化工专业有机化学实验教学改革探索与实践

吴绍艳，李 琴，章 焰，王 徽，杨登想

（湖北大学 知行学院生物工程系， 湖北 武汉 430011）

有机化学实验是化工专业有机化学课程的重要组成部分，传统的有机化学实验教学采用“注入式”教学方式，这种教学方式只是让学生验证实验结果与教材内容是否符合，学生只能学到某些机械性的操作，不能获得一个完整的实验概念[1]。这不但阻碍学生创新能力的培养，而且也不利于学生综合素质的提高，很难收到实验教学应有的效果。为了提高有机化学实验教学质量，尽可能充分发挥实验教学在培养学生操作水平和创新能力中的作用。从实验课程本身与化工专业特点出发，就教学内容和教学方法以及实验考核体系几个方面做了有益探索和改革，并倡导在实验过程中始终贯彻绿色化学的教育思想[2]。

1 优化实验教学内容

1.1 优化实验教学内容

以往有机化学实验多为验证性实验，上实验课时学生缺乏做实验的积极性。我们尽量循序渐进，合理规划各类有机实验操作，并注重实验内容设置的系统性与完整性[3]。有机化学实验主要包括基本操作实验、有机物合成实验以及综合性设计实验，这是一个循序渐进的过程[4]。有机实验基本操作中要让学生掌握好最常用的基本技能实验，如：熔点测定、沸点测定、简单蒸馏、简单分馏、水蒸气蒸馏、减压蒸馏，以及重结晶、减压过滤、萃取等。有机化合物合成实验一般都包含多个基本操作，如“乙酸乙酯的制备”实验中包含了回流、蒸馏、萃取、干燥等基本操作练习。综合性设计实验包括一系列合成实验，以及相应有机中间体和有机产品的性质检验和结构分析[5]，实验过程中难免会涉及如红外光谱仪等各种分析仪器的使用，以及一系列更为复杂难度更高的实验操作。基于学生的知识接受能力和普遍认知规律，按照从易到难、从简到繁先后开设有机基本操作实验、有机物合成实验以及综合性设计实验。

1.2 摈弃陈旧实验方法，引入新技术和新方法

以前的有机实验教学中，对于熔点的测定实验,不仅要求学生通过测纯样品的熔点来掌握毛细管法测熔点的基本原理和操作，还要求学生掌握测定混合物样品和未知样品的熔点。但现在实际的科学实验和生产研究中，大多使用的是各种各样的熔点仪来测定[6]，毛细管法测熔点几乎没有用武之地。因此对于类似实际研究中几乎不再使用的实验方法和操作，主要通过教师课件讲解、现场演示的方法让学生掌握其原理和方法，从而把有限的更多的时间用于学习并实践较为先进、与当前科研条件更为接近的实验技能和方法。有机合成实验中一般都要用到加热或者搅拌装置，现在基本都采用更为方便的带有磁力搅拌装置的电热套完成加热和搅拌操作。并在部分实验中引入微波或超声波等合成实验新技术, 让学生亲身感受到现代科学带给有机实验的便捷。

1.3 选用经典合成实验，激发学生学习热情

在有机实验教学中经常会发现，每次实验完成后，学生能够亲眼看到自己的劳动成果通常都会感到异常兴奋，而在这样的实验过程中学生往往更为认真专注，实验中更有耐心。为了能够得到高产率、高质量、高纯度的产品，学生在实验过程中一般会更加严格遵守各种实验条件和操作步骤。因此我们选择了一些较为经典、产率较高的有机合成反应，尽可能保证每个有机合成实验都能有针对性地训练学生的基本操作技能。例如：“正溴丁烷的制备”、“乙酸乙酯的制备”、 “乙酰水杨酸的制备”、 “苯甲酸的制备”、“从茶叶中提取咖啡因”等实验。

2 改革探索新的实验教学方式

2.1 让学生参与实验准备，提高学习主动性

以前大多数实验教学, 都是实验老师准备好实验所需器材，学生只负责做。现在每次实验课之前，安排学生分组轮流准备实验所需器材，让学生在实验教师的指导下共同完成实验准备工作。这样安排要求学生必须自觉提前充分预习，对整个实验框架有大致的认识，并有先睹为快的自豪感。实验过程中参与准备的学生可以带动或指导同一组的学生，从而提高实验效率，而且每次实验准备过程中，学生可与教师加强交流，促进教学顺利进行。

2.2 开展创新性实验教学，培养学生创新能力

除基础必修实验项目外，学生在老师指导下，选做一定创新性实验，进行新实验项目的开发[7]。学生在教师指导下查阅文献，提出设计方案，并由教师组织学生讨论实验方案的可行性，并从药品试剂的准备到实验结果的分析都要求学生独立完成。在实验中遇到的问题，教师不直接告诉学生解决方法，而是要求学生自己分析，寻找问题的答案，培养学生解决实际问题的能力[8]。

