有机化学实验教学现状分析与对策

王丽辉 徐 玲 段莉梅 白锁柱

内蒙古民族大学化学化工学院 内蒙古通辽 028043

近年来，全球性的金融危机导致国内的就业形势越来越严峻，用人单位对大学生的要求也从过去的“看成绩”转变为“重技能”[1]，高校开始加大实验教学在教学活动中所占的比重。化学本身就是一门实验性学科，如何有效地进行实验教学改革，让学校培养的学生满足社会的需求，是当今开设化学专业的高校急需解决的问题[2]。现今，化学院系中有机化学实验课程的开设主要是为了配合有机化学理论课的需求[3]，希望通过有机化学的实验教学理解和感受有机化学理论课中的概念和现象，巩固所学知识。然而，在实际教学过程中，对于很多理论知识，学生在理论课教学过程中已经掌握，如果实验教学仅仅单纯地重复理论课的内容，会使学生感觉枯燥、乏味，很难激发他们的学习兴趣。针对这种情况，很多高校积极开展有机化学实验教学改革和探索，希望有机化学的实验教学在完成其传统任务的同时，能够培养学生的创新能力和实践能力。

随着科学技术的发展，国家加大了对高校科研工作的资金支持力度，高校的科研工作也取得了较为可观的成果[4]。近几年来，我国高校科研人员的研究成果纷纷发表在国内外著名期刊中。但是，身处高校的本科生对这些研究成果一无所知[5]，这主要是由于前沿成果在实验教学中没有体现出来，学生仍在重复最为原始的有机合成反应。这种现象严重抑制了学生的学习热情[6]。所以有机化学实验教学应与科研工作结合。通过实验教学，不仅帮助学生理解和深化所学的理论知识，还应注重培养学生提出问题、分析问题和解决问题的能力。笔者对当前有机化学教学中存在的问题进行了分析，然后从实验选题、实验课程设置、教学手段和实验环节等方面对有机化学实验教学提出了建议。

1 有机化学实验教学中困扰师生的问题

改进有机化学实验教学，首先要搞清教学活动中两个主体人群教师和学生所遇到的困扰。

1.1 教师的困扰

(1)有机化学教学中经常出现这种现象，教师挥汗如雨地讲解实验操作内容，学生没兴趣听。

(2)在实验操作过程中，学生不能做到带着问题去做实验，主观能动性差。

1.2 学生的困扰

(1)有机课本中的实验课题很少涉及科技前沿问题，学生很难判断所做实验是否具有应用价值。

通过对学生的问卷调查发现，60%的学生觉得有机化学课本中的实验课题过于陈旧，距离实际生活太过遥远，难以预见其应用性。

(2)合成实验中缺少必要的检验手段，学生很难知道实验是否成功，很难从实验中获得成就感。

2 有机化学实验教学改革对策

2.1 高校教师应整合自己的科研课题，将最基础的实验过程提炼出来

目前高校使用的有机化学实验教材中实验方案设计陈旧，严重脱离研究前沿[5]。不仅如此，实验结束后，学生合成的实验样品无实际用处，还为废弃药品的处理增加了负担。高校教师应通过整合自己的实验课题，将一些基础性的实验研究引入本科教学，既提高学生的积极性，又做到节约能源，避免浪费。

2.2 实验课程的设置应将合成过程和检测手段并重

目前的教材，大多重点讲解一个合成过程，而对于产物的样品分析则较为轻视。但在实际工作和科研活动中，样品的分析与检测是判断实验工作是否具有意义的重要手段，所以在高校中更应注重培养学生使用分析仪器的技能。必要的检测手段，一方面，使得学生明确所做实验的目的、意义和激发其实验的兴趣，还能提高实验室中一些中小型仪器的利用率；另一方面，如核磁、质谱仪、熔点分析仪、紫外—可见光谱分析仪、电化学测量等仪器的使用能加深学生对理论知识的理解。笔者以所合成的有机小分子光电材料为例，概述以上仪器的使用对理论课学习的重要意义[6]。

2.2.1 核磁和氢谱可用于有机小分子结构的确定

核磁氢谱和质谱是有机合成中较为常用的结构表征手段。在氢核磁的测量中，每个原子都有自己的化学位移值，可通过对氢原子化学位移的分析确定所合成的小分子的大致结构。质谱仪可用来测定所合成的样品的分子离子峰，通过质谱和氢核磁谱的综合分析可以确定所合成样品的结构。学生通过对谱图的解析会进一步明确理论课中核磁和质谱的理论知识。

