時間:2022-03-05 07:58:19
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1.1化學藥品使用的問題
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]。
3結語
通過教師講解,讓學生認識到大學實驗與高中實驗的不同,認識到進行主動學習對其能力和綜合素質提高的重要性,然后再根據學生自愿報名,將帶教班級的學生分為兩組,其中實驗改革組按照以下方案進行,對照組按照普通教學法進行。
1.1課前預習與小組討論:
布置學生進行課前預習,預習時以教材為主,以網絡資料和圖書館課外書為補充。撰寫實驗預習報告,報告內容分實驗原理、步驟、注意事項、問題、可改進操作,引導學生尤其注意實驗注意事項和實驗問題的收集。在課前兩天,自由組合的幾個小組一起進行探討,尤其是實驗注意事項、實驗問題和可改進操作的討論。對照組學生只需參考實驗教材寫出普通實驗預習報告。
1.2課堂學生講解和教師補充相結合,教師演示和學生體驗相結合:
為了督促學生養成主動預習習慣,使學生由“要我學”轉變為“我要學”,每次課堂開始時叫1名學生上臺講解實驗,講解完后,先由學生自愿主動補充。然后再由教師補充講解學生未講到位的部分。同時教師進行關鍵操作的演示,可以叫學生上臺配合體驗實驗操作過程。特別強調讓學生提出對實驗部分操作過程的改進,對可行的部分將允許學生按照新操作過程進行實驗。對照組學生不需上臺進行實驗講解。
1.3學生實驗:
生按照講解和演示的過程完成實驗內容。對于部分小組提出設計的可行的部分操作的改進方案,鼓勵引導學生按照新方案進行實驗。如果實驗課堂不能夠滿足新方案的要求,將給學生提供教師藥物化學科研實驗室和相應實驗條件,在課后時間完成。對照組完全按照教材內容方案進行實驗。第四,討論總結分析、撰寫實驗報告和實驗改進方案:實驗完成后,在課堂組織學生分組討論總結,課后撰寫實驗報告,對于部分實驗,鼓勵引導學生提出并上交實驗改進方案。在下次實驗課堂前,教師將針對實驗報告和實驗改進方案進行評述。對照組學生只需遞交普通實驗報告,而實驗組的實驗報告形式和內容形式自由。上教學方法的實施,與未參與改革組相比,實驗改革組學生的學習效果明顯要好,學習積極性也要高,實驗動手能力、分析問題和解決問題的能力均明顯要強,同時也讓部分學生體驗到了自行設計實驗的成就感,激發了其對科研的興趣愛好。
2以有機化學實驗為起點培養本科生科研素質
從以上參與有機化學實驗教學改革的學生中,組建本科學生課外科研興趣小組,長期指導學生進行課外科研實驗、資料查閱、實驗設計、學生課題申請、論文撰寫、課外學術作品競賽和考研輔導等一系列的提高學生科研素質為目的的活動。在教師的合理引導下,在筆者所進行教改的2個實驗班中,實驗組有多達18名同學主動強烈要求進入教師的科研實驗室參與課外科研活動。由于學生的課余科研活性以不影響學習為前提,因此筆者隨后挑選了14名成績中等及以上的同學,分成了2組,在一年二期的時候分別進入了兩個不同實驗室。與筆者以往通過其它途徑所帶的課外興趣小組的學生相比,這些學生思想動機總體相對較端正,除了5個學生由于急功近利、功利思想較強等原因而中途流失外,其它學生一直踏踏實實,完成了多個環節的課外科研活性內容,堅持到大四完成畢業論文。在進入實驗室初期,這些學生跟著老師或不同研究生學習一些最基本的實驗技能,同時也參與研究生的文獻檢索、實驗設計、匯報等工作。經過一個學期的鍛煉后,盡管有專業知識的限制,但是由于學生的主動積極進取學習,大部分同學已經掌握了所在實驗室的基本實驗技能,熟悉了所在實驗室專業中文期刊的檢索,也初步懂得了簡單實驗的研究方案、技術路線的設計。經過一年的培養后,在教師的指導下,學生設計并進行了獨立的科研實驗。在二年二期的時候,利用前期實驗結果,指導學生撰寫并積極申報省、校級大學生創新科技計劃項目。課題完成時指導學生撰寫科研學術論文,利用取得的科研成果指導學生參與大學生課外學術作品等競賽。以上完成的學生科研課題同時可以作為學生的本科畢業論文。