房芳，于月娜，王春燕，劉華偉

南方科技大學(xué)化學(xué)系，廣東 深圳 518055

教育部在關(guān)于一流本科課程建設(shè)的實(shí)施意見中指出“課程是人才培養(yǎng)的核心要素，課程質(zhì)量直接決定人才的培養(yǎng)質(zhì)量”，怎樣讓課程優(yōu)起來、教師強(qiáng)起來、學(xué)生忙起來、管理嚴(yán)起來、效果實(shí)起來，是我們進(jìn)行課程改革的方向，是一流本科課程的建設(shè)指導(dǎo)思想[1]。

化學(xué)是一門實(shí)踐性和應(yīng)用性較強(qiáng)的學(xué)科?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)課程開設(shè)的目標(biāo)不僅是給學(xué)生提供一個(gè)實(shí)際操作的平臺(tái)，而且要給學(xué)生提供一個(gè)科學(xué)思維訓(xùn)練以及將理論知識(shí)有效轉(zhuǎn)化成科技創(chuàng)新能力的平臺(tái)。我?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心根據(jù)學(xué)校培養(yǎng)創(chuàng)新型人才的定位，對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程建設(shè)進(jìn)行了全方位的探索與改革，主要涉及課程內(nèi)容、教學(xué)方法、考核模式三方面。

1 課程內(nèi)容改革

1.1 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的改革

我校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程分為兩學(xué)期，包括基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)和高等有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)為專業(yè)基礎(chǔ)課，2個(gè)學(xué)分，共計(jì)64個(gè)學(xué)時(shí)(表1)，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括：熟悉各種化學(xué)相關(guān)軟件及化學(xué)工具的使用方法；訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性和熟練度；掌握有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用儀器設(shè)備的使用方法。實(shí)驗(yàn)過程中不僅注重蒸餾、萃取、重結(jié)晶等基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)操作的培訓(xùn)，同時(shí)薄層色譜、柱色譜、無水無氧操作等科研實(shí)驗(yàn)常用技能也得到了充分的訓(xùn)練。實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過核磁共振光譜儀、高效液相色譜儀等大型精密儀器加以驗(yàn)證，訓(xùn)練了學(xué)生操作大型儀器的能力。

表1 基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

高等有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)為專業(yè)選修課，2個(gè)學(xué)分，共計(jì)64個(gè)學(xué)時(shí)(表2)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)以新知識(shí)、新方法、新技術(shù)的應(yīng)用為主，目的是拓寬學(xué)生的知識(shí)面，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)以及使用先進(jìn)儀器設(shè)備的能力。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中引入了現(xiàn)代合成的新手段，例如電化學(xué)反應(yīng)、光化學(xué)反應(yīng)、微波反應(yīng)等。

表2 高等有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

為了體現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的前沿性和時(shí)代性，中心任課教師將與有機(jī)化學(xué)相關(guān)的新理論、新技術(shù)、新方法的科研成果融入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，設(shè)計(jì)出一系列適合本科生實(shí)驗(yàn)教學(xué)的基礎(chǔ)型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目和綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[2]。

以“L-脯氨酸催化的不對(duì)稱Aldol縮合反應(yīng)”實(shí)驗(yàn)為例。我們將該項(xiàng)目引入到教學(xué)實(shí)驗(yàn)的依據(jù)是：有機(jī)小分子不對(duì)稱催化是近幾年不對(duì)稱催化領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)，2021年，諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了不對(duì)稱有機(jī)催化領(lǐng)域里有突出貢獻(xiàn)的兩位科學(xué)家。脯氨酸作為一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廉價(jià)易得的小分子手性催化劑，在多種不對(duì)稱催化反應(yīng)中表現(xiàn)出非常好的催化性能。我們根據(jù)文獻(xiàn)設(shè)計(jì)了該實(shí)驗(yàn)[3,4]。通過該實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，不僅可以使學(xué)生更深入地了解不對(duì)稱催化的意義，不對(duì)稱催化領(lǐng)域的重要進(jìn)展，同時(shí)順利地完成該實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，也給選擇化學(xué)專業(yè)這一基礎(chǔ)學(xué)科的學(xué)生極大的激勵(lì)。

