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关键词: 多媒体教学; 有机合成
中图分类号: G427 文献标识码: A 文章编号:1009-8631(2010)06-0141-02
有机合成制备精细有机化工产品,如医药、农药、香料、染料等的重要方法,也是实验室中合成复杂有机物、提供样品的有力手段[1]。有机合成化学是一门对现代自然科学和国民经济比不可少的重要学科,国内外高等院校的化学、化工专业都开设有有机合成的课程。由于有机合成中化学反应方程式多而复杂,合成设计图及工艺流程图较多,传统的教学已经无法满足当今教学的需要,在这样的背景下,多媒体在有机合成教学的地位显得格外重要。下面根据有机合成化学多媒体教学的实践经验,对多媒体课件的制作以及具体教学中存在的问题进行一定的讨论。
一、有机合成化学多媒体课件的制作
针对我院选择的教材及本院化学专业与化工专业学生的所学基础课的不同以及就业方向的差异,在保留教学内容的基本性、基础性和范例性原则的基础上,合理配置各章节的教学内容,针对不同专业分别制作了多媒体教学课件。两套课件内容侧重点不同,比如化工专业可偏向于合成反应在工业生产的应用,而化学专业就应偏向于化合物合成路线的设计。
在编辑课件的时候,我们首先仔细钻研教材,设想每节课的教学过程,针对教学内容和教学环节,设计动画效果以辅助教学。比如在讲解实例时,先在幻灯片上给出原料和产物,让学生有一定的思考时间,并在教师的引导下分析合成路线,经讨论后得到结论后,再将结论以反应方程式的形式展现在幻灯片上。实践表明,采用动画描述过程时,学生的注意力明显提高。另外考虑到多媒体教学中课件内容有限且不断刷新,不能像板书一样留在黑板上,课件制作时使用了超链接,使相关内容可以方便的联接上,并且每一个知识点都能链接到大纲幻灯片上,同时对重点内容及时进行总结,以避免学生对所讲知识不能整体把握,产生支离破碎的感觉。
在有机合成课件设计过程中,最多的是化学反应方程式的编写,对于这些相对单调的部分,我们一般遵循简洁清晰的原则。在屏幕布局方面,屏幕背景主要使用干净的白色,文字使用醒目的黑色,对于需要突出重点的部分,使用红色表示。在屏幕内容方面,将描述性的内容精炼化,用尽量少的文字分几点来进行表述,以避免满屏文字造成视觉疲劳。对于例题的处理,我们这里主要根据步骤在屏幕上一步一步地去显示,让学生有充分的时间去思考和接受。同时,屏幕上的内容是有限的,在授课的过程中,各个部分的连接以及解释和分析性的讲述都是建立在老师课前良好的备课基础上的。只要将课件与老师的讲述有机的结合,课件才能算是成功的课件。
二、有机合成化学多媒体教学的优势
多媒体教学作为一种新颖的教学手段,其信息容量大,生动形象,使用方便自如,图文并茂,有效地将文字、图像、动画等多种信息表达方式集成一体,为学生提供了一个丰富多彩的教学界面,将难于用语言表达的课程内容生动地表现出来,在提高了学生学习兴趣的同时也提高了其学习的效率[2]。
(一)利用多媒体技术,多媒体技术使教学内容丰富,表达简捷、灵活
有机合成中,内容抽象、构造复杂、难以描述的教学内容并不少见:大量复杂的化学反应方程式,工艺原理图,设备示意图等。在传统教学中是通过板图、挂图来讲解的,效果不明显而且费时间。教师讲课讲得口干舌燥,学生却难以听懂[3]。但是,采用多媒体技术,此难题便可迎刃而解。同时,运用多媒体技术,还可将相关学科的前沿动态信息和要求等以连接的方式制作于课件中,从而解决了课本内容与现实发展不同步的问题,使学生与实际工作岗位上的应用需求更接近,缩短了岗前培训时间,达到了在有限的时间里获得最大的教育效果的目的。
(二)多媒体教学加大了课堂信息传输量,节省时间,提高了授课效率