由于科研課題在大三基本完成,因此,在大四時學生可以全身心的投入考研或者其它與就業相關的個性化活動中。通過三年多的課外科研活動及組隊參與挑戰杯作品競賽,學生的潛力得到了充分的發揮,不僅培養增強了學生進行實驗設計、動手操作和論文撰寫等方面的科研能力,也鍛煉提高了學生的自制力、毅力、團隊協作等方面的能力,整體綜合素質較高。例如,首先組隊的兩組學生中先后申請并完成了三項省大學生科技創新活動計劃項目(2010R413019,2011R413025,12R413020)和多項校學生科研項目;同時也發表了學生第一作者的論文或會議論文3篇;其中一組學生的作品獲得了第十二屆“挑戰杯”全國大學生課外學術科技作品競賽一等獎;由于畢業論文是幾年積累的結晶,這些學生的本科畢業論文整體水平較高,避免了目前普遍存在的本科畢業論文來自于教師科研成果的“拿來主義”。其次由于小團隊有自己的目標和信念,大部分同學都能夠至始至終堅持利用課外時間進行充電,其中有3個同學從大學一年二期到三年二期暑假,每個寒暑假都能留在實驗室做實驗,每個寒暑假只休息兩周時間。再次,在所帶教的學生中,學生的學習成績總體不是特別好,只有一人次拿過一等獎學金,但由于綜合素質強,在研究生考試中脫穎而出,有5人考取了碩士研究生,其中有北京大學和浙江大學各一名(整個學院當年考取985學校研究生僅僅3名)。
3小結
有機化學實驗像普通蒸餾、減壓蒸餾、水蒸氣蒸餾和索氏提取等,需要成套的儀器設備,這些儀器都是標準磨口儀器,價格昂貴,如果不加強管理,將造成巨大的資源浪費。所以像這類實驗就是把每個實驗室的儀器都放到一個盆子或框里,每次實驗由每個實驗室的負責人統一分發和回收。為了配合實驗技術人員的工作,采取選擇實驗室負責人的辦法:要求每次實驗每個實驗室選定兩名負責人,協助實驗技術人員負責收發儀器。并對實驗進行分組:實驗分組采用自由結合,兩人一組,負責人把分組號和對應名單報給教師,并標明負責人姓名、相應職責及聯系電話。
實驗臺內(抽屜和柜子)和試劑架物品擺放規則實驗操作臺結構是下面設計有抽屜、柜子,上面有試劑架,每一部分有不同的使用功能。學生實驗柜、抽屜及試劑架通常放置的物品包括玻璃儀器和器皿、藥品和一些零星的低值耐用品。抽屜是放置常用的器皿和一些零星的低值耐用品,柜子是放置體積較大玻璃儀器和陶瓷制品,這些物品應分類合理擺放在抽屜、柜中。試劑架是放置供一個中央實驗臺的學生使用的藥品,藥品必須整齊有序地放置在實驗臺的試劑架上。日常實驗中學生常常不加區分,東西任意在這三部分之間擺放。因為不合理放置導致玻璃儀器撞碎。比如:萬用夾、鐵環和十字夾(雙頂絲)及研缽、布氏漏斗、蒸發皿等鐵制和瓷制儀器不應該放在抽屜里,容易撞碎玻璃儀器;研缽這類較重儀器要求放在柜子最底下;萬用夾、鐵環和十字夾(雙頂絲)等鐵質類儀器,接冷凝水的乳膠管或理化管等管線類器材,要求統一放在公用實驗臺貼有標簽的指定容器內;而鐵架臺要求整齊放在實驗室周邊某一區域??傊?,物品要干凈有序分類擺放在清潔衛生的柜子里。儀器分發每次實驗開始前,儀器負責人要到教師辦公室詢問是否需要領取實驗儀器,領取儀器時要清點套數,檢查儀器是否完好及簽名,領取后分發到每組。各組學生也要檢查所發儀器完好能用,萬一發現有問題還可以調換。
儀器回收每次實驗所發儀器使用完畢后(實驗結束后)洗刷干凈,儀器負責人清點套數,檢查儀器是否完好及是否干凈(若不干凈,要求使用者洗凈),按要求交回教師處,簽名后方可離開。從實驗柜內拿出的儀器,實驗結束后放回原處。儀器賠償如果由于不規范操作導致儀器損壞,損壞儀器后及時與老師聯系,填寫儀器賠償單,然后到物資供應科找負責教師進行相應賠償,并把領取儀器報告單交給老師。以前在沒有選擇儀器負責人時,實驗中打破儀器無人告知,學生間還互相推托責任或包庇,不易查出責任人進行賠償。為保證下個專業學生順利實驗,只好給予補充,結果學生因為這件事失去誠信,還額外增加學校經濟支出。
