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一、有機化學教學內容的精選
為了培養礦物分選加工和礦產資源綜合應用領域的工程技術人才,有機化學的教材內容應以培養學生的科學思維方法,分析問題、解決問題的能力和創新能力為目標,突出礦物加工工程專業特點,著力拓寬學生知識面。據此,本課程選擇的是獲得第三屆國家教委優秀教材一等獎,由徐壽昌主編的《有機化學》,該教材按照官能團系統分類,每一個章節介紹一類有機化合物,而每一章節又按照結構、制備方法、物理和化學性質為主線,便于學生歸納總結和綜合應用。但是在2011年我校在本科生培養方案的調整中,將礦物加工工程專業有機化學的教學課時由64學時縮減為48學時,有機化學的教學內容必須做出相應的調整。首先,我們貫徹“少而精”的原則,對教學內容進行了優化處理,在縮減課時的情況下,精選本學科中最基本、最重要、最精華的部分作為重點教學內容。例如,教材中烷烴、烯烴、炔烴、脂環烴、芳烴、鹵代烴、醇和醚、酚和醌、醛和酮、羧酸、胺、雜環化合物等每一個章節都包含有機化合物的分類和命名,而很多學生在高中階段對這些內容略有掌握,因此我們在第一章有機化合物的分類中,補充有機化合物的命名,將有機化合物按照官能團命名方法進行歸納和總結,后面的章節中就不再介紹。教材中某種有機化合物的制備反應和另一種有機化合物的化學反應前后重復介紹,可以將這一部分內容合并簡化。以醇制備鹵烴為例,教材第九章鹵烷的制備方法中介紹了醇與氫鹵酸作用,而第十章醇的化學性質又詳細介紹了鹵烴的生成,將這兩部分內容整合有助于學生的理解,避免了重復。教材中立體化學的內容比較抽象,對學生的空間想象力有一定的要求,而立體化學和礦物加工的專業知識關聯較少,我們將其內容適當簡化刪減。其次,為了強調礦物加工專業特色,激發學生對專業的興趣,有機化學的教學內容必須重點講授一些和專業相關的內容。例如,我們學校的礦物加工專業主要是面對煤炭行業,學生必須對煤的相關知識了解透徹。煤是由有機質和礦物質組成,煤中的有機質又是由苯環、脂環、雜環和一系列的含氧、硫、氮的官能團組成,要認清煤的大分子結構,必須掌握好有機化學中芳烴、環烷烴、酚和雜環化合物這些章節的內容,另外煤經常發生的一些化學反應,如氧化反應、裂解反應、芳構化反應、加氫反應、縮聚反應、脫氧反應和磺化反應等也滲透在有機化學各章節中。煤的浮選過程中浮選藥劑分為捕收劑、起泡劑和調整劑三種,這些藥劑大多是有機化合物。捕收劑主要是煤油、輕柴油等,它們是石油裂解的餾分產品,主要是C11-C16的烷烴,在有機化學烷烴的學習中可以介紹;起泡劑包含天然起泡劑松醇油(α-萜烯醇),工業副產品起泡劑雜醇和仲辛醇,人工起泡劑醚醇類化合物,在有機化學萜類、醇類和醚類化合物的講授中介紹;調整劑主要是一些乳化劑和絮凝劑,涉及有機化學中高分子聚合物的知識。水煤漿是一種新型的煤基流體燃料,由煤70%、水30%和少量添加劑經一定工藝流程加工而成,添加劑起著關鍵作用。水煤漿添加劑中主要是分散劑和穩定劑,分散劑是磺酸鹽、羧酸鹽、聚烯烴類化合物,穩定劑是高分子表面活性劑、聚丙烯酸鹽類化合物,這些涉及羧酸和高分子聚合物的相關知識。目前,多學科交叉、滲透、融合,以基礎知識與專業知識密切結合為切入點,將相互具有內在聯系的有機化學、煤化學、選礦學的教學內容融合,將打破過去有機化學、煤化學和選礦學在課程設置上過于獨立、缺乏聯系的局面,整合原有課程內容,拓展學生知識結構。