此類綜合型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)體現(xiàn)了科學(xué)研究的一般思路：文獻(xiàn)調(diào)研-實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備-實(shí)驗(yàn)操作-反應(yīng)后處理-產(chǎn)品表征。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開展推行了系統(tǒng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)，不僅給學(xué)生提供一個(gè)完整、全面的科研訓(xùn)練，而且可以幫助學(xué)生開闊視野、拓寬思維，提升學(xué)生的綜合科研素質(zhì)。同時(shí)，教學(xué)內(nèi)容與科學(xué)前沿的緊密結(jié)合促進(jìn)了教學(xué)體系的更新，豐富了教學(xué)內(nèi)容，對(duì)實(shí)驗(yàn)教師自身素質(zhì)的提高也起到積極的作用。

1.2 課程內(nèi)容建設(shè)與思政教育

立德樹人的成效是檢驗(yàn)高校一切工作的根本標(biāo)準(zhǔn)。任課教師在講授專業(yè)知識(shí)的同時(shí)深入挖掘課程中蘊(yùn)含的思想政治教育元素，把對(duì)學(xué)生的思想教育貫穿教育教學(xué)的全過程。在講授知識(shí)的同時(shí)，致力于提高學(xué)生的思想水平、政治覺悟和道德品質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、正確的價(jià)值觀和強(qiáng)烈的責(zé)任心等綜合素質(zhì)[5]。

例如在講授藥物中間體托品酮的合成實(shí)驗(yàn)時(shí)，任課教師帶領(lǐng)學(xué)生回顧了藥物青蒿素的發(fā)現(xiàn)和發(fā)展歷程，給學(xué)生介紹中國首位醫(yī)學(xué)類諾貝爾獎(jiǎng)獲得者屠呦呦教授的事跡。她的團(tuán)隊(duì)在20世紀(jì)70年代異常艱苦的環(huán)境下，經(jīng)過上百次的實(shí)驗(yàn)成功提取出用于治療瘧疾的青蒿素，挽救了全球數(shù)百萬人的生命，對(duì)人類的健康做出了巨大的貢獻(xiàn)。屠呦呦教授多年來一直致力于科學(xué)研究，雖然已經(jīng)90歲高齡，仍然站在攻堅(jiān)克難的第一線。屠呦呦教授兢兢業(yè)業(yè)的科學(xué)態(tài)度，對(duì)事業(yè)的執(zhí)著堅(jiān)定和拳拳的報(bào)國之心都是很好的思政案例，將這些內(nèi)容引入到課堂教學(xué)中，可以潛移默化地激發(fā)學(xué)生的民族自信心和自豪感，同時(shí)可以培養(yǎng)學(xué)生勇于探索、不怕困難的精神。

同時(shí)，任課教師在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中嚴(yán)格要求學(xué)生如實(shí)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生細(xì)心觀察和實(shí)事求是的科學(xué)素養(yǎng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要求學(xué)生嚴(yán)格執(zhí)行實(shí)驗(yàn)室廢液廢物的處理要求，提倡綠色化學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生愛護(hù)環(huán)境的習(xí)慣，增強(qiáng)他們對(duì)社會(huì)和人類的責(zé)任感。

2 教學(xué)方法改革

2.1 多媒體輔助的教學(xué)模式的建立

2.1.1 PPT課件

實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心凝聚團(tuán)隊(duì)的力量，反復(fù)打磨，為每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目配套一個(gè)精品課件。課件內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、思考題等。實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑敿?xì)講述本次實(shí)驗(yàn)需要掌握的內(nèi)容；實(shí)驗(yàn)原理包括該實(shí)驗(yàn)的背景知識(shí)、發(fā)展現(xiàn)狀和相關(guān)內(nèi)容拓展、反應(yīng)機(jī)理等；實(shí)驗(yàn)內(nèi)容包括反應(yīng)方程式，化學(xué)計(jì)量，涉及到的所有化合物的理化性質(zhì)、安全說明書(MSDS)，實(shí)驗(yàn)流程圖，反應(yīng)裝置圖，具體的操作步驟，實(shí)驗(yàn)安全等；最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目提出問題。課件內(nèi)容豐富、圖文并茂，具有很強(qiáng)的針對(duì)性和實(shí)用性。

