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教学内容的调整
教学内容直接反映教学目的和人才培养的目标,是教育创新的核心[3]。有机化学具有内容丰富、理论深刻、实践性强、与多门学科互相交叉渗透的特点,忌面面俱到,必须结合专业特色认真挑选教材及授课内容。作为工科院校我们培养的是应用性的人才,因此,必须充分考虑本专业实际和教学要求,在查阅大量参考书的基础上,研究比较各类教材的特点,博采众长,取其精华,按照科学逻辑和学生的认识特点,精心组织教学内容。并且不断用最新成果充实教学内容,与时俱进,把最新的信息及时传达给学生,使之感觉到目前所学知识的有用性。穿插介绍最新相关成果和日常生活中的有机化学问题和实例,开阔同学们的视野,拉近学生和有机化学的距离,提高学习兴趣,培养研究兴趣。增加一些色彩鲜艳的图片,增加教材的可视性,避免文字叙述的刻板性,增加教材的可读性,减少学生阅读中的疲劳感。穿插介绍科学发现的故事和科学家的科研经历,使学生在学习理论知识的同时感受科学家追求真理的精神,感受科学改变人类生活的巨大力量。
教学手段和方法的改革
传统的有机化学教学大都以教师讲授为主,授课形式呆板、缺少变化,使学生感到枯燥乏味。现在多媒体技术的应用有效解决了以上问题,但多媒体教学也存在一定弊端,如多媒体显示的内容较多,分散学生注意力;讲课速度比板书快,学生接受能力差等。因此,我们在教学方法上采用板书、多媒体教学相结合的方式,突出学习重点,多媒体使教学更加生动,尤其对分子空间结构的讲述和理解更加直观。另外,教师紧密结合教学内容,提一些与生产生活实际密切关联的化学问题,或者结合自己的科研实践,积极创设开放的教学情景,将会诱发学生的探索研究动机,调动学生积极地将理论知识运用于实践的激情,从而进一步加强学习效果。
1学生参与教学
传统的教学方式是教师在讲台上讲,学生坐在下边听,学生是被动学习,积极性不足。如何让由学生被动学习变为主动学习,让学生来做课堂的主人?教师可以和学生进行角色互换,比如每次讲解新内容之前对上节课讲的内容进行复习,承前启后,加强记忆的同时为本节课新内容的讲解做准备。这个过程可以让学生来完成,教师从旁指导。例如化合物的命名,教师可以给出分子结构式,让学生来给大家讲命名的步骤并给出结果,错了不要紧,再请下一位同学来更正,这样反复进行,不仅调动了学生的积极性,而且记忆深刻。另外,对教学过程中前后呼应的内容进行反复讲解,有助于学生对学过的知识的记忆和理解。同样,讲解的过程也可以鼓励学生来完成,让学生参与到教学中来,充分发挥学生的积极主动性,实现师生互动。
2启发教学
教学过程是一个不断发现问题、分析问题和解决问题的动态过程。创设问题情境、渲染课堂气氛,让学生置身于特定情境中,学生在教师设定的情境中所积蓄的激情,必然转化为探索知识的动力。教师可以通过提问、反问、设问,有针对性地对课堂、课后的教学进行设计和安排。这种教学方法使教师的教和学生的学达成了统一,通过在一定限度内给学生设置问题,将问题贯穿于整个教学过程,形成良好的师生互动,很好地促进了学生积极思维,增强了学生独立分析问题、解决问题的能力。创设问题情境,不仅仅是教师要主动置疑,学生被动回答,教师还应有目的地创设一种促使学生主动提出问题的情境,启发学生学会发现问题,善于提出问题,并组织学生讨论,教师适时点拨引导,形成一种学生积极思考、发言踊跃、思维活跃的课堂气氛这对培养学生的创新意识,提高学生提出问题和解决问题的能力尤为重要。对于学生学习中发现的问题,指导学生带着问题去思考,课外去查阅有关资料,课上开展对问题的讨论,进行分析和综合,让学生来回答学生的问题,以此促进学生积极主动地学习,培养学生的创新精神和解决问题的能力。
3多媒体辅助教学
