楊玉峰

(河南財(cái)政金融學(xué)院 環(huán)境經(jīng)濟(jì)學(xué)院，河南 鄭州 450046)

河南財(cái)政金融學(xué)院的前身是河南教育學(xué)院和河南財(cái)政稅務(wù)高等?？茖W(xué)校。兩校融合前，河南教育學(xué)院化學(xué)系化學(xué)專業(yè)以化學(xué)教育為主，人才培養(yǎng)目標(biāo)是合格的中學(xué)化學(xué)教師。兩校合并后人才培養(yǎng)目標(biāo)是具備生態(tài)文明理念，創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)精神和實(shí)踐能力，系統(tǒng)掌握環(huán)境科學(xué)的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和基本技能，能在水環(huán)境保護(hù)、水體污染預(yù)防控制、監(jiān)督管理及相關(guān)環(huán)保產(chǎn)業(yè)等領(lǐng)域從事分析、監(jiān)測(cè)、污染防控、影響評(píng)價(jià)、環(huán)境管理等工作的高素質(zhì)復(fù)合型應(yīng)用人才。長(zhǎng)期進(jìn)行高等師范教育的河南教育學(xué)院，教學(xué)體系是圍繞知識(shí)傳授建立起來的知識(shí)教學(xué)體系[1-2]，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容存在以下問題：過分強(qiáng)調(diào)學(xué)科的結(jié)構(gòu)；一直沿用的是驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、基本操作實(shí)驗(yàn)以及合成實(shí)驗(yàn)三模塊[3]；既缺少最新的知識(shí)應(yīng)用，也沒有對(duì)陳舊知識(shí)的更替，更沒有對(duì)各種問題的批判性思考，還存在對(duì)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ε囵B(yǎng)不夠，對(duì)學(xué)生環(huán)保意識(shí)的培養(yǎng)和教育不足等問題。我們對(duì)原實(shí)驗(yàn)教材教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了整合、優(yōu)化、刪減、補(bǔ)充。挑選一些與人們生活密切相關(guān)、有重要影響的有機(jī)化合物，從科學(xué)性、環(huán)保性、應(yīng)用性、可行性等方面優(yōu)化其合成路線，以該類有機(jī)物合成為主線，以合成過程中分離和產(chǎn)品表征為基本內(nèi)容，形成以合成實(shí)驗(yàn)為載體，融合各種基本操作及物性常數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)的課程內(nèi)容模式。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容劃分為兩個(gè)層次：一是基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，二是綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)[4-8]?；A(chǔ)實(shí)驗(yàn)占課時(shí)量的五分之二，綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)占課時(shí)量的五分之三，這極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性和主動(dòng)性，有利于應(yīng)用型和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。

1 操作性實(shí)驗(yàn)、物性常數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)融合于合成實(shí)驗(yàn)中

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課，由化學(xué)專業(yè)的必修課到轉(zhuǎn)制后的環(huán)境專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，實(shí)驗(yàn)課時(shí)從64學(xué)時(shí)降到32學(xué)時(shí)，學(xué)時(shí)整整縮短了一半。如仍按照轉(zhuǎn)制前，單獨(dú)開設(shè)操作性實(shí)驗(yàn)和物性常數(shù)測(cè)定實(shí)驗(yàn)，受學(xué)時(shí)限制，將無(wú)法在規(guī)定時(shí)間內(nèi)完成整個(gè)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的教學(xué)內(nèi)容，更無(wú)法保證教學(xué)的質(zhì)量。面對(duì)這一現(xiàn)實(shí)問題，我們從環(huán)境專業(yè)人才培養(yǎng)方案要求出發(fā)，制定新的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)大綱和課程目標(biāo)，以學(xué)生為本，確定教學(xué)內(nèi)容。將一些基本操作實(shí)驗(yàn)和化合物重要物性常數(shù)的表征實(shí)驗(yàn)，例如蒸餾、分餾、重結(jié)晶、萃取等以及熔點(diǎn)、沸點(diǎn)、折光率、比旋光度等實(shí)驗(yàn)融合在某些合成實(shí)驗(yàn)中。合成實(shí)驗(yàn)，即先合成成品，再對(duì)產(chǎn)品表征的一些物性常數(shù)進(jìn)行測(cè)定。從而打破了學(xué)生被動(dòng)地做實(shí)驗(yàn)，解決了怎樣測(cè)和為什么測(cè)，目的更加明確，學(xué)生有巨大的成就感，實(shí)驗(yàn)熱情高。合成的實(shí)驗(yàn)不僅有助于培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用理論知識(shí)綜合分析和解決問題能力，而且有助于提高學(xué)生基本操作能力。有機(jī)合成往往步驟多，一個(gè)合成實(shí)驗(yàn)就可以學(xué)習(xí)到有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的多個(gè)基本操作，例如乙酰苯胺的制備實(shí)驗(yàn)，就涉及回流、蒸餾、分餾、重結(jié)晶等基本操作。