在传统的教学方式中,教师的板书占用了大量的时间,不仅降低了课堂信息的传输量,而且也给学生造成了很多的等待时间,使课堂变得枯燥。应用多媒体进行有机合成化学教学,可以把课上要讲的内容,如化合物的构造式、结构式、反应方程式等预先制成课件,上课时,点击鼠标,把教学内容工整、规范、形象、清晰地展示给学生,同时用不同的颜色或加特殊标记把重点标示给学生,以引起学生的注意,这样,既节省了时间,又提高了教学效果。
(三)充分利用网络平台和资源开展立体化教学
多媒体教学不应只局限于课堂上的教学,而应充分利用网络平台和资源,开展立体化教学[4]。教案在线,使得学生在任何时候,都可以通过网络了解教学的进度、授课的内容以及每堂课的要点所在。课前播放多媒体教案,可以方便的预习;课后翻阅在线教案,,可以轻松的复习。另外, 在自己的空间自学,也不失为优等学生猎取更多知识的一种好途径。有很多学生已经养成在课后浏览多媒体教案进行复习的好习惯。利用网络平台,可以及时解决学生学习中的问题。传统的答疑方式主要是利用课间时间,由于时间不充足,来答疑的学生又很多,不能满足学生的需求。采取在校园网上开设《有机合成化学》的精品课程网站。除了必要的教案以及授课课件等资料外,最主要的是可以进行网上答疑。具体方法是学生可随时上网提问,任何一个有机化学的任课老师都可以给予学生及时地回答,另外还可利用电子邮件与学生进行沟通。通过这种方法,使得教学互动,在学生中形成了一个很好的学习气氛。
三、有机合成化学多媒体教学的不足
运用多媒体技术进行有机合成课堂教学具有许多优势,但在实际教学过程中发现存在有一些问题需进一步探讨和研究。
(一)学生不记课堂笔记
在传统教学过程中,板书设计是一项重要的教学研究内容,合理的板书内容可使课堂结束时,黑板上依然保留有本次课堂教学的知识结构及重点、难点内容,容易使学生系统的作好课堂笔记。而在使用多媒体授课的过程中,发现有许多学生上课时只带有教学参考书和笔,在上课过程中不记笔记,这可能是由于多媒体课件的播放速度较快,信息的出现和消失速度往往也较快,不能有较长的时间保留下来,使得学生顾了听,顾不了记;顾了记,顾不了听,学生很难记好课堂笔记,一堂课下来,学生往往没有一个完整的笔记,因此对于多媒体课件所展示的内容,尤其是重点、难点内容课件的制作需认真研究。
(二)老师讲课的主观能动性受到限制
有的老师在上课过程中过分依赖多媒体课件,忽略了讲课技巧,结果在多媒体课堂上难以自己的讲课思路,坐在电脑前一动不动,像播音员一样按照课件逐一念下来,缺乏语言的抑扬顿挫和必要的眼神或肢体动作,这样一堂课如一潭死水,毫无生气可言,更别提师生间的交流互动了。特别是当课堂氛围发生变化时,如果学生对某个问题理解不了,表情变得沉重,老师就显得比较被动。所以多媒体教学更重要的是强调教师仍面向学生而不是计算机。
(三)课程进度过快
多媒体最大的特点是不用写板书,但这也导致老师单纯说课的时间大幅度的增加,在一定程度上使课程的进度过快,同时每堂课的信息量也过大,学生的接受能力是有限的,不可能在短时间能接受大量的信息。在实际的教学中,针对这一问题,我们解决办法之一是每次课都抽出一定的时间进行课堂习题讲解。通过课堂习题讲解不仅能让学生加强对课堂知识的进一步理解,同时也适当的减缓了课程的进度。此外,我们在授课的过程中,也适当地加强对前面课程的复习与总结,使学生更好的建立起课程的前后联系。多媒体无论多么先进,也只是辅助教学手段,教师的讲解才是课堂教学的重点,是影响教学效果的重要因素。有机合成化学教学,多媒体教学方法和传统教学方法应相互结合,建立“以教师为主导,以学生为主体”的师生互动过程[5],安排合理整个教学活动,扬传统教学之长,避多媒体教学之短,充分发挥两种教学方法的优势,最大程度的提高教学效率。
参考文献:
[1] 王贵林.现代有机合成[M].西安:西北大学出版社,1993,8:1.
[2] 唐鑫,钟胜奎.探讨多媒体手段在物理化学教学中应用[J].广东化工,2009,36(6):237.
[3] 叶勇.多媒体技术在有机化学教学中的应用[J].光盘技术,2009,10:57-58.
