工科有机化学实验教学仪器集成化建设的探索

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(郑州轻工业学院 材料与化学工程学院，河南 郑州 450002)



工科有机化学实验教学仪器集成化建设的探索

徐粉，尹志刚*，张华林，康位粉

(郑州轻工业学院 材料与化学工程学院，河南 郑州 450002)

针对工科有机化学实验课程实验类型广、搭建仪器复杂等问题，以引导学生创新动手能力为目标，设计集加热、控温、搅拌、调速、仪器安装架于一体的多功能实验装置台，培养学生的工程化意识，锻炼学生的工程化能力，以有机实验教学中的仪器改革为契机激发学生的学习兴趣，培养学生的创新能力，达到提高学生综合素质的目的。

有机化学实验 ； 教学 ； 创新 ； 改革

有机化学作为一门实验性学科，其对应的有机化学实验教学就显得尤为重要[1]。有机化学实验是化学、化工类重要的实验基础课，具有课程内容多、涵盖面广、操作性强等特点。有机化学实验教学是有机化学课程的基石，不仅是对有机化学课程的验证，还能有助于强化有机化学基础知识的学习。结合工科有机化学的特点与人才培养特点，有机化学实验中教学仪器的改革可以锻炼学生的创新型思维能力，提高学生的分析能力，对后期的工作也起到了启发作用[2]。因此，教师将引导学生仔细研究各类有机实验类型，分析实验仪器的缺陷，发散思维并精心设计相应的实验仪器，注重研发过程，以图促进教学质量和提高学生的综合能力。

1 有机化学实验仪器改革的思路

相比于无机化学实验、物理化学实验、分析化学实验，有机化学实验搭建更加复杂，往往需要加热、搅拌同时进行。从有机化学教学内容上看，有机化学实验内容多，涉及到的实验操作相对繁杂，例如：蒸馏、分馏、重结晶、浓缩、熔沸点测定等[3]。目前我国有机化学领域已经有了突飞猛进的发展，在国际影响力不断提高，但是对我们的本科有机化学实验的教学内容与教学形式的改革却相对欠缺。目前存在的问题：①传统的教学内容加上传统的实验搭建方法无法激发学生的学习兴趣，冗繁的操作往往会损伤学生的自信心。②模仿式搭建无法培养学生的创新意识，学生对有效组装实验装置的意识淡薄。③加热装置、搅拌装置、多个铁架台、反应装置等多套装置共同搭建会使有限的实验操作空间更加的局促，往往会因为一个误操作引发连锁反应，导致整个装置重新安装，这也增加了潜在的危险性。④多套仪器共同使用往往会分散学生的注意力，并且减少学生独立思考的时间。因此，我们将对有机化学中的实验仪器进行改革，主要对加热装置、搅拌装置、实验搭建装置进行有效集成，培养学生的实践能动性和工程化意识。从实验角度来讲，新型实验装置的搭建将简化实验操作，减少实验过程中因错误操作造成的危险。

2 有机化学实验内容的现状分析

有机化学实验教学主要包括三种类型：性质测定(如：有机化合物熔点、沸点的测定)；合成方法(如：环己烯的制备、2-硝基-1,3-苯二酚的制备、硝基苯甲酸的制备、乙酰苯胺的制备、乙酸乙酯的制备)；分离方法(薄层层析、从茶叶中提取咖啡因、减压蒸馏等)。随着有机化学的发展，结合有机合成化学副产物多的特点，涉及的有机合成实验往往需要经过分离得到纯品。在实际的实验操作过程中，合成、分离、性质测定均需完成。因此，在一个实验中往往需要搭建合成装置、分离装置、性质测定装置。装置的变换、搭建方式的改建会增加操作的难度。例如在提取咖啡因的实验中，需要先安装索氏提取装置进行提取，之后需要降温更换浓缩装置，在操作过程中需要多次搬运加热装置，依照实验要求需要更改实验仪器，因此需要多个铁架台进行组装。于是，对实验仪器的有效集合成为仪器发展的趋势，因此发展集成式的实验搭建装置受到了教学工作者的关注。

3 有机化学实验仪器改革的探索

3.1仪器改革为契机，激发学生学习兴趣

实验内容和实验方法的表现形式是影响有机化学教学的关键因素。有机化学作为一门基础学科，传统的实验内容则略显枯燥。教师本身应该主动学习有机化学前沿知识，既包含前沿的研究，还包括先进的设备研制，开阔自己的视野，储备知识。实验内容应在基础操作的基础上，追求先进性、综合性和应用性。新技术、新方法和新设备的发展鼓励学生将基础知识与应用实践相结合，激发学生的求知欲，将被动的学习转化为主动的求知[4]。在实验课开始之前让学生预习实验，了解实验仪器，提出设计新型仪器的设想或者提出对实验设备的改进思路。在实验过程中，让学生总结实验过程中的不便操作并提出改进措施。以问题推进设备改革，依据实际的需求进行仪器设备改进，真正做到有目的性、有针对性。实验课结束后，鼓励学生对自己的设想进行制图，再分组进行讨论，确定设计方案。按照既定的实验方案进行实物制作，需要学生掌握切割、焊接、密封等操作。组织学生对自制设备与传统设备进行比较，记录相应的优缺点，再对缺陷和不足处进行改进，最终制备出理想的实验设备。整个过程可以实现：自制实验仪器改善有机化学实验；有机化学实验巩固有机化学基础知识；有机化学基础知识为仪器设备改革提供理论基础。实物仪器的产生将大大地激发学生学习有机化学的兴趣，有助于培养学生科学的思维方法和工程意识；理论知识和生产实践的结合可以提高学生的创新思维能力和实践动手能力，对工程实践能力的培养奠定了坚实的基础。

