張樹(shù)鵬，湯永興，何 英，宋海歐，董 偉

(1 南京理工大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院，江蘇 南京 210094；2 南京師范大學(xué)環(huán)境學(xué)院，江蘇 南京 210023)

高水平本科教育的總體目標(biāo)在“新時(shí)代高教40條”中已經(jīng)明確，是建成一批立德樹(shù)人標(biāo)桿學(xué)校、一批一流本科專業(yè)點(diǎn)；到2035年，將形成中國(guó)特色、世界一流的高水平本科教育。課堂是育人主陣地，課堂教學(xué)是實(shí)現(xiàn)“以學(xué)生為中心”的教學(xué)理念轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。課堂教學(xué)科學(xué)設(shè)計(jì)是有效提升課堂教學(xué)質(zhì)量，激活學(xué)生科創(chuàng)興趣，實(shí)現(xiàn)理論實(shí)踐融合，鍛造金課的核心?；ヂ?lián)網(wǎng)時(shí)代的大學(xué)生已經(jīng)形成了隨時(shí)從網(wǎng)絡(luò)獲取知識(shí)的習(xí)慣和能力。大學(xué)教師如果只照本宣科，不引入教法，將不會(huì)吸引學(xué)生注意力，甚至?xí)?dǎo)致學(xué)生厭學(xué)。

新時(shí)代，環(huán)境、生命、材料、能源、生態(tài)等領(lǐng)域均得到了重要發(fā)展，而化學(xué)化工幾乎參與到了所有領(lǐng)域。實(shí)現(xiàn)大學(xué)化學(xué)課堂革命，能夠培養(yǎng)出符合時(shí)代發(fā)展需求具有創(chuàng)新能力的新時(shí)代大學(xué)生。教師應(yīng)以學(xué)生為中心，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)時(shí)代大學(xué)生個(gè)性特點(diǎn)，創(chuàng)新教學(xué)模式，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生科創(chuàng)智慧，打造具有創(chuàng)新性、高階性和挑戰(zhàn)度的化學(xué)金課[1]。

有機(jī)化學(xué)是我?；瘜W(xué)與化工大類專業(yè)學(xué)生必修的一門專業(yè)基礎(chǔ)課，通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生掌握各類有機(jī)官能團(tuán)的轉(zhuǎn)變及蘊(yùn)含的反應(yīng)機(jī)制，并以此為基礎(chǔ)合成新物質(zhì)，發(fā)現(xiàn)新應(yīng)用。為了幫助同學(xué)們較好地掌握官能團(tuán)的轉(zhuǎn)換規(guī)律，搭建理論與實(shí)踐的橋梁，我們圍繞碳正離子、碳負(fù)離子及碳自由基等核心知識(shí)點(diǎn)，已經(jīng)構(gòu)建了一張有機(jī)化學(xué)蛛網(wǎng)式知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖譜[2]。利用該圖譜，可以強(qiáng)化學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，提升發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，切實(shí)提高有機(jī)化學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。在講授過(guò)程中，我們采用啟發(fā)式、探究式、討論式、參與式“四位一體”教學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)了以學(xué)生為中心、教師為主導(dǎo)的創(chuàng)新性教學(xué)模式，有助于培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立求知、系統(tǒng)思考和不斷開(kāi)拓的創(chuàng)新能力[3-4]。隨著科學(xué)實(shí)踐的不斷進(jìn)步，新穎案例的不斷出現(xiàn)，如何在教學(xué)過(guò)程中，創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，利用生活化的案例引出化學(xué)中的核心知識(shí)點(diǎn)，潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲的融入課程思政，再通過(guò)科研實(shí)踐夯實(shí)反應(yīng)機(jī)制的深度理解等，均對(duì)任課教師的理論知識(shí)水平及科研能力提出了更高的要求。本文將結(jié)合筆者多年的教學(xué)實(shí)踐，以有機(jī)化學(xué)課程為例，通過(guò)案例的方式淺談科創(chuàng)能力浸潤(rùn)式高階課堂的教學(xué)實(shí)踐。

1 鹵代烴和親核取代反應(yīng)

1.1 循規(guī)蹈矩式教學(xué)法

常規(guī)課堂教學(xué)中，一般均是從鹵代烴的定義開(kāi)始引入的。如：烴分子中的氫原子被鹵素原子取代后的化合物稱為鹵代烴。根據(jù)取代鹵素的不同，分別稱為氟代烴、氯代烴、溴代烴和碘代烴。由于鹵原子(X)與碳原子(C)的吸引電子的能力不同，即電負(fù)性的差異，致使鹵代烴分子中的C-X鍵具有一定的極性，X帶有部分的負(fù)電荷，C帶有部分的正電荷。當(dāng)C-X鍵遇到其他的極性試劑時(shí)，X原子被其他原子或原子團(tuán)取代的反應(yīng)成為親核取代反應(yīng)。這種教學(xué)方式適用于具備較好化學(xué)背景的學(xué)生，或者高年級(jí)研討式教學(xué)課堂，可以利用更加理性化的思維來(lái)直接進(jìn)入有機(jī)化學(xué)知識(shí)內(nèi)核，是一種循規(guī)蹈矩式的教學(xué)模式。

