朱逸偉

(安徽工程大學(xué) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,安徽 蕪湖 241000)

“合成實(shí)驗(yàn)”是安徽工程大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)必修的專業(yè)實(shí)踐課程,結(jié)合了無(wú)機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、分析化學(xué)、物理化學(xué)等學(xué)科的理論基礎(chǔ)內(nèi)容,重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動(dòng)手能力,對(duì)無(wú)機(jī)及有機(jī)化合物的合成、提純、分析等環(huán)節(jié)進(jìn)行設(shè)計(jì)及綜合性實(shí)驗(yàn),強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α０不展こ檀髮W(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)正處于國(guó)家一流專業(yè)建設(shè)期,這一背景對(duì)“合成實(shí)驗(yàn)”課程的開設(shè)效果和學(xué)生培養(yǎng)質(zhì)量提出了更高的要求,需要進(jìn)行教學(xué)改革和探索。

1 “合成實(shí)驗(yàn)”課程的現(xiàn)狀及問題

1.1 課程定位模糊

“合成實(shí)驗(yàn)”課程的定位依然是之前的“地方特色高校”的培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn),與目前國(guó)家一流專業(yè)建設(shè)期定位不符,無(wú)法貼近“六卓越一拔尖”的培養(yǎng)計(jì)劃。同時(shí),目前的課程大綱和培養(yǎng)計(jì)劃陳舊,不能很好地執(zhí)行習(xí)近平總書記“辦好我國(guó)高校,辦出世界一流大學(xué),必須牢牢抓住全面提高人才培養(yǎng)能力這個(gè)核心點(diǎn)”的重要指示[1-2]。

1.2 教學(xué)方式落后

目前,“合成實(shí)驗(yàn)”課程授課教師要求的預(yù)習(xí)報(bào)告基本流于形式,學(xué)生并不重視預(yù)習(xí)報(bào)告。在教學(xué)過程中,教師的教學(xué)方法過于傳統(tǒng)單一,只對(duì)實(shí)驗(yàn)原理進(jìn)行機(jī)械地?cái)⑹?對(duì)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行簡(jiǎn)單地重復(fù),不能突出實(shí)驗(yàn)原理的重點(diǎn)和實(shí)驗(yàn)操作的難點(diǎn)[3]。這樣導(dǎo)致學(xué)生只會(huì)“依葫蘆畫瓢”,沒有在實(shí)驗(yàn)動(dòng)手的過程中對(duì)實(shí)驗(yàn)原理做出思考。同時(shí),學(xué)生的積極性不高,在實(shí)驗(yàn)過程中往往會(huì)出現(xiàn)一些低級(jí)的操作問題。這也是預(yù)習(xí)不充分,聽講不認(rèn)真的具體表現(xiàn)。因此,在國(guó)家一流專業(yè)建設(shè)的背景下,“合成實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)方式亟需改進(jìn),需要更好地調(diào)動(dòng)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的積極性[4]。

1.3 安全和綠色化學(xué)理念不強(qiáng)

實(shí)驗(yàn)過程中,很多學(xué)生無(wú)法貫徹安全、綠色化學(xué)觀念,對(duì)“三廢”處理缺乏意識(shí),沒有良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣。如:課程實(shí)驗(yàn)中,很多學(xué)生不穿實(shí)驗(yàn)服,操作不規(guī)范,對(duì)濃硫酸、濃鹽酸等腐蝕性試劑操作隨意,實(shí)驗(yàn)習(xí)慣不好,形成了安全隱患。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中缺乏安全、綠色化學(xué)觀念。如:在2-甲基-2-己醇的制備實(shí)驗(yàn)中,需要蒸餾除去萃取用的乙醚,很少有學(xué)生在實(shí)際操作中把蒸餾得到的乙醚進(jìn)行回收,導(dǎo)致很多廢液、廢渣被丟棄在水池和垃圾桶中,鮮有同學(xué)注意到實(shí)驗(yàn)室的廢液桶和固體廢棄物桶。究其原因,還是學(xué)生缺乏對(duì)“三廢”的處理意識(shí),沒有從心底形成安全、綠色的化學(xué)觀念。

