以培养学生自主学习能力为目标的有机化学教学模式探索

曾 敬, 康艳红, 田 鹏, 苏桂田

(沈阳师范大学 化学化工学院, 沈阳 110034)

以培养学生自主学习能力为目标的有机化学教学模式探索

曾 敬, 康艳红, 田 鹏, 苏桂田

(沈阳师范大学 化学化工学院, 沈阳 110034)

为了适应目前创新教育的要求,以有机化学教学为例,进行了积极地尝试和探索。首先,从改革教学理念着手,改变传统的灌输式教学模式,多抛出生活实例,使抽象的知识点具体化为与实际生活的联系及对问题的解决,使学生自觉地积极参与到对知识的探索中来。其次,在教学方法上探索了反向分析法、形象比喻法、阶段总结法及互动教学法,多方面、多层次地提高学生的自主学习能力。另外,教学手段也多样化,多媒体、动画、网络教学平台等灵活运用,避免教学中可能出现的枯燥,并开阔学生的视野。以上教学改革取得了显著的教学效果,学生的自主学习能力明显提高,创新意识明显增强,为发展学生的创新等多种能力奠定了基础。

自主学习能力; 有机化学; 教学理念; 教学方法; 教学手段

有机化学是理工科化学类专业的四大必修课之一,是与数学、物理学和生物学等相互交叉和渗透的学科。以有机化学为基础的石油化工、医药、涂料、合成材料、功能材料等部门已成为国民经济的支柱产业。有机化学在解决人类与自然和谐发展中所遇到的重大问题,如能源问题、环境问题等正发挥着越来越重要的作用[1]。有机化学内容丰富且发展迅速,化合物种类繁多,结构复杂,反应机理抽象[2-3],学生在学习的过程中往往会产生畏难情绪[4-5],进而可能失去进一步学习和探究的兴趣。另一方面,有机化学在大学的开课时间比较靠前。在这一时期,学生进入大学的时间不长,还不太适应大学的教学方式和管理模式,自主学习能力和自我管理能力不强。这些都不利于对学生创新能力的培养,不利于顺利输出创新型人才。众所周知,自主学习是大学课程学习的特点,也是大学课程教学的目标[6]。学生只有具备了很强的自主学习能力,才能在大学汲取更多的养分,拓展更多的能力。因此,很多高校在如何提高学生的自主学习能力方面都进行了积极的探索和改革[7-9]。

在有机化学的教学中,笔者从改革教学理念、调整教学内容出发,探索了多种教学方法和教学手段,以有效提高学生的自主学习能力,进而培养学生的创新能力。

1 改革教学理念,激发学生的学习兴趣

现在有机化学教学大部分以传统教学方式为主,主要是讲授、练习、测试。教师重视理论讲解,忽视了学生对知识的理解内化[10]。因此,教师必须及时改变传统的教学理念,避免一味地知识灌输,及时激发学生的学习兴趣,才能进一步使学生产生自主学习的动力。

对于任何一门课程的学习,兴趣都是最好的导师。学习兴趣的来源之一是学习内容本身,另外一方面则很大程度上取决于教师的人格魅力。

在教学时,时时地将教学内容与实际生活紧密联系在一起,将理论教学内容与实验教学内容结合起来,让学生看得见,摸得着,感受到,有机化学与我们的日常生活,科学研究息息相关,从而充分激发学生的学习兴趣,进而产生自主学习的动力。如在讲授《有机化学》第一节课时,来认识有机化合物是什么。经过讨论发现,有机化合物存在于我们生活的各个角落,包括衣、食、住、行。人体所需的营养物质,包括糖类、脂肪、蛋白质及各种维生素都是有机化合物。人生病了,吃的各种西药,包括布洛芬、扑热息痛(有机合成实验产品)等,都是有机化合物(如图1所示)。很多小食品中含有的食品添加剂里,有很多有机化合物的身影,如阿斯巴甜。家里房子装修了,要通风一段时间,以免污染物残留。这里的污染物主要是苯和甲醛,也是有机化合物。化妆品里的很多成份,同样是有机化合物。这样,就将有机化学与我们的生活紧密联系起来,一下子就激发了学生的学习兴趣。