2 適當(dāng)安排一些多步驟連續(xù)合成實(shí)驗(yàn)

原料分子轉(zhuǎn)化為目標(biāo)分子的過程往往經(jīng)歷了多步驟反應(yīng)，多步驟連續(xù)合成實(shí)驗(yàn)，涉及的反應(yīng)多、裝置多、操作多，這對(duì)于提高學(xué)生綜合運(yùn)用基礎(chǔ)知識(shí)、基本技能解決實(shí)際問題能力大有益處。多步驟連續(xù)合成實(shí)驗(yàn)，每一步驟反應(yīng)的產(chǎn)品又是下一步驟反應(yīng)的原料，可以降低實(shí)驗(yàn)試劑的消耗，節(jié)約實(shí)驗(yàn)的成本；同時(shí)對(duì)學(xué)生提出了更高的要求，操作時(shí)必須嚴(yán)肅認(rèn)真，既要保證產(chǎn)品的質(zhì)量, 又要保證產(chǎn)品的數(shù)量，在實(shí)驗(yàn)中培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和堅(jiān)韌不拔的意志品質(zhì)。如由環(huán)己酮制備2-乙?；h(huán)己酮合成實(shí)驗(yàn)，涉及羰基化合物與氨基化合物的親核加成反應(yīng)和烯胺與酰氯的酰化反應(yīng)等合成步驟；實(shí)驗(yàn)操作涉及回流反應(yīng)、減壓蒸餾、普通蒸餾以及電動(dòng)攪拌器、分水器的使用；第一步驟的產(chǎn)品烯胺又是下一步驟合成2-乙?；h(huán)己酮反應(yīng)的原料。

3 改進(jìn)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

經(jīng)典的有機(jī)化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)，在有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)中發(fā)揮了重要的作用，但隨著有機(jī)化學(xué)理論和實(shí)驗(yàn)技術(shù)發(fā)展，過去一些經(jīng)典的有機(jī)化學(xué)合成實(shí)驗(yàn)迫切需要改進(jìn)。例如乙酰乙酸乙酯的制備是有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的一個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，教材內(nèi)容所述的方法，主要存在下列問題[9]：①收率低，一般只能獲得20%～30%(以鈉計(jì))的產(chǎn)率；②縮合反應(yīng)的溫度不易控制；③制鈉珠的操作暗藏巨大的安全隱患；④產(chǎn)品的沸點(diǎn)比標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)低,且沸程寬。針對(duì)上述問題，我們對(duì)乙酰乙酸乙酯的制備進(jìn)行了如下改進(jìn)：①提高鈉與乙酸乙酯的摩爾比；②回流下加入細(xì)砂和磁力攪拌制鈉珠；③縮合反應(yīng)過程加入環(huán)己烷；④分餾提純產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)證明，在適宜的反應(yīng)條件下，可得無(wú)色的乙酰乙酸乙酯，餾程179.5～181.5 ℃，收率達(dá)70%以上。

4 突出應(yīng)用性、實(shí)用性

選擇與生活息息相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生感受科學(xué)對(duì)生活的影響，改變學(xué)習(xí)無(wú)用論的觀念。如乙酰水楊酸的合成，是利用干燥的水楊酸和新蒸餾過的乙酸酐為原料, 在濃硫酸催化下,在一定的溫度下反應(yīng), 制出乙酰水楊酸粗產(chǎn)品；再用乙醇—水進(jìn)行重結(jié)晶, 得到純產(chǎn)品。乙酰水楊酸俗稱阿司匹林是常用的止痛解熱藥。早在18 世紀(jì)，人們就從柳樹皮中提取了水楊酸，并注意到它可以作為止痛、退熱和抗炎藥，不過對(duì)腸胃的刺激性大。19世紀(jì)，人們終于合成出可以替代乙酞水楊酸的有效藥物——乙酰水楊酸。直到現(xiàn)在，阿司匹林仍是廣泛使用的具有解熱鎮(zhèn)痛的治療藥物，并發(fā)現(xiàn)它有抑制誘發(fā)心臟病，防止血栓癥和中風(fēng)等新的功能，其醫(yī)學(xué)價(jià)值似乎還未窮盡。這一合成藥物的實(shí)驗(yàn), 顯示出合成有機(jī)化學(xué)的威力, 體現(xiàn)了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)基本技能和技術(shù)的重要作用。