二、有機化學教學方法的改革
傳統教學方法以教師在課堂上的“填鴨式”教學模式為主,往往忽略了學生的主體性,不利于學生自主學習和創新能力的培養。為了培養學生的自學能力和思考能力,提高教學效率和質量,我們在教學中采用了靈活多樣的教學方法,通過啟發式、互動式和討論式等多種教學方法,引導學生課堂上積極思考,獨立解決問題。在教學過程中我們增加一些教科書上沒有列出的反應及其具體應用實例,將同類型的反應隨時進行總結,既可提高學生的學習興趣和積極性,又可開拓學生的視野和擴大知識面。例如,水煤漿添加劑中普遍用到的分散劑是萘磺酸鹽,在萘磺酸鹽的制備過程中涉及我們所學有機化學中萘的磺化反應,萘在165℃時與濃硫酸反應的主要產物是β-萘磺酸,β-萘磺酸經過與甲醛發生縮合反應后與堿中和即可得到我們所需的產品萘磺酸鹽。學生通過這個實例的學習,將會加深對萘的磺化反應的認識,同時拓寬了知識面,還與所學的專業知識也聯系起來。FS-201作為一種浮選劑在很多選煤廠使用,它的藥劑用量比煤油低30%左右。這種藥劑的主要成分是輕質烷基苯。這種藥劑的合成涉及有機化學中最著名的傅克烷基化反應。它的合成是烯烴與苯在三氯化鋁的催化作用下進行傅克烷基化反應,反應物經堿洗、水洗再經脫苯、精餾,截取255℃以前的餾分。課本中一個普通的化學反應在工業上得到應用,學生將會印象深刻。通過這些實例的學習,學生發現有機化學課程并不是完全和自己所學的專業沒有關系,專業知識也并不是深奧難懂,基礎課程和專業課程相輔相成,融會貫通。
三、有機化學教學手段的更新
隨著計算機的發展,多媒體教學成為課堂的主流教學手段,它增加了課程容量,提高了課堂效率,使有機化學中抽象的內容變得形象生動化。但是多媒體教學在有機化學的教學中也存在一些弊端,如學生覺得幻燈片的變換太快,知識內容太多,難以領悟,學生在課堂上看得多,思考得少。因此我們在教學過程中將多媒體技術與傳統教學手段結合起來,每次課堂前十分鐘,通過板書的方式回憶上一次課堂內容,這樣就能鞏固和復習舊的知識點。在課堂上我們還增加了一些課練習,讓同學上講臺演示做法,大大提高了學生的興趣。為了讓多媒體生動形象,教師根據教學大綱的要求,對原有的掃描的方程式和圖表采用ChemOffice軟件重新制作,使課件更加美觀,內容更加飽滿。ChemOffice是英國劍橋公司出版的世界上優秀的桌面化學軟件,包括ChemDrawUltra、Chem3DUltra、ChemFinderUltra等一系列完整的軟件。它可以將化合物名稱直接轉為結構圖,省去繪圖的麻煩;也可以對已知結構的化合物命名,給出正確的化合物名稱;還能夠繪制化合物的3D分子輪廓圖及對分子軌道特性進行分析。與此同時,我們還引導和鼓勵學生自學掌握ChemOffice軟件的使用,課后作業用軟件完成,上交電子作業。學生對于這些基本工具的掌握,將對未來畢業論文(設計)中化合物的書寫,以及發表學術論文有很大的幫助。模具教學也是我們有機化學的重要輔助手段,有機化學中的分子、原子、各種基團以及化合物的構型是肉眼看不見和摸不著的,學生對有機化合物的立體結構、反應機理感到抽象和難以理解,我們通過購買的模具演示,學生更易接受和理解,加深印象。總之,多種教學手段的結合,將發揮各自的優勢,取長補短,各種教學手段的使用恰到好處,使課堂教學更加豐富,充滿活力和吸引力。