2.2.2 紫外—可见光谱分析仪可用于合成样品的光学性质测量

紫外—可见光谱分析仪(如图1所示)操作非常简单，将所要测量的样品配成CHCl3的稀溶液，盛于样品池中，另准备一个空样品池用作空白校正，其余操作过程按仪器所配备的软件指示操作即可。有机小分子光电材料要求在可见光范围内有较好的吸收，通过紫外—可见光谱分析仪，可确定所合成材料的吸收范围，一般要求在300～800 nm。通过这一测试不仅培养了学生的动手能力，还让学生直观地感受了合成样品特有的光吸收性质(如图1中右图所示)。有机分子的光吸收是由电子的跃迁活动引起的，含有苯环等芳香性基团的有机小分子具有较好的光吸收性质，使学生进一步了解分子共轭体系中电子的跃迁情况。

图1 紫外—可见光谱分析仪和所测分子的紫外吸收谱图

2.2.3 CHI610D型电化学工作站可用于测定分子的前线轨道能级

可利用循环伏安法通过CHI610D型电化学工作站测试小分子的电化学性质。笔者采用三电极体系，其中以玻碳电极作为工作电极，铂丝电极为辅助电极，Ag/Ag+电极作为参比电极，实验在0.1 M四丁基四氟硼酸铵的无水二氯甲烷溶液中进行，扫描速度为100 mV/s。该测试是利用电化学方法，通过材料的起始氧化—还原电位来测定材料的HOMO和LUMO能级，采用二茂铁电对(Fc/Fc+)作为内标物。通过测试可得到图2右图中的氧化还原曲线，根据起始氧化还原峰位可计算出分子的HOMO(最高未占轨道)与LUMO(最高已占轨道)能级值。此性质的测量使学生知道不同的有机分子有着不一样的电子能级，进一步了解分子轨道理论的意义。

图2 CHI610D型电化学工作站照片和所测电化学能级图

2.2.4 熔点分析仪的使用

熔点分析仪是用来测量物质的熔点，其分为两个构成部分，一个为显微镜部分，另一个为加热装置。取少量样品于显微镜的载玻片上，调好镜头的焦距使样品清晰地呈现在镜头下，同时开启加热装置，观察样品的溶解状态，记录样品从开始溶解到完全溶解的温度范围，即为所测样品的熔点。通过熔点测量可使学生知道不同的物质具有不同的溶点，进一步了解影响有机物熔点的因素。

2.3 在高校中开设创新实验课程

在学生掌握了一些基本实验技能之后，为了进一步锻炼学生的学习和工作能力，部分高校开设了创新实验这门课程。将对科研有兴趣的学生分派到各个科研室，由教师根据学生自身的工作能力和学习程度分配科研任务，使其进行一定程度上的独立性研究，并开展阶段性报告，使教师了解各个学生的实验进展和科研思路，便于在实验过程中做到因材施教。

2.4 将学生平时的实验课题与其毕业论文关联起来

我们知道，本科生的毕业论文在其课程设置中占有一定的学分比例，很多学生也把毕业设计看成是对其四年大学生活的检验手段，所以教师在平时的教学中应引导学生发现其感兴趣和擅长的领域，避免学生在做毕业论文时盲目选题。

2.5 以工作总结的形式，代替实验报告

有机化学实验教学中常发生的现象是学生的实验报告千篇一律，且都是照搬教材中的实验操作过程，这种作业不仅不利于学生对所学知识进行巩固，而且易于使学生丧失学习兴趣。而每堂实验课后，让学生简明扼要地总结一下这节课所学的内容、遇到的问题，并设计进一步的实验方案等，更有利于提高学生对实验课的重视程度，培养其良好的科研品质。

3 结束语

新形势下，有机化学实验教学迫切需要改变传统的教学方式，在本科生的教学活动中引入现代科技前沿知识，激发学生的学习热情，同时培养学生的实际动手能力和勇于探索的精神。

[1]陈绮虹,周锦兰.化学实验教学的创新与学生能力的培养[J].实验室研究与探索,2006,25(11):1429-1432.

[2]高静,王延吉.基于绿色化学理念的工科(化工类)化学课程体系及内容的改革与实践[J].化工高等教育,2005,22(1):111-113.

[3]江文辉,罗一鸣,唐瑞仁,陈国辉,王微宏.有机化学实验教学改革的探索与实践[J].实验室研究与探索,2009,28(12):116-118.

[4]郑春满,韩喻,谢凯.有机化学实验教学改革与学生创新能力培养的研究[J].高等教育研究学报,2011,34(1):98-100.

[5]杨世芳,周艳,邓文娟.化工基础实验教学改革与实践[J].实验技术与管理,2010,27(12):178-179.

[6]陈震,江栋,曹晓群,张昌军,姜洪丽.有机化学实验教学改革的探索[J].中国现代教育装备,2011(21):84-86.