图1 部分西药的分子结构式Fig.1 The molecular structures ofsome western medicines

激发了学生的学习兴趣,还要使学生的学习兴趣保持下去,就要不断地把所学的知识与实际生活联系起来,使所学的内容能在生活中找到相应的对应物。如在讲烷烃时,适时地给同学们介绍,最简单的烷烃—甲烷,是沼气的主要组分,可做燃料使用。天然气和石油的主要成份也是饱和烃。在讲烯烃时,介绍异戊二烯的聚合产物可用于制作轮胎。在讲光学异构现象时,介绍光学对映体间极为重要的区别是,它们对生物体的作用不同,如布洛芬(芬必得的有效成分)中含有手性中心,有一对对映体,但只是S-异构体有镇痛作用。绝大多数氨基酸和糖类化合物都是有旋光性的,但人体所需要的只是对映异构体中的某一种,另一种对人一点营养价值都没有。而自然界存在的氨基酸和糖类也正好都是我们需要的这种构型的。这样,就会大大激发学生的学习兴趣,产生去探索更多新知识的欲望,进而自主去查阅相关资料,提高自主学习能力,发展创新能力。

要保持学生持续的学习兴趣,还要求教师具有高度的教学热情和一定的人格魅力。人的情绪是有感染力的,尤其在面对课堂上的学生时,教师的教学热情能极大的激发学生的学习热情,教师的人格魅力也极大地影响着学生人生观、价值观、学习观的形成。如在教学过程中,针对学生在实践过程中所反映出的一些问题,如废弃药品的处理问题,适时地予以引导和评价,从而使学生产生环保意识,增强社会责任感。

2 改革教学方法,引导学生掌握正确的学习方法

要培养学生的自主学习能力,首先必须引导学生掌握正确的学习方法。在教学过程中采取反向分析法、形象比喻法、阶段总结法及互动教学法引导学生如何针对不同的知识内容掌握正确的学习方法。

反向分析法是指在处理有机化合物的合成问题时,可以通过目标有机分子的结构信息,进行反向分析,直到获得唾手可得的起始原料的方法。在学习有机化学时,一些有机化合物的合成既目标有机分子的合成是其中的主要内容之一,也是学生们学习的难点之一。学生们在面对目标有机分子的合成类题目时,往往显得束手无策,想到什么写什么,欠缺条理性及合理性。通过反向分析法,则使学生们能够有效地解决目标有机分子的合成路线设计问题。

如,在讲《卤代烃》这一章的格氏试剂的应用时,要求以苯为主要原料,设计2-苯基乙醇的合成路线,即:

常荆夫，小学赶上非典，初中赶上禽流感与武汉中考改革，高中遇上甲流，大学遇上2012的一辈人。喜爱文学，本科语言学专业，贯彻维特根斯坦初期的几条原则，对于不可言说之物沉默相待，对于可以被言说的一切尝试着更加文学和清晰的言说。

在进行反向分析时,首先要做的是:比较目标分子与原料的结构差异,包括官能团和分子骨架。在这个例子中,目标分子是伯醇,并且碳数增加2个。通过这些信息可以很容易联想到格氏试剂与环氧乙烷的反应。接下来要考虑的是,怎么将苯转变为苯基格氏试剂。而要形成格式试剂,首先得有卤代烃。那就涉及到苯如何转变为卤苯的问题。这样分析下来,整个合成路线也就明晰了。具体合成路线如下:

在反复地练习过程中,学生们逐渐地学会在面对一个目标分子的合成时,一步步抽丝剥茧,设计分析出合理的合成路线。在这个过程中,学生们不但锻炼了逆向思维,同时,还要熟练地运用所学的有机反应,起到巩固所学知识点的作用。