儀器設備管理有機實驗常用到一些儀器設備,如恒溫水浴鍋、電加熱套、熔點儀、旋光儀、電子天平等。教師講完后,總是有些學生不能完全領會。如果不正確使用,會導致儀器損壞,影響實驗的進行。為此,首先對儀器進行分類,像恒溫水浴鍋和循環水式真空泵這類使用頻率較高的設備,把說明書貼在每個教室的門后邊,特別要注意的地方寫在每個實驗室黑板上的某個區域,長期留住不要擦掉(如水浴鍋要添加蒸餾水而不是自來水);像熔點儀和旋光儀等只有某個實驗使用的儀器,說明書隨輔助配件放在工具箱中,注意事項貼在儀器醒目位置上。這樣一方面方便教師上課時講解,同時學生在使用儀器過程中若出現有不明白的地方可以隨時參照,規范、科學地使用儀器。
2衛生管理(實驗室內衛生與值日生簽名)
有機化學實驗室是培養學生掌握基本操作實驗、合成實驗、綜合設計性實驗等的場所。為營造規范、整潔、有序的實驗環境,保證學生能安全有效地實驗,要求實驗結束后,衛生負責人選定并安排值日生打掃衛生。每次實驗后由學生輪流值日,負責打掃和整理實驗室。為保證任務落實到位,每次實驗每個實驗室選定兩名衛生負責人,安排并監督該實驗室衛生,務必做到:桌面、試劑架、地面、窗臺、水槽(水槽內不得有紙屑、沸石、中藥渣等雜物)等都要打掃干凈,關閉水、電及窗戶;每個實驗臺配有抹布,使用完畢后應洗凈,按規定要求放好;實驗室的掃帚、簸箕、拖把等清潔用品使用后應整齊放在指定位置;所用電器一律拔掉電源插頭、擦拭干凈、擺放整齊,衛生負責人檢查是否合格,檢查合格后,值日生、衛生負責人、班長到實驗室管理教師的辦公室在“實驗室使用登記簿”上簽名,待教師檢查衛生合格后方可離開。
3公用物品使用規則
公用儀器、試劑等一般放在邊臺、試劑架上或者通風柜(取用時易揮發的試劑)內,公用實驗臺一般放置公用的實驗用品及輔助的實驗用品,這些用品要求就在原地使用或取用,或拿走用后立即放回原處,不準長時間放在自己實驗臺上影響其他學生使用。對于天平,要求使用中保持天平的整潔,不能隨意挪動。
4實驗室安全
實驗室水電安全,特別是電爐,在使用時一定要墊上隔熱板,以防燒壞桌面,使用時,電爐線應遠離電爐,以免燒壞電線,引起火災;精密儀器如熔點儀、旋光儀等,實驗結束后及時蓋上防水罩,以防實驗室漏水使儀器損壞。
5實驗中廢棄物管理
實驗過程中,每個實驗臺邊都放一個貼有“回收固體廢棄物”的小桶或小燒杯,如實驗中用過的沸石、火柴梗、點樣毛細管等雜物可以放進去,不可扔在地上、實驗臺上或水槽中,實驗結束后倒進公用垃圾簍內。有毒的藥品分類倒進專門的廢液桶中,不可倒在水槽里,由專業人員統一進行處理,以免污染環境。空的試劑瓶放到指定的箱子里,每學期結束,科研處統一由專人進行回收處理。對于配制的沒有用完的溶液,倒入專門的回收桶內,實驗結束后進行統籌回收處理,這樣不僅節約了資源,也保護了環境,同時提高了學生的環保意識。
6總結
1.1學期制度改革的意義
(1)適應人才培養的時代特征與現實需要,是學習能力培養的需要。
伴隨著信息與知識數量累積的爆炸式增長、更新周期的日益縮短、知識細分的迅速演進,對于新知識的快節奏、大容量、自適應的學習,已經成為當代學習的顯著特征,也是當前社會對人才諸多能力需求中的關鍵要素。大學畢業生是否具有良好的社會適應能力與職業發展前景,取決于自身的學習能力。當前每學期19~21周的長學期制度,在一定程度上導致“平時不刻苦、考前靠突擊”現象的大量存在,教師講得多而學生自主學習少,教學周期長而教學效率低,不能適應新時期學習能力培養的需要。
(2)是教學內容優化的需要。
目前,在培養方案的設置上仍然存在知識單元順序顛倒、內容重復、環節疏漏等問題,在培養方案的執行上也有重點偏移、難點回避、亮點不足、特點不強等客觀問題存在,使得人才培養不能達到滿意的效果。在學生總體學習時間約束條件下,在學生考研、就業等迫切要求下,如何能夠制定更加科學、合理、緊湊的培養方案,已經成為人才培養的首要問題。
(3)是實踐教學改革的需要。
實踐環節是大學教學越來越重要的組成部分,是學校以“三實一創”為核心的“兩型兩化”人才培養模式改革的關鍵環節。而目前實習、實訓和創新環節的時間安排零散,學院難于組織、學生難于深入、教師難于指導、企業難于接受,往往流于形式,對學業、就業的促進作用被弱化、淡化。因此,實踐環節需要進一步的突出和優化,其“時間較為分散、基地過于集中”的模式要逐步向“時間相對集中、基地有機分散”的模式轉變,保障有獨立、連續、較長的時間段來進行實習實訓和創新活動。
