基于科研思维培养的有机化学实验教学改革与实践
朱晓波 李望
摘 要：有机化学实验作为化工专业教育的必修课程，在培养学生的基本操作技能和科研思维能力方面有着极其重要的作用。本文从教学内容编排、教学模式的转变、教学方法及实验考试考核办法等方面，总结了有机化学实验教学改革的一些经验。为建立以培养学生创新科研思维综合能力为核心的有机化学教学模式提供借鉴。
关键词：有机化学实验;教学改革;创新能力
一、绪论
有机化学实验是化学工程与工艺专业学生必修的一门重要的基础实验课，是有机化学理论课程的有效辅助和补充。作为一门独立开设的课程，有机化学实验课具有与理论课同等重要的地位。其教学的目的不仅是让学生对有机化学的理论知识有更直观的认识和理解。更重要的是培养和训练学生的动手能力，掌握有机化学实验的基本操作，学会观察实验现象、分析实验数据，培养科研创新思维[1]。
随着对科研人才培养的迫切需要，高校教育教学改革不断发展[1]。目前我院化工专业的有机化学实验课教学存在不足，如教学过程程式化，学生在实验操作中“依葫芦画瓢”，按部就班不动脑，实验反应过程中不观察实验现象，只想快速完成实验任务了事[1-2]。导致实验过程枯燥，降低学生学习热情，同时课后实验报告千篇一律，实验考核成绩量化困难。因此，为进一步提高学生实践能力，达到培养具有科研思维能力人才的教学目标，全面提高学生综合素质，有必要对本专业有机化学实验教学进行改革。本文从总结目前教学中存在的问题出发，针对实验内容设置、教学方法及教学环节等方面，提出了几点教学模式改革的意见和建议。
二、合理整合实验教学内容，提升学生基本技能和创新能力
针对化工专业特点，基于应用型人才综合素质培养目标，对有机化学实验教学内容进行合理整合和优化。有机化学实验的主要内容包括：性质实验、分离和鉴定实验、化合物合成实验和提取实验[2]。按照实验类型可分为：基本操作、基础实验、综合型实验、设计创新型实验。可供选择的实验项目20项，其中选取的实验类型比例可按照基本操作和基础实验3—4项，基础合成实验2—3项，综合合成或提取实验5—6项，创新设计型实验1—2项。教师着重训练学生的基本操作及合成、提取实验基本技能，增设创新设计型实验，提高学生学习热情，培养科研创新思维。
对部分实验内容进行了重新编排，将部分性质实验与合成实验相结合，如：1-溴丁烷的合成实验，可以将卤代烷烃的折光率性质测试实验融入其中;将合成、提取实验与物质表征鉴定实验相结合，如在乙酸乙酯的合成实验，可将产物进行气相色谱分析表征实验融入。帮助学生将所学知识联系起来，有助于学生日后系统科研的开展。
（一）精选基本实验内容，注重基本操作技能训练
基本操作技能和实验技术的培养是有机化学实验教学的基础，单元操作有助于培养学生养成良好的实验操作习惯，提高学生精细化操作规范性[3]。将重结晶实验、蒸馏实验、萃取实验和色谱实验等基本单元操作内容进行单独训练非常必要[4]。以往将基本操作合并在合成及提取实验中一起训练的做法效果不好，合成及提取实验流程长，设计内容多，综合性强，学生不熟悉基本操作情况下，实验过程匆忙，不利于学生养成良好操作规范和科研习惯。因此，必须注重实验基本操作，让学生熟练掌握有机化学实验最基本、最重要的内容，练好基本功，养成严谨、细致、规范化的操作习惯，才能以此为基础培养出科研创新型人才。
（二）开设创新设计型实验，培养学生系统科研思维
学生通过基本操作熟练有机化学实验基本技能，通过基础及综合合成、提取实验的锻炼，大部分学生基本具备独立完成实验操作及数据分析能力，综合实验能力有效提升。此时，教师给出实验课题，学生进行自主设计。如乙酸乙酯的制备实验，目前国内外主要的生产工艺方法有4种，要求学生自己查找文献资料，制定实验方案。鼓励学生选用不同的合成工艺路线，自己选择合适的实验装置，拟定药剂配比、反应温度及时间等实验参数条件。实验结束后，组织选用不同工艺路线的同学对所得的实验结果进行讨论，分析实验数据，总结各自合成方法的优缺点。通过开设自主设计型实验，巩固了有机化学理论教学知识点，学生独立思考、分析问题和解决问题综合素质全面提升，为后续从事科研实验研究打下基础。
三、改革传统实验教学方法，注重学生为主，教师为辅
（一）结合多媒体网络授课，提高实验演示效率
传统有机化学实验教学中，教学模式比较单一，一直是先由教师讲解实验的目的意义、实验原理和注意事项，动手演示实验操作。学生人数较多时，总会出现有同学距离教师比较远，无法近距离听讲解，学习实验操作的情况，抑制了学生学习热情。随着近年来网络多媒体技术的发展，将网络教学平台应用到有机化学实验的教学中，对于一些精細操作的实验项目，可以在课前安排学生在网络教学平台上进行虚拟仿真实验操作，让学生系统化认识整个实验内容;对于简单操作实验，可以将实验操作制作成小视频，建立有机化学实验课程讨论QQ群，在课前分享视频给学生观看，学生学习有新鲜感，既节省教师讲解时间，同时又保证每个同学都能学习到规范的操作流程，提高教学效果。