多媒体及网络辅助教学以其无可比拟的优越性正在高等教育和科研中普及。近几年有机化学多媒体教学课件教学实践表明,其可激发学生的学习兴趣,调动学生多种感官的参与,并有助于教学效果的提高。教师要充分利用学校优越的多媒体教学条件,将一些抽象的立体异构、杂化、分子轨道、原子电子云空间分布、化学键的断裂和形成制作成FLASH动画,使之形象生动地呈现在学生面前,帮助学生理解和记忆,使课堂教学更加生动。但多媒体教学也存在一定弊端,如多媒体显示的内容较多,分散学生注意力;讲课速度比板书快,学生接受能力差等。因此,不能完全借助多媒体教学,要与传统的板书教学相结合,优势互补,给学生呈现最好的教学效果。
4实验教学
人的认识来源于实践,人在实践中不断发现问题、解决问题,推动着人类科技的进步。在自然教学中,要加强学生的实践活动。爱因斯坦把科学定义为“具有探究意义的经历”。可见,实践操作在学生认识活动中的作用。无论教师在课堂上讲的如何精彩,对学生来说知识总是虚无缥缈的,摸不着,扎不下根。因此,在理论教学的同时进行实验教学,把课堂上的理论知识及时的和实验结合在一起,通过学生的亲身实践,在实验过程中发现问题,解决问题,加深对课堂内容的理解,同时感受有机化学的神奇所在,提高学生对有机化学的兴趣。
一、要有针对性
设计复习课的练习题,不能简单地把数学题堆砌在一起抛给学生,而是要有明确的目的,要围绕每一节复习课内容的要求、重点、难点进行有的放矢的设计习题。例如在复习绝对值的概念时,由于学生对绝对值的理解较为模糊,可设计如下问题:(1) |2|、|0|、|-3|的值分别是多少?并说出理由根据;(2)化简|a|;(3)x>2时,化简|1-2x|。这样有针对性的练习题,能有效地使学生掌握对绝对值的化简,并深化对概念的认识。又如在复习《方程》时,为了加深学生对方程解的概念的理解和对方程解的判定。可设计如下问题:(1) “关于x的方程(a-1)x=1的解是x=”是否正确,为什么?(2)关于x的一元二次方程(a-1)x2+x-1=0有两个实数根,求a的取值范围;(3)关于x的方程(a-1)x2+x-1=0有实数根,求a的取值范围;(4)关于x的分式方程+=1的解是正数,求a的取值范围。
二、要有发展性
在复习了概念、公式、定理后,如果紧接着就给学生一些较难的问题,尤其是在班级学生参差不齐的情况下,大部分学生会感到无从下手。这主要是学生以前所学的知识有遗忘,理解不深所致。这时可根据所复习的内容,本着“起点要低、坡度要小、台阶要密”的原则,有序地从易到难设计练习题。同时,教师应注意挖掘知识的纵横联系,将它们有机地串联在一起,使前面的问题是后面问题的基础,后面的问题是前面问题的发展。这样设计的练习题,学生做起来既有攀登感,又有成就感,增强了他们战胜困难的勇气,以问题来引领学生不断地超越自我,从而发展了学生的数学能力。如:函数的最值问题也是学生不太容易掌握的内容,在复习函数最值问题时,设计以下题组:
(1)已知y=x2+2,问当x为何值时,y有最值,并求出最值。
(2)已知y=x2+2,且-4≤x≤0,问当x为何值时,y有最值,并求出最值。
(3)已知y=x2+2,-4≤x≤2,问当x为何值时,y有最值,并求出最值。
(4)已知y=x2+2,-4≤x≤6,问当x为何值时,y有最值,并求出最值。
(5)实际应用的问题(略)。
然后变换函数的关系式,包括变化抛物线的开口方向、对称轴位置等,让学生由浅入深、循序渐进,即设计一定的思维“台阶”,让学生按台阶一个一个地“爬”,让学生在解决问题的过程中不断得到发展,最终达到熟练掌握、灵活运用的目的。
三、要有多样性
设计课堂练习题要灵活多样、生动活泼,这样能使学生有新鲜感,激发他们的学习兴趣。就练习的方式、方法而言,既要有口头表达的练习题,也要有动手操作的练习题。就练习的题型而言,既要有填空题、判断题、选择题,也要有计算题、证明题。就练习的形式而言,既可设计条件、结论都完备的常规题,也可设计补充条件、或补充结论的探索题。谈论题、抢答题、一题多问、一题多解、一题多变等,也要经常涉及。这样动静交替,张弛错落,能使学生的思维始终处于兴奋状态,保持学习的积极性,从而提高复习课堂教学的有效性。
四、要有时量性
一般而言,一节复习课的练习时间约为25~30分钟,所以设计练习题要在这有限的时间内,围绕复习的内容精选习题,当堂练习,当堂完成。设计时应以课本中的习题为本,适量选配填空、选择、判断、改错等类型的习题。要严格控制题目的数量,充分发挥习题的功能,以小的题量举一反三、融会贯通。切忌盲目机械重复的练习题,这会增加学生无效的学习负担,使课堂复习过程变得漫无目的,使师生陷入劳而无功的题海之中。