形象比喻法是指在处理一些复杂而抽象的知识点时,通过一些简单形象的比喻,使复杂的问题简单化,使抽象的问题形象化,从而更易于理解有关知识点的方法。在有机化学的教学过程中,有些知识点复杂而抽象,学生往往难以理解。对这些复杂而抽象的知识点通过形象生动的比喻贴切地反映出来,则达到了非常好的教学效果。如在讲授有机化合物中C原子的杂化形态时,将C原子的各个轨道比喻成几团彩泥,C原子的不同杂化形式就是彩泥的重新组合及再分配过程,学生们就非常容易理解了。又如,将电子离域体系中相互平行的p轨道比喻成几个打通了墙壁的房间,电子的运动范围不再局限在某个固定的范围,而是可以扩大到这几个打通了墙壁的多个房间。这样一讲,学生们对复杂的电子离域体系的理解就一下子豁然开朗了。再如,在讲授空间位阻及有关结构中原子或基团之间的排斥力时,形象地把小的原子或基团称之为瘦子,大的原子或基团称之为胖子。胖子和胖子在一起,空间拥挤,不利于有关反应的发生及相关结构的稳定。通过种种类似的生动有趣的比喻使复杂的知识内容简单化了,使抽象的理论形象化了,非常便于学生们掌握。

阶段总结法是指对每一阶段所学的内容适时地进行归纳总结。善于学习的人往往都是善于总结的人。对每一阶段所学的内容进行归纳总结是非常重要地学习方法。这样便于学生对所学知识点的把握,从而做到思路清晰,思维敏捷,提高解决问题的能力。因此,在每一章讲完后,都要求学生对所学知识点进行归纳总结,找出自己认为的重点和难点,然后再与老师所归纳的知识点进行对照,看看在哪些方面存在差异,找出自己的不足。

如在学习完芳香烃时,做了如下总结:

1) 芳香性判据

2) 苯的结构及命名

3) 苯环上的亲电取代反应

① 卤代反应;②硝化;③磺化及氯磺化;④烷基化和酰基化;⑤氯甲基化反应

4) 定位规律:

① 邻对位定位基和间位定位基及其定位强度次序;②二元取代苯的定位规律;③ 芳烃侧链上的反应:α-卤代反应;氧化反应

5) 萘的亲电取代反应及反应规律

在这个过程中,学生不但不同程度地把所学的知识内化为自己的东西,还逐渐养成了归纳和阶段总结的习惯,自主学习能力得到了很大的提高。同时这些好的高效的学习方法对他们以后的人生也会受益无穷。

互动学习法在提高学生的自主学习能力方面也是十分必要的。任何知识的学习都是在不断地答疑解惑中进行的。学生们如果不能在学习过程中提出种种问题,那肯定没有走心,也就是老师说什么,学生就接纳什么。这样的被动学习方式是不可能有利于学生自主学习能力的提高的。为此,在教学过程中采取多项措施鼓励学生积极进行思考,课堂上及下课后都给学生们宽裕的提问时间,对学生们提出的问题及时进行解答。针对不同的问题,在课堂上设置互动环节,开拓思路,找到解决问题的办法。这些措施对提高学生的自主学习能力有很大的促进作用。

3 改革教学手段,拓展学生的知识视野

通过多媒体课件、动画、网络教学平台等资源最大程度地避免传统教学模式的弊端,扩大学生对该门课程所接收的信息量,做到轻松学习、灵活运用。

传统的理科课堂教学都是教师在黑板上边写边讲,学生在下面边记边听。这样的课堂教学存在很大的局限性。一方面,教师要占用很大的时间来书写板书,用板书演算、演示,这样就相当于在很大程度上压缩了教师讲授的时间,所传播的信息量也变得有限。这也是为什么教师在课堂中很卖力地讲,还总觉得学时不够的原因之一。而且一些知识内容的演示是板书无法做到的,有时需要运用一些动画。另一方面,学生要花费很大的精力来记笔记,也影响了课堂上接收知识内容的效果,限制了学生思考的空间,这样也就使学生对知识的掌握缺乏灵活性,运用能力较差。应用现代化教学手段就可以避免上述局限,如多媒体的运用。多媒体的运用,大大节省了课堂上板书的时间,可以在短时间内传播大量的信息。利用网络教学综合平台,学生可以随时下载相关的课件及有关课程的资料信息(如图2所示),而不是在课堂上只顾着记笔记。但多媒体的运用,也有一些弊端,就是学生跟不上课件展示的节奏。有时,一张幻灯片出来,里面可能同时包含很多内容,学生一时不知该怎样接受,就可能产生视觉和思维上的混乱,影响教学效果。这就要求教师在做课件时,要尽量做到与板书同步的效果,要做细做精,讲到哪里,内容就出现到哪里,而不是一下子出现很多内容。