关键词:高中化学;有机合成;教学策略
中图分类号:G633.8文献标识码:B文章编号:1672-1578(2016)11-0263-02
有机合成是高中生学习的重点部分之一,它要求学生们能够熟练掌握各种有机物的结构、物理与化学性质以及各种化学反应,还有各有机物间的转化关系。但是有机化学具有知识点多而繁琐的特点,虽然不难但是不好记忆,因此学生对于系统的掌握有机知识比较困难。从学生们的学习难点出发,教师可以在教学过程中要采用有针对性的教学策略,使得学生们更轻松的理解和掌握知识,提高学生的学习效率。
1.知识梳理,构建体系
对于知识点繁多的有机化学基础而言,最好的应对方法就是系统的对于繁琐的知识点进行梳理,引导学生形成条理有序且客观全面的知识体系,从而方便学生们比较理解知识,同时使得学生更好地掌握知识并建构起知识间联系,加固学生知识结构体系,方便学生们在学习有机合成时知识迁移。
比如,我在为学生们讲解《有机合成的过程》这一小部分内容时,因合成过程中需要很多有机化学知识的辅助,所以我先带领学生们对有机化学知识进行了疏理。我提问学生说:"我们所有学过的有机物可以分为几类,并且每类包括什么?"学生们仔细思考后回答说:"所有有机物可分为脂肪烃、芳香烃、卤代烃和烃的含氧衍生物四种。其中脂肪烃包括烷烃、烯烃、炔烃,芳香烃包括苯和苯的同系物,烃的含氧衍生物包括醇、酚、醛、羧酸和酯。"学生们回答完后,我要求学生们梳理各类型中有机物的性质和各自的化学反应,然后根据各有机反应类型将各有机物进行联系。学生们纷纷开始了知识梳理,梳理后学生们建构了有机知识体系,理清了各有机物间的转化关系。
在教学过程中教师引导学生对知识进行整理,并且形成知识体系,不仅能够加强学生们对有机知识的理解和掌握,而且还能够使学生的基础知识更加坚固,更方便了学生们在实际运用时的合理迁移。
2.强化实验,引导探究
有机合成题是高考中的高频考点,而解开此题需要学生们具备正向有机推理和逆合成分析的能力。而实验的引入可以很好的培养学生们的这两种能力,因此在实际教学中,高中化学教师要多带领学生们进行实验,并在实验的讲解过程中引导学生依据实验现象推断可能产物或根据产物推断反应过程,以此培养学生们的推理能力和逆向思维,提高学生解题能力。
比如,我在讲解高中化学《逆合成分析法》这一小部分内容时,为了让学生们更了解合成路线、合成过程以及基本原料和辅助材料的性质,我带领学生们进行了溴乙烷与乙醇的消去反应实验,引导学生们在实验的过程中学会根据现象推断中间体和终产物。我先给学生们展示了实验装置和实验的注意事项,即混合液体积为乙醇5ml浓硫酸15ml并且温度计不可插入到混合液中。大家在清楚了注意事项后,我们开始了实验,实验中我们观察到溴的四氯化碳溶液和高锰酸钾溶液均褪色。:"根据这个现象我们可以知道终产物是什么?"学生们回答说:"终产物是乙稀"。学校们回答完后,我与学生们展开了讨论去探究实验过程中各化学用品的用处及副产物,经过讨论学生们清楚那个化学用品的用处以及反应的整个过程。
学生通过做实验可以更深刻的体会反应进行的过程并且在脑海中形成直观的记忆,同时加强实验操作不仅能够更深刻的理解和掌握知识,还能在实验操作中根据不同的实验现象培养学生们的实验探究能力。
3.链接生活,强化应用
无论是那个阶段的学习,能够将所学知识与生活实际结合起来进行教学都是一种很好的教学方法。高中阶段的学习也是一样的,通过链接生活进行教学不仅能够使得学生在知识的接受和掌握方面更加轻松,还可以为学生增加生活经验,引导学生将所学知识运用到实际生活中,从而强化学生的应用能力。
比如,我在开始讲解高中化学《有机合成》这一部分内容时,为了让学生们清楚有机合成的必要性,我先带领学生们回顾了原油的分馏及裂化的产物和用途。我对学生说:"我们大家都熟悉汽油、煤油、柴油,这些都是煤制油工程的产物,而煤制油工程就是以有机合成为基础的。也正是由于有机合成化学工业的兴起是的,煤焦油和石油这些天然资源的综合利用得到了快速发展。那么现在大家来谈一谈有机合成给我们生活带来的便利。"学生们纷纷开始了发言,有的同学说:"汽油、煤油和柴油的出现极大的方便了我们的出行,缩短了人与人之间的距离。"也有的同学回答说:"由石蜡制成的各种化工原料丰富了我们的日常生活。同时油的也增强了机器的寿命,为我们节约了钱财。"同学们发表完自己的见解后,都了解到了有机合成在生活中的应用。
教师在教学过程中通过链接生活的教学方法,引导学生理论联系实际,加深对知识的掌握的同时提高对于知识的应用能力。这样不仅能够高效的完成教学任务,还可以更好的培养学生各方面的能力。
总而言之,从学科知识本身的特点出发从而采用恰当的教学方法是作为一名教师应该具备的基本素养。因此,在高中有机合成的教学过程中采用不同的方法对特点不同的内容进行教学,不仅能够更好的挖掘教材内容还能够使学生的学习更加轻松,学生对于知识的掌握也更加牢固。同时,通过有效的方法学习化学知识还可以强化学生对于知识的运用能力,完善学生能力的培养。
参考文献:
