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关键词:有机化学;临床医学;教学效果
在临床医学专业的课程设置中,有机化学是一门重要的基础理论课程。对有机化学知识的掌握直接为后续专业课程如生物化学、药理学等学习奠定了理论基础。在提高有机化学教学效果方面,值得借鉴的方法有很多[1-8]。但在实际教学中我们仍然发现,许多学生在学习有机化学时经常会出现听不懂,听懂了但记不住,记住了但不会做题的现象,致使学习效果不理想,进而产生一定的厌学情绪。分析原因主要有以下三个方面:一是有机化合物的种类比较多,且各种化合物官能团的结构特征也各不相同,特别是对一些立体结构的认识更是难上加难;二是每一种有机化合物通常都有不同的化学性质,致使部分同学在面对大量的有机化学反应时总感到无从下手;三是有机化学本身就属于一门理论性较强的学科,特别是对反应机理的推导和认识,一些同学虽然花了很大功夫去死记硬背但效果甚微。针对以上问题,笔者在十年的教学实践中一方面不断借鉴一些成熟有效的教学方法,另一方面也积极探索尝试一些新的教学方法和技巧,旨在为提高教学效果贡献自己的微薄之力。
1前后对比联系,基础知识清晰化
有机化学学习中有两个最基础也是最重要的知识点———化合物的种类和命名。常见的有机化合物往往是根据官能团进行分类的。有机化合物的官能团很多,看似彼此孤立,实则联系密切。经过前后对比不难发现学习有机化合物的顺序往往也是一个组成元素逐渐增多、官能团结构逐渐复杂的一个顺序。烃类有机物主要由C、H组成,包括烷烃、不饱和烃、脂环烃、芳香烃等,官能团主要和碳碳键(如单、双、三键等)有关。醇、酚、醚类主要由C、H、O组成,官能团主要以极性的碳氧单键(羟基、醚氧键)为特征。醛、酮类仍然是由C、H、O组成,但官能团是极性的碳氧双键所组成的羰基。羧酸类化合物虽然也是由C、H、O组成,但官能团却是以碳氧单键和碳氧双键共同组成的羧基。有机胺类物质主要由C、H、N组成,官能团主要是结构与NH3分子类似的氨基、亚氨基等。氨基酸则由C、H、O、N组成,官能团包括羧基和氨基。至于糖类及代谢中的辅酶等物质需结合杂环化合物的结构进行学习。掌握了这样一个规律之后,学生对各类化合物的认识也就大致有了个轮廓,再学习起来也就容易一些。我校临床医学专业所使用的教材是由吕以仙主编、人民卫生出版社出版的《有机化学》,该教材中各类有机化合物命名在每一章中单独进行讲解,其中系统命名法是要求学生重点掌握的。由于不同化合物之间的系统命名规律完全相似,为加深学生对该知识点的理解和认识,笔者在教授烷烃类化合物时就对系统命名法进行高度概括和归纳。先将命名原则总结为三大步骤:第一步选主链;第二步给主链编号;第三步确定支链。除了在选主链和给主链编号时注意把握“主官能团”优先考虑这一原则之外,确定支链的办法对于所有的链状化合物来说基本上都是完全相同的。然后再以学生比较熟悉的烷烃、烯烃、醇等几类化合物的命名为实例,,这样一来,学生对命名通则的理解和认识就变得容易了。环状化合物的命名也可以参考之。掌握了构造式的命名之后,再讲到后面的顺/反异构、对映异构体的命名时,重点放在构型的判断上,再加上相应构造式的名称就可以了。
2搭建分子模型,抽象结构形象化
在有机化学的教学中,有关碳原子的杂化类型、顺反异构及对映异构等立体异构体的概念,常常会让学生感到既枯燥又难懂。采用多媒体授课方式,虽然可以将这些抽象的概念较为生动且直观地展现出来[9-10],但对于一些空间思维较差的同学来说理解起来总还是有难度。故而可以考虑使用传统的教学工具———球棍模型,再借助问题教学法[11]进行辅助教学。例如,在讲解对映异构现象时,可以分成以下几个步骤进行:(1)让学生分成几个小组自己动手搭建2-丁醇分子的球棍模型(见图1,结构式1),再任意互换2-位碳上的两个基团后又得到一个2-丁醇的分子模型(结构式2),此时让学生思考这两个分子模型是否完全相同?能否完全重合?当学生发现这两个看似相同的分子模型不能完全重合时,及时向学生强调这是一种立体异构现象,结果表明结构式1和结构式2为不同的化合物;(2)使用完全相同的办法引导学生搭建2-丙醇的分子模型,根据2-丁醇和2-丙醇分子结构之间的差异引出“手性碳原子”的概念;(3)引导学生将结构式2在竖直方向沿着底平面旋转180°,这样得到的结构式3和结构式2实则为同一种化合物,然而结构式3和结构式1明显具有相互照镜子的关系,这种分子就称为“手性分子”,结构式1和结构式3之间互称为“对映异构体”。经过这样一步一步动手搭建模型,同学们不但对这种立体结构有了一定的认识,而且对其中所涉及到的基本概念也会理解比较透彻。在建立了对映异构体的概念之后,再利用多媒体教具对2-丁醇的球棍模型进行投影,并根据课本上的要求按“横前竖后”的原则引出Ficsher投影式的书写要点,引导学生顺利地将立体结构向平面式进行转化。最后,利用前面所搭建的两种不能重合的2-丁醇分子模型,讲解“方向盘法”所确定的R/S构型。对有兴趣的同学还可根据立体构型和Ficsher投影式之间的转换关系,总结直接利用Ficsher投影式判断R/S构型的方法。这样逐步引导学生充分利用手中的分子模型,从简单到复杂,环环相扣,在掌握与对映异构相关的基本概念的同时,也对这种立体异构体的特征留下了深刻的印象。
3紧扣结构特征,化学性质生动化
有机化学课程的学习重点就是掌握各类有机化合物的结构特征和性质特点,由于有机化合物种类繁多,各类化合物的性质又各不相同,因此学生在学习有机化学时总感到内容多、共性少,既难学又难记。如果我们在重点分析官能团的结构特征之后能因势利导,让学生尝试自己根据官能团的结构特征推断这类化合物可能表现出来的化学性质,将会有利于学生对各类有机化合物化学性质的记忆。比如在讲有机胺类物质这一章的内容时,首先以大家熟悉的氨分子结构特征(三角锥型)为例,当氨分子中的氢不同程度被烃基取代之后就得到不同结构的伯、仲、叔胺,而这种取代并没有破坏氮原子本身所含有的孤对电子,由此让学生对此类化合物的化学性质进行简单的推理:(1)按照路易斯(Lewis)酸碱理论,孤对电子将赋予胺类物质碱性,而氮原子上所连接的取代基必将会影响到其供电子性,即碱性强弱;(2)孤对电子的存在使胺类物质具备了亲核试剂的结构特征,可以与卤代烃、酰卤、酸酐、酯等发生亲核取代反应;(3)当氮原子上连接有苯环时,会发生p-π共轭效应,使苯环电子云密度增加,有利于苯环上亲电取代反应的进行。这样先通过简单的推理,使学生对胺类化合物的化学性质有一个大致的认识,然后再进行具体讲解学生就比较容易接受了。在有机化学的学习中,对反应机理的理解也是学生普遍遇到的难题。对于临床医学专业学生,教材中所涉及的反应机理都只是进行简单的推理[12],即使这样,大部分学生还是搞不清“亲电”和“亲核”是怎么回事。经过多年的实践教学,笔者在讲解反应机理时,首先会引导学生观察此类化合物官能团的结构特征可能会引起什么反应?如果反应可能带来什么产物?接着给学生重点介绍一些实验事实,根据实验事实再引导学生分析具体反应过程。比如,在讲苯环的亲电取代反应时,先让学生根据苯环上碳原子的sp2杂化特征判断出苯环存在共轭效应,共轭大π键的存在使环平面上下都有密度较大的电子云分布。而外界试剂在进攻这样的“富”电子结构时势必是“亲电”的过程,再加上苯环共轭结构的稳定性,最可能发生的就是取代氢的反应。所以苯环上发生的化学反应从机理上来说是亲电取代反应。这样通过摆事实,讲道理的方法引导学生自己进行合理的推断,加深其对化学性质和反应机理的理解和认识非常有帮助。