1.4 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)較多,學(xué)生的自主設(shè)計(jì)意識(shí)不強(qiáng)

目前,應(yīng)用化學(xué)專業(yè)開設(shè)的很多實(shí)驗(yàn)偏重驗(yàn)證性,如:鄰苯二甲酸二丁酯的制備、鐵酸鋅的制備、苯亞甲基苯乙酮的制備和2-甲基-2-己醇的制備等。同時(shí),這些實(shí)驗(yàn)更側(cè)重現(xiàn)象和操作,對(duì)后續(xù)產(chǎn)品的檢測(cè)和純化要求并不高。很多學(xué)生在操作過程中追求實(shí)驗(yàn)速度,對(duì)合成產(chǎn)品的質(zhì)量重視不足,養(yǎng)成了不好的習(xí)慣。此外,過多的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)不能激發(fā)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)的興趣,造成實(shí)驗(yàn)講解和實(shí)驗(yàn)過程中部分學(xué)生的積極性不高,操作敷衍了事,不能達(dá)到“合成實(shí)驗(yàn)”課程開展的目的[5]。

1.5 過程管理單一落后,考核機(jī)制不科學(xué)

目前,“合成實(shí)驗(yàn)”課程的考核依據(jù)為預(yù)習(xí)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、平時(shí)出勤,忽略了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作細(xì)節(jié),沒有覆蓋實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)以及產(chǎn)品的質(zhì)量。很多“合成實(shí)驗(yàn)”課程教師忽略了對(duì)實(shí)驗(yàn)操作記錄的評(píng)價(jià),無(wú)法完全掌握各個(gè)小組的操作情況。因此,更需要授課教師加強(qiáng)“合成實(shí)驗(yàn)”課程的過程管理,強(qiáng)化安全意識(shí),完善考核機(jī)制,優(yōu)化評(píng)價(jià)體系[6-7]。

2 “合成化學(xué)”課程教學(xué)改革措施

通過走訪兄弟院校,參考全國(guó)其他高校的先進(jìn)做法,在建設(shè)國(guó)家一流專業(yè)的背景下,對(duì)安徽工程大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)“合成實(shí)驗(yàn)”課程提出了一些改革措施和方案。

2.1 更新培養(yǎng)方式和課程大綱

“合成實(shí)驗(yàn)”課程需要按照國(guó)家一流專業(yè)的建設(shè)要求,以學(xué)生成長(zhǎng)、成才作為出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn),突出學(xué)生綜合能力的培養(yǎng),重新制定課程大綱,重新劃定課程目標(biāo)[8-10]。課程目標(biāo)1:通過構(gòu)建實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)方案,對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析和解釋,獲取各項(xiàng)信息,綜合得到合理有效結(jié)論,完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告;通過理論和實(shí)際相結(jié)合,使學(xué)生對(duì)所學(xué)的各項(xiàng)理論知識(shí)進(jìn)行進(jìn)一步鞏固、加深和拓展,同時(shí)了解一定的合成分離過程,培養(yǎng)解決實(shí)際工程問題的能力。課程目標(biāo)2:能夠與同組其他成員有效溝通,聽取并綜合同組其他成員的意見與建議,結(jié)合所學(xué)知識(shí)形成自己的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)與實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案,并能夠協(xié)調(diào)同組成員工作。同時(shí),擴(kuò)大課程深度和廣度,以學(xué)生為中心,重點(diǎn)突出綜合能力的培養(yǎng),設(shè)計(jì)和劃定更具實(shí)施價(jià)值的“合成實(shí)驗(yàn)”課程教學(xué)內(nèi)容,充分考慮綠色和安全的觀念,制定更適配國(guó)家一流專業(yè)建設(shè)要求的培養(yǎng)方式和課程大綱[11]。