关键词:有机化学试题;命题来源;启示
高考结束后,高考试题再次成为广大一线教师研究的热点。总体感觉近年有机合成与推断题的难度略有下降,解题思路具有相似性,信息较为新颖,能力立意明显,强化考查学生思维的广度和灵活性。以醛类化合物性质为信息背景成为高考有机试题新的热点,现统计分析如下表:
表1 近年高考化学有机试题与醛有关的背景信息统计
[试题背景信息题目分值2014山东(34)HCHO+CH3CHO[OH-,]CH2=CHCHO+H2O12分2013江苏(17)①
②
(R表示烃基,R′和R″表示烃基或氢)15分2013全国新课标I(38)RCOCH3+R′CHO[一定条件]RCOOH=CHR-15分2013天津(8)18分2013四川(10)17分2013海南(18-Ⅱ)14分2013北京(25)17分2013全国大纲(30)15分]
结合上表不难看出醛类化合物成为考查的新热点,且有的信息在高考中的重现率较高,如羟醛缩合反应[1]等。下面仅以2013年江苏高考化学试题17题为例分析其命题来源,揭示其对教学的启示。
一、试题解析
例(2013江苏17)化合物A(分子式为C6H6O)是一种有机化工原料,在空气中易被氧化。A的有关转化反应如下(部分反应条件略去):
已知:①
②
(R表示烃基,R′和R″表示烃基或氢)
(1)写出A的结构简式:__________。
(2)G是常用指示剂酚酞。写出G中含氧官能团的名称:__________和__________。
(3)某化合物是E的同分异构体,且分子中只有两种不同化学环境的氢。写出该化合物的结构简式:__________(任写一种)。
(4)F和D互为同分异构体。写出反应EF的化学方程式:__________。
(5)根据已有知识并结合相关信息,写出以A和HCHO为原料制备的合成路线流程图(无机试剂任用)。合成路线流程图示例如下:
解析:根据题给信息,易知A为苯酚,B为环己醇,由D或E逆推易得C为环己酮,则D为。由限定条件可知E的同分异构体有较高的对称性,采用等效氢法可得其结构有2种 或。E发生消去反应时可生成2种产物,其中D为,则F为。对比目标产物和原料的碳架可知合成目标产物需要增长碳链,由逆合成分析法可得:,
即其合成路线流程图为
评析:本题是一道常规的有机合成与推断综合题,着力考查学生阅读有机合成路线的设计、提炼题设信息并用于解决实际问题的能力,考查学生思维的整体性以及获取信息的敏锐程度和处理信息的灵活程度。本题涉及到有机化合物性质与转化、常见官能团、同分异构体推理和书写,合成路线流程图设计与表达,重点考查学生思维的敏捷性和灵活性,对学生的信息获取和加工能力提出较高要求。
二、命题来源研究
表2 命题来源分析
[题目来源命题立意三维目标重点与难点题目创新(1)格氏反应
(2)魏悌希反应
(3)酚酞合成方法的改进题目以重要的有机合成反应为信息情景,考查学生对常见有机物性质及其转化的理解程度,考查学生解决实际问题的能力及思考问题的深广度。知识与技能:了解常见官能团及其性质,常见有机物的转化
过程与方法:培养学生应用化学知识分析和解决实际问题的能力,养成认真审题和缜密思考问题的良好习惯。
情感态度与价值观:培养学生严谨求实的科学态度,养成关注化学在生产、生活中的应用的习惯,培养创新思维能力。此题的重点在于将常见有机物性质及转换迁移到新情景中,解决实际问题。
难点是模仿已有的有机合成路线设计并准确表达新物质的合成路线。题目将多个重要的信息整合到有机物的合成中,既有助于落实常见有机物性质及转化的基本知识,又能拓展学生分析和解决实际问题的能力。
该题摒弃了往年的某医药中间体合成路线,删繁就简,尽量使学生消除畏难情绪。其中信息①是著名的格氏反应,来自教材《有机化学基础》[2]的拓展视野栏目。在陌生的流程中,熟悉的信息给学生亲切感,可以增强学生解决问题的自信心。卤代烃(RX)与镁于室温下在干燥乙醚中反应,生成卤化烃基镁(RMgX)即格氏试剂:
RX+Mg[干燥(C2H5)2O室温]RMgX
格氏试剂很活泼,能与许多物质发生反应。与具有活性氢的化合物(HY)作用,生成相应的烃:
RMgX+HYRH+(Y=-OH、-OR、-X、-NH2、NHR、-CCH等)
它还能与具有羰基结构的化合物(醛、酮等)发生加成反应,产物水解成醇:
如图1所示,格氏试剂(烃基卤化镁)在有机合成中有十分广泛的应用,可用于合成烷烃、醇、醛、羧酸等多种有机化合物,极大地推动了有机化学的发展。
图1 格氏试剂在有机合成中的应用
信息②称为魏悌希反应[3]即魏悌希试剂(又称磷叶立德)作为亲核试剂与醛、酮反应直接生成烯烃的反应,通常可以表示如下:
魏悌希反应具有操作简单、条件温和、产率高等优点,因此在有机合成中引入双键有广泛应用。该信息曾经在2012年四川高考题中出现过。