4理论联系医学,授课内容趣味化
我校为临床医学等医学相关专业所开设的有机化学通常都安排在大学一年级第二学期,对于接触医学专业课较少的一年级学生来说,还意识不到学习有机化学的重要性,这也是他们在思想上对有机化学学习不够重视的主要原因。笔者在平时的授课中,一般会利用上绪论课的时间向学生介绍有机化学与人体疾病、遗传变异等的密切联系,以及有机化学与医学、分子生物学之间的相互影响、促进和发展,激发学生从专业的角度对有机化学有个较为客观的认识。在学习各类有机化合物时,遇到与医药关系密切的结构就适当进行展开,拓宽学生的知识面。比如在讲到顺反构型时,以临床上广泛使用的己烯雌酚为例,其反式构型与天然激素分子相似,具有较强活性,可用于对某些妇科疾病的治疗;而顺式构型却因为药效低而不能药用。在讲到羧酸的酸性时,以早期临床上普遍使用的抗生素青霉素为例,先将青霉素的结构呈现给学生,然后让他们思考青霉素为什么常常是以钠盐或钾盐的形式存在?等同学们发现是利用其羧基成盐的性质改变溶解性时,又进一步提问学生为什么做成粉针剂现配现用,而不是直接做成注射剂?引导学生发现结构中的四元环,这样又把前面所学习过的小环不稳定性复习了一遍。除此之外,平时还可以通过网络资源或和专业课教师多交流,也可以多读一些与医学基础相关的书籍,积累与有机化学相关的基本医学知识,在教学中将有机化学内容与医学知识相互融会贯通。这样的教学方式,不但可以达到增加学生对有机化学学习兴趣的效果,同时还能充分让学生认识到有机化学与医学之间的紧密联系,从思想上重视有机化学。两者相互促进,共同提高学生的学习效率。每当看到学生一脸恍然大悟的表情,以及逐渐露出的笑脸,作为老师也会感到收获满满。总之,有机化学教学是一个长久的、不断探索、不断进步的过程,以上所谈到的几点仅仅是笔者在多年教学实践中的一点经验和总结,对激发学生的学习积极性和提高教学效果均有一定的帮助。在今后的教学实践中我们还需不断努力,改进教学,为培养高质量的医药卫生人才打下坚实的基础。
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关键词:绿色化学理念;化工专业;有机化学;实验教学
绿色化学也可以称为环境无害化学或者是清洁化学,其对有害人类健康、生态环境的原料、溶剂及副产物等尽量少用或者是不用,绿色化学理念是不再使用有毒、有害物质,也不产生废物等等,从源头上阻止污染。有机化学实验教学与绿色化学关系紧密,许多高校的有机化学实验室教学存在一些问题,排放较多的污染物,污染了生态环境,应及时解决好这个问题,使绿色化学理念渗透其中。
1化工专业有机化学实验教学贯彻绿色化学理念的必要性
实验是化学教学学习的基础,对于有机化学教学来说更是如此,有机化学实验中常常会用到一些酚类、芳香烃及醛等一些有害、有毒物质。学校的有机化学实验室空间较小,而做实验的学生较多,因此在其做实验时会产生并扩散较多的有害物质,这些物质会污染教学环境,不仅危害师生健康,也不能很好地培养学生的环境意识。此外,有机化学实验过程中会产生大量废气、废水及废渣,这些污染物如果不及时处理好就直接排放到自然环境中,会造成环境污染,实验室就会成为一个污染源,因此教师进行有机化学实验教学时应积极给学生渗透绿色化学思想,培养有绿色化学意识、理念的人才[1]。
2基于绿色化学理念的化工专业有机化学实验教学模式
2.1精选实验内容,突出绿色化学思想
以往教师开展有机化学实验教学时,通常会考虑实验内容的典型性、代表性及高复现性等等,并不重视实验是否会对环境产生污染。教师应以绿色化学理念开展教学,优化有机化学实验内容,选择实验时,最好选那些围绕基本原理、基本实验操作内容展开。实验用品最好使用无毒原料、溶剂及催化剂,化学物质合成路线也应是绿色的。对化学反应中反应物的需求量进行精确计算,确保能产生实验结果前提下,尽可能地减少试剂用量,促进反应物尽量全部转变成产物,将绿色化学的“原子经济性”精神体现出来。化学实验项目选择过程中,应坚持低能耗、低毒筛选原则,例如实施“己二酸的制备”实验时,最好能使用高锰酸钾氧化法,不用硝酸氧化法,这样就能防止有机化学实验中出现大量有毒氧化物气体、或者是产生强腐蚀性,这样化学实验安全性就得到了有效提高。还有就是合成硝基苯甲酸乙酯时,一般使用浓硫酸做催化剂进行合成,这种催化剂价格低廉、活性高,但是其反应比较复杂、产生的副产物也较多,浓硫酸具有腐蚀性,会腐蚀设备、污染环境[2]。因此可以使用价格低廉、容易得到的苯磺酸作为催化剂进行化学合成,能够有效地克服这些缺点与不足,并具有较高的产率。
2.2改进实验装置,设计合理关联实验
有机化学实验中占比较大的内容是制备有机物实验,而且多数有机物都是有毒物质,传统常规实验操作方法在通风橱中实施,这减少了对实验室的环境污染,但是产生的有毒化学物质还会排放到空气中。因此可以改进实验装置,例如制备乙酸乙酯实验过程中,将一个干燥管与反应装置相连接,并在碳酸钠溶液中插入细口这样就能防止倒吸,也能防止乙酸、乙醇等气体进入空气中,并且减少了一半以上的反应物用量,达到了较好的减少污染的目的。教师进行化学有机实验教学时,应研究并理顺各个实验间的关系,对实验次序进行合理安排,设计实施相关实验,将一个实验产物作为另一个实验原料,构成链接关系,从而互相循环利用辅助剂、产物及剩余物等等。例如实施苯甲酸合成实验时,可以将反应合成的苯甲酸粗品作为“重结晶”的实验材料,之后得到的苯甲酸纯品又能够作为“熔点测定”的实验材料,这样不仅节省了实验时间及原料,也能通过实验测定学生化学实验生成的产品是否合格。
2.3借助多媒体技术,模拟化学仿真实验