图2 网络教学综合平台的相关资料页面Fig.2 Theone page of related data on comprehensive internet teaching platform

对于《有机化学》来说,常常涉及到一些反应的机理。这是一种非常抽象的微观世界的理论,单靠板书课件的演示,是很难说清楚的。通过动画,就可以很生动地把相关的反应机理展示出来,学生非常易于理解和接受。还有在教学中,常常需要对一些实验现象进行描述。通过语言对实验现象进行描述往往是很苍白的,缺乏说服力,学生的印象也不深刻。如果这些实验现象能够通过动画展示出来,那么学生的印象往往是深刻而生动的。图3为卤代烃SN2反应机理的动画视频截图。

(a)—初始态; (b)—中间态; (c)完成态。图3 卤代烃SN2反应机理的动画视频截图Fig.3 The animated video screenshot of SN2 mechanism of halohydrocarbon

对于任何一门课程,教师要传播的知识量往往不只局限于课堂上的45分钟,还有很多内容是需要课外延伸和拓展的。网络教学综合平台就是师生互动的最好平台。在这里,教师可以把有关这门课程的课件、动画、习题解答、相关阅读资料、参考书目、网络资源等提供出来,学生有什么问题也可以随时提出来,而不是等上课时再找老师解答。这样就大大开阔了学生的视野,调动了学生的学习兴趣,从而产生探索新知识、新领域的动力[11]。

4 结 语

通过改革教学理念,运用反向分析法、形象比喻法、阶段总结法及互动教学法等多种教学方法和多媒体、动画、网络教学平台等多种教学手段,极大地调动了学生的学习热情,提高了学生的自主学习能力,激发了学生的创新意识,取得了很好的教学效果。学生们上课情绪饱满、几乎从不迟到缺课,课堂上注意力集中,勇于提出问题,课堂互动良好,课后作业完成及时,成绩相对往年有较大幅度提高。据统计,沈阳师范大学化学化工学院《有机化学1》的平均成绩在2012—2013学年和2013—2014学年分别为62.0和61.2,而到2015—2016学年,平均成绩已提高到72.9。另外,不及格率明显下降,2012—2013学年,《有机化学1》的不及格率为15.3%,至2015—2016学年,不及格率已降至8.7%。学生们对本门课程的教学反馈非常好,课堂生动、饱满,信息量大,重点难点突出,教学方法易于接受,教学手段丰富先进,知识体系线路清晰。今后,我们会进一步探索有效的教学方式和教学手段,加强教学改革,以全面提高学生的自主学习能力,为发展学生的创新能力打好基础。

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Studyonteachingmodeloforganicchemistrytodevelopstudents’self-studyability

ZENGJing,KANGYanhong,TIANPeng,SUGuitian

(College of Chemistry and Chemical Engineering, Shenyang Normal University, Shenyang 110034, China)

To solve this problem, some effort was done in organic chemistry teaching. First, by the traditional teaching concept needs to be reformed. Instead of the abstract knowledge points, some of active living examples were offered to students to understand the difficult abstract knowledge points, and encourage students to take part in the teaching activity in exploration the new knowledge. Secondly, the teaching methods including reverse thinking, vivid metaphor, stage-summary and interactive communication were explored to realize the various and multilevel enhancement of the students’ autonomous learning ability. In addition, by flexibly using multiple teaching means in the teaching program such as multimedia, animation and network platform, the students are active in the class teaching instead of boring, and open their eyes to the new world of organic chemistry. In this way, The teaching program was successful in improving significantly the self learning ability and the innovative ideology and developing the various ability of students.

autonomous learning ability; organic chemistry; teaching idea; teaching methods; teaching means

2017-04-28。

辽宁省教育厅科学研究一般项目(L201602)。

曾 敬(1974-),女,辽宁沈阳人,沈阳师范大学副教授,博士。

1673-5862(2017)04-0503-05

G642.0

A

10.3969/ j.issn.1673-5862.2017.04.024