（二）转变实验教学模式，引导学生“反客为主”
传统的实验教学模式主要以教师单方面的讲解为主，学生在多数情况下就像“听众”一样处于被动接受的状态，使得学生在实验预习中流于形式，只是照抄实验步骤和实验内容，限制了学生积极主动思考的空间，不利于学生创新思维的发展，影响课学生综合实验能力的培养[5]。因此，需要对有机化学实验教学方法进行改革，让学生能够真正在实验技能上有所提高。
首先，在实验预习阶段，对于非设计型实验，应组织学生和教师一同参与实验课的准备，包括安装实验仪器、准备实验药剂和维护教学仪器等工作，引导学生思考各类仪器的特点，教师可以适时提问启发学生思维，思考为什么本次实验需要用该仪器，别的仪器是否也可以替代？比如实验采用微波加热方式和磁力搅拌加热方式各有什么优缺点。学生带着问题书写预习报告，可以激励学生主动查找相关理论知识，能够有效加深学生对知识点的印象。
其次，在有机化学实验教学中，适当转换角色，让学生讲，教师听。每学期教师可以挑选1—2个基础性实验项目，要求学生查阅资料，做实验课前准备，并进行课堂讲解和示范。讲解过后，其他学生和教师均可以提出相关问题，讲解的学生进行回答，教师从旁辅助补充。通过引导学生“反客为主”的教学方法，给学生适当的压力，可以帮助学生变被动为主动，有助于锻炼学生胆量，不仅培养了学生归纳总结能力，还能让学生加深对实验项目的总体认识。
最后，鼓励学生在实验过程结束后主动提出问题进行分组讨论。比如，（1）对于可采用多种方法合成的有机化学反应，组织学生对实验步骤和实验方法进行讨论，通过对比不同实验方法和工艺手段，有利于学生工程应用思维的培养;（2）对于存在副反应的有机化学反应过程，组织学生进行实验原理部分的讨论，帮助学生理论联系实践，弄清反应机理;（3）对于实验过程中的“反常”的实验现象，可开展实验关键步骤和注意事项的讨论，帮助学生总结实验经验教训，为其他同学提供学习参考。
四、改革实验考核方法，实现综合公平评定学生成绩
有机化学实验教学同时注重学生对理论知识的掌握和实验操作技能的培养，综合公平的实验考核方法，让学生将学习过程分散到平时实验的点点滴滴当中，起到对学习过程的督促作用。为此，笔者参考了相关专业高校的评分方法[5]，结合化工专业特点，采用平时考核、自主设计实验考核和期末考核相结合的一套综合成绩评定方法。平时考核包括：（1）实验预习（占总成绩10%），主要考查学生预习报告撰写规范，实验原理，实验步骤，药剂物理参数掌握情况，以及课前准备和实验讨论表现。（2）实验操作（20%），主要考查学生实验操作熟练程度，实验仪器安装是否准确，实验操作是否规范。（3）实验报告（10%），主要考查学生实验现象记录是否细致、真实、及时，实验数据处理准确，分析是否合理，思考题是否解答准确。自主设计实验考核（20%），主要考查学生文献查阅数量，实验方案设计及实验操作完成情况，数据分析报告是否准确。期末考核包括：（1）操作考试（20%），教师设定几个实验题目，学生抽签进行现场操作，主要考查学生基本技能操作的掌握情况。（2）理论考试（20%），主要考查学生对实验现象的理解，以及对实验注意事项的掌握情况[5]。通过考核方法的改革，让学生将实验课的学习真正体现在对平时学习的点滴积累当中，起到了对学生真實学习情况的检验作用。
五、结语
通过合理整合有机化学实验教学内容，加大自主设计型实验项目和改革课堂教学方法，调动了学生的学习热情，学生在学习有机化学实验课程时表现得积极主动，兴趣浓厚。新的教学方法的实施，取得了初步成效，学生的实验操作技能明显提高，实验现象观察能力、实验数据分析能力及科研创新思维能力增强。有机化学实验课程着重培养学生实践能力，在日后的教学过程中，我们还有很多问题需要不断地探索和思考，为更有效地提高学生基本操作技能和科研思维能力不懈努力。
参考文献：
[1]黄小梅.基于创新创业型人才培养的有机化学实验教学改革[J].四川文理学院学报，2016，26（05）：128-131.
[2]苗涛.高校有机化学实验教学改革与探索[J].赤峰学院学报（自然科学版），2016，32（02）：12-14.
[3]钟伟强，梁向晖，毛秋平.本科生有机化学实验教学改革探索[J].广东化工，2015，42（04）：125-126.
[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（01）：98-100.
[5]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）：115-118.