这2个信息均与诺贝尔化学奖有关,是很好的STSE教育素材。上述信息也是有机合成中常见的增长碳链的方法,有助于学生对结构决定性质的理解,启迪学生思维,培养学生分析和解决实际问题的能力。另AG的转化来自《酚酞合成方法的改进》一文,以实用的改进工艺为背景命题意在引导中学化学教化学,关注有机化学在前沿科技与生产、生活中的实际应用和贡献,激发学生热爱化学的积极情感。
三、对教学的几点启示
(一)日常教学中注重基础,适度拓展
通过对高考试题和各大市模拟试题的认真研究不难发现,很多题目总有似曾相识的感觉,可以在教材的某些栏目或课后习题中找到原型。因此,在日常教学中我们应注重基础知识的落实和基本方法的培养,认真研究教材整合教学资源,充分挖掘教材各部分内容和各栏目的教育功能。创造性地利用习题课或复习课,适度拓展教学内容,培养学生分析和解决实际问题的能力。
(二)复习备考时完善体系,激活思维
注重培养学生建构科学、完善的知识体系,突出主干知识的落实。教学实践中,引导学生主动建构条理化、系统化的知识体系,通过探究活动促进学生对反应原理的深入理解并能灵活迁移解决实际问题。通过多样化的问题情境激活学生思维,引导学生反思命题意图,培养学生信息素养,提高学生分析和解决问题的能力。近年高考试题有回归课本的倾向,这也为我们的教学和学生的复习备考提供了方便与借鉴。所以,认真钻研考试说明和近年高考试题以及大市模拟试题可以从中总结发现命题规律,找准复习的方向。考前及时回顾课本查缺补漏,有利于培养学生科学严谨的思维习惯。
(三)试题的命制联系实际,科学规范
今年江苏高考化学试题进一步体现了“宽基础、厚实践、重能力”的命题特色,注意理论联系工业生产实际,增强了试题的科学性和导向性。教师平时命制和选择练习题时需要加强试题的科学性和规范性,及时更新教学观念,转变学生的学习方式。以真实的生产工艺流程为载体,将基本知识和技能融合到问题解决的过程中,增强试题对知识与技能的考查意义和价值,切实培养学生规范答题的良好习惯。
[参 考 文 献]
关键字:有机合成;官能团;保护;信息
中图分类号:G420
通过对近几年有机化学综合题目的分析,发现信息型有机化学综合题目(即在题目中将大学有机化学知识或科技前沿知识等以"已知"的形式告诉考生,作为解答题目的已知条件)越来越广泛的出现在各地的高考卷中,如2010年全国16套高考题中有11套题目中应用到信息型有机化学综合题目,占到三分之二;2011年全国14套高考题中有13套题目中应用到信息型有机化学综合题目,几乎全部,2012年高考题目中全国14套高考题中有11套题目中应用到信息型有机化学综合题目[1-2]。此类题目采用起点高、落点低的形式,能够更好的考查学生分析问题、解决问题的能力,而不是简单重复记忆能力,更加符合高考选拔学生的特点,因而受到各地命题者的追捧。因此,在有机化学教学中培养学生掌握此类问题的解决能力尤为必要。
笔者打算以"官能团保护"这一传统知识点为依托,使学生掌握信息型有机化学题目的解题方法。现将本节课的课堂设计和课后反思介绍如下。
一、课堂设计
本节课分为"课前学习"、"课中探究"和"课后巩固"三个部分。
(一)课前学习
此部分的作用是承上启下。所谓承上,复习课本"有机合成"一节中的基本知识点,如羟基、碳碳双键和卤素原子的引入方法等;所谓启下,通过一道题目让学生产生学习本节课的欲望。
(二)课中探究
本部分有"官能团保护演练"、"师生小结"、"学以致用"和"谈谈你的收获"四部分。
"官能团保护演练"。采用连环式问题,既分别讲述了醛基、羟基和碳碳双键的保护方法,也让学生懂得如何从题目的已知条件中获取信息,加工信息并进而灵活运用信息(即将已知信息应用到题目的解答中来)。
"师生小结"。此环节安排在本节课的基本知识(三道官能团保护题目)学习后,学生已经明白什么叫"官能团保护",对于"官能团保护"已经有了一定的感性认识,但是还没有上升到一定的理论高度,没有将抽象问题具体化。因而,在此基础上,以学生为主体小结总结"官能团保护的必要性"和"官能团保护的原则",进而简单阐述"信息型有机化学综合题目的特点",也就是说本节课有两条主线,一明一暗,"明线"是讲"官能团保护","暗线"实际上是讲信息型有机化学题目,乃至所有信息型题目的特点和规律。
"学以致用"。理论如果不能转化为生产力就没有丝毫生命力,教学的最终结果还是让学生掌握解决问题的能力。本环节让学生按照组内协作与组间竞争的方式,完成两道官能团保护类有机化学信息型题目的解答,将知识内化为能力,让学生感受到丰收的喜悦。
"谈谈你的收获"。"三人行,必有我师",本环节不是唱赞歌,只求"真",真正反映学生在知识、方法、情感态度和价值观等方面的收获。"学生最熟悉学生的情况",通过部分学生的展示,既可以让同学、老师分享成果,又可以让老师对学生更加了解,教学更有针对性。
(三)课后巩固
让学生设计一道官能团保护的题目,将所学知识内化。此题目是对学生知识的综合考查,是量变引起质变的最终环节。
附板书:(具体例子没有列举)
有机合成中的官能团保护
一、官能团保护演练
问题1:醛基的保护
问题2:碳碳双键的保护
问题3:羟基的保护
二、师生小结
问题4:什么叫官能团保护?
