培养创新意识做好有机化学实验教学与科学研究的衔接

章 玲，王小燕，朱 驹，宋云龙，沈颂章

(第二军医大学 药学院，上海 200433)

培养创新意识做好有机化学实验教学与科学研究的衔接

章 玲，王小燕，朱 驹，宋云龙，沈颂章

(第二军医大学 药学院，上海 200433)

有机化学实验是药学专业的一门重要实践课程，它对提高学生的实践能力和创新意识有着重要作用。构建“两模块、三层次”的教学体系，在经典的有机化学实验中融入科学研究的理念和方法，培养学生的创新意识，提高学生综合素质，做好有机化学实验教学与科学研究的衔接。

有机化学实验;创新能力;科学研究

培养大学生自主创新能力是21世纪我国高校人才培养的核心内容，也是建设创新型国家的重要环节。胡锦涛总书记提出了“要在2020年把我国初步建设成为创新型国家”的宏伟目标，并强调“建设创新型国家关键在人才，尤其是创新型人才”。有机化学是药学专业的基础，有机化学实验教学是进行“三基”教育、训练思维方式和提高综合能力的重要途径，如何在有机化学实验教学过程中培养学生的创新意识，提高综合实践能力，是我们在实验教学过程中一直关注的问题。

根据第二军医大学新颁布的“人才培养方案”，有机化学实验在药学专业四年制本科生的第二个学年开设，而科学研究对于刚进入二年级的学生而言还比较陌生。为了更好地培养学生的创新意识，提高综合能力，了解科学研究的方法，我们构建了“两模块、三层次”循序渐进的多元化实践教学体系，即“基础性实验-综合性实验-设计性实验”三层次阶梯式的课内实践教学和“课内教学、课外拓展”两大实验模块。在经典的有机化学实验中融入科学研究的理念和方法，使学生在受到严格的实验技能训练的同时，还能得到必要的科学研究能力的培养，让学生在有机化学实验教学过程中逐步熟悉科学研究的方法，为后期进入第二课堂和开展大学生创新基金等科研活动打下基础。

1 培养创新意识，开设不同层次的设计性实验

在有机化学实验教学中，要以教书育人为出发点，注重培养学生的创新意识和综合实践能力。通过训练使学生掌握有机化学实验的基本理论和基本技能，提高学生的实践能力、分析问题和解决问题的能力，同时也培养学生的创新意识。根据药学专业的培养目标和教学计划，将原有的教学内容进行重组并融入科学研究的理念，增加了设计性实验的比例，开设了不同层次的设计性实验，让学生在设计性实验的训练中了解学科发展的前沿，领悟科学研究的方法，逐步向科学研究过渡。

设计性实验是培养学生创新意识和综合能力的一个重要环节，但对于低年级学生来说，要设计一个良好的实验方案还需要一个训练的过程，因此，将设计性实验分为不同层次的设计，通过文献调研，与教材中实验方案比较，在实施过程中提出不同于教材的设计方案，实现不同程度的创新，让学生逐步领悟科学研究的方法。比如扁桃酸的制备实验，提前2周给学生布置任务，让学生模拟科学研究的过程，查阅扁桃酸合成路线的文献，根据查阅的文献和实验教材，提出自己的想法和方案，并按要求完成1篇综述。通过文献调研，发现扁桃酸的合成路线以教材中的相转移催化反应为佳，所以在实施中仍采用教材中的合成路线，但由于教材中使用毒性较大的甲苯作重结晶溶剂，因此有学生参照文献设计了用毒性小的石油醚-乙酸乙酯混合溶剂重结晶的方案，取得了较好的实验效果。又如，肉桂酸合成的设计性实验，教材中采用Perkin(柏琴)反应，通过水蒸汽蒸馏来提纯产物。大家查阅文献后发现肉桂酸的合成除了柏琴反应外，还有Knoevenagel(克脑文格尔)法、苯乙烯-四氯化碳法、苯甲醛-丙酮法等，通过比较各个合成方法的优缺点，发现Knoevenagel(克脑文格尔)反应和教材中的Perkin(柏琴)反应相比，具有反应温度低、产物易分离、产量高等优点。因此，最后采取分组实验的形式，把学生分成两大组，分别采用Perkin(柏琴)反应和 Knoevenagel(克脑文格尔)反应，比较两组实验的结果，让学生充分了解两种方法的优缺点。通过这种不同层次设计性实验的训练，让学生逐步了解科学研究的过程，实现不同程度的创新，培养学生的创新意识。