5 方法和手段前沿化

當(dāng)代科學(xué)技術(shù)日新月異向前發(fā)展，有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)研究成果層出不窮，極大豐富了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容中滲入科研新觀點(diǎn)，展示相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的新動(dòng)態(tài)，以擴(kuò)充學(xué)生的知識(shí)面，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)的魅力和重要性。例如，苯甲酸芐酯的合成實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)合成方法是以濃硫酸為催化劑苯甲酸與苯甲醇酯化反應(yīng)，酯化反應(yīng)溫度高，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，產(chǎn)品收率低。現(xiàn)代微波技術(shù)，以其加熱快、溫度均勻、效率高、選擇性好、安全系數(shù)高、操作方便等特點(diǎn)，應(yīng)用于該酯化反應(yīng)，反應(yīng)速度快、收率高，反應(yīng)速率比常規(guī)加熱方式高出數(shù)十倍，大大縮短了反應(yīng)時(shí)間，具有高效節(jié)能的特點(diǎn)，且對(duì)環(huán)境污染少[10]，極大地開闊了學(xué)生的學(xué)術(shù)視野。培養(yǎng)探究意識(shí)、創(chuàng)新及創(chuàng)業(yè)意識(shí)，是實(shí)現(xiàn)學(xué)校轉(zhuǎn)型發(fā)展中應(yīng)用型人才培養(yǎng)目標(biāo)的重要途徑。

6 實(shí)驗(yàn)綠色化

綠色環(huán)保是環(huán)境專業(yè)對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的重要要求之一。①應(yīng)刪除傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教材上一些毒性大、易污染環(huán)境的實(shí)驗(yàn),例如溴乙烷的制備實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)副反應(yīng)產(chǎn)生毒性極強(qiáng)的溴，同時(shí)，溴乙烷沸點(diǎn)低，極易揮發(fā)造成對(duì)自然環(huán)境的破壞。②在實(shí)驗(yàn)時(shí)，盡可能地使用天然有機(jī)物為原料。例如“從茶葉中提取咖啡因”“從辣椒中提取紅色素”。③重視回收利用實(shí)驗(yàn)室的三廢。例如2-乙?；h(huán)己酮合成實(shí)驗(yàn)，帶水劑甲苯回流脫水結(jié)束后，應(yīng)回收和循環(huán)使用，以減少污染。④萃取劑、溶劑應(yīng)回收循環(huán)使用。例如“從茶葉中提取咖啡因”的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，會(huì)用到大量的乙醇作為萃取劑，收集回收使用過的乙醇，可用于下一組實(shí)驗(yàn)，循環(huán)利用，既節(jié)約了實(shí)驗(yàn)成本，又減輕了對(duì)環(huán)境的污染。⑤因原料、試劑、催化劑或相應(yīng)方法導(dǎo)致合成實(shí)驗(yàn)的污染，實(shí)驗(yàn)中更換原料、溶劑、試劑、催化劑等，從源頭上實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)綠色化。例如“己二酸的制備”實(shí)驗(yàn)，傳統(tǒng)方法中用濃HNO3作氧化劑，會(huì)產(chǎn)生有毒的氮氧化物氣體，改用Na2CO3/KMnO4作為氧化劑，沒有毒氣體的排放，反應(yīng)溫和，后期處理簡(jiǎn)單，產(chǎn)率較高。

7 結(jié)論

1)改革后的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，逐漸培養(yǎng)其學(xué)科素養(yǎng)、綠色素養(yǎng)和安全素養(yǎng);

2)綜合性實(shí)驗(yàn)，通過查閱文獻(xiàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)儀器和試劑、獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題，進(jìn)一步鞏固了專業(yè)所需的基礎(chǔ)理論、基本知識(shí)和技能，充分發(fā)揮了學(xué)生的積極性和創(chuàng)造性，培養(yǎng)了創(chuàng)新意識(shí)和科研精神。