五、要有互逆性
数学中的一些定义都有正反两方面的应用,计算公式也有双向的应用。对某些例题、习题,也可将条件、结论互换位置,研究探讨其规律。因此,设计练习题时要考虑互逆性,对某个知识点,要从正反两方面编制习题,深化学生对知识的理解,提高应用的灵活性。互逆性是数学问题常有的现象,如:乘法公式的应用、解方程与按要求构造方程、几何中的定理与逆定理的应用问题等等。
六、要有总结性
因为是总复习课,所以设计的练习题不能是简单机械的随机罗列,要根据所复习知识方法的特点,有意识地把相关问题的各种不同方法归纳在一起,让学生有横向、纵向的比较,从而拓宽学生的知识面和思维空间,提高学生的解题能力,增强数学问题本身的趣味性,给学生提供美的体验。如:在复习《梯形》时,本人根据有关梯形问题的灵活多样性,总结设计了八个练习题。
(1)在梯形ABCD中,AD∥BC,∠A+∠B=90埃珽、F分别是AB、CD的中点,若AB=a,CD=b,求EF;
(2)梯形ABCD中,AD∥BC,∠B=30埃螩=60埃珽、M、F、N分别为AB、BC、CD、DA的中点,已知BC=9,MN=4,求EF;
(3)已知梯形的两对角线长分别是m、n,两对角线的夹角为60埃蟾锰菪蚊婊?
(4)梯形ABCD的面积为12,求以此梯形的四边中点为顶点的四边形的面积;
(5)在梯形ABCD中,AD∥BC,AC、BD交于M,AB=AC,BC=BD,且∠BAC=90埃笾ぃ篊D=CM;
(6)在梯形ABCD中,AD∥BC,∠C=90埃珹B=4,CD=3,BC=7,O是AD边的中点,求O到BC边的距离;
(7)在梯形ABCD中,AD∥BC,ACBD于O,求证:AB+CD>AD+BC;
(8)在梯形ABCD中,AD∥BC, AB>CD,中位线EF把梯形ABCD分成面积比为3:5的两梯形,EF=10,求AB。
以上练习题涵盖八种不同的辅助线作法和解法,包括平移腰、延长两腰相交、平移对角线、作对角线、作高、利用中点、作中位线等辅助线作法,同时还有利用方程的代数解法。
论文关键词:有机化学 实验教学
论文摘要:通过改革基础有机化学实验课教学内容,本科生有机化学实验技能的强化训练,开设综合性实验—有机化学大实验的实施与实践,对高等林业院校有机化学实验教学改革进行了初步探索。
教学改革的中心问题之一就是进一步加强学生素质和能力的培养。如何通过高等林业院校的化学教学,特别是实验教学提高学生的化学素质、知识和能力,将“素质和能力”培养落到实处,是一个值得探讨和研究的课题,也是我们进行有机化学实验教学改革的目的。有机化学实验教学的改革,包括实验教学体系和实验教学内容的改革。“七五”、“‘八五”期间,我们主要致力于实验教学内容的改革,将立足点放在结合林业院校的特点,优化实验内容,淘汰某些验证性实验,增加操作实验和应用性较强的实验,开放实验室,强化学生实验技能,在此基础上适当开设综合性实验,从而为实验教学体系的改革奠定了基础。
1、改革基础有机化学实验课教学内容
1.1实验指导书内容和实验方法的改革
(1)基本操作高等林业院校林学类专业基础有机化学实验课的教学内容包括基本操作、有机化合物的制备、有机化合物的性质、色谱技术和天然有机物的提取。基本操作部分对于提高学生实验技能和培养学生动手能力至关重要。编人我院有机化学实验指导书的绝大部分基本操作既有独立的实验,又结合在有机化合物制备和天然有机物提取分离这两部分内容之中,且涉及每项基本操作在生物学科特别是在林业上的应用,强化了学生把基本理论学习、基本技能训练与林业科技工作紧密结合的意识,提高了学生学习的积极性。例如。水蒸气蒸馏属重要的基本操作之一,广泛用于植物中易挥发成分(香精油等)的提取,与植物资源的利用和开发关系密切,而一般的有机化学实验指导书都是通过含杂质苯胺的提纯,使学生掌握这一基本操作。实验人员在查阅大量资料的基础上,选用含杂质的正丁醇作为苯胺的替代物,既解决了安全问题,又适于初学者掌握操作步骤。除此以外,实验指导书中还安排了供选做的水蒸气蒸馏的应用性实验:松脂含油量的测定。通过前一个实验内容,对于真正掌握水蒸气蒸馏这一基本操作的学生,完全能够借助实验指导书独立完成松脂含油量的测定。