(4)是學業預警援助的需要。
大學生在學習過程中可能出現學業波動、學習效果偏差的現象。在目前的學期制度下,學業預警周期為半年,學業援助周期為半年、一年乃至更長,已直接影響了其他后續課程的學習或實踐訓練,甚至對學生畢業、獲取學位等產生嚴重影響。均衡課業負擔、加快學習節奏、及時進行預警援助,有助于形成團結緊張、嚴肅活潑的良好氛圍,更有利于育人目標的達成。
1.2目前我校安排的學季制
學校每學年按40周安排校歷,仍然分為兩個學期(semester),即第一學期(20周)、第二學期(20周)。第一學期分為秋季(10周)、文體活動周(1周,含運動會)、冬季(9周);第二學期分為春季(9周)、學術活動周(1周)、夏季(10周)。從而每個學年分為4個學季(quarter),四年學制共16個學季,五年學制共20個學季。原則上每個學季最后1周為考試周,集中安排全校性和跨學院課程考試,院內課程考試時間由學院根據規定自主安排。理解了我校學季制改革的目的和意義以及安排后,作為一門大多數院系設置的基礎技能培養的公共實驗課———有機化學雙語實驗課,筆者將對此提出相應的改革探索,以體現學季制改革后課程的改進。
2新形勢下有機化學實驗的改革
2.1傳統學期制下有機化學實驗的模式與不足
我校的有機化學實驗課程雖然于2009年評為“國家雙語教學示范課程”,在教學上全部采用雙語教學,但由于班級多(每學期48個班級)、每班人數多(平均35人/班)以及有機化學實驗本身的一些諸如反應時間長、副反應多、產品處理花費大量時間等客觀原因,為了能完整的安排每一個班級的實驗時間,實驗課程都安排在周六周日兩天,在目前的教學計劃中第一學期32學時,需要三個周六或周日,第二學期24學時需要二個周六或周日。學生上午下午分別要完成兩項單元操作,實驗任務重,時間緊。由于是雙語教學,學生同擔負著學習語言和學習專業知識的雙重任務,在傳統學期制度下,無法給教師足夠的時間去闡述問題,也無法給學生足夠的時間去理解消化問題,與正常教學進度對比,雙語教學需要的教學時數勢必要更長,因此,無法保證學習效果。除了上課時間,無法給學生安排更多的課余時間讓他們熟悉各類儀器設備并完成從實踐到理論的升華,只是機械的完成了一份實驗報告,無法得到更多的鍛煉,更是限制了學生創新能力的培養。這種學期制度下,規定內容與時間表的傳統實驗教學模式不利于培養學生的興趣與愛好、創新思維與能力。此外,也是由于計劃學時數以及課堂時間的限制,造成教師無法開展一些綜合設計性的實驗,只能交給學生一些步驟詳盡,基礎性、驗證性和重復性的實驗,掌握一些基本的操作和單元合成。雖然完成了教學任務,卻無法充分調動學生的積極性和創造性,實驗教學效果較差。
2.2新學季制下有機化學實驗的改革探索
針對我校進行的新學期制度的改革方案,以有機化學課程為例,本學年度2014-2015第二學期,有機化學理論課程計劃學時數為32學時,一周安排為四個學時,第八周可以結束理論課程的學習,相應的其他基礎課程也會在春季完成。這樣,對于實驗或者實踐課程來說有了新的教學模式的探索改革。以有機化學雙語實驗為例,第一,教學時間的安排,由于接受了完整的有機化學的基本理論,那么在對于實驗課程關鍵的預習問題就有了充足的時間。通過對實驗項目的預習,調動了學生學習的主動性,提高了學生的自學能力,更能提高學生在實驗中的安全防范意識。另外,在實驗時間安排上可以不占用學生的周末時間,用一周靈活的時間集中進行實驗,讓學生有個連貫性的系統性的時間進行有機化學實驗。教師更加認真地備課,更注重實驗教學講解的規范性,在實驗過程中對學生要求更加嚴格,實驗操作指導也更加耐心細致。學生實驗結束后有更多的時間總結所做過的每一個實驗,完成實驗報告不再照著書本抄而是有了自己的理解和認識,加深已經學習過的有機化學理論課程的印象,最終能夠達到實踐和理論的有效結合,提高了學生分析問題和解決問題的能力;第二,教學內容和教學模式的調整,傳統的有機化學實驗多為驗證性實驗,內容單調,形式呆板,與實際生活及時代的發展有很大距離;藥品用量大,易揮發、有毒、有害、有腐蝕性等危險藥品多;實驗設備儀器陳舊、過時,實際科研中已經淘汰;學生沒有了興趣,實驗只是“照方抓藥”,不利于學生素質的全面培養。