研究性教学模式在有机化学教学中的探索与实践

郭玲香，刘松琴，杨 洪，林保平，王明亮

（东南大学 化学化工学院，江苏 南京211189）

研究性教学是一种以学生为中心，教师为主导的教学模式，其核心思想是“把科研活动融入到教学之中”，要求教学过程中体现“研究”的本质特点，即教师在教学实践中创设类似科研的情景，实施以培养认知能力为主要特征的“研究性教学”。学生在教师指导下，进行研究性学习，主动获取知识，并应用所学知识解决问题，以提高学生的创新思维和创新能力为目的［1］。作为一种培养具有创新精神和创新能力人才的新途径，研究性教学已经逐渐成为国内外高等教育理论和实践研究的热点问题，并得到国际社会普遍认同。实践表明：研究性教学能够大大促进高校教学和科研结合，实现教学相长，是研究型大学培养具有坚实理论基础与创新精神的高素质人才的必由之路［2］。

有机化学是高等院校化学、化工、制药、生物、环境类、材料类、医学类、电子类等专业本科生一门重要的基础课程，具有内容丰富、理论性高、实践性和应用性很强、发展迅速等特点，而且课程内容对化学各领域的涉及面较宽，恰好为研究性教学模式的探索提供了广阔的空间。近年来，课程组提出以了“强化实践、突出创新”为主题的有机化学教学改革思路，充分利用东南大学现有的教学与实验条件，从理论教学、实验教学、科研训练三方面提高学生的创新思维、创新实践能力和科研素质，取得了较好的实施效果。本文介绍了有机化学研究性教学体系的构建，以及研究性教学模式的探索与实践。

一、构建“三位一体”有机化学研究性教学体系

图1 有机化学研究性教学体系

研究性教学离不开研究性的教学体系，因此课程组成员针对研究型大学创新人才的培养要求及课程特点，坚持“融知识传授和能力培养为一体、融业务培养与素质教育为一体、融教学与科研为一体”的课程建设与改革思路，构建了有机化学研究性教学体系，如图1所示。该体系将理论教学、实验教学和科研训练有机结合，为系统培养学生的创新实践能力和科研素质提供了丰富的优质教学资源和多元化的自主研学途径，三者相互关联，统一管理，全方位地开展学生“做、学、研”相结合的创新实践活动。

二、精心设计理论课程的研究性教学内容，探索问题式研究性教学方法，提高学生的创新思维

研究性教学的实施离不开教学内容的创新。因此，根据课程教学目标和研究性教学模式特点，课题组成员贯彻“重思想、重方法、重应用”的教学理念，以“结构→物理性质→制备方法→化学性质→反应机理→反应规律→主要用途”为主线，精心设计了由结构与命名、反应类型与机理、合成设计基本理论、合成方法与技术等四大知识模块组成的有机化学理论课程研究性教学内容。特别强调处理好教学内容的基础性和先进性的关系，不仅加强基础知识和基本理论，重点讲解有机化学反应原理和方法，而且注重把有机化学学科的发展前沿和生产中的最新应用，以及相关学科的交叉知识等研究性内容引入课堂。例如：绪论课中，教师从衣、食、住、行、医疗保健、环境保护、生命科学等方面入手，介绍有机化学及有机化合物在生产、生活中的应用及重要作用。而且引入绿色化学、富勒烯家族、有机纳米材料、有机光电功能材料、生命有机科学的糖化学、DNA重组技术和定点突变技术、蛋白质化学的分子识别技术等学科前沿［3］，早期给学生渗入有机化学学科前沿和应用意识。并通过大量生动形象的图片、事例来反映有机化学世界之神奇和有机化学工作之乐趣，使学生初步了解当代有机化学的发展动态和最新成果、拓宽知识面，激发学生学习与探究有机化学知识的兴趣。