2.2 教學(xué)內(nèi)容與專業(yè)教師科研相結(jié)合

“合成實(shí)驗(yàn)”課程的教材內(nèi)容較為陳舊、淺顯,不能緊跟時(shí)代,很多化合物的合成技術(shù)也停留在十多年前。面對(duì)合成技術(shù)日新月異的今天,尤其是在建設(shè)國(guó)家一流專業(yè)的背景下,現(xiàn)有教材里的合成方法不能完全滿足高質(zhì)量實(shí)驗(yàn)教學(xué)的要求[12]。結(jié)合安徽工程大學(xué)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)本科生導(dǎo)師制的優(yōu)良傳統(tǒng),將每個(gè)學(xué)生從大一就分配給專門的本科生導(dǎo)師。如果本科生導(dǎo)師讓所負(fù)責(zé)的學(xué)生及時(shí)進(jìn)入到自己的科研實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行科研訓(xùn)練,不僅能提高學(xué)生對(duì)于專業(yè)的理解,也能使學(xué)生更好地了解什么是科研、什么是實(shí)驗(yàn),能更好地知曉應(yīng)用化學(xué)專業(yè)科研工作的特點(diǎn)、就業(yè)的前景,必然能培養(yǎng)更高的實(shí)驗(yàn)素質(zhì)和更強(qiáng)的綠色化學(xué)意識(shí),不僅能改善“合成實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)效果,更能為學(xué)生的就業(yè)和將來更高層次的學(xué)習(xí)帶來助益[13-14]。對(duì)于實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,“合成實(shí)驗(yàn)”課程的授課教師可以做開放性教學(xué)內(nèi)容,讓學(xué)生結(jié)合本科生導(dǎo)師的科研主題,自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),在保證安全可靠的前提下,讓“合成實(shí)驗(yàn)”課程與科研項(xiàng)目?jī)?nèi)容結(jié)合,如:學(xué)生可以將科研項(xiàng)目中可見光催化合成的內(nèi)容引入到課程實(shí)驗(yàn)里面,利用不同波長(zhǎng)、溫度、催化劑及堿,通過儀器分析的手段來判斷催化反應(yīng)的性能,對(duì)反應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行思考,既能提高學(xué)生的參與度和自主性,也能使“合成實(shí)驗(yàn)”課程的教學(xué)內(nèi)容融入新的血液。

2.3 設(shè)計(jì)多步驟合成實(shí)驗(yàn)

單元反應(yīng)簡(jiǎn)單易操作,但為了培養(yǎng)學(xué)生更高的實(shí)驗(yàn)技能,教師應(yīng)該設(shè)計(jì)制定多步驟連續(xù)合成的實(shí)驗(yàn),讓目標(biāo)分子經(jīng)歷多個(gè)步驟完成轉(zhuǎn)變。多步驟反應(yīng)中有些中間體并不一定需要每步都純化,可以放到最后一步或者最后幾步來做,這有助于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的制定和實(shí)驗(yàn)經(jīng)濟(jì)性的考量。如苯頻哪醇的重排反應(yīng),考察的是光化還原的原理,先由二苯甲酮在光作用下均裂形成自由基,再經(jīng)過自由基轉(zhuǎn)移、耦合形成苯頻哪醇,再由苯頻哪醇在碘的催化下在冰醋酸中發(fā)生頻哪醇重排,生成苯頻哪酮。再如苯佐卡因的制備實(shí)驗(yàn)中,有多條路線可供選擇,選擇其中錫粉還原的路線,反應(yīng)操作較多,第一步將硝基還原為胺基:HOOC—Ar—NO2+Sn+HCl→HOOC—Ar—NH2·HCl+SnCl4,隨后在堿性條件下去除四氯化錫:SnCl4+4NH3·H2O→Sn(OH)4+4NH4Cl,再通過對(duì)胺的純化以及后續(xù)的酯化反應(yīng)得到純品:COOH—Ar—NH2+C2H5OH+H2SO4→C2H5OOC—Ar—NH2·H2SO4。實(shí)驗(yàn)步驟緊湊,操作較多,能充分考驗(yàn)學(xué)生搭建反應(yīng)裝置、萃取、抽濾等操作能力,對(duì)于學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ呐囵B(yǎng)有著很大的助益。