以往实施的化学有机实验常常要使用消耗大量的药品及水资源,尤其是那些要使用昂贵试剂、容易发生爆炸的实验,那些必须使用有毒有害试剂、化学反应后会在实验室中排放较多有毒气体的实验也都会消耗许多药品及大量水资源,因此这样看来有机化学实验的绿色化有一定限度,课本教材中的一些经典实验并不符合绿色化条件,对此教师应积极利用现代化多媒体技术作为实验教学的辅助手段,借助多媒体技术对化学仿真实验进行模拟,将各种化学实验模拟出来,这种技术下的实验现象也呈现地非常明显,操作起来方便快捷,基本上没有污染。教师应使用多媒体技术仿真有机化学实验原理、装置、流程等等,通过文字、声音及图像等方式生动形象地展示给学生,让其身临其境好像真地置身于实际化学实验操作中,并在一旁适当地进行讲解、引导,帮助学生体会总结出较准确的实验结果,促进化学有机实验的绿色化。
3结语
绿色化学理念符合现代社会发展趋势,是可持续发展观的重要内容,当代化工专业学生应树立起这种理念,并积极将其应用至实际生活、学习中。绿色化学理念对保护生态环境、节约能源资源意义重大,教师在有机化学实验教学中,让学生明确绿色化学理念的重要性,并积极探索有机化学实验的绿色化模式,培养学生的绿色化学理念、逐步树立起环保意识,为环保工作作出贡献。
作者:马光路 单位:内蒙古化工职业学院
参考文献:
关键词:制药工程专业;有机化学;教学改革;探索
制药工程专业是为企事业单位、科研院所培养具有较好专业知识、较强的动手能力和一定管理能力的德、智、体等方面全面发展的复合型人才,特别是要注重核心知识和核心能力的培养。在制药工程专业学生培养过程中,理论教学和实践教学同等重要。理论课程为学生构建合理的、扎实的知识框架,使学生在学习过程中,核心知识不断增加,知识面不断得到扩展,学习能力不断加强。实践教学着重培养学生的动手能力,在具有较好核心知识的基础上培养学生的核心能力。邵阳学院制药工程专业是2015年开始单独招生的,之前设置为制药工程方向,所以在课程设置上也有了明显的变化。我校制药工程专业强调的应用型人才的培养,服务地方经济[1]。制药工程专业理论课程分为专业基础课和专业核心课,有机化学是制药工程的一门重要的专业基础课程,是为药物合成反应和制药工艺学等专业核心课程服务的。因此,有机化学教学效果的好坏直接关系到核心知识结构的搭建。有机化合物种类繁多,有机化学反应类型多样,有机化学反应机理抽象,而且随着科学不断发展,新试剂和新的化学反应不断涌现,进一步丰富了有机化学知识,学生在学习有机化学时总是感觉力不从心,不知道采用什么样的学习方法才能把这门课程学习好[2]。学生觉得有机化学难学的一个重要原因是没有很好的发现有机化学是一门系统性很强的课程,如何引导学生认识有机化学知识的系统性,传授高效的学习方法,提高学生的学习积极性是有机化学教学改革的重点。本文拟从有机化学教学内容、教学方法、教学手段、教学效果等方面对制药工程专业有机化学教学改革进行探讨。
1围绕核心课程,整合教学内容
有机化学是制药工程的专业基础课,是为药物合成反应、制药工程等专业核心课程服务,所以必须强调有机化学的基础地位。有机化学是研究物质性质、转化、分离等方面的内容。根据有机化学课程特点和地位,在教学过程中首先必须使学生分类掌握有机化合物的命名基本原则和方法,这是学习药物化学和制药工艺学的基础,是对药物分子结构进行命名的理论依据。其次,要使学生掌握不同有机化合物物理性质的变化规律,如熔点、沸点、溶解性等,这是学习药物分离和制药工艺学的基础。在掌握了命名和物理性质之后,重点是有机化合物的化学性质,在这部分内容的讲解过程中,必须使学生明白有机化合物的分类标准,每一类有机化合物官能团的特征,不同官能团能够发生反应的类型和反应位点,为什么能够发生反应,反应的活性中间体或过渡状态是什么,归纳出反应的共性,以方框图的形式将不同官能团的有机化合物所能发生的化学反应进行归纳总结,便于课后复习,一眼就能把具有相同官能团的化合物所能发生的化学反应类型看明白,简单明了。在讲解化学反应的过程中,辅以一些有特点习题来巩固加深对所学知识的理解,达到学以致用的目的。学好了这部分内容,为学习药物合成反应打下坚实的基础。最后讲解每一类化合物合成方法,而实际上有机化合物的合成是建立在有机化学反应的基础上的,所以讲解有机化合物的合成方法实际上也是对有机化学反应内容的复习,进一步加深学生对有机化学反应知识的印象,这样有利于制药工艺学的学习。
2改进教学方法,提高学习兴趣
由于有机化学内容多,反应机理枯燥、难以理解,所以学生刚开始接触有机化学就很容易产生厌学的情绪。如何调动学生的学习积极性,提高学生的学习兴趣,直接关系到有机化学教学效果。在讲解有机化学反应时,特别是一些经典的有机化学可以引入一些相关的历史资料来提高学生的兴趣,也可以引入一些实例来提高学生的热情。如讲解格氏试剂能够和卤代烃偶联的时候,就可以引入对溴甲苯的格氏试剂与邻氯苯腈反应合成沙坦类药物的关键中间体--氰基联苯;在讲解醇无机酸的酯化时,可以引入硝酸甘油可以做炸药;在讲解韩奇吡啶环合成的时候,可以引入苯磺酸氨氯地平的合成。这样可以使学生认识到所学知识的价值和意义。
3改革教学手段,拓宽教学渠道
随着科学的发展,多媒体在各种教学过程中得到普及,应用多媒体教学明显提高了教学效率和教学效果[3]。对于一些结构复杂的有机化合物的命名,在多媒体上展示出来直观明了,相对于传统的黑白板书,明显节约了时间。在讲解反应类型的时候,有利于开展对比教学法。在讲解反应历程的时候,可以根据反应过程逐步展示电子转移方向,更有利于对反应历程的理解。在讲解构型和构象时可以辅以动画,提高学生学习兴趣,提高学习效果,如纽曼投影为什么交叉式构象稳定而重叠式构象不稳定,环己烷椅式构象的翻转等都可以采用动画教学,在讲解反应过程能量变化图时也可以引入动画,使教学效果达到最佳。互联网技术的飞速发展,为教学渠道的拓展创造了良好的条件,因此除了在课堂上采用多媒体、动画来提高教学效果外,为了进一步提高教学质量可以采用QQ和微信平台为学生解疑答惑。本人在上第一堂课的时候就向学生公布了QQ和微信,并强调如果在课堂上有什么还没理解的,或者课后作业有问题的都可以通过这两种方式交流,事实证明效果很好,很多学生在学习过程碰到了问题都通过这两种方式得到了解决。网络课程是学生可以开展自主学习的另一种途径[4],邵阳学院有机化学是校级精品网络课程,本人是负责人,我会定期将更新过的教学课件挂在网上,同时对有机化学中的重点知识和难点知识录制了视频,以微课的形式展示在精品课程网站上,供学生自主学习用,以加深对重点知识和难点知识的理解。为了自我评价学习效果,在精品课程网站上有典型题型练习。
4注重培养目标,改革评价体系