问题5:什么样的官能团需要保护?
问题6:官能团保护需要满足什么原则?
问题7:信息型有机化学题目的特点及解题方法?
二、课后反思
特级教师章国富老师评价:1、课题选择巧妙;2、整堂课学生思维容量大,活动量大;3、整节课学生对课堂评价,方式多样,体现了课改的理念。
针对章国富等老师评价,结合本节课实际,笔者简要谈下设计这节课的意图。首先,信息类有机化学题目是近年来考查的一个热点,但同时也是学生的薄弱之处,通过平时教学实践发现,学生之所以觉得此类题目难,关键在于题目所给"信息"读不懂,更谈不上将已知"信息"灵活运用。本节课以"解学生之所难,救同学生之所急"为初衷,力求通过官能团保护的训练,使学生能够读懂"信息",并掌握信息类有机化学题目的解题方法。其次,本节课思维强度大,若仅凭学生独立思考恐怕难以完成,因此本节课采取"合作学习"和"自主学习"相结合的方式,极大地调动了学生学习的积极性。最后,本节课始终以探究活动为主线,基本模式是:教师提问学生思考(分为独立思考和小组讨论两种形式)个人或小组展示引出新问题学生解决问题学生评价和老师评价。课堂中始终以学生为主体开展教学,教师只起宏观引领的作用,评价方式也由原来单纯的老师评价,改为学生互评与老师评价相结合的方式,充分体现了高效课堂和新课改的理念。
通过本节教学,学生基本掌握了信息型有机化学综合题目的解题方法,熟悉了该类题型的特点。但是,仍有不够完善的地方,有机化学综合型题目的考查近年来的另外一个热点是"反应顺序",如果本次课程设计中能够融入"反应顺序"的考查,不但能够完整地展示信息型有机化学题目的考点,也必将使得课堂容量进一步提高。另外,本节课中学生活动有"独立思考"和"组内协作、组际竞争"等形式,如何更合理的安排学生活动,更大的调动学生参与课堂的积极性。以上不足之处,笔者将努力在后续教学中进行改进。
参考文献:
in Medicine and Pharmacology Major
Zhang Laixin;Yang Qiong;Chen Qiang
(Baoji University of Arts and Sciences,Baoji 721013,China)
摘要:报道了对医药学专业有机化学实验进行绿色化改革的措施。通过新实验技术的应用、实验内容的更新、对环境友好试剂和反应的选用、实验的微量和半微量化、实验的重新组合、废物的回收利用等措施的实施,收到了有机实验绿色化的良好效果。
Abstract: Present measures on greening reform of organic chemistry experiment in medicine and pharmacology major. Apply new experiment technique, renew experimental content, select environment friendly reagent and reaction, microscale and half- microscale experiment, reorganize experiment, recycle trash, and achieve good result of greening organic chemistry experiment.