1.2 能力浸潤(rùn)式教學(xué)法

誠(chéng)然，循規(guī)蹈矩式的教學(xué)模式具有一定的優(yōu)勢(shì)和存在價(jià)值。但是，它欠缺了理論與實(shí)踐的深度融合，固化了知識(shí)本身，忽視了思政融入，弱化了應(yīng)用前提。雙分子親核取代反應(yīng)(SN2)作為有機(jī)化學(xué)中非常重要的一類官能團(tuán)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，在有機(jī)合成中占有及其重要的核心地位。如果能激發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣，這對(duì)于后期深入探索控制SN2反應(yīng)的化學(xué)結(jié)構(gòu)、反應(yīng)活性、立體化學(xué)及溶劑影響等因素，將起到重要的推動(dòng)作用[5]。因此，我們以學(xué)生為中心，采用案例引入、原因剖析、機(jī)制探究、解決問(wèn)題、科研融入與思維拓展等環(huán)節(jié)來(lái)打造科學(xué)創(chuàng)新能力浸潤(rùn)式有機(jī)課堂(圖1)。

(1)案例引入

教學(xué)案例是引入核心教學(xué)內(nèi)容的一個(gè)實(shí)際情境的描述。它通過(guò)講述一個(gè)簡(jiǎn)短、生動(dòng)的故事，講述了教學(xué)故事的產(chǎn)生、發(fā)展歷程，極大引發(fā)同學(xué)們的學(xué)習(xí)興趣。但是故事不應(yīng)太長(zhǎng)，它是為專業(yè)知識(shí)點(diǎn)而服務(wù)的，只需要將核心點(diǎn)給出即可，一般為60 s以內(nèi)為宜。

傅園慧，中國(guó)國(guó)家女子游泳隊(duì)運(yùn)動(dòng)員，游泳世界冠軍。在里約奧運(yùn)會(huì)女子100 m仰泳半決賽，傅園慧以58秒95的成績(jī)位列第三，晉級(jí)決賽。在接受采訪時(shí)，脫口而出的“洪荒之力”展示了她真實(shí)、純粹、活力和對(duì)體育“享受”的陽(yáng)光性格。那么她脫口而出的“洪荒之力”是一種什么力量呢？

通過(guò)一個(gè)真實(shí)、鮮活的中國(guó)運(yùn)動(dòng)健兒的生動(dòng)案例，引出問(wèn)題，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，解構(gòu)生活與化學(xué)的聯(lián)系，并提醒同學(xué)們不要被表面現(xiàn)象迷惑，要拋開(kāi)復(fù)雜現(xiàn)象，深挖科學(xué)本質(zhì)。

(2)原因剖析

當(dāng)然，我們可以從去甲腎上腺素與S-腺苷甲硫氨酸在體內(nèi)合成腎上腺素的有機(jī)反應(yīng)來(lái)進(jìn)行科學(xué)解釋，但是由于生物分子的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，同學(xué)們理解起來(lái)非常困難。此時(shí)，我們需要融入化繁為簡(jiǎn)的教學(xué)思想。創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，基于一個(gè)簡(jiǎn)單分子進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。例如，加熱水中的氯甲烷和氫氧化鈉的混合物可高收率得到甲醇和氯化鈉，請(qǐng)問(wèn)反應(yīng)機(jī)制是什么呢？

(3)機(jī)制探究

教師可以引導(dǎo)學(xué)生從以下兩個(gè)問(wèn)題進(jìn)行切入，原料如何開(kāi)始反應(yīng)？中間體又是什么？并由此引出C-X鍵中，由于電負(fù)性的差異，而導(dǎo)致C-X具有一定的極性，X帶有部分的負(fù)電荷，C帶有部分的正電荷。而帶有部分正電荷的C就可以受到來(lái)自帶有負(fù)電荷或者電子對(duì)的原子和原子團(tuán)的進(jìn)攻，而發(fā)生取代反應(yīng)。此時(shí)，教師可以進(jìn)一步導(dǎo)入問(wèn)題，請(qǐng)問(wèn)進(jìn)攻位置在哪里呢。于是，課堂教學(xué)過(guò)程中，就可以通過(guò)師生互動(dòng)、生生互動(dòng)來(lái)深入挖掘機(jī)制探究中的科學(xué)問(wèn)題，培養(yǎng)同學(xué)們的科學(xué)思維和邏輯思維。而且，可以通過(guò)引入立體化學(xué)，詳細(xì)分析SN1和SN2反應(yīng)機(jī)制的異同，分享著名科學(xué)家Walden的成長(zhǎng)故事。經(jīng)過(guò)縝密分析，師生就可以總結(jié)出SN2反應(yīng)機(jī)制并探討影響因素。