我校对制药工程人才的培养目标是具有核心知识和核心能力,强调实践动手能力培养。有机化学是为药物合成反应、制药工艺学两门专业核心课程及专业实验、各种实习服务的,所以在评价体系上应该进行必要的改革,打破期末考试为评价教学效果的唯一方式。采取课堂占综合成绩的10%,课外占综合成绩的20%,期末考试占70%的评价体系。课堂主要随机提问,考察学生对所学知识的实际掌握程度。课外主要包括作业,与学生通过QQ及微信平台交流,考察学生对所学知识的理解及应用,特别是在和学生交流过程中要强调有机化学反应的实际应用,如卤代烃在氢氧钾的醇溶液里发生消除反应,而在氢氧化钠的水溶液中发生亲核取代反应;不对称烯烃与溴化氢的马氏加成和过氧化物效应等。同时引入一些工业上实际应用到的有机化学反应和学生进行交流,以提高学生学习兴趣。在期末考试试卷的选题过程中,也要强调对所学有机化学基本知识和基本理论的实际应用。譬如分离鉴别题可以引入一些药物生产过程中的实际分离问题,合成题可以引入一些简单具有特色药物分子的合成。
5参加科研活动,锻炼动手能力
学生可以通过申请科研立项来提高自己的综合素质,如申请大学生研究性学习和创新性实验项目,该项目分为校级、省级、国家级。学生要写好申请书必须查阅相关的文献资料,再根据所学的理论知识,提出项目预期可以达到什么目标,取得什么结果,在此过程进一步加深学生对所学基本理论知识的理解和认识。若项目获批,必须开展相应的试验工作,这样使学生有将理论知识应用于实践机会,如果理论知识在具体实践中得到了验证,将进一步提高学生的学习积极性。学生也可以通过参加挑战杯,大学生化学化工课外作品竞赛,大学生化学实验竞赛等活动来提高自己的动手能力。参加大学生化学化工课外作品竞赛不仅可以提高学生动手能力,还可以提高学生的科学研究能力和论文写作能力。这样一来,学生可以变被动学习为主动学习,提高各方面综合素质,为更好地适应社会需求奠定坚实的基础。
6结语
为了提高有机化学教学效果,应该适应社会发展,不断改进教学方法。必须以学生为本,着重提高学生学习主动性,强调学以致用,培养学生学习兴趣,使综合素质得到全面锻炼。
参考文献
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1.对口生学习态度不够端正,学习自觉性不强对口生上课迟到、旷课现象严重,作业完成质量不高,抄袭现象普遍,字体潦草,错别字出现频率高。如把熔点写成溶点、苯写成笨、乙酸乙酯写成乙酸乙脂、烯烃写成稀烃、酮写成铜等不胜枚举。
2.对口生思维模式僵化,缺少质疑和创新精神通过与对口生的交谈,发现他们在职业高中的学习主要以死记硬背为主,特别是专业课的学习,由于缺乏相应的基础课作铺垫,难求甚解,教师强调最多的就是背诵教材中的重点。可能受职高教学方法的影响,多数对口生对教师和课本过分崇拜,教材上明显的错误不敢纠正,必须教师明确说明才敢改动。
3.对口生学习方法不当,学习能力不强80%以上的对口生没有笔记本,半数以上的学生上课时除了教材连一张纸都不带,还有个别学生连教材、笔都不带。重要的知识点及教师拓展的内容不知道做笔记,课堂上的即时小练习和习题课的习题,不知道抄写也没有纸张用来抄写,并且大多数学生很少问问题。对理论性较强的知识不喜欢深入探究和学习,往往只知其一不知其二,稍一变化就不会。
4.对口生化学基础薄弱,缺少有机化学学习的动机和兴趣讲次序规则,很多学生不知道原子序数是什么;讲马氏规律,有一些学生可以把内容背下来,但是却不会做题,原因是不知道哪个碳上含氢多,哪个碳上含氢少,最根本的是不知道有机化合物结构式中各个原子之间的位置关系;甚至学到最后都不知道在有机化合物中碳是四价,所以连写对一个有机化合物的结构式都很难。另外,对口生对专业课不陌生,在职业高中就接触过,只是内容多少、深浅不同,使他们产生错觉,不会有机化学不影响专业课的学习。因此,有机化学在学生心目中就成了听不懂、学不会、用不着的一门课程。
二、提高对口生有机化学教学质量的对策
(一)多关心对口生,帮助他们树立自信心
对口生是大学校园中一个特殊的群体,他们更需要教育者的关注和引导。教师要利用课前、课间和课后的时间多和对口生真挚交流,对他们能考上大学有了再次深造的机会表示肯定和赞赏,帮助他们树立自信心。对他们在学习中所犯的错误,要耐心讲解和改正,并要明确告诉学生人都是在犯错误中成长和完善的,消除他们因为害怕犯错产生对学习有机化学的畏惧心理。鼓励学生多问问题,强调问题没有简单复杂高级低级之分,只要是不理解不会的地方都可以问,打消学生害怕老师笑话的顾虑。鼓励学生利用业余时间多阅读人文社科书籍,既提高了人文素养又促进了专业课的学习。在课堂上,教师要走下讲台,时常在教室中走动,特别是有学生不听讲时,轻轻的走近就是制止。教师无微不至的关心和鼓励、平易近人的作风以及坚持不懈的努力,会让学生从心底升起对知识的渴望并发奋努力。教师传授给学生的知识固然重要,但学生更需要激励,对他们的激励才能真正改变他们的一生。
(二)理论联系实际,让对口生认识到有机化学的重要性
随着社会的发展和科技的进步,有机化学的研究成果被广泛应用到工农业生产及日常生活的各个层面。创造低毒、高效、环境友好的新农药、植物生长调控剂的研制、农副产品深加工以及改变食品色、香、味的食品添加剂的生产等都离不开有机化学。在有机化学教学中,有许多理论知识都可以和实际生活建立某种联系。如警察对司机进行酒精测试的原理是利用乙醇被重铬酸钾氧化的特性;“酒香不怕巷子深”,酒长时间存放香气的产生是因为酒中的乙醇和乙酸反应生成了有香味的乙酸乙酯;苯因其特殊的稳定性难以氧化,属于累积性中毒化合物,相反,甲苯因为甲基可以氧化,最终生成苯甲酸随尿液排出体外,所以不具有累积性毒性,苯甲酸钠常用作食品防腐剂。总之,通过理论联系实际让学生认识到,有机化学与人类的衣食住行密切相关,学好有机化学不仅是学好专业课的基础,也是驾驭和创造物质世界的基础。而且学好有机化学,通过掌握应有的化学知识和技能,还能有效地解决现代生活中遇到的一些问题。
(三)合理安排教学内容和学时比例,解决知识的衔接问题
对口生化学基础薄弱,理论性太强的内容很难理解和掌握;再者受英语、数学等其他基础课差的影响,绝大多数对口生进一步考研深造困难重重,毕业后主要从事应用性较强的工作。因此,有机化学课程应突出其实用性,不必过分追求学科知识的系统性和完整性,重点放在有机化合物的性质和应用上,对物质的结构、反应历程、电子效应等理论性较强的内容略讲。另外,在教学过程中,应根据学生的实际水平进行教学,适当增加一些必要的前续课程的内容,以弥补断层,使学生的知识有一个良好的衔接。
(四)积极开展课外辅导活动,增强对口生学习有机化学的积极性