在新的學季制度下,我們擬對實驗內容進行調整,重新優化重組,從“基礎、綜合、設計”三個層次上全面培養學生的動手能力和創新意識?;A實驗主要訓練學生的基本操作技能,使得學生規范操作,養成良好的實驗習慣,為以后的科研打下堅實的基礎?;A實驗內容包括實驗室的安全和注意事項、工具書的使用、常規儀器的熟悉和使用、化學藥品的性質、規格和使用等;還包括基本操作如蒸餾分餾、萃取和洗滌、重結晶及熔點的測定等,采用講解和演示再由學生親手操作,讓學生盡快掌握;綜合實驗以單元制備實驗為主,在各種制備實驗中反復訓練基本操作技能。例如在Perkking反應制備苯甲酸和苯甲醛的實驗中,分別訓練了液體有機化合物的提純操作和固體有機化合物的提純操作如萃取洗滌蒸餾以及重結晶等,強化了有機化學實驗的基本操作。適當設計一些開放性的題目,考查學生吸納外文文獻的能力、創造性思維和獨立解決問題的能力。在接下來的新學期改革下,新的有機化學實驗的教學模式是(3+1)型,即“基本操作實驗”,“基本單元實驗”,引領提高的“基本設計實驗”,最后外加一項培養學生創新能力的“開放實驗”,與其配套的教學程序,教學方法,測評方法等也都將做全新的改革。教學模式的改變。第三,雙語課程的加強。幫助學生提高專業英語聽說和寫作能力,將雙語教學滲透到整個學科專業中。作為雙語教學的授課對象,國內高校學生英語的聽說能力普遍較差,學生的外語水平參差不齊,考慮到學生對雙語教學的接受能力,我們也將重點解決采取什么樣的教學手段,不但可以讓學生聽的輕松,學的輕松,講的輕松,而且在學生掌握學科知識的同時,提高他們的外語水平。在新學期改革下,如何有效改革雙語教學模式,加強學科雙語課程建設對真正實施有機化學實驗雙語教學具有十分重要的意義。
3結語
科學技術的發展日新月異,要使有機化學實驗內容與教學方法與時俱進,我們必須對有機化學實驗教學內容和教學方法進行改進,必須加強應用實驗、趣味實驗和科學前沿課題的新知識實驗。當前一些有機化學實驗教材內容陳舊,除基本操作外,都是一些驗證性實驗,缺乏應用性、趣味性和前沿性的實驗內容。學生每次都像“照方抓藥”那樣地進行實驗,根本不認真預習、思考,這樣學生的綜合能力和創新能力難以得到提高,有機化學實驗教學效果不佳。因之,對有機化學實驗教學內容進行兼并整合,合理構建實驗內容體系是當務之急。
1.1整合強化基本操作內容
根據教育部高等學?;瘜W類(即師范類)專業教學指導委員會制定的“化學專業實驗教學基本內容”,將基本操作和基本技能作為一個單元單獨訓練,該階段主要訓練學生的基本技能,強調操作的規范性。在開始基礎訓練階段,我們發給學生寫實驗預習報告的樣本,要求學生按規范的樣本格式寫好預習報告和實驗報告。要求學生在預習報告中要查閱寫上實驗所用藥品試劑的物理常數。實驗報告一定要實事求是的詳細記錄實驗步驟現象,實驗目的原理,要總結出實驗的重難點、實驗成敗的關鍵步驟和操作、問題討論及說明等。這樣既要求學生在實驗中動手,又要動腦。對于難度較大的基本操作實驗如:減壓蒸餾、紙層色譜、薄層色譜、重結晶、熔點測定、分餾、旋光度測定、萃取與洗滌等獨立安排實驗進行,并要求學生單人單做。對較簡單的基本操作實驗如:蒸餾及沸點的測定、折光率的測定、液體化合物的干燥、機械攪拌、磁力攪拌及密閉合成攪拌等均在相應的合成實驗中一并進行,這樣可使學生在少學時下學到更多的實驗技能。其次刪掉一些簡單陳舊的實驗,增加一些復雜的應用實驗,趣味實驗及前沿科學的新知識實驗。該實驗教學內容的重組提高了學生對實驗的興趣,激發了學生的求知欲,強化了學生嫻熟的基本操作能力的訓練。
1.2在實驗內容的安排上注意實用性、趣味性、時代性