2.1.2 短視頻輔助

傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)流于形式，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前通讀一遍講義，對(duì)實(shí)驗(yàn)中涉及的復(fù)雜、抽象的操作沒有感性的認(rèn)識(shí)，不能做到深入的理解。在實(shí)驗(yàn)課堂講授過程中，由于學(xué)生的基礎(chǔ)不同、理解力的差異，或者因?yàn)閷W(xué)生人數(shù)多，教師做課堂演示的時(shí)候較遠(yuǎn)的同學(xué)看不清楚等多方面因素的影響，學(xué)生聽課效果的差異性較大，有些學(xué)生無法準(zhǔn)確及時(shí)地把握學(xué)習(xí)重點(diǎn)。

為了提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)課堂效果，我中心制作了一系列兼具科學(xué)性與藝術(shù)性的短視頻(圖1)。視頻內(nèi)容涉及：化學(xué)文獻(xiàn)檢索工具及化學(xué)軟件的使用方法；重點(diǎn)、難點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)操作；完整的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目；大型儀器的使用。已拍攝完成的視頻內(nèi)容包括：(1) Chemdraw軟件的使用；(2) SciFinder數(shù)據(jù)庫的使用方法；(3) 常壓蒸餾；(4) 減壓蒸餾；(5) 重結(jié)晶；(6) 薄層色譜；(7) 柱色譜；(8) 無水無氧操作中液體的轉(zhuǎn)移；(9) 溴乙烷的制備；(10) 阿司匹林的制備；(11) 苯甲酸乙酯的制備；(12) 格氏反應(yīng)：2-甲基-2-丁醇的制備；(13) 熔點(diǎn)儀的使用；(14) 手套箱的使用；(15) 紅外光譜儀的使用。

圖1 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程部分視頻資料

所有視頻資料對(duì)外開放鏈接：http://chemlab.chem.sustech.edu.cn/Wluo-video-id。

同時(shí)，我們將所有視頻資料以二維碼的形式課前發(fā)給學(xué)生(圖2)，學(xué)生可以在移動(dòng)終端掃碼直接觀看。

圖2 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程部分視頻資料二維碼

短視頻在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用，增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)抽象概念的理解和感受，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)了學(xué)生主動(dòng)參與，同時(shí)優(yōu)化了教學(xué)模式，提高了教學(xué)質(zhì)量，是對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的一次有益的探索和嘗試。

2.2 “參與式”教學(xué)模式的引入

傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的上課模式是簡(jiǎn)單的知識(shí)傳遞。有些同學(xué)在實(shí)驗(yàn)操作過程中只是根據(jù)講義內(nèi)容依葫蘆畫瓢，進(jìn)行簡(jiǎn)單機(jī)械的模仿，談不上主動(dòng)探索問題，積極解決問題。為了發(fā)揮學(xué)生的主體作用，強(qiáng)化師生互動(dòng)，學(xué)期末的考核實(shí)驗(yàn)采取“參與式”的教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)施[6,7]。

任課教師根據(jù)學(xué)科前沿或者自己的研究方向選定3-5個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，并提出實(shí)驗(yàn)要求。學(xué)生隨機(jī)選定項(xiàng)目后，通過文獻(xiàn)調(diào)研，了解該課題的研究背景、發(fā)展現(xiàn)狀，擬定合適的實(shí)驗(yàn)方案，給出預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。隨后學(xué)生將前期調(diào)研的內(nèi)容做成課件在課堂上給全體師生進(jìn)行闡述，并對(duì)教師和其他學(xué)生的提問進(jìn)行解答。匯報(bào)結(jié)束后，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案，獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)。最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果匯總成一篇科研小論文。