2 激发探索精神，积极开展课外拓展实验

为了更好地培养学生的创新意识和实践能力，将课内实验延伸到课外，形成“课内教学”与“课外拓展”两大实验模块。课内实验教学是基础，课外拓展实验是补充，两者相辅相成。在课外拓展实验中我们采取的是开放式教学模式，学生为主导，教师起着引导作用，通过给学生布置教学任务，学生自主实践，激发学生的探索精神。比如柱层析实验，在课内实验中学习的是湿法上柱，而在课外拓展性实验中，让学生用干法上柱分离偶氮苯和苏丹III，并学习用TLC来摸索柱层析的洗脱条件。学生都表现出极大的兴趣，经过自己的尝试，找出了最佳的柱层析洗脱条件，分离效果比较理想。通过这样课内实验向课外延伸，课内与课外相结合，不仅开扩了视野，提高了实验技能，学习了新技术，同时还激发了学生的探索精神。

课外拓展实验还给学生提供了一个培养创新意识的平台。在课外拓展性实验中，学生可以根据自己在课内实验的体会，提出自己的想法和实验方案并加以实施。比如课内做水蒸汽蒸馏提取柠檬烯的实验时，有学生认为前面那个水蒸汽发生装置可以省略，直接通过常压蒸馏装置提取柠檬烯，他想看看省略这个装置后在提取效率上有何差异，鼓励他在课外拓展性实验中做水蒸汽蒸馏装置的改进实验。因此课外拓展性实验给学生提供了一个培养创新意识的平台，学生可以根据自己的想法提出实验方案。通过这种自主设计的课外拓展性实验，培养了学生的创新意识，激发了其探索精神，也提高了学生的综合素质。

3 培养科学素养，强化预习报告和实验报告的书写

有机化学实验除了掌握实验的基本技能外，更重要的是通过严格训练，培养学生严谨的科学作风和求真务实的工作态度，因此，特别强调预习报告、原始记录和实验报告的书写，并逐步向科学研究的要求过渡。

以往学生对预习报告不是很重视，往往满足于抄写书上的实验目的、原理和实验步骤，印象不深，真正做实验时仍然是照方抓药，没有起到很好的预习作用。因此在预习报告中特别强调实验步骤必须以流程图的形式来写，这样势必要求学生对实验内容进行归纳整理，避免了学生一味抄书的不良习惯。同时按照科学研究的过程，在预习报告中增加反应物料的理化常数和反应装置图，让学生通过查阅资料了解反应所用物料的理化性质，这对指导实验，解释实验现象和实验后处理都有重要意义，提高学生分析问题、解决问题的能力。通过画反应装置图熟悉反应所需的仪器，从而做到充分的预习。在实验记录中则要求如实地记录反应的操作细节、现象、后处理过程、纯化以及薄板检测的结果等，通过训练学习科学研究中原始记录的要求，培养求真务实的科学态度。

对于实验报告的书写，不同的实验提出了不同的要求。比如基础性实验，强调实验报告书写的规范性，包括实验目的、原理、实验步骤、结果和讨论等。而对于设计性实验，则融入了科学研究的理念，在实验前根据查阅的文献资料撰写一篇综述，实验结束后的科学总结则要求逐步向研究论文的形式过渡，即按照研究论文的要求撰写研究型实验报告，包括摘要、关键词、正文、参考文献等。通过综述和研究型实验报告的训练，既锻炼了学生查阅文献资料的能力，同时也训练了学生对整个设计性实验进行科学有序的归纳和总结，培养了科学素养，学习了如何撰写综述和研究论文，为其后期研究论文的写作打下基础。

4 跟科研接轨，引入先进的实验技术和仪器

实验教学中一般所用的仪器都比较经典，有些仪器的型号在科研当中甚至早已淘汰，为了让实验教学跟科学研究接轨，更好地向科学研究过渡，在有机化学实验教学中，引入了科研中先进的实验技术和仪器，让学生在掌握基本实验技能的同时，了解现代的实验技术，学会使用科研中的先进仪器，更好地向科学研究过渡。