(2)色谱技术色谱技术对于从植物资源中提取、分离和鉴定天然有机物,是必不可少的实验手段。其中薄层色谱既可直接用于天然有机物的定性定量分析,又可用于柱色谱选择洗脱剂和收集流分。而许多天然有机物对紫外光有吸收,所以在薄层色谱中常利用一定波长紫外光照射替代显色剂进行显色.。鉴于一般实验指导书上无此内容,任课教师选用蔡、a-茶酚作为试样,摸索出用硅胶板分离这两种化合物的展开剂,用紫外光(=254 nm)显色,检验分离效果。经过几年实践,表明该实验方法既简便又省时,效果十分明显。
(3)天然有机化合物的提取天然有机化合物的提取属应用性较强的实验内容。在掌握基本操作的基础上,对学生进行这方面的技能训练,所选实验项目应难度适中,而且要能够在3学时内完成。我院有机化学实验指导书中天然有机化合物的提取部分共编人了7个实验,其中两个实验分别选自我院和兄弟院校教师科研项目的部分实验内容,但由于条件和实验学时所限,无法面对本科生开设二“七五”期间开设‘、油脂的提取”和、“茶叶中提取咖啡因”,这两个实验内容综合性不强,仪器、试剂的投人和消耗量过大,因此在“八五”期间逐渐被另一个实验“黄杨叶中色素的提取”所替代。该实验内容属有机化学大实验“黄杨叶中胡萝卜素的提取、分离和鉴定”内容的一部分,其中包括复习分液漏斗的使用、薄层色谱用薄板的制作及薄层色谱。柱色谱等实验技能以及初步掌握溶剂提取植物材料中天然有机化合物的方法。该实验内容综合性较强,试剂、玻璃仪器的消耗量低,而且能够在3学时内完成。
1.2优化实验内容
为了在有限的学时内完成教学大纲要求的实验项目,我们除淘汰一定数目的验证实验外,尽可能优化实验内容。首先安排固体有机物的重结晶。第二次实验则包括熔点、沸点的测定两个实验内容,一方面便于用学生以已知标准物为对照,检验重结晶实验所得样品的纯度;另一方面通过常量法测沸点,又掌握了普通蒸馏这一最基本的操作技能。第三次实验则安排水蒸气蒸馏和折光率的测定,除用无水乙醇、蒸馏水为样品学习阿贝折光仪的使用外,还测定水蒸气蒸馏分离提纯后的正丁醇折光率,并用分析纯正丁醇作为对照,既掌握了折光仪的使用方法,也检验了水蒸气蒸馏分离提纯的效果。而分液漏斗的使用和液态有机物的干澡,则是通过水蒸气蒸馏、乙酸乙醋的制备,以及黄杨叶中色素的提取和分离等三次实验,使学生得以掌握和巩固。另外,我们把柱色谱、薄层色谱和纸色谱三个实验内容集中在一次实验内完成,利用柱色谱洗脱样品的间隙,完成另两个实验内容。随后安排的色素提取和分离实验,又为学生掌握色谱技术创造了条件。
2、本科生有机化学实验技能的强化训练
在指导学生毕业论文的过程中,我们发现仅依靠有限的基础有机化学实验学时,难以使学生的基本功更加扎实,对基本操作也不可能运用自如。因此,在院教务处的协调下,我们利用课余时间,对本科生的有机化学实验技能进行强化训练。把立足点放在操作要点的指导和掌握方面。例如,对蒸馏和合成实验,反复对学生进行实验装置的装卸和操作要点的训练。在此基础上、指定实验内容,对学生进行考核。让他们根据实验指导书独立列出所需仪器的名称和件数,自选仪器,完成装置的装卸,再由教师指出操作过程的不足,并针对实验内容提出问题让学生回答,最后根据各个环节给出成绩。又如,对糖和蛋白质的性质实验,我们则模拟理论考试中的化合物性质鉴定,让学生拟定方案,自己动手鉴定未知物,并写出鉴定过程和结果。 以上是强化训练的第一个环节,接下来是由教务处统一安排时间,各系部挑选出5名学生(优秀生1名,中等生2名,一般生2名),进行有机化学实验技能的抽测。由主讲教师担任主考,有关各系部主任担任监考,教务处处长担任巡考,学生持学生证进人实验室,以抽签的方式选定实验内容,在3学时内完成实验和实验报告,主考教师按实验考核办法当场评分。6个专业7个班级的36名学生参加考核,平均成绩87.7分、90分以上14人,8D一89分17人,7079分5人。其结果表明,强化实验技能训练获得了预期的效果。