对口生整体化学基础差,程度也不完全一致。有少数学生上大学之前化学基础是零,也有部分学生是中途由普通高中转入职业高中的,化学基础相对较好。整齐划一的教学内容和模式不能满足所有学生的需求,特别差的学生仅靠课前、课后短时间的答疑不能完全解决他们的问题,程度好的学生也许会觉得课堂上所讲内容太简单不能满足他们的需求。所以,教师应积极开展多种形式的课外辅导活动,除了每周固定时间答疑指导以外,还可以通过E-mail、QQ等形式与学生互动,及时解决他们的疑问。如果教研室有多位有机化学教师,可以建立轮流值班制度,这样既满足了学生课外辅导的需求,又节省了教师的时间。通过课外辅导与交流,学生学习道路上的困难和障碍被及时清除,有利于其学习积极性的提高。
(五)灵活选用教学方式和手段,培养对口生的学习能力、创新能力和质疑精神
变化是生活的调味剂,教学也是如此,一层不变的教学方法会使学生感到无聊和乏味,教师应针对不同的教学内容,利用一切有利于提高教学效果的方法和手段,吸引学生的注意力。
1.利用模型随着多媒体教学的普及,越来越多的教师喜欢使用多媒体图片展示物质的结构,其实模型比图片更直观和生动,并且有不理解的地方,课下学生可以自己对照模型进行学习,更有感性认识。
2.多采用启发式教学法教学过程中应尽力避免向学生一点一点地灌输事实,而应该鼓励他们独立思考,特别是一些有争议的或尚处于发展中的理论,要把各种论点都展示给学生或以问题的形式布置给学生,让学生通过查阅资料自己解决。如酮糖发生银镜反应的原因;乙烷交叉式构象比重叠式构象更稳定的原因;苯胺中氮原子采用何种杂化方式;卤素是邻对位定位基为什么对苯环有致钝作用等。这样既培养了学生搜集、阅读文献的能力又打破了他们答案唯一化的固定思维模式及过分崇拜教师和教材的僵化思维模式。
3.尝试导入新课的不同方法新课的导入方法有很多种,经常使用的有承上启下导入、直观导入、提问导入、疑点导入等。笔者发现利用新闻热点导入,更能引起学生对课堂内容的关注,如讲含氮化合物和蛋白质时,可利用毒奶粉事件导入,利用所学理论解释为什么不法分子要在奶粉中添加三聚氰胺这种有毒物质;学习羧酸时可用白酒塑化剂风波导入,揭示塑化剂的真面目;讲偶氮化合物时,可用红心鸭蛋事件引入,让学生明白苏丹红(一号)是一种工业染料,有致癌性,并非食品添加剂。这种方法不仅能培养学生从化学角度理性分析新闻报道,增加生活常识,提高学习有机化学的积极性,还可以培养学生的社会责任感与使命感。
关键词:有机化学;低碳;环保
作者简介:丁国华(1969-),男,山西大同人,桂林理工大学化学与生物工程学院,副教授;刘峥(1962-),女,江西兴国人,桂林理工大学化学与生物工程学院,教授。(广西 桂林 541004)
中图分类号:G642.0 文献标识码:A 文章编号:1007-0079(2012)04-0090-02
低碳环保、绿色节约是当今国际化学科学研究的前沿,受到各国的关注和重视。我国有识之士也提出了应该加强绿色化学教育的观点。所以,低碳绿色化学教育是21世纪化学学习与教学的新挑战,同时也是大学生素质教育的一项重要内容。[1]而“有机化学”是理工科高校相关专业的基础课程之一,具有课程内容丰富,授课时间较长,选课学生面大,社会应用性强等特点,广泛渗透到生命科学、材料科学、环境科学、能源科学等诸多学科领域中。[2]“有机化学”教学是学生认识低碳环保绿色化学的基本途径,因此,在课堂教学中渗透低碳绿色化学内容,加强学生的环保绿色意识,具有极其深刻的意义。同时,“有机化学”作为一门实践性很强的课程,必须与有机化学实验相配套,使学生在实验中更直观地认识到低碳环保、绿色节约的必要性,在有机化学实验中尽可能“节约化”、“绿色化”;在药品用量上实现从“大量到中量到少量到微量”的转变;实验仪器半微量或微量化。这不但减少了药品资金投入,降低了废物的排出,也减少了对环境的伤害。理论教学和实验教学相得益彰,将低碳环保、绿色节约理念的教育贯彻到“有机化学”教学的始终,潜移默化地影响学生。
以下是我们在“有机化学”教学和实验过程中,渗透低碳环保、绿色节约理念教育所做的探索与实践,期待与广大同仁共勉。
一、“有机化学”理论教学中低碳环保理念的渗透
“有机化学”课程是在高等院校中进行低碳环保绿色化教育最合适的课程之一。这是由“有机化学”课程本身的特点所决定的,因为这种理念是有机合成化学家最先提出的,其内容与有机化学学科密切相关。
在教学中,我们注意补充和介绍一些具有时代性与低碳环保理念有关的内容,如绿色化学的定义和内涵;低碳生活与地球温室效应的关系。还要以我们身边的例子来说明,如汽油无铅化、洗涤剂无磷化等,使学生认识到环保与自身息息相关,从而认识到环保的重要性。也要扩展一些新开发出的绿色工艺中采用的新试剂和新技术。如烃类的烷基化反应,现行的教材中一般都是介绍氢卤酸、三氯化铝等液体酸催化剂,其会对设备产生严重的腐蚀,对人体产生危害并且污染环境。而开发固体酸烷基化催化剂就可以避免这些缺点,既低碳又环保。也及时介绍一些绿色化学研究取得的新技术、新方法和新途径,如电化学合成技术与方法、微波合成技术与方法、超声波合成技术与方法、光化学合成技术与方法、超临界合成技术与方法、一锅合成技术与方法、固相合成技术与方法等,丰富理论教学,开阔学生绿色环保的视野。
采用多媒体教学手段为低碳环保教育提供了必要条件,改变了一支粉笔满身灰尘的授课形象,这本身就体现了环保的理念。不用粉笔书写板书,可以向学生传递更多的信息,单位时间内授课效率高,也贯穿了绿色节约观念。
“有机化学”有些内容,传统的板书授课,学生理解起来困难,如有机反应机理(即化学键的拆分及重新组合的详细过程)、立体化学中的分子构型、对映异构体现象、反应机理的立体化学等重要内容,都是用语言难以描述清楚、学生理解比较抽象的,而利用多媒体教学手段,可以同时将文字、图像声音等综合起来,有利于学生对所学内容的理解,比单纯的抽象化语言更富有表现力。同时丰富多彩的图片可以更直观、更形象地体现教学内容,提高学生的学习兴趣,更容易取得良好的教学效果。
二、“有机化学”实验教学中低碳环保理念的渗透
“有机化学”作为一门实践性很强的课程,必须与实验课紧密结合,“有机化学”实验在使学生领悟和感受到科学为人类社会创造了文明和财富的同时,也带来了环境的污染。全国众多的大学、中学的化学实验课就犹如一座座微型化工厂,每天都在排放着大量的、种类繁多的废物,污染着环境。[3]由于化学实验所使用的试剂品种多,排出的污染物成分复杂,治理起来更加困难,自然就加重了社会治理的成本,对社会财富也是一种浪费。因此,要从低碳环保、绿色节约的角度重新认识化学实验课程的设置内容。笔者所在的有机化学教研室,一直致力于“有机化学”实验绿色化的探索和实践,尝试在实验教学中提倡低碳环保、绿色节约理念。经过几年的探索,编写出版了《有机化学实验绿色化教程》,该书是桂林理工大学有机化学实验绿色化教学研究成果的结晶,也是桂林理工大学“十一五”规划教材。以下是我们进行绿色化实验的结果总结,供同仁们参考。