比如，在熔点测定实验中，教材中采用经典的熔点测定方法——提勒管法，但真正在科研过程中经典的提勒管法已很少使用，因此，为了让学生熟悉科研中熔点测定的方法和先进仪器，在实验教学过程中，引入了WRS-2A型微机自动熔点仪，通过示教让学生初步了解微机自动熔点仪的使用方法，并且在以后的实验中，采用微机自动熔点仪来测定化合物的熔点，使学生在实验中就逐步掌握了微机自动熔点仪的使用。另外，在减压蒸馏的实验教学中，引入了旋转蒸发仪，让学生在掌握常规蒸馏操作的基础上，学会旋转蒸发仪的使用，同时也大大地提高了学生的学习兴趣。

通过在经典的实验教学中融入现代化的实验技术，让学生在传统的实验教学中学习新知识、新技术，既提高了学生的学习兴趣，又增强了实践技能，学会使用科研中的先进仪器，做好有机化学实验与科学研究的衔接。

5 渗透STS教育，强调有机化学实验的绿色环保

STS教育是21世纪一种崭新的教育模式，STS是科学、技术和社会的英文缩写，这三者紧密联系。科学研究提供给人们知识，技术是应用这些知识的手段和方法，而社会需求则指导人们选择相应的技术手段。STS教育的基本思想是以社会生活为主导来考虑科学和技术。将STS教育渗透到有机化学实验教学中，渗透科学家勇于探索、严谨细致的科学态度和百折不饶的科学精神，以培养学生严谨求实的工作态度和勇于探索的精神;渗透相关科学发展的前沿，让学生了解有机合成的新技术和新仪器，扩大知识面，激发其学习兴趣;渗透环境教育，提高学生的环保意识，强调有机化学实验的绿色环保。

在有机化学实验教学中，通过相关背景知识的介绍，拓展了学生的知识，了解科学家的成就，培养学生勇于探索的精神，激发学习兴趣。比如，在肉桂酸的制备实验中，介绍Perkin反应的发明者英国化学家Henry Perkin和他的成就，在阿司匹林的制备实验中，通过讲述阿司匹林的发现过程培养学生勇于探索的科学精神。在茶叶提取咖啡因的实验中，从咖啡、可可引出我国几千年的茶文化，激发了学生的兴趣。

在有机化学实验教学中始终贯彻绿色化学的理念，强调化学实验的绿色环保，实验中的“三废”处理，培养学生的创新意识，增强社会责任感。把原来的化学实验改为半量操作，这样既节省了溶剂，也降低了污染。在阿司匹林的实验室制备中，通常采用浓硫酸作催化剂，但工业上浓硫酸会严重腐蚀设备，产生许多无机盐的“废物”，收率低等特点，所以在工业上常采用醋酸作催化剂，避免硫酸根离子的引入，通过与工业生产的比较，强调绿色化学意识。同时还把绿色化学理念融入到设计性实验中，学生通过查阅文献了解到肉桂酸可以通过无溶剂的微波反应合成得到，微波反应既环保，又高效，因此在肉桂酸的合成实验中开设了微波反应，让学生熟悉微波合成仪的使用，了解先进的合成技术，拓宽了知识面，同时也树立了绿色化学的理念，培养了学生的创新意识。

6 融合科研方法，用谱学方法鉴定化合物的纯度

以往学生合成得到的化合物，如阿司匹林、扁桃酸、肉桂酸等，一般通过测熔点来鉴定化合物的纯度，但大家积极性都不高，很少有学生会将自己测的熔点与文献值进行比较，这也就失去了测熔点的意义。为了提高大家的积极性，在有机合成实验中融合科学研究的方法，比如，用TLC跟踪反应进程，对最终产物除了测熔点外，还采用其他结构表征方法来鉴别化合物的纯度，如核磁氢谱、质谱、红外等。运用谱学的鉴别方法，一方面理论联系实际，使书本上的知识能学以致用，另一方面通过图谱的解析反过来又复习巩固了所学的波谱知识，同时还激发了大家的学习兴趣，增强了荣誉感，大家都希望自己合成得到的样品送去做图谱，也极大地调动了学生的积极性。

通过这种在实验教学中融入科学研究的理念和方法，使学生在掌握实验基本技能的同时，逐步熟悉科学研究的一般过程，从最初的文献调研、合成、结构表征到实验结束后的科学总结及研究论文的撰写，从而培养学生的科学素养和创新意识，提高了其综合能力，为今后的科学研究奠定了良好的基础。

[1]茹婷婷.绿色化学理念在高校化学教育中的应用研究[J].广西轻工业，2011(1):120-121.

[2]胡琳卫.浅谈卫校生物学教学中STS教育的渗透[J].西北医学教育，2007，15(S):15-16.

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