3.2集加热、搅拌、仪器安装架于一体的实验装置台的设计

充分总结有机化学实验中涉及的实验操作，结合国内外名校名师的实验教学方法，设计集加热、搅拌、仪器安装架于一体的实验装置台。相较于传统的酒精灯，将油浴式热源固定于此集成设备上，其特色与优势非常明显。主要特色如下：①解决了酒精灯加热不均匀的问题，防止局部反应温度过高导致反应效率下降的问题，同时避免了局部反应过快出现的喷料等问题。②酒精灯的使用限制了通风设备的开启，室内污染严重，有损于教师和学生的身体，而此设备则可以与通风设备同时使用，符合以人为本的理念。③此热源使用的时间长，无需像酒精灯一样需要经常添加酒精。相较于传统的铁架台安装方法，此方法设计了具有多个立柱的集成式铁架台，重心稳，台面上的滑道可以方便调节立柱的相对位置，有利于调整试验装置的安装位置。在进行复杂装置的搭建时往往需要多个铁架台，多个铁架台共同使用占据的空间大，不利于实验操作。在装置台底座安装的控温装置和搅拌控制装置可以方便快捷地控制实验所需要的温度和搅拌速度。总体来说，集成的实验装置台是对传统实验仪器的改进。

3.3改革有机化学实验教学内容

传统的实验内容多属验证性实验，缺少自主设计合成的实验，综合性的实验更是稀缺[5]。这种缺陷主要源自于有限的实验课时，因此时间就成了有机化学实验必须克服的问题。新型设备的诞生简化了实验操作，节约了反应时间，因此我们对有机化学实验教学内容进行了调整。①强化基础操作，提高实验效率，增加减压蒸馏等操作实验的次数。②设置自主设计实验，压缩掉简单合成实验的同时，选取相对简单的药物分子进行设计合成，自主选择分离方法，包括萃取、重结晶、熔点和沸点的测定及升华，此方法的合理选择需要学生掌握其不同的分离目标和分离原理，可以加强分离操作的认识。③增设综合性实验，新制的集成设备可以大大减少装置的安装时间，因此可以设计时间相对较长的综合性实验，增强学生对有机化学实验的认识，全面系统地合成、分离、鉴定有机化学品，为后期的合成工作奠定基础。

3.4改革有机化学实验成绩评价体系，增强学生学习兴趣

传统的有机化学实验课程给分方式是实验结果与实验操作双重评价机制，但是由于有机化学实验多为验证性实验，上述的评价机制并不能有效地评价真实的实验情况。为了提高学生的综合能力，体现其创新实践能力，培养其分析问题、解决问题的能力，对以往的双重评价机制进行改革，增加仪器设备设计与改进一项。具体形式：实验结果占30%，实验操作占40%，仪器设备设计与改进占30%。其中，对传统仪器缺陷的总结报告占5%，设计仪器的制图占5%，实物制作占20%。仪器设备设计与改进一项所占的比重大，主要是为了激励学生对仪器改进的兴趣，将理论与实践相结合，提高学生的综合素质。

4 结论

有机化学实验是对有机化学知识的验证和巩固，是培养学生实验能力和创新能力的有效途径。我们以仪器改革为契机，调动学生的学习积极性，激发其学习兴趣，结合实际情况，增设自主设计实验、综合实验，锻炼学生的动手能力。在有机化学实验教学的过程中，注重仪器设备的改进和研制，培养学生的工程意识，满足人才培养“宽口径、厚基础、重实践”的要求。

[1] 郭书玲,杨亮茹.工科有机化学的教学方法与手段浅谈[J].广州化工,2010,38(5):260-261.

[2] 付颖寰,初婷婷,杨大伟,等.轻工类高等院校有机化学实验教学改革的实践与思考[J].轻工科技,2017,1:131-132.

[3] 杨 琴,杨 辉.高校有机化学实验教学反思[J].广州化工,2017,45(3):133-134.

[4] 唐 倩,龚成斌.有机化学实验教学改革研究[J].西南师范大学学报:自然科学版,2013,38(5):165-167.

[5] 李英俊,孙淑琴,于世钧.有机化学实验教学改革与创新人才培养[J]. 实验室研究与探索,2003,22(1):25-30.

2017-04-03

徐 粉(1984-)，女，讲师，从事有机化学教学及有机化学实验教学工作，电话：0371-86609676，E-mail：yuweimeng226@163.com；联系人：尹志刚(1965-)，男，教授，博士，从事环保染料及功能性有机中间体的合成与应用工作，电话：0371-86609676。

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