第三个环节是开放实验室,利用晚自习和双休日,让学生针对自己的操作薄弱环节,有目的的进行进一步强化训练。
经过以上三个环节的强化训练,使每个学生的基本技能达到合格标准,并对综合能力的提高起到了循序渐进的作用。
3、开设综合性实验—有机化学大实验
为了进一步提高本科生的动手能力和综合实验技能、在我院林学系和教务处的支持下,以林学本科为试点,调整教学计划,并拨出专款,安排一周有机化学大实验的教学实习,从1988一1995年,我们连续8年承担了林学本科生的该项教学任务(表1)。并于1996年开始又推广到经济林专业。
关键词微波技术辐射化学反应机理
自从Gedye[1]和Giguere[2]报道了利用微波辐射技术(MicrowaveIrradiationTechnology,简称MIT)促进有机化学反应的研究,才使得微波辐射技术真正应用于化学反应中,成为用于加速化学反应的一项重要技术;同时也成为不同于传统加热方法而应用于化学领域中的一项新兴的有机合成技术。利用微波使化学物质进行反应,其反应速度较传统加热方法快十倍乃至千倍。这种化学反应的加速是一种催化过程,完全不同于那些通常使用特定的化学物质作催化剂的过程。
微波辐射技术用于有机合成以其反应速度快、操作方便、产率高、产品易纯化等特点而发展很快,成为继热、光、电、声、磁效应以后开发的一种新型合成技术[3]。随着微波合成技术的不断提高,对传统的化学领域,特别是有机合成领域带来了冲击,成为化学领域中一门引人注目的新课题。本文就微波技术在化学领域中的应用进行了综述,并简述了其可能的作用机理。
1微波技术在有机化学中的应用
1.1在有机合成中的应用
由于极性有机化合物分子受微波作用后可以通过偶极旋转被加热,所以许多有机反应在微波辐射下可以高效率地完成。目前,催化有机合成反应的方法有三种:(1)物理催化(2)化学催化(3)生物催化。利用微波技术,通过控制反应条件,可以使许多有机反应的速度提高数倍,一些反应甚至比传统加热方法快上千倍。
目前,已发现利用微波辐射加热进行的有机合成反应主要有Diels-Alder反应、、酯化反应、重排反应、Knoevenagel反应、Perkin反应、Reformatsky反应、Deckmann反应、缩醛(酮)反应、、Witting反应、羟醛缩合、开环、烷基化、水解、氧化、烯烃加成、消除反应、取代、成环、环反转、酯交换、酰胺化、脱羧、聚合、主体选择性反应、自由基反应及糖类反应等,几乎涉及了有机合成反应的各个主要领域[4]。这些反应在微波辐射下均大大提高了反应效率。如反式丁烯二酸与甲醇的酯化反应,微波作用下,回流50min,产率为85,而传统方法需8h[5];李军等人研究了微波法合成领异丁烯氧基苯酚方法,常规加热回流3h,产率为35,而用微波90s产率达68[6]。
1.2在金属有机化学反应中的应用
利用微波炉加热进行金属有机化学反应也有明显的效果。一些金属配合物的合成,传统方法需数小时完成,而在微波条件下仅需数十分钟即可完成。Mingos[7]利用微波炉通过氢键和配位键的结合制备了有机金属配合物,成功实现了有机金属配合物的自由组装,给金属有机化学反应注入了新的活力。Baghurst等人采用微波常压合成技术合成了铑和铱的二烯烃化合物和“三明治”型的阳离子化合物,并由此改进了微波常压反应系统,使之与有机合成反应装置更接近且具有实用性,可以使大多数常规化学反应在微波条件下进行[8]。
2微波技术在高分子化学中的应用
微波技术应用于高分子化学领域的研究较多,在聚合物合成、交联、固化等方面都有成功的应用。如甲基丙烯酸-2-羟乙酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等己烯基类单体的自由基聚合反应,聚酰胺酸的亚胺化反应,芳香二胺和芳香二羧酸合成芳香聚酰胺的缩合反应,引发聚醚反应、聚烯烃的交联反应,聚氨酯的固化反应以及聚氨酯的合成反应等。这些反应除可以显著缩短反应时间,有些性能还明显优于传统加热方法。如聚氨酯经微波辐射形成膜的硬度较传统方法有明显提高,丙烯酸类树脂在微波辐射下3~8min就可固化出物理性能优于传统方法的树脂固化物。龙明策[9]等采用以淀粉、丙烯酸为主要原料,开展了以微波辐射合成高吸水性树脂的工艺研究,合成了吸水率为735g/g的高吸水性树脂,比传统加热方法节省时间数10倍以上,操作易于控制且“三废”排放极少。