创新性实验项目的开设，提高了学生对有机实验课的兴趣，加深了学生对所学理论知识的理解，培养了学生独立思考、综合运用、创新思维等适应科研工作的能力。为已经掌握基本实验技能的学生提供自主实验机会。

2.3 建立科学严格的实验成绩考核体系

以往在学生的观念里，普遍认为实验课是最好混学分的，认为只要学生到课不缺席，做得好与不好都能混过及格拿到学分，实验考核不严格也是学生混实验而不是做实验的主要原因[9]。我们在进行有机实验教学时，对学生的每一个行为、每一个环节都作了严格的要求和规定。此类实验时兴趣很高，得到实验产品后很有成就感，学习积极性大大提高。

对于实验成绩的评定，既要能能客观、公平地反映学生的实验综合能力，又要尽可能增加学生对有机化学实验的兴趣，并从根本上让学生重视实验和掌握实验规律[10]。我们将有机化学实验成绩的评定分为三部分，采用平时成绩、实验报告、实验考试成绩相结合的考核方式。平时成绩包括预习报告，平时实验操作表现等共占30%。预习报告由老师在学生做实验过程中逐一检查给分。实验报告占20%，实验报告主要包括：实验原理，方法，实验装置图，实验结果与数据处理，讨论与体会，要求学生不管实验成功与否，结果好坏，产率高低，都必须认真思考，切实找到成功的原因或失败的教训并写出实验小结。实验考试成绩包括口试和操作考试共占50%。实验考试过程中学生一边操作，一边随时回答老师提出的有关问题。这样的综合考核方式有利于调动学生对实验的主观能动性，从而提高学生的动手能力和实验基本素质。通过对实验成绩考核方式的改革，充分考察了学生对基本理论知识学以致用的情况，引导学生重视实践能力在实际工作中的重要性。

3 贯彻绿色化学的教育思想

3.1 优化实验项目，体现绿色化学思想

有机实验作为化学实验的重要组成部分，在绿色化学理念指导下，最终有机合成要实现绿色合成[11]。本着将毒害降低到最小的宗旨，我们合理选择实验项目，对每次实验方案进行优化。在选择实验项目方面，尽量依据低能耗、低毒原则进行筛选，如“已二酸的制备”实验，可以采用高锰酸钾氧化法替代硝酸氧化法，避免实验中产生大量有毒氧化物气体和使用硝酸带来的强腐蚀性，从而提高了实验安全性。再如对硝基苯甲酸乙酯的合成，常规方法是以浓硫酸为催化剂来合成的。这种方法，虽然催化剂价廉、活性高，但反应复杂，副产物多，且浓硫酸腐蚀设备、污染环境。如果以价廉易得、性质稳定安全的苯磺酸为催化剂来合成就可以克服这些缺点，且产率较高[12]。

3.2 采用微型化实验，增强节约意识

现代科学的发展已进入超小规模领域[13]，微型化成套合成实验仪器的出现，为微型化实验提供了可能。微型化实验具有现象明显、反应快速、节省药品、减少环境污染等优点。在保证同样的教学效果情况下，同时传授环保、经济的教育理念[14]。基于此，有机实验要逐步实施常量、微量与半微量相结合方式。如“乙酸乙酯的制备” 、“乙酰水杨酸的合成” 、“茶叶中提取咖啡因”等实验项目中，实验药品用量比常量实验减少1/2或1/3，反应时间大大缩短，实验仍然保持较高的产率，同时也减少了污染并降低了实验费用。

3.3 合理回收利用实验废弃物，贯彻环保意识

有机化学实验产生的废弃物，量虽然不算大，但久而久之会对环境造成较大污染。而且实验过程中任意处置实验“三废”会淡化学生环保意识[15]，尤其是对于化工专业的学生对环保要求更高。实验完成后将产生的废液统一进行回收，然后鼓励并指导学生利用所学的专业知识对废液进行回收利用，既提高了学生环保意识，又巩固了学生专业知识。从而基本做到实验室少污染，实验产品链式利用的良性循环。

4 结束语

化工专业有机实验教学改革的实践表明，通过一系列整合实验教学内容，改革实验教学模式的措施，调动了学生对实验课的学习积极性，培养了学生的实践创新能力，全面提高了实验教学质量，同时增强了化工专业学生环保意识。当然，我们的实验教学中还存在着许多不足和欠缺的地方，需要我们在今后的教学中进行更多的努力和探索，真正有效地激发学生的学习兴趣和创新能力，切实提高有机化学实验的教学质量，从而满足当今社会需要动手能力强、创新能力高的应用型人才的要求。

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