例如：考核實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之一“還原氨化制備胺類化合物”。任課教師給出的考試說明如下：通過查閱文獻(xiàn)，學(xué)習(xí)羰基化合物還原氨化合成胺類化合物的反應(yīng)機(jī)理和研究進(jìn)展；了解不同還原氨化實(shí)施方法的特點(diǎn)與適用范圍；了解該方法在有機(jī)合成、天然產(chǎn)物全合成、藥物合成等領(lǐng)域中的應(yīng)用。

參與式教學(xué)模式的引入可以最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決實(shí)際問題的能力。學(xué)生在調(diào)研文獻(xiàn)的過程中有不理解的地方可以直接和任課教師商討，加強(qiáng)了師生之間的互動(dòng)和交流。學(xué)生在獨(dú)立完成項(xiàng)目的過程中，可以認(rèn)識(shí)到自己在近一個(gè)學(xué)期實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)過程中的薄弱之處，進(jìn)而在今后的學(xué)習(xí)中鞏固加強(qiáng)。同時(shí)不斷更新的考核實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目也可以體現(xiàn)課程的與時(shí)俱進(jìn)，讓課堂教學(xué)保持新鮮感，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

3 考核模式改革

實(shí)驗(yàn)的考核方式是學(xué)生如何學(xué)、學(xué)什么的一個(gè)導(dǎo)向，所以建立一個(gè)科學(xué)的實(shí)驗(yàn)成績?cè)u(píng)價(jià)體系也是我中心實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的一個(gè)重要方面。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)成績?cè)u(píng)價(jià)方式主要是根據(jù)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的成績核算出最終的實(shí)驗(yàn)成績，這種單一的成績?cè)u(píng)定方式，不能全面反映學(xué)生實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)情況，容易造成學(xué)生只注重報(bào)告的書寫，而忽視實(shí)驗(yàn)的操作以及課堂外知識(shí)的拓展。

為了全面、客觀、公正地反映學(xué)生實(shí)驗(yàn)課的學(xué)習(xí)情況，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，我中心建立了一套詳細(xì)的、多元化的成績?cè)u(píng)定體系。

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的最終成績由平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績和考核實(shí)驗(yàn)成績兩部分組成，平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績占實(shí)驗(yàn)總成績的70%，考核實(shí)驗(yàn)成績占實(shí)驗(yàn)總成績的30%。

3.1 平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績?cè)u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

平時(shí)實(shí)驗(yàn)成績根據(jù)學(xué)生每次實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)情況、隨堂測(cè)試、實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)作風(fēng)五方面進(jìn)行綜合評(píng)分。每個(gè)方面均制定了若干的量化標(biāo)準(zhǔn)。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

表3 單次實(shí)驗(yàn)成績的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

(續(xù)表3)

每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作部分滿分40分，根據(jù)操作的重點(diǎn)、難點(diǎn)制定詳細(xì)的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。以實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目“格氏試劑：2-甲基-2-丁醇的制備”為例(表4)，實(shí)驗(yàn)中涉及到的每一個(gè)操作都有相應(yīng)的分值，實(shí)驗(yàn)教師和助教在巡視學(xué)生實(shí)驗(yàn)的過程中，根據(jù)學(xué)生的完成情況給出實(shí)驗(yàn)操作的成績。

表4 格氏試劑：2-甲基-2-丁醇的制備的實(shí)驗(yàn)操作評(píng)分細(xì)則

(續(xù)表4)

每一個(gè)實(shí)驗(yàn)的操作評(píng)分細(xì)則都會(huì)附在實(shí)驗(yàn)講義的附錄部分。常規(guī)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中，一位教師要負(fù)責(zé)8-10名左右的學(xué)生，很難完全按照此表格給出實(shí)際操作成績。一般做法是教師在課堂巡視過程中發(fā)現(xiàn)學(xué)生操作中的錯(cuò)誤隨時(shí)指出，指導(dǎo)學(xué)生及時(shí)糾正。除非有重大操作失誤或重復(fù)犯錯(cuò)，實(shí)驗(yàn)教師才會(huì)酌情扣分。