2.4 強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過程的綠色、安全

授課教師在“合成實(shí)驗(yàn)”課程教授過程中應(yīng)當(dāng)遵循“綠色化學(xué)”的原則,盡量選用無(wú)毒無(wú)害的原料或者催化劑,從源頭進(jìn)行綠色化[15];盡量設(shè)計(jì)綠色合成反應(yīng)路線,避免實(shí)驗(yàn)過程中產(chǎn)生危害實(shí)驗(yàn)者和環(huán)境的物質(zhì);提高實(shí)驗(yàn)綠色經(jīng)濟(jì)性,在保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上,通過計(jì)算盡量減少原料的過量消耗,提高原子經(jīng)濟(jì)性[16];強(qiáng)調(diào)對(duì)廢水、廢液、廢氣的處理,灌輸學(xué)生對(duì)環(huán)境的保護(hù)意識(shí),讓學(xué)生養(yǎng)成安全和環(huán)保的意識(shí)。

“合成實(shí)驗(yàn)”課程可以借助虛擬仿真平臺(tái)來設(shè)計(jì)完成反應(yīng)條件苛刻或試劑操作較為危險(xiǎn)的實(shí)驗(yàn)?，F(xiàn)代虛擬仿真技術(shù)不僅能提供較為真實(shí)的實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景,同時(shí)具有反應(yīng)現(xiàn)象明顯、安全無(wú)害和方便快捷的特點(diǎn),對(duì)于需要無(wú)水無(wú)氧等苛刻操作條件的實(shí)驗(yàn)可以讓學(xué)生嘗試進(jìn)行,既保證了學(xué)生的安全,也讓學(xué)生體驗(yàn)了實(shí)驗(yàn)的操作過程[17]。虛擬仿真既能提高學(xué)生的動(dòng)手能力,也是實(shí)驗(yàn)綠色化的一個(gè)重要體現(xiàn)[18-19]。

2.5 強(qiáng)調(diào)過程管理,優(yōu)化考核形式

對(duì)于“合成實(shí)驗(yàn)”課程的考核更應(yīng)結(jié)合過程管理的形式,提高平時(shí)成績(jī)的比重,細(xì)化實(shí)驗(yàn)操作過程的評(píng)分?！昂铣蓪?shí)驗(yàn)”課程考核的改進(jìn)方法見表1。課程教師需對(duì)學(xué)生在每一個(gè)實(shí)驗(yàn)中的具體表現(xiàn)與各個(gè)實(shí)驗(yàn)得到的產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行記錄。這也要求教師對(duì)實(shí)驗(yàn)過程進(jìn)行全程掌控,更加強(qiáng)調(diào)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)中的操作規(guī)范。這樣更能讓同學(xué)們注意培養(yǎng)動(dòng)手能力,養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣,對(duì)于“合成實(shí)驗(yàn)”課程有著更好的監(jiān)督促進(jìn)作用。

3 結(jié)語(yǔ)

通過分析“合成實(shí)驗(yàn)”課程的現(xiàn)狀與存在的問題,結(jié)合國(guó)家一流專業(yè)的建設(shè)要求,提出了優(yōu)化實(shí)驗(yàn)課程內(nèi)容和改進(jìn)課程教學(xué)的一些措施,有助于在國(guó)家一流專業(yè)建設(shè)背景下的實(shí)踐課程目標(biāo)的達(dá)成,也有利于更好地建設(shè)應(yīng)用化學(xué)專業(yè)、培養(yǎng)高質(zhì)量化學(xué)人才。