关键词:有机化学实验 绿色化 改革
Key words: organic chemistry experiment; greening; reform
中图分类号:G42 文献标识码:A文章编号:1006-4311(2011)19-0254-02
0引言
随着社会对环境保护和可持续发展的日益关注,人们对化学化工的发展和环境保护提出了更高的要求。“绿色化学”的提出是21世纪可持续发展对环境保护的挑战,它可以看作是化学进入到成熟期的更高层次的化学[1]。“绿色化学”的核心内涵是在反应过程和化工生产中,尽量减少或彻底消除使用和产生有害的化学物质。因之,化学化工过程中的绿色化,是人类生存和自然和谐发展的需要,是我们的社会可持续发展的必由之路[2]。
有机化学实验是医药学专业学生学习医药学有机化学教学内容中的重要组成部分,通过有机化学实验操作技能的训练,不仅锻炼学生的动手能力、掌握了娴熟的实验技能,而且也在实验过程中加深了对理论知识的理解,增强了学生独立分析问题和解决问题的能力。但是有机化学实验过程中使用的试剂中大多有毒性,且操作过程中可能还产生多种有害废弃物,故对周围的环境和学生的身体健康都会有一定影响。因之,如何把有机化学实验的绿色化融合于化学教学中,是我们医药学有机化学教育工作者所面临的一个迫切解决的问题。近年来,我们以有机化学实验教学尽可能绿色化作为指导思想,结合医药学专业特点,在医药学有机化学实验教学中开展了绿色化改革的探索与实践,从而既培养了学生在医药学化学化工学习和生产中的绿色化学思想,减少了有机实验对环境的污染和学生身体健康的影响,又提高了医药学学生的综合素质、环境意识和社会责任感,使得教学与人才培养相得益彰。
1尽量选择绿色实验题目
在有机化学实验教学中要从源头上实现绿色化,首先必须以绿色化学理念,结合医药学专业的特点精选实验内容,并力争减少有机实验对环境的污染和对学生健康的影响。我院医药学专业开设有机化学实验72学时(共18个实验),其内容包合基本操作、提取分离、有机合成及综合设计实验4个部分,针对不同部分的特点,对实验进行重新选择和整合,其中:①涉及到基本操作实验内容中的常压蒸馏实验与沸点测定实验合二为一,将水蒸气蒸馏实验将早期使用的苯胺和苯甲醛、溴苯改为蒸馏花椒或桂皮,使之成为纯天然的绿色实验。将层析实验中薄层层析与柱层析合二为一;②在分离提取实验中,将从茶叶中提取咖啡因和烟叶中提取烟碱的装置改用乙醇在索氏提取器中提取,这样既将提取时间减缩了2h,又减少了毒性。与此同时我们还将从黄连中提取黄连素、从槐米中提取芦丁的实验进行所用溶剂和实验装置的改进,即将有害溶剂更换为绿色溶剂,并使装置及实验步骤简化,从而使之产率提高且对环境友好,同时也降低了能耗;③在有机合成实验中删去一些毒性较大的实验,如苯和液溴制备溴苯、苯加混酸加热制硝基苯、硝基苯还原制苯胺等,并结合专业特点新增一些对环境友好的药物合成实验如:合成口服治疗尿道感染药物扁桃酸、局部麻醉剂苯佐卡因、退热冰(曾用作解热镇痛药)乙酰苯胺及解热镇痛抗风湿类药物阿司匹林;④在综合实验中安排了利用超声波法从女贞子中提取药效成分齐墩果酸内容,该方法工艺简单易行、产率高、能耗小、绿色环保、溶剂损失小。结合专业特点,增加一些与生命科学有关的性质实验内容;如糖、脂类、氨基酸及蛋白质等。从而提高和开阔了师生的眼界和思维,培养了学生的绿色化学意识。
2大力推广微型实验
微型实验的宗旨是以尽量少的化学原料和试剂获取尽量多的化学信息。这是现代科学研究进步的重要方法之一,它所具有的优点是:①试剂用量少;②节省时间;③安全性好;④对环境污染少;⑤仪器损耗率低、耗能低;⑥与时俱进地体现现代实验技术,其药品用量正好可与现代分析测试手段相匹配、相适应、相融合;⑦有利于提高学生的综合素质和实验水平、培养科技能力、启发学生创新思维能力、提高科学素养等。
我们在医药学有机化学实验中引入微型实验技术和半微量实验,起到了事半功倍的效果。随着实验的微型化和半微量化使试剂用量减少,大大缩减了“三废”的排放,同时提高了实验的安全度,其实验成本降低。为此我们将安眠镇静药物巴比妥酸的合成和香料及药物中间体β―萘甲醚的合成均改为微型实验,效果均佳。通过上述微型实验的开设,使学生对实验的认真程度和操作技能都有明显提高,同时微型仪器的新奇也激发了学生的学习兴趣。当前,在教学课程中,微型实验及半微量实验不仅是承担一定教学目标的主要环节,而且在课程体系中是不可代替的构成部分。所以,我们深层次对新的微型实验进行研发,并发展微型实验,从而拓展教学成果,这也是我们将来实施绿色化教学的一个主要内容。
3在有机化学实验中引入新方法新技术