微波技术在高分子合成中的应用研究是基于微波辐射有优良的“内加热”效应,但在聚合反应中的机理、热效应及非热效应对聚合反应的影响均受仪器的限制而无法开展。近年来出现的脉冲微波辐射,用电磁波在没有明显的热效应的情况下引起化学反应,这一方法的运用将为高分子合成提供有力的手段。
3微波技术在其它化学领域中的应用
在无机材料方面,用微波辐射技术可以进行沸石分子筛的合成,为制备新型的功能材料与催化剂提供了快捷的途径和方法[10,11],用微波等粒子技术,制备了金刚石膜、鈷薄膜等金属膜。
在分析化学方面,用微波辐射技术进行了样品溶解、蛋白质水解等方面的研究,开辟了一条高效、快速的新实验方法。
在生物化学方面,微波技术应用较早,利用微波技术可以快速对蛋白质及肽进行水解,并且可以控制裂解部位,极大的提高酶催化反应的效率。
在药物化学方面,利用微波技术通过短寿命的示踪原子快速、高产率的合成了同位素标记药物,拓展了药物化学的合成领域,具有广泛的应用前景。
4微波辐射技术的机理探讨
微波在电磁波谱中介于红外辐射(光波)和无线电波之间,又称超高频,其波长在1mm~1m之间,频率在300MHz~300GHz。用于加热技术的微波波长一般固定在12.2cm或33.3cm。关于微波加热的原理,一般认为:微波振动同物质分子偶极振动有相似的频率,在快速振动的微波磁场中,物质分子的偶极振动尽力同微波振动相匹配,而分子的偶极振动通常落后于微波磁场,这样物质分子吸收电磁能以数十亿次的高速振动产生热能,因此微波对物质的加热是从物质分子出发的,称为“内加热”。而传统的加热方法如回流则是靠热传导和热对流来实现的,即“外加热”。内加热的优越性在于加热快,受热均匀,能显著提高有机反应的速度。当然,微波对反应物的加热速率、溶剂的性质、反应体系等都能影响其反应的速率。
微波技术除具有热效应外,还存在微波的特殊效应。微波作用于反应物后,加剧了分子间的运动,提高了分子的平均能量,即降低了反应的活化能,大大增加了反应物分子的碰撞频率,使反应迅速完成,这就是微波提高化学反应速度的主要原因。
5结语
随着科学技术的不断发展,越来越多的交叉学科正在形成,微波辐射技术扩展到化学领域就形成了一门新的交叉学科-微波化学,无论是在理论上,还是在应用技术上,都无疑是化学领域中的一大新进展。当然微波化学还存在着许多有待解决的问题,绝大多数还停留在实验研究阶段。但有理由相信,随着微波技术的发展,,微波辐射技术在化工领域将有更为广泛的应用前景。
参考文献
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Abstract: This paper introduced the practice of penetrating creative ability training into the experimental teaching of organic chemistry, elaborated specific reform methods to increase the comprehensive experiment, design experiments, study experiment, and open experiment in organic chemistry experiments, and the approch of participating teachers' scientific research for students, which improved the innovative ability and the preliminary research ability of students.