1.加大半微量或微量实验的比重,强化低碳环保意识
与常规实验相比,采用半微量或微量实验,试剂用量减少约2/3,相关辅助材料和水电的消耗也相应减少,降低了实验成本,节约了实验经费。同时实验产生的废物量也大为降低,从而减少了对环境的污染。将常规实验与半微量或微量实验进行对比,如试剂用量、实验结果、废物量、水电量、实验成本等指标以挂图的形式时刻提醒学生,在实验的每一个环节都要重视节约和环保,使学生在实验教学中深刻认识到低碳环保的重要意义。
2.改进实验内容和方法,进一步强化低碳环保意识
实验中产生的废物,不允许直接排入下水道,分门别类做好废物回收利用,尽量做到除产品外的零排放。教导学生,保护环境就是要从身边的一点一滴做起。
改进某些实验内容,以期达到节约和环保的目的。
例1:“熔点的测定”基本操作实验,常规使用的加热介质是浓硫酸,属于危险试剂,使用过的硫酸变黑,只能使用一次。同时回收的废硫酸量大,浪费严重。我们改用液体石蜡作为加热介质后,废酸没有了,而且液体石蜡可以重复使用。没有废物排放,既环保又节约。[4]
例2:“蒸馏与分馏”基本实验操作,现行的实验教材,要求使用甲苯和四氯化碳两种试剂,沸点高,毒性大,价格较高,加热时间长,回收量大,对环境和人身都有害。我们用工业酒精和自来水替代后,由于降低了体系的沸点,因而缩短了加热时间,回收的酒精可以重复使用,或作为酒精灯的燃料。工业酒精价格低廉,实验效果好,这一改进,既节约又环保,废物零排放。[4]
例3:“萃取”基本实验操作,一般使用乙醚萃取醋酸水溶液中的醋酸。该方法存在以下的问题:一是乙醚的沸点低,室温下极易挥发和燃烧,安全性差,不适合在人员集中的场所使用;二是乙醚的渗透性很强,操作中容易出现渗液和漏液的现象,造成实验数据的误差较大,而且很容易实验失败;三是乙醚做萃取剂,使用量大,成本高,易污染环境。我们改用水为萃取剂,从醋酸与乙酸乙酯的混合溶液中萃取醋酸,实验中使用的乙酸乙酯毒性低、污染小,实验时分层速度快,现象明显,容易操作。萃取后的乙酸乙酯使用碳酸钠溶液洗涤后可以回收再利用。[4]
例4:“环己烯的制备”实验,目前国内有机化学实验教材要求采用浓硫酸或浓磷酸做脱水剂,存在以下问题:一是收率不高,浓硫酸腐蚀性强,炭化严重,操作不方便。而浓磷酸虽较浓硫酸好,但价格较高。二是副产物多,浓硫酸容易生成炭渣和有毒气体二氧化硫,残渣和残液对环境污染大。我们在实验中改用六水合三氯化铁做脱水剂,避免使用浓硫酸或浓磷酸对环境造成的污染,而且产率提高了;催化剂经过回收,处理后可重复使用。[4]
例5:“甲基橙制备”实验,现行高等院校有机化学实验教材中,是由对氨基苯磺酸、亚硝酸钠和盐酸,经低温(0~5℃)重氮化反应生成重氮盐,再与N,N-二甲基苯胺偶合而成,而且制备过程中需要冰盐浴保持低温,实验时间长,反应条件不易控制。我们采用“一锅法”常温下合成甲基橙,不仅降低了试剂的耗损,而且条件容易控制,操作简单,收率高,实验时间也缩短了。[4]
三、低碳环保和绿色节约教育是学生素质的主要内容
构建和谐社会将是我国长期的、不懈奋斗的目标。加强环境治理和保护,促进人与自然和谐共处,是其中一项重要的内容。为此要以解决危害人民健康和影响可持续发展的环境问题为重点,加快建设资源节约型、环境友好型社会。“有机化学”的教学目标,说到底是科学素质教育。将低碳环保、绿色节约理念的教育贯彻到“有机化学”教学的全过程之中,是时代对大学生的要求。培养他们低碳环保和绿色节约意识是人文素质的重要内容,同时又是其他素质的综合体现,是当代大学生综合素质的集中反映。要成为全面发展并具备较高的综合素质的大学生,就必须自觉接受低碳环保、绿色节约化教育。
21世纪是人类与环境友好相处的世纪,可持续发展成为人类社会发展的主题。时代呼唤高等院校担当起培养具有环境保护意识和可持续发展意识的人才的任务,也是化学教育工作者需要面对的问题。我们要在“有机化学”教学活动中有意识地贯彻低碳环保、绿色节约的理念,使这些理念在学生心中生根发芽,成为他们人文素质的一部分。
参考文献:
[1]宿辉,张永忠,邵铁华.有机化学教学中绿色化学教育的渗透[J].中国农业教育,2004,(3).
[2]谢兵.谈有机化学教学改革的实践[J].广西轻工业,2006,(5).
[3]张淑华,刘峥.有机化学实验绿色化的探索与实践[J].广西教育,
1实验课班型较大,教学效果差
有机化学实验教学具有一定的危险性,容易发生火灾、有毒气体中毒等事故,为提高教学效果,有效预防事故的发生,对于有机化学实验教学一般以小班授课为宜。但是很多高校,特别是独立学院在“成本”是首要考虑因素的前提下,必然导致要“大班授课”,导致教学效果不好。这样培养出来的学生综合能力和创新能力不足,很难达到培养应用型人才的目的,不能适应现代社会的需要,所以有必要对当前的有机化学实验教学进行改革。
2有机化学实验教学改革思路
针对综上所述独立学院有机化学实验教学过程中存在的问题,在实验教学教学过程中我们不断摸索、讨论,认为可以从以下几方面入手,提高实验教学质量。
2.1改变思想,提高认识
有机化学是一门以实验为基础的自然科学,有机化学实验能提高学生的学习兴趣,培养学生的观察能力、逻辑思维能力、探究能力。但是在有机化学实验教学中,我们发现很多学生对有机化学实验课的重要性没有足够的重视,认为有机化学实验气味重、毒性大、危险等,是有机化学理论课的附属课程,没有有机化学理论课重要。因此,在首次实验课中,我们会想办法列举一些生动的实例来说明有机化学实验对人类和社会的巨大贡献,使学生明确有机化学与生产生活密不可分,激发学生对有机化学实验的兴趣,提高学生做实验的积极性[8]。同时,我们增加了一些实用性和综合性的实验,如茶叶中咖啡碱的提取等实验,并结合其在生活中的应用,让学生明白有机化学实验不仅非常有趣而且“有用”[9]其次,我们每学期举行实验技能大赛,以实验操作为主,以笔试为辅,对大赛成绩优秀的学生进行奖励,并在学年综合测评时加分。通过这些办法,使学生更加重视有机化学实验课程。
2.2修改教学计划,制定新大纲,编写新教材
针对有机化学实验教学过程中学时少,知识点多的特点,为适应当前独立学院培养创新型、应用型人才的需求,我们修改教学计划,编制了新的教学大纲,在此基础上,优化实验内容,并根据学校现有的条件、地域发展优势等编写了新的有机化学实验教材。这样“教学计划———教学大纲———教材”一个新体系完全能适应学校培养目标的要求。
2.3加强实验教学方法改革
