王麗輝 徐 玲 段莉梅 白鎖柱

內(nèi)蒙古民族大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 內(nèi)蒙古通遼 028043

近年來，全球性的金融危機(jī)導(dǎo)致國(guó)內(nèi)的就業(yè)形勢(shì)越來越嚴(yán)峻，用人單位對(duì)大學(xué)生的要求也從過去的“看成績(jī)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤爸丶寄堋盵1]，高校開始加大實(shí)驗(yàn)教學(xué)在教學(xué)活動(dòng)中所占的比重?；瘜W(xué)本身就是一門實(shí)驗(yàn)性學(xué)科，如何有效地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，讓學(xué)校培養(yǎng)的學(xué)生滿足社會(huì)的需求，是當(dāng)今開設(shè)化學(xué)專業(yè)的高校急需解決的問題[2]。現(xiàn)今，化學(xué)院系中有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的開設(shè)主要是為了配合有機(jī)化學(xué)理論課的需求[3]，希望通過有機(jī)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)理解和感受有機(jī)化學(xué)理論課中的概念和現(xiàn)象，鞏固所學(xué)知識(shí)。然而，在實(shí)際教學(xué)過程中，對(duì)于很多理論知識(shí)，學(xué)生在理論課教學(xué)過程中已經(jīng)掌握，如果實(shí)驗(yàn)教學(xué)僅僅單純地重復(fù)理論課的內(nèi)容，會(huì)使學(xué)生感覺枯燥、乏味，很難激發(fā)他們的學(xué)習(xí)興趣。針對(duì)這種情況，很多高校積極開展有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和探索，希望有機(jī)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)在完成其傳統(tǒng)任務(wù)的同時(shí)，能夠培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，國(guó)家加大了對(duì)高?？蒲泄ぷ鞯馁Y金支持力度，高校的科研工作也取得了較為可觀的成果[4]。近幾年來，我國(guó)高?？蒲腥藛T的研究成果紛紛發(fā)表在國(guó)內(nèi)外著名期刊中。但是，身處高校的本科生對(duì)這些研究成果一無所知[5]，這主要是由于前沿成果在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中沒有體現(xiàn)出來，學(xué)生仍在重復(fù)最為原始的有機(jī)合成反應(yīng)。這種現(xiàn)象嚴(yán)重抑制了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情[6]。所以有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)與科研工作結(jié)合。通過實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅幫助學(xué)生理解和深化所學(xué)的理論知識(shí)，還應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生提出問題、分析問題和解決問題的能力。筆者對(duì)當(dāng)前有機(jī)化學(xué)教學(xué)中存在的問題進(jìn)行了分析，然后從實(shí)驗(yàn)選題、實(shí)驗(yàn)課程設(shè)置、教學(xué)手段和實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)等方面對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出了建議。

1 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中困擾師生的問題

改進(jìn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，首先要搞清教學(xué)活動(dòng)中兩個(gè)主體人群教師和學(xué)生所遇到的困擾。

1.1 教師的困擾

(1)有機(jī)化學(xué)教學(xué)中經(jīng)常出現(xiàn)這種現(xiàn)象，教師揮汗如雨地講解實(shí)驗(yàn)操作內(nèi)容，學(xué)生沒興趣聽。

(2)在實(shí)驗(yàn)操作過程中，學(xué)生不能做到帶著問題去做實(shí)驗(yàn)，主觀能動(dòng)性差。

1.2 學(xué)生的困擾

(1)有機(jī)課本中的實(shí)驗(yàn)課題很少涉及科技前沿問題，學(xué)生很難判斷所做實(shí)驗(yàn)是否具有應(yīng)用價(jià)值。

通過對(duì)學(xué)生的問卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)，60%的學(xué)生覺得有機(jī)化學(xué)課本中的實(shí)驗(yàn)課題過于陳舊，距離實(shí)際生活太過遙遠(yuǎn)，難以預(yù)見其應(yīng)用性。

(2)合成實(shí)驗(yàn)中缺少必要的檢驗(yàn)手段，學(xué)生很難知道實(shí)驗(yàn)是否成功，很難從實(shí)驗(yàn)中獲得成就感。