制定操作細(xì)則主要目的不是為了讓教師按照此表格嚴(yán)格扣分，而是通過細(xì)化的知識(shí)點(diǎn)以及知識(shí)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)權(quán)重，讓學(xué)生更加明確每次實(shí)驗(yàn)的操作難點(diǎn)重點(diǎn)，給學(xué)生的課前自主學(xué)習(xí)提供一個(gè)有效的指引。

3.2 考核實(shí)驗(yàn)成績?cè)u(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

考核實(shí)驗(yàn)在學(xué)期末進(jìn)行，兩次課，共計(jì)8個(gè)學(xué)時(shí)。采取本文中2.2小節(jié)提到的參與式教學(xué)的方式。教師從項(xiàng)目答辯、實(shí)驗(yàn)操作、論文撰寫三方面進(jìn)行綜合評(píng)分。

項(xiàng)目答辯限時(shí)每人6-8分鐘，師生提問環(huán)節(jié)5分鐘。答辯結(jié)束后再利用第二次課的4個(gè)學(xué)時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作考核。為了使操作考核盡量的公平，任課教師在實(shí)驗(yàn)考核前一周給出具體的實(shí)驗(yàn)操作參考文獻(xiàn)，限定實(shí)驗(yàn)操作方案。同時(shí)，不同課題選取的實(shí)驗(yàn)操作方法盡量保持一致，例如實(shí)驗(yàn)的最后純化步驟或者全部采用重結(jié)晶的方法，或者全部使用柱層析進(jìn)行純化，最后再根據(jù)實(shí)驗(yàn)操作、反應(yīng)收率、產(chǎn)物純度等給出實(shí)驗(yàn)操作成績。

考核實(shí)驗(yàn)成績的評(píng)分細(xì)則如表5所示。

表5 考核實(shí)驗(yàn)成績的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)

科學(xué)合理的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)化的評(píng)分細(xì)則是考核模式改革的關(guān)鍵。任課教師和助教采用統(tǒng)一的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)能夠給出相對(duì)公平公正的實(shí)驗(yàn)成績；論文式、報(bào)告答辯式的評(píng)價(jià)方式能夠真實(shí)客觀地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，同時(shí)學(xué)生在細(xì)化的評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)的指引下，進(jìn)行有效的課前預(yù)習(xí)，課中實(shí)驗(yàn)操作，顯著提高了學(xué)習(xí)效果。

4 結(jié)語

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程在我校已經(jīng)開展近10年，不斷優(yōu)化的課堂內(nèi)容、教學(xué)方法和考核模式顯著提高了教學(xué)質(zhì)量，學(xué)生的綜合素質(zhì)也得到了全面的提升。南方科技大學(xué)作為一個(gè)科研型院校，我系所有學(xué)生在大學(xué)二年級(jí)、三年級(jí)會(huì)陸續(xù)進(jìn)入課題組開展科研工作。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)課系統(tǒng)的培訓(xùn)學(xué)習(xí)，縮短了學(xué)生進(jìn)入科研實(shí)驗(yàn)室后適應(yīng)科研環(huán)境的過渡期，為學(xué)生順利開展科研工作提供了有力的保障。

截至目前，化學(xué)系本科生在學(xué)習(xí)期間開展科研工作取得的成果已在核心期刊上累計(jì)發(fā)表學(xué)術(shù)論文140余篇，共計(jì)50余位學(xué)生參加國內(nèi)外大型學(xué)術(shù)交流會(huì)議、學(xué)科競(jìng)賽等。2021年我系學(xué)生首次參加全國大學(xué)生化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)競(jìng)賽取得了全國一等獎(jiǎng)的優(yōu)異成績。高質(zhì)量的課堂內(nèi)容，科學(xué)的課堂管理為學(xué)生的成長成才提供了強(qiáng)大的助力。

本文中提到的一些改革舉措，希望可以給其他高校的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)授課提供一點(diǎn)參考。