一、有機化學專業課改措施
從2013年至今,筆者學校對有機化學專業課程設置存在的問題,采取了以下六點改進措施,力求通過課程改革,提高學生整體素質,為社會輸送更多的高技能人才。
1.以“夠用”為度
增加實用的教學內容,減少不必要的理論知識筆者學校根據課改“16字方針”(德育為先、因材施教、貼近企業、突出能力),在專業課程大綱、教學目標及專業課校本教材的選用上首先進行改革。專業課程大綱設置充分發揮校企合作委員會的作用,通過廣泛調研,使開設的課程能滿足企業崗位知識、技能的要求,又使學生具有進一步發展的空間。經過兩年的摸索,將有機化學課程內容分為四大塊:基礎內容,專業相關內容,人文和社會科學相關內容,實驗及實踐內容。教材是組織教學的基本依據,沒有創新的教材,要實現教學內容的創新會困難重重。傳統教材有嚴重本科化的痕跡,對技校學生來說知識太難、太深,內容太多。學生拿著厚厚的教材一籌莫展,嚴重影響了學習的興趣,打擊了學生的自信心。在課程改革中,筆者學校對有機化學課程的教學內容以“夠用”為度,減少不必要的理論知識,將學習內容更為實用作為目標。在實踐中,通過校本教材逐步實現這一目標。校本教材中精簡和更新了教學內容,進行了教學內容的優化與整合,按照內容少而精、增加學生自主性的原則,根據課程的特點,在精、新、易懂上做文章。還以實施實驗選修和設計為切入點,推動教學改革,完善以技能培養為主線的課程結構。
2.增加實踐性課程
減少理論授課時間實驗室對人才的實踐能力和創新能力培養具有重要作用。近年來,筆者學校加大了對專業實驗室教學設備的硬件投入,使實驗教學條件得到了很大改善。在教學計劃上,增加了實驗的時間,加強學生專業技能培訓。同時建立開放型實驗室,增加學生在時間上的自由度,培養學生獨立工作的能力。學生“以我為主”,在教師引導下積極進行調查研究,查閱文獻、制訂方案、動手設計或實驗、分析總結等,提高了實踐能力和創新意識。
一、產學研聯合培養研究生的優勢
1.有利于拓寬研究生知識面、提升其創新能力
研究生創新能力培養是研究生教育的核心內容,碩士生在企業做學位論文工作期間,會面臨許多問題,如企業導師會把企業中的一些其他技術工作交給學生做,似乎影響了研究生做畢業論文的進度。但這其實是聯合培養工作的重要組成部分。我們在廣西藥用植物園做學位論文的研究生曾多次參與企業新產品生產與開發,協助解決了幾個新產品的提取工藝優化及活性分析。該學生反映,這種額外的工作要求研究生的獨立工作能力強,要會自己分析問題、查閱資料,還要自己進行試驗方案設計,確實弄不懂的才向老師請教,使自己大大增長了見識,受益頗深,這些在學校是很難學到的,大大拓寬了研究生的知識面,提升其創新能力。
2.有利于豐富研究生實踐經驗,培養其創業能力
碩士生在企業做學位論文的一兩年是參加社會實踐的最佳時機。進入企業,如何才能學到企業工人、技術人員豐富的生產實際知識和熟練操作技能,是產學研聯合培養的研究生面臨的實際問題。研究生要正確看待“下企業”,不要認為自己有什么“優越感”,要放低位置,主動向企業工人、技術人員學習,很多研究生在企業中都要經過一番磨合,才能把自己真正融入企業,順利地開展畢業論文研究工作,在這個過程中也獲得了豐富的實踐經驗。在企業的社會實踐也是碩士生學習如何創業的良好機會。如“基地”之一的廣西化工研究院原來是事業單位,后來改制為企業性質,從一個財政撥款單位發展為工業總產值超億元的科技企業,這樣的企業發展史能讓研究生接受創業的理念、學習創業的過程,培養研究生的創業能力。