教学过程中，课程组成员积极探索“问题式研究性教学法（PBL）”。根据教学内容，教师课前精心设计能够引导学生对学习对象产生研究兴趣或质疑态度的一系列问题，创设一种类似科学研究的教学环境和途径，为所有学生营造研究性学习氛围。课上应用生动的语言描述简单事例，以案例或图片形式把每节课的主要内容展现给学生，激发学习新知识的兴趣和主动性，使学生带着解决问题的热情去听课［4］。同时采用案例分析、启发式、讨论式等多种教学方法，逐步引导学生进行研究性学习，将问题逐一解决，实现学生在研究性“教”与“学”的过程中获取知识、训练思维、培养能力的目的。例如：讲授立体化学章节时，首先讲述一个简单例子：小芳梦见自己来到了神奇的镜像世界，发现平时最爱吃的口香糖变成了香菜味道。告诉学生口香糖味道改变的真正原因是所含主要化学成分“香芹酮”的手性，手性的存在使香芹酮具有互为镜像的R型和S型两种异构体，而两种异构体的性能不同。学生就会产生强烈的好奇心，很想知道日常口香糖中香芹酮的结构到底是怎样的？这时，教师适时提出本章所要解决的主要问题：（1）什么是手性分子？（2）什么是对映异构体？（3）如何判断对映异构体的绝对构型？学生的注意力很快就集中到特定的问题情境中，带着疑惑和探究答案的激情参与到教学环节中，进行主动学习。通过教师的引导和重点讲解，以上问题逐一解决，学生在下课前，能够运用所学的立体化学知识，顺利地确定口香糖中香芹酮为S型异构体。这种以问题为载体的研究性教学模式符合学生勇于探究的心态，便于学生实现从“要我学”到“我要学”的转变。学生经历了艰辛的思考过程之后，不仅能够深刻理解所学内容、感受到主动获取知识的乐趣，而且增强了运用理论知识解决实际问题的能力。

三、建设三层次实验教学新体系，推进研究性学习，提高学生的综合素质和创新实践能力

有机化学以实验为基础的学科特征，更有利于学生进行研究性学习。以“方案设计→物质制备→分离提纯→结构表征→性能测试”五要素为主线，以培养学生的创新实践能力及科研兴趣为目标，建设了螺旋式上升的“三层次”（基础型、综合设计型、研究创新型）有机化学实验教学新体系。通过删减简单的验证性实验，在原有基础型实验中增加设计性元素，把有机化合物的典型性质实验安排在相关的合成实验中，提高基础型实验的教学起点。通过串联序列化的多步骤合成、提纯、分离等多个单元操作，构建综合设计型实验项目；例如：将乙酰苯胺、对硝基乙酰苯胺、对硝基苯胺三个合成实验合并成一个综合实验。研究创新型实验包括方案设计、合成反应、分离提纯、产品结构表征或元素分析等多个阶段。大多数实验项目是结合教师科研课题或者学科研究热点凝练而形成的，内容新颖，难度适中，具有本科生进一步可研究探索、发挥一定创造性的空间，能够充分调动学生的研究兴趣。该实验教学新体系由基本单元技能训练到综合技能训练，最后进入研究创新实验技能训练，循序渐进，体现了有机化学实验自身的系统性和规律性。

研究性实验教学模式通过改进实验内容和教学方法等，激发学生自主学习和探究动机，是一种培养学生研究兴趣的新型教学方式，适应当前教学改革的要求。因此，课程组成员探索了“分层次开放式”的研究性实验教学模式，使学生科研意识和科研能力的培养融入到正常的实验教学秩序中，基础型实验采取开放式预习和互动式教学方法，加强实验的启发性，增加学生动手动脑、查阅资料的机会。综合设计型实验采用必做实验与选做实验相结合方式，为学有余力的学生提供更多的锻炼机会，全面提高综合实验技能。研究创新型实验既要求学生必须掌握一定的有机化学实验知识和实验技能，又能够灵活地、创造性地综合运用这些知识和技能。教学实践过程中更注重研究性，主要体现在实验的内容、方法、技术和过程等多个层面，采用实验教学与科研项目相结合的开放式教学方法。学生自主选题，在“查阅文献、方案设计、实验准备、实验操作、结果分析、撰写报告、汇报讨论”等环节中，以学生为主体、教师为主导，教师给予全方位的研究性指导，为学生提供更多的自主学习空间，发挥学生的主观能动性，进行自行设计、独立实验、主动思考与讨论。同时倡导团队合作，合理分工、共同探索研究，调动学生研究性学习的积极性，增强学生发现问题、解决问题和团结协作的能力。