經典的有機化學實驗都是成熟的驗證性實驗,對于師范本科生而言,通過這些實驗掌握了相關的基礎知識、基本操作技能、基本實驗原理和方法,在培養學生的邏輯思維、推理、嚴謹的科學態度等方面是有益的。而且符合學生的認知規律。但我們要培養學生的創新能力,必須改進有機化學實驗教學內容的知識結構,加強應用實驗、趣味實驗和涉及科學前沿課題的實驗。如刪去了一些簡單陳舊缺乏應用性、趣味性的傳統實驗,增加了一些應用性實驗,如:①藥物阿司匹林的合成;②磺胺藥物的合成;③從槐米中提取藥物有效成分蘆丁及鼠李糖;④從黃連中提取黃連素等。增加了一些趣味性實驗如:①從煙葉中提取煙堿;②從茶葉中提取咖啡因;③合成減少農作物落花落果的防落素對氯苯氧乙酸;④合成除草劑2,4-二氯苯氧乙酸。增加一些與時俱進的前沿科學實驗如:①冠醚合成;②納米材料的合成與應用;③手性化合物的合成拆分及表征。通過增添應用實驗、趣味實驗和涉及科學前沿課題的實驗,激發學生的學習興趣和創新精神,將不愿學變為我要學。同時開闊了學生的知識視野,增加了學習的廣度和深度,使學生看到了在人類生產和生活中有機實驗的重要性,形成了自覺渴求新知識的意識,促進了教與學,提高了教學質量和水平。
1.3加強有機化學實驗綠色化
化學專業培養的師范生是肩負著教育下一代重任的人類靈魂工程師—中學化學教師,故“安全—環?!崩砟詈鸵庾R的形成以及具體實施就顯得尤為重要[2],且具有深遠的社會效益和現實意義。為此我們在以下幾個方面進行了實踐:
1.3.1采用半微量實驗和微量實驗
有機實驗易耗品多、產率低、“三廢”排放多、能耗大、污染重。為此我們在不影響實驗效果的情況下將教材上化學實驗的藥品用量均減半,或用半微量實驗或微量實驗方式進行,這樣不僅大大降低了實驗成本,實驗環境也變得清潔,最重要的是學生的節能減排和環境保護意識也得到培養和強化。且有機化學實驗的綠色化也得到彰顯。
1.3.2盡可能減少或不用有毒害的化學試劑或原料
有機合成實驗所用的化學試劑、溶劑、催化劑或多或少有一定的毒性,為了使有機化學實驗綠色化,我們在實驗內容的安排上減少或去除毒性大的有機實驗,棄用毒性大的有機試劑或溶劑。如將水蒸氣蒸餾實驗中早期使用的有毒性的苯胺、苯甲醛和溴苯改為花椒和桂皮,使之為純天然的綠色實驗。將從茶葉中提取咖啡因和煙葉中提取煙堿的裝置改用乙醇在索氏提取器中進行,這樣既將實驗時間縮短了2h,又消除了毒性。在有機合成實驗中刪除一些毒性大的實驗,如苯和溴制溴苯、硝基苯的制備、苯胺的制備等。并結合專業特點新增一些對環境友好的藥物合成實驗如:合成口服治療尿道感染藥物扁桃酸、局部麻醉劑苯佐卡因等。將乙酰乙酸乙酯合成實驗中用的有毒溶劑二甲苯和鈉珠原料改為鈉絲,用鈉絲可不用二甲苯溶劑,從而有效地減少了環境污染,所有這些均使綠色化學教學在實驗中對學生起到了潛移默化的作用,培養了學生的綠色化意識。
1.3.3采用“一條龍”化學實驗
在有機化學實驗中我們安排了“一條龍”合成實驗,即將多個合成實驗串聯起來,前一個實驗的產品作為后一個實驗的原料,這樣既節約了化學試劑,防止和減少了環境污染,又使學生把學過的知識系統化,也培養了學生綜合分析問題和解決問題的能力[4]。如我們將苯胺乙?;阴1桨穼σ阴0被交酋B葘σ阴0被交酋0穼Π被交酋0?磺胺)。在甲基橙制備實驗中將3個串聯起來,即苯胺磺化對氨基苯磺酸(重氮化)重氮鹽(偶聯)甲基橙。在局部麻醉劑苯佐卡因的制備中,將2個實驗串聯,即對硝基苯甲酸酯化對硝基苯甲酸乙酯(還原)對氨基苯甲酸乙酯(即苯佐卡因)。
2在有機化學實驗教學內容的組織上分層次分階段進行教學
有機化學實驗教學內容改革重組后,以基本操作、簡單合成、多步合成、綜合實驗、設計實驗、開放實驗的順序組織教學內容。這樣一個從基本技能訓練、應用技能訓練、綜合技能訓練到創新能力訓練的四個層次的實驗體系,使學生由淺入深、由簡到繁、由單元技能訓練到綜合能力訓練、再至創新能力訓練,使學生的實驗技能循序漸進,逐步提高,最終初步掌握簡單的科學研究方法和創新能力。在實驗操作中,又將合成、分離提純及鑒定測試或表征等環節連成一體,形成系列化實驗。這樣做可使學生看到自己的實驗成果,他們會更認真主動完成和掌握實驗的全過程,并給他們帶來成就感,從而調動學生的學習積極性和主動性,不斷地提高教學質量。
3有機化學實驗教學方式的改革使教學質量穩步提高