在有机化学实验教学中,有机化学实验技术是高校化学及其相关专业学生必备的基本科学素质之一;教学内容和课程体系的改革是高等学校教育改革的重点和难点,而实验教学改革又是难点的难点。传统的有机化学实验教学,多数是以掌握基本操作技术、验证有机化合物的性质及合成方法为目的,其大多依附于理论教学,这种依附于理论教学的实验教学,无论是实验时间安排还是实验内容都阻碍学生自主性和动手能力的发挥和发展。针对这一现象,我们大胆转变实验教学观念,改革实验教学内容,打破原有传统的实验教学模式,按模块化[10]方式将实验教学进行整合,并配以PBL(Problem-basedLearning)教学法[4],树立以问题为基础,以能力培养为中心,促进学生个体及创造性发展的新的实验教学体系。(1)“模块式”教学法:有机化学实验模块教学就是将原有的实验教学内容进行合理的划分、归类和综合,合理地设置符合当地优势产业的新型实验项目,将有机化学实验划分为“基础操作实验”、“综合实验”、“绿色化学实验”三个模块,初步形成了新型的有机化学实验教学体系。采用“模块式”有机化学实验教学,教学效果明显优于传统的教学方式。按三大模块教学,实验目标更明确,实验方法,实验手段更贴近生产实际,与当地企业联系更为紧密,培养了学生综合解决问题的能力。在多学时实验教学的情况下,把实验内容分层次模块化,便于递进式教学,利于学生的知识积累和能力形成转化。我们通过对几届学生进行模块式教学实践,切实体会到有机化学实验模块化教学比以往的传统式教学有如下优势:能根据不同专业课时不一的现状,灵活选择教学内容;更有效地实施因材施教;进一步提高学生的学习自主性;有利于学生实验动手能力和科学素质提高。(2)“PBL”教学法:以问题为基础的学习(Problem-basedLearning,PBL)模式,是和以授课为基础的学习(Lecture-basedLearning,LBL)模式相对而言的。PBL是以问题为基础的教学法,强调以学员为中心,以教员为主导,运用科学的方法发现问题,以问题为基础,围绕问题查阅资料,进行思维、推理、讨论,充分调动学员的学习积极性,形成自主学习的能力,以提高学员分析和解决问题的能力。LBL是以授课为基础的传统的教学法,以教员讲授为主体,学员被动接受,采用多媒体技术,以记忆、灌注、强制为特点,系统地讲解基本理论知识。PBL与LBL在教学设计理念、实施方式以及教学效果等方面具有明显不同[11]。
2.4发挥有机化学网络课程与精品课程的优势,充分利用现代化教学手段
有机化学是我校的重点学科,是学校的精品课程。有机化学实验是精品课程的一部分。精品课程在我们学的主页有专门的网页(网络教学平台),包括课程介绍、大纲、课件、教学录像、多媒体动画、实验指导、作业习题、参考资料、答疑讨论等。网络教学平台的构建与实施为教学方法与教学模式的变革提供了新的物质基础。现代教学技术和传统的教学手段的结合是教学发展的时代要求,教学手段的现代化已经成为教学改革的重要方向。有了这样一个教学平台在上课之前,学生预习与课后复习时可以在网络教学平台上查阅先关课件与资料,观看教学录像与多媒体动画,而且还可以通过答疑讨论版块对有疑问的地方与老师和其他同学进行在线交流。因此,精品课程教学平台的发展,有利于提高学生们课前预习与课后复习效率,进一步提高教学效果。
3结语
利用学习成果的反馈作用,及时进行正确合理的评价学生及时了解学习结果,包括看到自己所学知识在实际中应用的成就,解答课题时的正确与错误以及学习成绩的好坏等,都可以激发学生的学习动机。因为知道结果,能看到自己的进步,所以能激起进一步学习的愿望。同时通过反馈又能看到自己的不足,激起上进心,树立克服缺点的决心。结合学生的个体特点,正确评价及适当的表扬与批评是对学生学习成绩和态度的肯定或否定的一种强化方式,有助于激发学生的上进心、自尊心及耻辱感。
多种教学方法相结合,提高教学质量
1讲述法
一部分教学内容通过教师的口头语言表述讲解,可以系统地向学生传输。对于一些有关各种现象和过程的知识,通过讲述可以使学生在较短的时间里掌握相关知识。比如有机化合物的结构、物理性质及一些化学性质,通过讲述法学生掌握的效率很高。但是,与此同时存在的问题是,长期使用讲述法容易造成学生思维和学习被动。在进行有机化学有关内容的讲述时,需要熟悉相关教学内容,板书内容要能够引导学生掌握重点,便于学生进行记笔记和进行复习。
2讨论法
为了使学生加深对所学知识的认识、辨明真伪或者获得新的结论,把学生组织起来,激发思维,一起讨论,最终取得共识和交流,分享不同的见解所采取的教学方法。与讲述法不同的是,讨论时是双向的,有利于学生加深对所学知识的理解,可以激发学生积极思考,锻炼学生的独立思考和语言组织及表达能力。对一些新内容可以采取讨论法,比如说在讲述诱导效应及共轭效应的时候,可以让学生讨论吸电子基团和给电子基团对其他原子的影响作用。实践证明,讨论法对于知识扩展及激发学生思考方面有着很好的促进作用。值得注意的是,在明确讨论主题后,为了保证讨论的效率和质量,应当注意引导学生,进行必要的总结,使学生进行更深一步的思考。
3自学指导法
对于教材的部分章节内容有选择性的进行指导,学生通过思考和研究自学而获得知识。学生采取独立的自学方法,综合地运用已学的知识对所发现的问题进行解答,并通过选择、搜集和整理相关资料,从中获得知识和经验。自学指导法一般不受场地的限制,学生可以根据需要选择自己合适的方法,教师应当能及时的为学生提供指导。
深化课堂教学改革,提高课堂教学效果
1确立分层次教学的理念
建立必修课与选修课相结合的模式,因材施教。必修课设置内容主要包括基本的有机化学理论和实验,主要是为医学生进一步学习药物化学、生物化学及药理学等医学基础课程及专业课程打下基础,培养学生初步的实验操作技能和创新能力;对于扩展性的知识内容,比如某些理论学说、反应的机理及新方法等,可通过开设选修课或以专题讲座的形式,让有潜力的学生得到发挥。同时注重学生科研能力和创新能力的培养,教师指导学生进行科研课题的申报与研究,学生也可以参与到教师的科研工作中,提高综合的实验操作技能及依据理论解决实际问题的能力。
2合理利用多媒体辅助教学
心理学研究表明,多种刺激能增强理解和记忆。以多媒体技术为基础,在教学中根据教学目标和教学对象的特点,通过教学设计,通过多种媒体信息,如图像、动画及声音等,使学生形象的掌握相关知识。多媒体教学由于综合运用了光、声、色、形等情景,对学生的视觉和听觉有着直接的作用,具有良好地强化效果和整体效应,有利于最佳教学效果的获得。但是,这并不意味着,教学过程中选用教学媒体越先进或者越多,教学质量和效果也就越高。教师不能完全依赖多媒体,只有结合课程内容与学生特点,合理选用多媒体教学,才能有效提高教学质量。
3加强有机化学与医学的联系