四、提供多元化的课外实践途径，鼓励学生参加科研训练，培养学生的科研素质

东南大学作为一所研究型大学，拥有高素质的师资力量、先进的实验设施、学科发展及项目资源优势，通过由专题研究、科技创新、学科竞赛、SRTP活动组成的“四路并进综合实践”环节，为本科生研究性教学模式的实施提供了良好的课外科研实践平台。结合理论课程教学内容，教师拟定研讨主题，例如自己身边的有机新材料、微波辐射有机合成新方法、足球烯家族等有机化学热点问题。鼓励学生选择感兴趣的内容，利用网络和图书馆资源查阅相关文献、自拟题目、撰写课程论文。通过组织学生“专题研究”汇报，加强师生间、学生间的交流研讨和教师点评总结，使学生了解有机化学、有机化工与社会和生活的密切联系，培养学生的探索兴趣、诱发学生的创新萌芽。“科技创新活动”通过展示科研训练成果和实验方案设计，激发学生的创新意识。鼓励和资助学生积极参加学科竞赛，培养学生的创新实践能力。依托学科发展优势，结合教师科研课题，鼓励学生自主申报“SRTP项目”，引导学生参加科研实践、感受学术氛围，接受科研训练，激发学生的科研兴趣，学会如何通过实验现象和数据处理，分析讨论实验结果，运用理论知识解决实际科研问题。多元化的课外综合实践途径能够促进学生自主研究性学习，帮助学生延伸课内知识、拓展课外知识，提高学生的文献检索和阅读能力、综合实验技能、分析讨论、交流表达、论文写作等综合科研素质，培养学生的创新思维和科研创新能力。

五、探索研究性教学新的考核方案

研究性教学模式评价系统应该遵循学习过程评价和教学目标管理相结合的基本原则，进行多种方案的探索。因此，在有机化学研究性教学模式实施过程中，改变以往期末“一张考卷定高下”的做法，考核评价内容从以知识测量为主转变为以能力测量为主。加大平时考核力度，平时考核包括一系列有利于引导学生提高实践能力和科学素质的内容，例如：教学基本知识的测验、学习阶段总结、综合问题讨论、课程论文、作业质量等。理论课程采用“平时作业及测试成绩×15%＋学习阶段总结×10%＋课程论文成绩×20%＋课堂讨论成绩×10%＋期末考试成绩×45%”考核方案。针对“三层次”研究性实验教学新体系，实验成绩考核主要根据学生查阅资料、实验方案设计、实验预习、实验操作、报告撰写、分析问题及解决问题的能力，指导教师对学生在不同阶段所表现的实践能力分别给出相应分数，按照一定权重，加权平均，最终进行综合评定考核。新的考核方案贯穿于整个学习过程，是对学生在研究性学习过程中获取知识、探索研究、思维创新等多方面能力的综合评价，有利于开辟教师研究性“教”和学生研究性“学”的新局面，为在课程教学中贯彻素质教育、能力培养营造宽松的环境，培养学生的创新思维和创新实践能力。

六、有机化学研究性教学的实践效果及思考

2008年起，“三位一体”有机化学研究性教学模式已经在我校化学、化学工程与工艺、制药工程三个专业中逐步实施。实践结果表明：研究性教学模式的实施一方面能够使学生较扎实地掌握有机化学必要的学科知识和基本实验技能、拓宽了知识面。另一方面在研究性学习过程中，学生经历了文献查阅、选题、方案设计、实验操作、分析讨论、交流表达、论文撰写等全程训练，提高了自主学习能力、创新思维、创新实践能力和科研能力，真正实现了“教”与“研”相长并进。近4年来，课程组教师指导国家大学生创新性实验计划8项、江苏省高等学校大学生实践创新训练计划2项、校级和院级“SRTP”科研训练项目分别为75项和81项，约350多人次参与了科研训练。张兆航等本科生于ELECTROANALYSIS、有机化学等国内外SCI收录期刊上发表论文12篇。以本科生科研工作为基础，申请专利15件，其中授权国家发明专利3件。学科竞赛成绩可喜，第一届、第二届江苏省大学生化学化工实验竞赛中6人次荣获一等奖、4人次荣获二等奖、2人次荣获三等奖。

通过探索与实践有机化学研究性教学模式，笔者认为研究性教学不仅要求教师更新教育教学理念，及时了解学科发展与创新动态，不断更新和充实教学资源，积极开展研究工作并不断提高自身学术水平。而且学生必须更新学习观念，从被动接受者转变为主动思考探索者，积极参与研究性教学过程，在学习中研究，在研究中学习。只有师生共同坚持不懈地努力，研究性教学对培养高素质创新型人才的作用才能得以真正发挥。

［1］伍红林.从《博耶报告三年回顾》看美国研究型大学本科生研究型教学［J］.高等工程教育研究，2005，23：79-82.

［2］李志义.高水平研究型大学本科教学模式的选择［J］.中国高等教育，2007，23：20-22.

［3］楼鑫.有机化学的前沿和教学中的思考［J］.化工高等教育，2010（1）：60-62.

［4］王红，许孝良，杨振平，等.PBL教学法在工科有机化学教学中的实施初探［J］.广东化工，2012，225：131-132.