2 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革對(duì)策

2.1 高校教師應(yīng)整合自己的科研課題，將最基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)過程提煉出來

目前高校使用的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教材中實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)陳舊，嚴(yán)重脫離研究前沿[5]。不僅如此，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生合成的實(shí)驗(yàn)樣品無實(shí)際用處，還為廢棄藥品的處理增加了負(fù)擔(dān)。高校教師應(yīng)通過整合自己的實(shí)驗(yàn)課題，將一些基礎(chǔ)性的實(shí)驗(yàn)研究引入本科教學(xué)，既提高學(xué)生的積極性，又做到節(jié)約能源，避免浪費(fèi)。

2.2 實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置應(yīng)將合成過程和檢測(cè)手段并重

目前的教材，大多重點(diǎn)講解一個(gè)合成過程，而對(duì)于產(chǎn)物的樣品分析則較為輕視。但在實(shí)際工作和科研活動(dòng)中，樣品的分析與檢測(cè)是判斷實(shí)驗(yàn)工作是否具有意義的重要手段，所以在高校中更應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生使用分析儀器的技能。必要的檢測(cè)手段，一方面，使得學(xué)生明確所做實(shí)驗(yàn)的目的、意義和激發(fā)其實(shí)驗(yàn)的興趣，還能提高實(shí)驗(yàn)室中一些中小型儀器的利用率；另一方面，如核磁、質(zhì)譜儀、熔點(diǎn)分析儀、紫外—可見光譜分析儀、電化學(xué)測(cè)量等儀器的使用能加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解。筆者以所合成的有機(jī)小分子光電材料為例，概述以上儀器的使用對(duì)理論課學(xué)習(xí)的重要意義[6]。

2.2.1 核磁和氫譜可用于有機(jī)小分子結(jié)構(gòu)的確定

核磁氫譜和質(zhì)譜是有機(jī)合成中較為常用的結(jié)構(gòu)表征手段。在氫核磁的測(cè)量中，每個(gè)原子都有自己的化學(xué)位移值，可通過對(duì)氫原子化學(xué)位移的分析確定所合成的小分子的大致結(jié)構(gòu)。質(zhì)譜儀可用來測(cè)定所合成的樣品的分子離子峰，通過質(zhì)譜和氫核磁譜的綜合分析可以確定所合成樣品的結(jié)構(gòu)。學(xué)生通過對(duì)譜圖的解析會(huì)進(jìn)一步明確理論課中核磁和質(zhì)譜的理論知識(shí)。

2.2.2 紫外—可見光譜分析儀可用于合成樣品的光學(xué)性質(zhì)測(cè)量

紫外—可見光譜分析儀(如圖1所示)操作非常簡(jiǎn)單，將所要測(cè)量的樣品配成CHCl3的稀溶液，盛于樣品池中，另準(zhǔn)備一個(gè)空樣品池用作空白校正，其余操作過程按儀器所配備的軟件指示操作即可。有機(jī)小分子光電材料要求在可見光范圍內(nèi)有較好的吸收，通過紫外—可見光譜分析儀，可確定所合成材料的吸收范圍，一般要求在300～800 nm。通過這一測(cè)試不僅培養(yǎng)了學(xué)生的動(dòng)手能力，還讓學(xué)生直觀地感受了合成樣品特有的光吸收性質(zhì)(如圖1中右圖所示)。有機(jī)分子的光吸收是由電子的躍遷活動(dòng)引起的，含有苯環(huán)等芳香性基團(tuán)的有機(jī)小分子具有較好的光吸收性質(zhì)，使學(xué)生進(jìn)一步了解分子共軛體系中電子的躍遷情況。