3.1要求學生課前認真預習,培養學生自學能力和查閱文獻資料能力
學生每次進行實驗前,教師要認真檢查學生的實驗預習報告,無預習報告者不得進入實驗室做實驗,寫實驗預習報告的目的是使學生在做每個實驗前,必須認真查閱所使用藥品試劑的理化性質,明確實驗原理、目的及步驟,了解有關藥品、儀器的使用方法,掌握實驗的重難點,挖掘實驗成敗的關鍵問題及注意事項,明確每一步操作的目的任務,做到有的放矢,為做好每個實驗奠定基礎。通過檢查學生的預習報告和口頭提問,促進了學生學習的主動性和積極性,激發了學生做好實驗的熱情。通過在預習中查閱資料和網絡化學資源,不僅可以幫助學生了解有機物的理化性質,解釋實驗現象,預測實驗結果和選擇正確的合成路線,而且還可以使學生了解相關科研方向的研究現狀與最新進展。并使學生掌握了查閱文獻的基本方法。從而培養了學生的綜合能力、獨立分析問題和解決問題的能力、創新能力以及初步的科研能力[5]。
3.2在課堂上認真講解耐心指導
在教學內容改革整合后,教學方式對于落實教學目的起至關重要的作用。在基本操作實驗部分,教師必須抓住重難點講清實驗原理,實驗成敗的關鍵問題,讓學生理解每一步操作的原理,然后在學生做實驗過程中認真檢查學生的每一步操作,耐心糾正不規范操作。如在分餾和蒸餾的基本操作中,注意檢查學生的裝置是否規范美觀,冷凝管的選擇是否正確,溫度計插得高低是否得當等,所有這些細節問題都直接影響到實驗的效果和規范性。通過這部分基本操作培訓,不僅培養了學生的動手能力,還培養了學生實事求是的科學態度和嚴肅認真的工作作風。
3.3在“一條龍”實驗、綜合實驗、設計實驗、開放性實驗中進行分組實驗教學
即讓每組成員以既相對獨立,又相互合作的方式完成整個實驗。這樣學生在獨立完成部分實驗之后與其他組員之間共享實驗成果,共同分析解決實驗中所遇到的問題。這種組合實驗教學方式,可以培養學生的團隊精神和協作精神,提高學生的科研素養和責任心。
3.4應用信息化教學手段和多媒體教學以提高教學質量
體現在教學指導思想上,重視技能的培養和理論的驗證,忽視實驗對理論形成的推動作用,忽視創新意識的培養。在教學內容上,由于受經費投入、學生擴招等多方面因素的影響,基本操作、驗證型實驗多,綜合型、設計型實驗少;陳舊內容多,新穎內容少;實驗教學手段落后,傳統實驗技術多,新技術內容少。在教學方法上,教師按實驗教材講授,學生按實驗教材操作,操作過程程式化,過程簡單,結果分析單調,學生獨立自主思維不夠。
2食品專業有機化學實驗改革
2.1樹立啟發式的實驗教育觀念
要實現由驗證型實驗教學方法向啟發式的實驗教學方法的轉變,教師應首先樹立啟發式實驗教育的教學理念,變傳統的單向知識傳授模式為知識傳授與啟發探索相結合的模式。這樣才能將研究能力和創新能力培養融入到課堂教學中,貫穿于教學的各個環節。同時,通過啟發式實驗教育,能使學生變“模仿”實驗為“探索發現”實驗。這種以學生為主體、教師為主導的課堂是將學習知識、培養技能和能力融為一體的載體,學生將會對課堂產生極大的興趣。
2.2教師啟發式的實驗教學
以往填鴨式的有機實驗課堂教學形式單調,難以激起學生的學習興趣、求知欲望和創造欲望,學生只是在眾多的知識當中被動地接受教師講授的現象、原理、規律等,缺乏主動、積極地去認知、探究。教師啟發式的實驗教學則在實驗之初,介紹目前幾種常用的實驗方案,啟發學生通過比較發現幾種方案的優缺點及適用范圍,然后引導學生提出適合實驗室應用的實驗方案或對某個步驟提出改進方案,最終讓學生分組實驗進行對比和驗證。實驗過程需要學生在全過程手腦并用,并讓學生在改進的實驗與已有的實驗步驟和現象的對比中發現問題,思考問題的根源。如用于液體混合物分離的蒸餾與分餾實驗,在教材中是兩個各自獨立的基本實驗操作,我們則將兩個實驗合并為一個實驗,讓學生通過分析自己得到的蒸餾與回流的實驗結果,得到蒸餾與分餾操作在分離液體混合物的異同,從而得到不同分離方法的適用范圍。又例如在乙酰水楊酸的實驗中,書中的方案是固定水楊酸與乙酸酐的用量,計算收率。而改進后的方案為,設置不同劑量比例的實驗組,讓同學分組操作,不同實驗組之間通過對比實驗現象與收率,分析原因,通過對不同劑量組數據的分析,使同學在這一過程中認識到?;瘎┑膭┝繉Ψ磻挠绊?。通過這種改革,使學生在一種探索研究性氛圍中幫助學生掌握實驗要點、難點及注意事項,使學生深刻理解實驗步驟的設置原理,規范實驗操作。通過這種啟發式實驗教學,激發學生探索和創造性研究的積極性,從被動接受者轉變成知識的創造者,為他們將來進行畢業設計、科研工作做準備。