关键词:有机化学实验;教学;创新;能力培养
Key words: organic chemistry experiment;teaching;innovation;ability training
中图分类号:G42文献标识码:A文章编号:1006-4311(2011)02-0006-02
0引言
一切真理都来自于实践。我国著名化学家傅鹰教授说过:“化学是一门以实验为基础的学科,只有实验才是最高法庭”。而科学实验是认识的实践过程,是知识的源泉,是推动社会进步及科学发展、人类进步的主要动力[1],科学实验更是人类认识自然及最终改造自然的最直接的活动,只有不断的在实践经验中建立起较强的科技开发能力和科研创新能力,才能不断创造新知识,推动人类文明和社会进步。高等学校的实验教学是培养学生创新能力、创新意识和动手能力的重要环节,在实验教学中,不仅要使学生掌握观察实验现象、分析实验数据、熟悉实验操作、总结实验结果去验证所学知识,而且更是一个积极启发学生创新能力的过程。我们在长期的有机化学实验教学中,从培养学生的动手能力、创新能力和初步的科研能力出发,主要进行了下述改革,并收到了良好的教学效果。
以前的实验教学大纲中安排的验证性实验内容较多,综合性实验较少,设计性实验为零。为了培养学生综合设计能力、创新能力和初步的科研能力,我们首先对实验教学大纲进行修订,优化和重组了实验教学的内容和结构,从“基础、综合、设计、开放”等四个层次上全面培养学生的动手能力和创新意识。
1增加综合实验的学时比例,为培养创新能力奠定基础
实验内容是传授实验知识,培养学生能力素质的重要手段,实验内容应该具有与时俱进的先进性,应该紧跟科学技术的发展水平。新的实验内容的选择主要以新知识、新技术、新方法和新手段为主,同时渗透绿色化学思想,尽可能使实验教学绿色化,在掌握知识和能力的同时为人类创造一个更为洁净的环境。如在有机合成实验中我们安排了由6个合成实验组成的一条龙综合实验,即前一个合成实验的产品为后一个合成实验的原料而连锁进行。如苯硝基苯苯胺乙酰苯胺对乙酰氨基苯磺酰氯对氨基苯磺酰胺;又如:由乙酰苯胺对氨基苯磺酸甲基橙。这样既节约了化学试剂、实现了绿色化,又使学生把理论上学过的不同章节的知识系统化掌握,达到了事半功倍的良好效果。在综合性实验中,我们还安排了超越化学二级学科的一些内容,如在进行复杂的有机合成实验后,还对产物进行表征,即固体产物测熔点,液体产物测折光率,并用IR和UV测结构。用柱色谱和薄层色谱、纸色谱进行产品的分离鉴定等。我们在实验中先后完成了①安息香醚的合成及表征[2];②二苯基乙醇酸的合成及表征;③阳离子交换树脂催化合成二甲氧基甲烷;④配合物几何异构体的制备、异构化速度常数测定。为了理论联系实际,提高学生的学习兴趣,我们还安排了一些应用性综合实验,如①从黄连中提取黄连素;②槐米中芦丁的提取与分离;③植物中黄酮类化合物的提取及表征;④荧光增白剂―1,3,5―三苯基吡唑的合成及表征;⑤甲基橙的制备及棉布染色;⑥高分子化合物的合成及聚乙烯醇粘合剂的制备;⑦有机分析及奶粉中三聚氰胺的检测等。全国问题奶粉出现后,由市质监局牵头,2008年组织学生利用课余时间及节假日对宝鸡高新区蒙牛奶业集团进行三聚氰胺检测达半年之久,这样既做到服务社会、学以致用,还为学院和系上共创收300余万元。这样的实验题目新颖实用,贴近科研、生产和生活实际,极大的调动了学生的学习兴趣。同时由于实验加强了有机理论知识及操作技能的纵横联系和综合应用,营造了创造空间,使学生在实验中获得知识的同时,始终处于积极思维与主动探讨状态,培养和发展了学生广阔和多向思维,诱发其创新意识。
2进行设计实验,引发学生创新能力
在安排学生完成跨二级学科进行综合实验的基础上,让学生进行设计实验,即在不同的学习阶段引入不同知识层面的设计性实验,并由学生独立完成。在蒸馏、分馏、减压蒸馏、萃取、重结晶等有关基本操作实验完成后,开设了“有机混合物的分离纯化”这一方面设计实验,如要求学生设计完成:①一定量的苯甲醚、苯甲酸和苯酚混合物的分离;或②丁酸、苯酚、环己酮和丁醚混合物的分离纯化;或③苯甲醇、苯甲醛和苯甲酸混合物的分离纯化。同理,在完成多种化合物的制备等综合性实验之后,引入设计性实验:①异丙醚的制备;或②香料乙酸环己酯的制备;或③乙酰丙酸的制备。我们的具体做法是,教师首先提前两周公布题目,在老师提示后,要求学生按设计实验题目独立完成实验方案的设计。学生通过查阅文献资料,设计出完整规范的实验方案,并经教师审阅签字后方可进行实验操作。最后学生和教师再一起讨论实验现象和结果。在酯的合成中,我们还在不同的实验小组分别以浓硫酸、对甲苯磺酸、六水合三氯化铁、十二水合硫酸铁铵、一水硫酸氢钠、甲磺酸、固体超强酸和杂多酸等分别作催化剂,让学生进行类比分析,找出最佳条件。通过上述改革,师生合作撰写出论文,有3篇分别发表在《贵州化工》、《应用化工》和《化工时刊》杂志上。设计实验的引入,引发了学生的创新能力,激发了学生的学习兴趣,挖掘了学生的潜能,培养了学生的初步科研能力。