圖1 紫外—可見光譜分析儀和所測(cè)分子的紫外吸收譜圖

2.2.3 CHI610D型電化學(xué)工作站可用于測(cè)定分子的前線軌道能級(jí)

可利用循環(huán)伏安法通過CHI610D型電化學(xué)工作站測(cè)試小分子的電化學(xué)性質(zhì)。筆者采用三電極體系，其中以玻碳電極作為工作電極，鉑絲電極為輔助電極，Ag/Ag+電極作為參比電極，實(shí)驗(yàn)在0.1 M四丁基四氟硼酸銨的無水二氯甲烷溶液中進(jìn)行，掃描速度為100 mV/s。該測(cè)試是利用電化學(xué)方法，通過材料的起始氧化—還原電位來測(cè)定材料的HOMO和LUMO能級(jí)，采用二茂鐵電對(duì)(Fc/Fc+)作為內(nèi)標(biāo)物。通過測(cè)試可得到圖2右圖中的氧化還原曲線，根據(jù)起始氧化還原峰位可計(jì)算出分子的HOMO(最高未占軌道)與LUMO(最高已占軌道)能級(jí)值。此性質(zhì)的測(cè)量使學(xué)生知道不同的有機(jī)分子有著不一樣的電子能級(jí)，進(jìn)一步了解分子軌道理論的意義。

圖2 CHI610D型電化學(xué)工作站照片和所測(cè)電化學(xué)能級(jí)圖

2.2.4 熔點(diǎn)分析儀的使用

熔點(diǎn)分析儀是用來測(cè)量物質(zhì)的熔點(diǎn)，其分為兩個(gè)構(gòu)成部分，一個(gè)為顯微鏡部分，另一個(gè)為加熱裝置。取少量樣品于顯微鏡的載玻片上，調(diào)好鏡頭的焦距使樣品清晰地呈現(xiàn)在鏡頭下，同時(shí)開啟加熱裝置，觀察樣品的溶解狀態(tài)，記錄樣品從開始溶解到完全溶解的溫度范圍，即為所測(cè)樣品的熔點(diǎn)。通過熔點(diǎn)測(cè)量可使學(xué)生知道不同的物質(zhì)具有不同的溶點(diǎn)，進(jìn)一步了解影響有機(jī)物熔點(diǎn)的因素。

2.3 在高校中開設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)課程

在學(xué)生掌握了一些基本實(shí)驗(yàn)技能之后，為了進(jìn)一步鍛煉學(xué)生的學(xué)習(xí)和工作能力，部分高校開設(shè)了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)這門課程。將對(duì)科研有興趣的學(xué)生分派到各個(gè)科研室，由教師根據(jù)學(xué)生自身的工作能力和學(xué)習(xí)程度分配科研任務(wù)，使其進(jìn)行一定程度上的獨(dú)立性研究，并開展階段性報(bào)告，使教師了解各個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)展和科研思路，便于在實(shí)驗(yàn)過程中做到因材施教。

2.4 將學(xué)生平時(shí)的實(shí)驗(yàn)課題與其畢業(yè)論文關(guān)聯(lián)起來

我們知道，本科生的畢業(yè)論文在其課程設(shè)置中占有一定的學(xué)分比例，很多學(xué)生也把畢業(yè)設(shè)計(jì)看成是對(duì)其四年大學(xué)生活的檢驗(yàn)手段，所以教師在平時(shí)的教學(xué)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)其感興趣和擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，避免學(xué)生在做畢業(yè)論文時(shí)盲目選題。

2.5 以工作總結(jié)的形式，代替實(shí)驗(yàn)報(bào)告

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常發(fā)生的現(xiàn)象是學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告千篇一律，且都是照搬教材中的實(shí)驗(yàn)操作過程，這種作業(yè)不僅不利于學(xué)生對(duì)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行鞏固，而且易于使學(xué)生喪失學(xué)習(xí)興趣。而每堂實(shí)驗(yàn)課后，讓學(xué)生簡(jiǎn)明扼要地總結(jié)一下這節(jié)課所學(xué)的內(nèi)容、遇到的問題，并設(shè)計(jì)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)方案等，更有利于提高學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)課的重視程度，培養(yǎng)其良好的科研品質(zhì)。

3 結(jié)束語

新形勢(shì)下，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)迫切需要改變傳統(tǒng)的教學(xué)方式，在本科生的教學(xué)活動(dòng)中引入現(xiàn)代科技前沿知識(shí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力和勇于探索的精神。

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