3.有利于提高研究生競爭力、獲得更多就業機會
一、構建適應于研究性教學的有機化學實驗教學新體系
1.整合基礎型實驗
強化基本實驗技能基礎型實驗的目的是培訓學生的基本操作技能和動手能力,使其操作規范化,養成良好的實驗室工作習慣。基本單元操作主要包括有機化合物的熔點、沸點、折光率等物理性質的測定和蒸餾、重結晶、升華、萃取等有機化合物的分離與純化技術。教學過程中,將有機化合物的典型物理性質測試與基本單元操作有機結合,例如:乙酰苯胺的重結晶產品可進行熔點測定訓練,工業酒精蒸餾產物可進行沸點和折光率測定訓練。基礎型實驗的整合,提高了實驗教學的起點,激發了學生的實驗興趣,為綜合設計型實驗和研究創新型實驗打下良好的基礎。
2.優化綜合設計型實驗
提高綜合實驗能力綜合設計型實驗的目的是系統地訓練學生的綜合實驗技能,使學生具備一定的基本操作技能綜合運用能力。綜合設計型實驗項目的構建主要采用兩種方式。其一,通過串聯有機合成、分離、提純等單元操作,并把有機化合物典型性質的鑒定安排在相關合成反應中,增加設計性元素,豐富實驗內容。例如:“2-乙基-2-己烯醛的制備實驗”中,安排了乙醇、乙醛、苯甲醛、丙酮、2-乙基-2-己烯醛的鑒別實驗。要求學生依據醛、酮的化學性質,設計合理可行的鑒別方案。學生實驗前自覺查閱相關資料,設計化合物鑒別方案。實驗中,學生親自動手實施自己的設計方案,邊做邊完善;遇到問題時,學生之間會主動討論或請教老師;通過比較,找出反應現象明顯、方法簡便的最佳實驗方案。其二:形成序列化的多步驟合成實驗,將“合成反應→分離提純→性能測試→結構表征”作為一個有機整體,且把前一實驗產品作為后續實驗的反應原料,并增加相關性能測試來檢驗產品質量。因為前續步驟的產物會直接影響到后續步驟的反應成敗,所以學生在思想上更加高度重視。實驗前必須認真查閱文獻,理解實驗原理,弄清主要試劑的性質,確定合成路線、提純、分析檢測的方法;實驗中,學生會更加謹慎認真地操作,嚴格控制每步反應的條件與反應過程,以確保每步產品都能符合要求、后續實驗順利進行、最終得到產品。出現問題時,學生也能及時分析,主動請教教師,認真總結經驗教訓。序列化的綜合設計型實驗所涉及的基本操作全面,增強了學生的基本實驗技能、增強了學生的有機合成基本功和責任心、提高了學生的獨立思考能力和創新精神。
3.加強研究創新型實驗
1教學過程中重視第一堂課
根據教學的安排,新年伊始,有機化學課就要開篇。學生剛從輕松的假期進入到緊張的新學期學習中,良好的開始和過渡是最重要的。有機化學的第一章就是緒論,第一節課教師一般會講三個方面:第一,教師的自我介紹;第二,介紹該學科的發展簡史及一些基本概念,有機化學對醫學藥學的重要性;第三,有機化學課的特點,對學生的具體要求以及教師的具體授課方法等。第一節課對學生是最重要的,良好的開始是成功教學的基礎。增加學生的興趣,教師的引導是至關重要的。教師在自我介紹的時候不必要太過謙虛,應該實事求是的介紹自己,像自己的學歷、研究工作、出國經歷、發表過的論文以及課題等,尤其對自己擅長的科研工作要詳細介紹,給學生打開一扇近便的求知和探索之門。甚至能向一些學生發出邀請參與自己的課題,與學生在以后的學習中探討一些科研問題。