现代化教学手段和实验方法为我们开展绿色化学实验提供了强有力的支持。在有机化学实验中利用微波、超声波、电化学等技术,是实现绿色化的重要内容。例如开设微波合成、微波消解、微波提取实验、超声波提取、电化学反应等新技术实验项目,其效果是减少了试剂用量,提高了转化率、节省了时间、降低了能耗,缩减了“三废”排放,实现了实验绿色化。如我们利用超声波法从女贞子中提取药用成分齐墩果酸;利用微波辅助加热技术合成具有解热镇痛药物乙酰苯胺;采用微波辅助法制备解热镇痛、抗风湿类药物乙酰水杨酸(阿司匹林),它们的共同优点是合成产率高、物耗能耗低、污染小,因之很受学生欢迎。
通过这些新技术的实施,减少了实验的环境污染,降低了试剂用量和能耗,提高了产率和安全度,让学生亲自感受到新技术和新方法运用所带来的技术革命和进步,从而激发和培养了学生创新意识和绿色化学理念,做到寓教于中。
4利用计算机多媒体系统进行模拟化学仿真实验
对于一些在实验过程中必须使用的有毒害试剂、易燃易爆、操作不易控制的实验,采用现代化教学手段多媒体进行模拟化学仿真是很有必要的。例如,除上述易燃、易爆、有毒、有害及不易控制的的实验采用计算机多媒体系统进行模拟化学仿真实验教学以外,还有一些注重培养学生观察能力的性质实验,对培养学生动手能力没有太大帮助,且准备这类实验耗时耗力又耗物很大,易造成一定的环境污染,实验效果也不理想,而采用CAI课件进行教学,既能让学生观察到实验中的现象,以验证理论,又避免浪费和污染。利用计算机多媒体技术对实验原理、装置、流程、实验过程进行仿真,用文字、声音、图像、动画的效果让学生有身临其境的感受,如醚的过氧化物爆炸、有毒溶剂的燃烧、酰氯的水解和氨化等。所有这些使学生在轻松愉快的环境中学会化学原理和实验方法,同时还避免了实验带来的污染、中毒和不安全因素。即使那些毒性大、危险性大、试剂昂贵的实验变成了绿色化实验。
5合理安排实验顺序,节约试剂,消除污染
在化学实验中总要产生一些废物,而将实验产生的废物综合利用将是消除污染最理想的方法。为此我们将一些有关联的实验按先后顺序“串联”起来,如在合成实验中设计“一条龙”实验的编排方式,即在多个系列合成实验中,前一个实验的产品作为后一个实验的原料,如此连锁进行。如在合成具有抗细菌、抗微生物的药品对氨基苯磺酰胺(合成磺胺类药物的重要中间体)时,我们将5个合成实验串联合成,即苯硝化硝基苯(还原)苯胺(乙酰化)乙酰苯胺(磺酰化)对乙酰氨基苯磺酰氯(氨解)对乙酰氨基苯磺酰胺(水解)对氨基苯磺酰胺。又如“乙酰水杨酸含量的测定”实验是利用学生自己合成的乙酰水杨酸为原料完成。在甲基橙制备实验中将3个实验串联起来,即苯胺磺化对氨基苯磺酸(重氮化)重氮盐(偶合)甲基橙。在局部麻醉剂苯佐卡因的合成中,将2个实验串联,即对硝基苯甲酸酯化对硝基苯甲酸乙酯(还原)对氨基苯甲酸乙酯(苯佐卡因)。将水蒸气蒸馏实验并入肉桂酸制备实验中等等。所有这些既使学生把学过的知识系统化掌握,又节约了实验经费开支,并减少了环境污染。
6实验废物的回收利用
化学实验无疑要产生大量废弃物,如不及时处理而随意排放,不仅造成严重的环境污染,而且还会淡化学生的环保意识,养成不良的实验习惯,因之应尽可能做到“三废”对环境的零排放。为此,我们在实验中将废弃物尽可能做到统一回收利用。如我们将合成实验所得产品均收集起来作为性质实验、熔点测定实验或溶剂使用。如将柱色谱分离甲基橙与亚甲基蓝实验和其它实验中的乙醇废液用于蒸馏回收95%乙醇,回收后的乙醇可重新用于柱色谱分离实验。将合成的乙酰水杨酸、乙酰苯胺、用于重结晶实验和微波水解实验,将合成的甲基橙做分析化学指示剂等等。总之,对实验中的废弃物,只要开动脑筋均有可回收利用的可能。在这些回收利用和循环使用的实验中将实验方法和技能联系起来,不仅提高了学生分析问题和解决问题的能力,而且还使学生在少学时内学到更多的理论知识。同时又起到了强化学生绿色化学思维和环境保护意识的作用。
千百年来,化学为人类社会文明进步发展做出了巨大贡献,推动了科学技术的发展和人类社会的文明进步。但在造福人类的同时,化学也对人类生活、生态环境造成负面影响。发展绿色化学是顺应时代潮流发展,保护人类赖以生成的自然环境的一项必要措施。新实验技术的应用,实验内容的更新,对环境友好的化学试剂和反应的选用,实验的微量和半微量化、综合化和产品及废料的回收利用等构成了有机化学实验绿色化的改革方向。作为化学教育工作者应该在实验教学中不断研究、发现和探索绿色化反应及条件,加强对学生的绿色化教育和环保意识教育,才有可能从根本上切断污染源,使化学化工事业得到可持续发展。
参考文献: