興趣,并通過一定考核的本科學生,使他們直接進入該校的特定課題組,在組內協助研究生及導師完成他們所承擔的科研項目,并取得一定的學分。此方法不僅使學生增強了動手本領,更使學生提早接觸科研氛圍,有利于學生綜合能力的提高。
2改進方法、多頭并用、提高教育教學質量
2.1積極進行教學模式
改革傳統的有機化學實驗教學一般都是老師“唱主角”,學生“做配角”.老師講、學生聽,聽完重復經典的實驗內容.不但教學方法單一,學生也始終處于被動接受知識地位,自小,學生的主體作用沒有得到發揮.這不利于激發學生的實驗興趣.同時也抑制了學生的思維能力、應用能力、創新能力的提高.因此,這就需要我們積極進行教學模式改革.學生預習方法的改進.成功的實驗,離不開實驗前的預習“.給人以魚,不如授之以漁”針對每個實驗命題,除了要求學生了解實驗目的,領會實驗原理,了解實驗操作方法、步驟以外.還要求學生查文獻;想實驗設計;寫內容組合;議分析結果.并找到操作的注意事項.通過課前預習報告的檢查,課堂互動式交流給以監督.這樣的預習,學生就會積極動腦,用心領會.同時也是學生文獻查閱能力、思維能力、歸納總結能力、綜合運用能力得到提升的過程.不懂的問題學生也會帶著疑問進入實驗室,這就為做好每一個實驗奠定了基礎.教師角色的轉變.改變了過去課堂教學中過于強調知識傳授的傾向,努力形成學生積極主動學習的態度.使學生獲得基礎知識與基本技能的過程成為學會學習和形成正確價值觀的過程.發揮學生主體作用.每次實驗課都由2-3名學生依據自己預習情況,分別根據老師的提問來講解實驗目的、實驗原理、實驗步驟、注意事項等.教師做出必要補充、糾正、解答.部分實驗可以讓學生分組進行對比,如改變某些反應條件(溫度、時間)看對實驗結果的影響.將探究式方法揉入教學中.使學生受所講課程的“感化”而去鉆研和探尋.正是這種“感化”,才可使學生得到如何去獻身未來事業的方法和應用本領.實驗課的講解既需要學生掌握基本的實驗操作技能,鞏固理論知識,又要形成一個完整的解決問題的思路,還要學會用類似的方法,解決類似的問題.因此指導學生掌握認知過程比掌握學習的結果更為重要,它具有相對的穩定性和長效性.具有廣泛的遷移作用.在實驗課教學中,教師善于引導學生發現問題,進而解決問題.這也是“應用”能力提高的過程.多媒體教學進入實驗課堂.傳統的“一本書、一本教案、老師滿堂灌”教學模式已跟不上現在的教育發展趨勢.因此,教學手段必須現代化和信息化.多媒體教學的引入,充分利用了網絡教育資源.不但增大了課堂信息容量,而且還節省了老師的板書時間.特別是在安全教育方面還有其他方法不可替代的作用,通過PPT的演示可以讓學生更直觀看到爆炸、燃燒等現象.增加了學生的感性認識.多媒體和板書相結合的教學模式大大的提高了課堂教學效果和教學質量.綠色環保貫徹始終.無論是有機化學實驗中的驗證實驗、還是制備合成及提取等實驗都用到大量有機試劑.在保證實驗現象和效果的前提下,我們都采用微量或半微量的模式來完成教學.既經濟又環保還達到了教學目的.制備合成實驗中得到的產品有一部分直接用于性質實驗和基本操作訓練(如苯甲酸、環己烯等),對實驗中產生的固體廢棄物和廢液統一回收統一處理.最大限度的降低了對環境的污染.
本校學生的有機化學實驗內容所涉及的范圍較廣泛,主要分為有機液體化合物的制備和固體化合物的制備兩大塊,所用的試劑比如有易燃易爆的乙醚,有易腐蝕的強酸強堿如濃硫酸和強堿氫氧化鈉等,還有些有毒性的如溴化氫等。如果不加強管理,學生隨便取用,不注意操作規范,用完后隨意放置,就會造成很大的安全隱患。因此在實驗過程中化學藥品的管理顯得尤為重要,是屬于重點管理的要素之一[3]。
1.2儀器設備的安全使用問題
有機化學實驗室的設備主要分為兩大類,玻璃儀器類和電器類。玻璃儀器易碎,在玻璃儀器的安裝、使用以及洗滌、干燥等步驟都必須小心,很容易造成割傷等意外。在我們實驗室,一根小小的溫度計,經常因為在使用過程中操作不當,每年都有學生因此而被割傷,極大影響了學生做實驗的進度。另外做有機化學實驗通常需要加熱加壓等操作,需要用到水浴或者油浴,或者電熱套等儀器,有些學生使用電熱套不當造成短路,還有把溶劑濺入電熱套而造成冒出濃煙的情況多有發生。還有使用比較頻繁的干燥箱,都可能因操作不當出現故障,會打亂正常的教學工作。另外,一些老化的設備在使用過程中更要格外小心,防止造成安全事故。
1.3完成實驗后的收尾工作存在的安全問題
實驗完成后,我們要求學生回收實驗產物,清洗清點儀器,做好實驗臺面和實驗室清潔衛生,檢查水電是否關閉,實驗室門窗是否關閉。曾經有學生因窗戶沒有及時關閉,下雨造成實驗室的漏水殃及樓下實驗室的事件發生,造成不好的影響。
2培養安全意識的措施
2.1明確各方人員職責
完成一項實驗,需要實驗室工作人員的前期準備,作為主體參與者的學生以及指導的教師共同的分工合作協調。一般來說,實驗員為學生提供實驗所需的藥品試劑等;指導教師負責學生的整體規劃,并督促學生按規章開展實驗。不管是實驗員還是教師,要對學生安全使用儀器設備,實驗進程的合理安排,突發事件的應急處理進行培訓。作為實驗的主體—學生,我們就要做進一步的要求,在進實驗室之前要求他們對本次實驗的實驗流程和操作中的相關注意事項做好預習工作。
2.2化學藥劑的安全使用
進行有機化學實驗所用的藥品具有有毒、易燃、易爆或腐蝕性等一些特點。下面我以大學有機化學實驗的制備實驗“相轉移催化法合成苯甲醇”為例,探討如何對學生進行安全教育。在這個實驗中,要達到的實驗目的是要掌握鹵代烴制備醇的原理和方法,了解相轉移催化反應的原理及其應用,掌握機械攪拌,加熱回流,萃取,干燥,常壓蒸餾等基本操作。使用的試劑包括:苯氯甲烷,催化劑四乙基溴化銨,無水碳酸鉀,乙醚,無水硫酸鎂。那么針對試劑這一塊的安全教育,要求學生進實驗室之前,了解所用藥品的物理化學性能,比如苯氯甲烷要求學生能了解到它的腐蝕性,這樣學生在加料時就要小心,不要弄到皮膚上。一旦灑到皮膚上,要立即用水處理,再用肥皂水洗,還有它的催淚效應等;比如無水乙醚的易燃易爆低沸點的性質,使用過程中周圍避免明火,蒸餾時應該采用水浴加熱以及回收乙醚的存放還有它的麻醉性的了解。這里舉此例說明在進入實驗室之前,學生應該對自己在實驗過程中使用的試劑藥品的物理化學性質要有全面的了解,這是保證實驗成功及自身安全非常重要的一個環節。
2.3儀器設備的安全使用
現在的有機化學實驗所使用的玻璃儀器大多是標準接口玻璃儀器,那么在實驗前要對標準口的玻璃儀器的使用進行學習。要裝配一個實驗裝置,主要靠的是玻璃儀器的連接,把磨口和磨塞輕微地對旋連接,不宜用力過猛,不得在有角度時強行扭轉,以免玻璃儀器破損割傷自己。在進行實驗時,常常使用的溫度計的破損最為嚴重,很多學生在給溫度計套上橡膠塞時,手握的距離過遠,導致溫度計斷裂,割傷手,另外水銀溫度計還存在一個水銀的回收處理問題。所有這些,都要求學生在實驗過程中去學習鍛煉,做到安全使用。仍然以“相轉移催化法合成苯甲醇”為例,這個實驗所用的實驗裝置是一臺機械攪拌器。機械攪拌器使用不當,會造成儀器的破損、試劑的灑落并使實驗無法完成。因此在使用前,要指導學生對儀器安全使用,比如裝配時保證攪拌棒垂直,攪拌頭離瓶底的高度,開啟攪拌前要檢查裝置是否穩妥,剛啟動時轉速不宜太快等。當然儀器的安全使用還有很多方面,本文只是提出一個例子供參考。
2.4對實驗風險的預見及處理
事故應急預案是一種預先設置的危機處理機制和安全管理措施,其目的是為有效預防,及時控制和消除實驗過程中突發事件及其危害,最大限度地減少對實驗室工作人員、環境和社會造成的危害[4]。當然即使對學生進行了足夠的安全知識教育,學生也預習了實驗過程所使用的藥品的物理化學性質以及掌握了儀器的正確使用,但是實驗畢竟是一種操作實踐過程,作為具有自主性的學生,仍然會有突發的實驗事故發生。在這種情況下,指導教師要做一些應急處理,也要培養學生處理突發事件的能力。針對實驗過程中發生的一般傷害、火災、爆炸、中毒等突發事件而制定人員隔離機制、事故處理、事故報警等應急預案[5]。
建立實驗教學新體系課程內容的質量關系著學生學習的動力和積極性。合理地設置課程體系,對學生實踐能力和科學素質的培養至關重要。總的來說,有機實驗課程的設置應從基礎、合成、設計三個層次,微型、綠色、與時俱進三個特色全面培養學生的動手能力和創新意識。需注意以下幾點:
1.1加強基礎操作訓練,夯實基礎有機化學實驗按內容分為基礎操作實驗、有機合成實驗和綜合設計性實驗三大塊。為了縮減課時,一些常用的基礎操作訓練如常壓蒸餾、液液萃取、重結晶等操作由于其在后續合成實驗中出現的機會多,常常被壓縮到合成實驗中一起做,而未單獨訓練。通過實踐證實,這樣做效果很不好。因為合成實驗牽涉的操作步驟多,實驗過程匆忙,對基本操作的訓練達不到規范要求,更談不上培養良好的操作習慣了。而沒有好的基本操作技能,也不可能達到合成實驗要求的培養綜合實驗能力的目標,事倍功半。我校學生是在大一下學期開設有機化學實驗課的,通過近些年的教學發現,大一學生的實驗技能和實驗素質都很差。由于中學教學圍繞高考“指揮棒”轉,存在“做實驗不如講實驗,講實驗不如背實驗”的不良傾向,造成中學實驗教學與大學實驗教學的嚴重脫節。這種脫節現象既不利于教學質量的提高,又影響了學生的身心發展。因此對于某些非常重要的基礎操作,要做到教師認真講解,學生反復練習。只有把基礎打扎實了,學生才能具備獨立操作有機合成實驗的能力。
1.2有機合成實驗與有機化學理論教學緊密結合,理論聯系實際有機合成實驗的進行緊隨基礎操作實驗教學之后,不僅能夯實有機實驗基本功,而且是理論教學中的一些重要反應的實踐驗證過程。作為培養學生動手能力和解決問題能力的一個承前啟后的環節,必不可少。通過這些合成實驗的學習,同學們不僅更加熟練了普通蒸餾、液液萃取、重結晶等一些基礎操作,而且對課本中反復提到的親核加成反應、羥醛縮合反應、酯縮合反應、康尼扎羅反應等都有了極深的感性認識。值得注意的是,這些有機合成實驗的教學時間安排應和理論教學很好地結合起來,努力做到理論和實踐的結合。
1.3開設綜合設計性實驗,強調啟發式教學通過基礎實驗技能的培養、有機合成實驗的進一步練習,在學生打好基礎的前提下,開展綜合設計性實驗。實驗教學初期,教師在講授有機實驗基礎操作的時候應做到搭裝置示范,認真講解,耐心指導。在學生打好基礎后,就應該調整教學方案,改變教學模式,由主角變導演,將學生放在主角的位置上,打破傳統教學中學生被動接受的弊端,采用討論式、提問式、啟發式、發現式等多種方法引導學生,由他們自己主動地去完成對本次實驗課內容的理解和掌握。由有解實驗變為求解實驗,由知識積累變為智能開發。這種教學模式,對提高學生的主動性和獨立思考能力起到積極作用。設計性實驗可從實驗教材中已有的合成實驗的反應條件、實驗裝置的優化出發,逐步擴展到給定目標化合物,同學通過查閱文獻、參考書,設計合成路線、實驗裝置,最終合成目標化合物。綜合設計性實驗的開設,對于培養學生獨立進行科學實驗的能力、良好的科研素質、獨立獲取相關文獻資料的能力都起到了決定性作用。
1.4采用微型化實驗方法來代替部分常規實驗方法,減少實驗事故的發生微型化學實驗是由美國的Mayo博士及其同事從1982年開始研究并試用的一種新型實驗方法。它是以微小量的試劑,在微量化的儀器裝置中進行實驗。其試劑用量是常量制備實驗的十分之一至千分之一,固體約為10mg~100mg,液體約為0.1mL~2mL。由于有機實驗試劑毒性大,揮發性強,易燃易爆,因此有機實驗的安全教學一直是教學中的一個重點。微型化實驗的優勢主要表現在實驗試劑用量少,輔助材料用量少,反應時間短,不僅降低了實驗成本,而且相應減少了爆炸、著火、中毒等事故的發生率,改善了實驗環境,極大地減少了實驗過程對環境的污染,提高了教學質量。目前,北京大學、山東大學、中山大學、云南大學等全國幾十所高校均把微型化實驗列為有機實驗教學的內容。北京大學摸索了小量-半微量有機合成,已在教學中使用多年,效果良好,值得我校學習。
1.5盡量使用低毒無毒的有機試劑,創建綠色環保的有機實驗教學體系在實驗內容的安排上,應努力實現綠色化。綠色化學的基本內容是:由無毒害的原料,在無毒害的催化劑、溶劑等反應條件下,獲得對環境友好的產物。有機化學實驗不可避免地會產生一些三廢,在有機化學實驗過程中應該合理收集和排放三廢,如對廢棄物不處理隨意排放,不僅對環境造成污染,而且會淡化學生的環保意識,養成不良的實驗習慣。在實驗操作中要求學生將實驗中產生的廢氣進行處理、對廢液進行回收處理、對產品進行回收利用。近些年,我校在這方面做出了努力,如將基本無毒的環己烷代替苯做為共沸除水劑、反應溶劑,將乙醇代替甲醇做為重結晶使用的溶劑,及時進行實驗三廢的處理等。但總體感覺力度過小,有待進一步加強。
1.6及時向學生介紹實驗新技術新儀器,與時俱進儀器設備陳舊是高校實驗教學的一個普遍問題,這不適應日新月異的實驗技術的發展。為培養適合社會的新型人才,在教學中應注意及時將先進的儀器技術設備介紹給學生,例如:在介紹熔點的測定時,除介紹了毛細管測定法外,還應介紹顯微熔點儀、電熱熔點儀、熱分析儀測定法,并演示顯微熔點儀測熔點的操作;在介紹普通蒸餾裝置時,應將旋轉蒸發儀介紹給學生并作演示實驗;在介紹制備化合物的紅外光譜時,應使用傅立葉紅外光譜儀就學生自己制備的產品作譜圖,這樣不僅擴寬了學生的知識面,開闊了視野,而且增強了學生的實驗動手能力,提高了學生的學習積極性。
2建立完善的考核制度
加強實驗教學質量調控實驗成績考核制度直接影響著學生的學習態度和積極性。規范實驗考核制度能充分調動學生學習的主動性,對提高學生的實驗動手能力、獨立思考能力和創新能力起到了至關重要的作用。為了能客觀公正地反映學生的實驗能力,筆者認為有機實驗成績應改變原來單純憑印象給分的錯誤方法,而由平時考核、實驗筆試和期末考核三部分綜合量化給分,具體實施方案如下:
2.1注重平時考核,加大其在總成績中的比例教師對于平時實驗的考核應分兩部分組成。一部分是由出勤率、實驗態度、實驗裝置的搭建、實驗結果、衛生情況等組成,另一部分是實驗預習報告、實驗記錄、實驗報告成績。教師針對以上提出的幾個指標制作實驗考核卡片,以5分制及時記錄學生實驗情況,期末將每次實驗的成績總評而給出平時成績。
2.2開設實驗基礎內容筆試,進行量化考核為了預防學生只會做實驗而不懂實驗原理的現象出現,在學期末安排實驗筆試考試。考核內容主要是有機化學實驗的重要知識,包括實驗室規則及安全常識,化學儀器的使用和養護方法,基礎操作的原理及適用范圍等。
2.3設置期末考核實驗,充分反映學生的實驗動手能力在學期末,安排一個全面涉及基礎操作的合成實驗作考核。就實驗預習報告、實驗態度、實驗裝置的搭建、實驗情況記錄、實驗報告(要求當場交)完成情況、衛生情況等方面作綜合考察。