3啟發式科研訓練在有機化學實驗課程的實施效果
以往傳統實驗教學主要以講授法和演示法為主,學生只要“照方抓藥”式被動開展實驗,缺乏思考、分析、提煉和整合歸納知識的能力。啟發式實驗教學則實現了教學與科研的雙贏。大二年級學生在實驗課結束后感言:“有機化學實驗很鍛煉我們實驗技能”。他們在有機化學課堂中了受到科研的啟蒙教育,能主動以較大的興趣投入到課堂的科研訓練過程中,在提高綜合實踐能力的同時,創新意識和能力能夠得到明顯提高。
4結語
由于教學計劃的改變,我校有機化學實驗課存在著課時數縮減,而教學任務和教學目的卻沒有改變的情況,如何在有限的課時中達到應有的教學效果是擺在實驗教師面前現實和首要的問題。傳統的教學方法和模式是教師將實驗目的、實驗步驟和實驗注意事項一一講述一遍,學生按照教師的講述根據課本的操作“照方抓藥”,將實驗完成。從學生的角度出發,教師的這種“滿堂灌輸,照本宣科”的教學方法使學生在實驗過程中缺少了學習的主動性,學習興趣下降。遵照這種模式教學的結果往往是學生被動的完成實驗,沒有經過自己的思考,僅僅是為了完成實驗而做實驗,沒有達到鞏固所學理論知識、鍛煉動手能力的教學目的和教學效果。鑒于這種情況,做為教師,必須改變已有的教學方法和教學手段,而采用問題式教學法教學能夠很好的解決以往教學中出現的一些問題。
2問題式教學法的運用
問題式教學法一般是教師根據學生需要掌握的內容提出相應的問題,學生對問題進行分析和思考,通過查資料以及其它各種方式找出解決問題的方法,教師對學生提出的方法進行總結并給出結論,最終達到學生通過思考學習知識的目的。問題式教學法最大的優勢在于將學生在學習中的地位由“被動”變為“主動”,通過教師為學生設定的問題引導學生自主的進行學習思考,學生能夠在思考問題并解決問題的過程中不知不覺達到學習知識的目的。問題式教學法分為“提出問題”、“分析問題”、“解決問題”、“總結深化”四個步驟,將問題式教學法運用在有機化學實驗的教學中能夠達到比較理想的教學效果。
2.1讓學生帶著問題進行實驗預習
實驗預習是每個學生進行實驗之前必須完成的環節。預習實驗一方面是為了使學生在動手實驗之前做到心中有數,了解實驗的目的、原理,清楚實驗中使用到的儀器、裝置和藥品以及實驗過程的操作步驟;另一方面也可以鍛煉學生的自學能力同時提高了聽課的效率。然而,現在的實驗預習往往沒有得到學生的重視,大部分學生只是將書上的內容進行了抄襲,根本沒有達到實驗預習應有的效果和目的,這些問題在實驗過程中以各種方式被暴露出來,結果不僅會造成實驗失敗的后果還給實驗室帶來一定的安全隱患。針對這種情況,需要教師有目的的對學生的預習環節進行強化干預,事先將實驗項目告知學生,并將預設問題提出,要求學生通過預習實驗教材,查閱圖書館相關文獻資料甚至借助互聯網尋求解答。當然,預設問題的提出需要教師對教材有很強的把控力,預設的問題不僅應該具有針對性而且要切合學生實際的知識水平。例如,在進行乙酰苯胺制備實驗前,可以提出以下幾個問題:(1)本實驗為什么要使用分餾裝置?(2)反應時分餾柱柱頂溫度為什么控制在105℃?過高過低有何不妥?(3)除了用水作溶劑重結晶提純乙酸苯胺外,還可以選用其他什么溶劑?(4)本實驗采取了哪些措施來提高乙酰苯胺收率?將問題提給學生后,學生將會帶著這些問題運用各種方式去獲知問題的答案,獲知答案的過程中,學生必須了解實驗的目的和原理,對實驗裝置和實驗藥品的物理性質有了清楚地認識,對實驗的步驟也會進行深入地思考,使得學生對于實驗有了全面、深刻的認識,達到了實驗預習的目的,調動了學生學習的積極性,培養了學生的自學能力。
2.2讓學生在實驗過程中帶著問題積極思考