在教学过程中,如果仅从有机化学的概念出发,很难直接有效地发挥它的基础和桥梁作用。因此,要考虑到本门课程自身的有机化学知识的系统性,同时还要结合医学相关知识,为医学服务。在各章节的学习中,加强有机化学与医学的联系,调动学生学习有机化学的主动性,培养一定的自学能力。
改进学生成绩评价方法,进行多样化评价
第一,应重点为学生构建有机化学学习的知识框架,即有机化合物的分类,明确有机化合物主要是按官能团的不同来进行分类的,这就使得学生在了解这个框架后,会对本门课程有一个总体的把握,为接下来各章节的学习奠定良好的基础;
第二,要强调化学键的断裂方式和种类,使学生明确,有机化学反应的实质是化学键的断裂和形成,而且,在讲解过程中,要特别说明箭头的画法,即电子的转移,这是将来学生学习和理解反应机理的基础。
此外,还应注意及时归纳总结,把一些零碎的知识点通过特定的规律串联起来,引导学生从规律中掌握所学内容之间的内在联系,培养科学的思维方法,逐步建立起自己的知识逻辑关系,增强记忆力,可起到事半功倍的作用。例如,烯烃的亲电加成反应,根据亲电试剂的不同可以将该加成反应分为几类,而且,对于不对称的烯烃来说,加成时又有马氏规律和反马氏规律,这样学生就很容易混淆,记不清哪个反应要遵循马氏规律,容易产生厌学的问题。因此,作为任课教师,我们需要及时归纳总结,引导学生发现规律,在这里只要让学生掌握加成的反应机理即可,不需死记硬背,上述问题就会迎刃而解。我们可以把这些亲电加成反应都看作是经历碳正离子中间体的过程,学生根据碳正离子中间体的稳定性就能判断出加成产物,无需去记马氏规律,而且,该方法对于更复杂的反应也有效,比如溴化氢与三氟丙烯的加成反应是反马氏加成,通过上述方法很容易解释,学生理解起来就更加轻松了。
理论与实践相结合,激发学生积极性
爱因斯坦曾经说过:“兴趣是最好的老师。”如何激发学生的学习兴趣,是上好一门课程的关键。针对有机化学课程理论性强、比较抽象的特点,我们将身边的化学物质、生活中的化学以及有机化学学科近几年取得的重大进展,特别是获得诺贝尔奖的科研成果引入课堂,使学生了解了有机化学和我们日常生活的联系以及学科前沿,激发了学生的学习兴趣,让学生带着解决问题的热情和欲望听课,收到了良好的效果。例如:在讲授含氮化合物时,我们将前两年的三聚氰胺事件提出来,学生就想知道三聚氰胺的真实面目,画出它的结构式之后,让学生思考为什么不法商贩要选择三聚氰胺添加在牛奶中,而不选其它化合物。这时学生就会产生强烈的好奇心,提出自己的想法,经过与老师的讨论,他们很容易就理解了该类化合物的物理化学性质。又如,在讲授立体化学这一章时,我们以故事和图片的形式向学生讲述了发生在20世纪60年代的“反应停”事件,告诉学生导致“反应停”灾难产生的真正原因是沙利度胺(Thalidomide,反应停)这种药物的手性。“沙利度胺”分子结构中含有一个手性中心,具有两种互为镜像的R和S异构体,其中R构型的结构有中枢镇静作用,另一种对映体S构型化合物则有强烈的致畸性,而当时无数妇女服用的是消旋体药物,虽然减轻了妊娠反应,但随后全球有近万例畸形胎儿出生,导致婴儿畸形的罪魁祸首是S构型的异构体,“反应停”事件成为药学史上的沉痛教训。以此让学生充分认识手性在我们日常生活中的作用,手性分子立体结构的微小差异往往导致其在生理活性上产生截然不同的作用,对于手性药物,一个异构体可能是有效的,而另一个异构体可能是无效甚至是有害的。此外,在讲到烯烃的硼氢化反应以及卤代烃与金属的反应时,我们就会结合自己的科研项目给学生介绍相应的诺贝尔奖成果及应用,开阔了学生的视野,充分调动了学生的学习积极性。
多媒体与板书互补,增强学生理解力
进入21世纪以来,随着计算机技术的发展、广泛应用和普及,多媒体教学已成为高校教学的主要模式,为高等院校提供了充满生机和活力的人才培养方式[2]。将多媒体技术应用于有机化学的教学中,可以直观形象地展示教学的重点和难点,解决了传统教学中一些学生不易理解的问题,有效地提高了教学质量。例如,在讲授立体化学这一章节时,利用板书很难展示分子的三维立体空间结构,任课教师讲起来非常吃力,而且学生也不容易理解。这时,就要以多媒体教学为主,在课件中配以生动形象的动画设计,图文并茂地解释产生分子手性的原因以及如何判断绝对构型,这样既节省了授课时间又调动了学生的积极性。再如,对于有机波谱这一章,为了让学生容易理解,我们需要大量的谱图作示例,这时多媒体教学就显示出它的优势了,利用多媒体技术既可以模拟先进的分析仪器和分析过程,又可以准确快速地显示谱图,便于有针对性地讲解解谱规律。对于核磁共振的各向异性效应,用动画的形式来表示屏蔽区和去屏蔽区的环电流,可以增强学生的感性认识,从而轻松地掌握不同质子的化学位移差别。但是,任何事情都有两面性,多媒体教学也不例外[3]。根据我们的经验,如果过分依赖多媒体教学手段,就会事与愿违,对教学效果起到反作用。因此,必须将多媒体教学和传统教学模式有机地结合,才能发挥出最大的功效,提升教学质量[4]。比如,在讲授有机反应机理时,我们发现将反应机理画在PPT上给学生讲解,节奏快,学生只能被动地接受授课内容,缺乏思维的过程,虽然当时明白了,但课后让学生自己写却写不出,更有甚者,有的学生将电子的转移方向即箭头画反,更不用说推测新反应的机理了。发现这个问题后,我们改变了授课方式,对于重要的反应机理,我们用板书在黑板上给大家写一遍,要求学生跟着一起写,书写过程中有不理解的随时提出,这样学生对机理的理解更充分了,从而加深了对反应的认识,使得学习效果有了明显提升。
开展启发式和讨论式教学,培养创新人才
在教学过程中,学生既是教育的对象,又是学习的主体。教师不仅要传授知识,还要善于与学生交流,建立起和谐、平等的师生关系,营造和谐互动的课堂氛围,采用各种方式调动学生的积极性。著名的教育学家蒂斯多慧指出:“科学知识是不应该传授给学生的,而是应当引导学生去发现它们,独立地掌握它们”[5]。所以,必须调动学生的主动性和创造性,才能取得良好的教学效果。我们的经验表明,在课堂教学中采用启发式和讨论式的教学方法,有助于学生创新能力的提高。比如,在讲一个难度比较大的合成示例时,对于关键的合成中间体我们采用启发式的方法来引导学生思考,然后采用随机分组的办法让学生组成不同的小组,对提出的问题进行分析讨论,给出可能的逆合成路线,每个小组再派个代表写出分析的思路和结论,而且还要归纳出讨论及得出结论的过程。这样,所有的学生都能参与其中,不同的学生在进行讨论的时候就是知识灵感的不同碰撞,就会得到不同的合成策略,有助于加深对问题的理解和对知识点的掌握。最后,任课教师把所有的思路、结果和讨论方式进行评比和归纳总结,评出即简洁又可行的合成路线以激励学生。这样不仅训练了学生分析问题和解决问题的能力而且训练了他们的交流能力,更有利于学生创新能力的提升。