3开设研究性实验,使学生创新能力得到提升
我国著名科学家戴安邦教授一直倡导,化学实验是实施全面化学教育的一种最有效的教学形式。20世纪90年代以来,我国高等教育思想发生了重大改革,其突出的特点是推行素质教育,树立人才质量意识,培养人才创新能力。为适应化学专业建设以素质教育为中心的大口径专业教学体系,我们以“厚基础、宽口径、强能力、求创新”为宗旨[3],采用的重要措施之一就是取消原来的二级学科设立的专业教育和专业实验课程,消除有机实验“照方抓药“传统单一的实验教学方法,代之以全方位的基础实验、综合实验、设计实验、开放实验、研究性实验,以提高学生的综合素质、创新能力。在研究性实验中,我们为学生开设了:①山梨酸的合成;②扁桃酸的合成与拆分;③分子筛的制备及其物性测定;④草酸根合铁(Ⅲ)酸钾的制备及组成确定;⑤从越橘中提取花青素;⑥SDDC的合成等。通过上述实验的开设,使学生掌握了有机实验的新技术、新方法、新手段,并增强了实用性,培养了学生的创新能力和初步的科研能力,其综合素质显著提高,彰显了教学改革的生命力。
4在高年级安排开放实验,培养学生独立分析问题和解决问题的能力
开放式实验是一种有利于培养学生独立分析问题和解决问题、培养学生创新能力非常好的教学方法,它实现了时间和内容的开放,在一定范围内为学生提供自主选择实验的机会和条件。同时可满足不同水平和不同层次学生对学习知识的渴望和要求。授人以鱼不如授人以渔,为此我们为学生提供内容前沿新颖、难度大的研究性实验内容,指导学生完成设计及实验,如:①大环化合物冠醚的合成;②中草药有效成分半衰期的测定;③中草药有效成分的分离提取纯化;④固体超强酸催化合成酯类物质;⑤纳米材料研究等内容。在如此开放式的教学环境中,培养了学生自主学习、独立思考的能力,从而提高了他们的创新意识和创新能力,使人才培养与社会需求与时俱进。
5让学生参与教师的科研项目,教学科研相得益彰
高等学校对本科生能力的培养就是使学生综合素质得到全面发展,科研能力、创新能力的培养则是其重要的组成部分。十余年来,我们有机化学教研室鼓励具有讲师以上职称,并有科研项目的教师每人带3~5名二年级以上本科生的方式,将教师科研室全面向二年级以上学生开放,使学生参与到教师科研实验中来,从中学到实验知识和能力,同时有利于教师完成科研任务。该制度实施以来,得到了广大师生的欢迎。通过该活动的开展,打破了高校一般由教授、讲师、助教和研究生组成研究队伍这一局面,把思维活跃、理解能力强的本科生也吸收到队伍中来,给研究团队注入了新鲜活力。通过学生参加教师科研实验,使学生将课堂所学知识用于实践,极大地激发了学生的学习热情,并提高了教师教学效果。学生在进入教师实验室参与科研实验之前,带教老师一般会要求其对所做课题的研究文献进行综述。学生通过深入网络和图书馆查阅资料,进行文献的归纳总结,锻炼了自己应用文献的能力,使被动学习变为主动学习。总之通过上述工作,培养了学生综合素质,提高了学生的科研能力和创新能力。
综上所述,我们通过在有机实验教学中增加必修课和选修课内容:即综合实验、设计实验、研究性实验、开放性实验等,一是突出了综合素质培养,进一步巩固和加深学生在基础化学实验中已得到训练操作和技能,同时也增加基础化学实验中学生未接触的实验操作的训练,其中主要是苛刻条件的合成技术;二是打破二级学科界线,拓宽了学生的知识面,培养了学生综合应用基础化学实验技能去解决实际化学问题的能力、查阅文献资料的能力、设计实验的能力以及操作使用近代仪器和图谱解析的能力;三是在综合化学实验、设计实验、开放实验、研究实验等中融入专业教育功能,选择精细化学、应用化学、材料化学、环境化学及前沿学科的内容,并注重化学多学科的交叉和应用等特点,为培养具有创新能力、初步科研能力的复合型人才奠定了基础,这也是时代所召唤和期待的结果。
参考文献:
[1]张来新,杨琼.制药专业有机化学实验教学改革初探[J].化工时刊,2010,23(10):69-72.