(4)解決問(wèn)題

經(jīng)過(guò)基于簡(jiǎn)單分子建立SN2反應(yīng)機(jī)制以后，我們就可以解釋“洪荒之力”了。原來(lái)是當(dāng)人體如果遇到刺激的時(shí)候，比如興奮、恐懼就可以在體內(nèi)利用去甲腎上腺素與S-腺苷甲硫氨酸合成腎上腺素。腎上腺素就是人體處于情急之下而分泌出來(lái)的。分泌這種激素，可以使心跳加快、呼吸加速，氣管擴(kuò)張、血流量明顯加大，血糖也可以升高從而增強(qiáng)力量、提高反應(yīng)速度、對(duì)抗有害的各種刺激。這樣一來(lái)，同學(xué)們不僅可以研討基礎(chǔ)理論知識(shí)，解構(gòu)情境與化學(xué)聯(lián)系，更可以品鑒化學(xué)美感，提升學(xué)生學(xué)習(xí)志趣，形成知識(shí)轉(zhuǎn)化智慧的能力。

(5)科研融入

為了進(jìn)一步增強(qiáng)有機(jī)化學(xué)知識(shí)的產(chǎn)學(xué)研用，踐行理論聯(lián)系實(shí)際，教師可以將科研成果引入課堂。我們課題組多年來(lái)利用氧化石墨烯(Graphene Oxide，GO)為基材，借助有機(jī)化學(xué)反應(yīng)構(gòu)建了一系列功能化石墨烯納米材料，該材料可以應(yīng)用于污染物的電化學(xué)傳感器和電容去離子領(lǐng)域。GO表面含有豐富的含氧功能基團(tuán)，如醚氧基，羥基，羧基等。對(duì)于醚氧基團(tuán)，由于C和O原子的電負(fù)性差異以及三元環(huán)的較大拜耳張力，使得帶有部分正電荷的C原子非?；顫?，容易受到帶有負(fù)電荷或含有電子對(duì)的有機(jī)分子的進(jìn)攻[6]。也正是基于該反應(yīng)，我們課題組巧妙地將對(duì)苯二胺[7]、多亞乙基胺[8]及間苯二胺[9]等功能化于GO表面，構(gòu)筑了系列三維納米石墨烯材料，實(shí)現(xiàn)了高效電容去離子脫鹽，保護(hù)了環(huán)境。利用一系列的科研案例讓同學(xué)們真切的感受到剛剛領(lǐng)悟到的核心知識(shí)點(diǎn)有用、能用、會(huì)用，建立起強(qiáng)大的課程認(rèn)同感，專業(yè)認(rèn)同感及學(xué)科認(rèn)同感。

(6)思維拓展

以前沿科研問(wèn)題為依托，通過(guò)學(xué)生課下準(zhǔn)備-課上翻轉(zhuǎn)，線下-線上互動(dòng)討論等多種形式匯報(bào)成果，實(shí)現(xiàn)理論與實(shí)踐的知行合一；進(jìn)一步融入肯定-否定-肯定之思辨規(guī)律，實(shí)現(xiàn)課程高階性。通過(guò)過(guò)程性考核方式全面評(píng)價(jià)學(xué)生知識(shí)認(rèn)知的探究性和個(gè)性化。

2 結(jié) 語(yǔ)

本文以有機(jī)化學(xué)中經(jīng)典雙分子親核取代反應(yīng)為例，詳細(xì)地闡述了科學(xué)創(chuàng)新能力浸潤(rùn)式有機(jī)課堂的教學(xué)實(shí)踐模式。以學(xué)生為中心，創(chuàng)新性地采用案例引入、原因剖析、機(jī)制探究、解決問(wèn)題、科研融入與思維拓展六環(huán)節(jié)打造了科學(xué)創(chuàng)新能力浸潤(rùn)式有機(jī)課堂，不僅提升了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，更加拓展了學(xué)生的知識(shí)視野；基于“生活-理論-實(shí)踐-升華”的教學(xué)設(shè)計(jì)架構(gòu)不僅讓學(xué)生更加鐘愛(ài)有機(jī)化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，而且增加了對(duì)化學(xué)化工領(lǐng)域的重新再認(rèn)知和深度認(rèn)同，有利用培養(yǎng)綜合化的創(chuàng)新人才。本教學(xué)案例錄制的微課獲得了江蘇省微課比賽一等獎(jiǎng)，教學(xué)設(shè)計(jì)理念獲得了江蘇省教學(xué)創(chuàng)新大賽特等獎(jiǎng)，全國(guó)教學(xué)創(chuàng)新大賽二等獎(jiǎng)。