該方法能盡快的縮短與學生之間的距離,給學生一種親近感,從而激發學生的學習興趣和動力。把有機化學大的框架知識和發展史介紹給學生,能使學生對有機化學有個全面的了解。回顧有機化學的發展史,首先講到有機化學一詞是1808年瑞典化學家柏齊利烏斯提出來的,經過300多年的發展,現在人們已知的有機化合物達到3,000多萬個,常用的化學反應達到200多個。從1902-2005年共97次Nobel化學獎中,約有25項是有機合成領域的杰出貢獻而獲獎。有機化學的發展經歷了三個重要的階段:一是從19世紀初到1858年有機化學的“萌芽”時期;二是從1858到1916年的“經典”有機化學時期;三是從1916年至今的現代有機化學時期。有機化學經歷了高速的發展階段,正在不斷地改變人民的生活。現代有機化學不是局限于以前的純有機化學,與其他學科的交叉融合日趨嚴重,先后出現了天然有機化學、有機合成、元素有機化學、物理有機化學、有機分析和立體化學。把有機化學課程與交叉學科的相互密切關系一一簡介。使學生了解有機化學對其專業學習的重要性,引起學生對有機化學的高度重視。讓學生了解醫學醫藥類科學與有機化學有著密切的關聯。最后教師要鼓勵學生克服畏懼心理,掌握科學的學習方法,樹立起能學好有機化學的信心。
2參與式教學法,激發學生成就動機,促進自主學習
大學學習過程中學生自主學習是一個很重要的環節。在教學過程中,教師要更多地采用正確的行之有效的教學方法和激勵方法,引導和鼓勵學生自覺學習、自己來解決問題,進行自主學習。引導學生往自主學習的方向發展,改被動接受的思想和意識為自主學習。如何激發學生的自主學習的動機、培養學生自主學習的積極性,全力提升學生自主學習的能力,教師的引導和鼓勵顯的尤為重要。在一般的教學考核中,教師一般將成績分為考試成績和平時成績,考試成績主要來源于期中和期末成績;另外一種重要的成績就是平時成績,平時成績主要來源于考勤、作業、實驗成績。平時成績的合理給分能有效地促進學生的自主學習。在多年的教學中,作者一直有一個特色的評分方式。針對選用的教材,鼓勵大家在發現教材中的錯誤,哪怕是標點符號的錯誤。在這個實施過程中,學生為了找到教材中的錯誤,必須仔細地研讀課本,同時還要找相關的專業書比較,反復的閱讀、理解、考慮才能判斷一個錯誤。同樣的錯誤先提出的同學得到加分,所以大家能獨立自主的學習,不會像做作業一樣出現抄襲的現象。實驗成績的給分主要注重學生的動手操作,而不是只看實驗報告。在每個學期的學生糾錯課本中,學生一般會找到明顯的標點符號錯誤或文字錯誤20余處,介紹知識點錯誤2-3處,課外習題或答案不嚴謹10余處。通過教學內容、教學方法和教學手段的改革,將教師由知識傳授的主導者轉變為教學活動的組織者、引導者;每個學期可以根據授課內容設置幾個專題給同學們自學,查閱資料,相互探討。最后在課堂講解自己的所學所想所得。這一過程可以歸納為,設置專題-查閱資料-學生整理資料-小組探討-學生課堂講解-教師點評。學生能很好的參與教學的章節是第六章醇酚醚,因為在高中階段大部分學生對醇酚的性質有了比較深刻的理解。因此每個小組都能自己查閱資料,并做出漂亮的PPT,能簡單詳細地介紹醇酚的結•127•構、命名和主要化學性質。但是醇分子內脫水成烯,伴有重排的反應是本章的難點,學生還是難于講透,教師需要在后面的總結中強調。讓學生成為自己學習的主人,激發學生學習有機化學的積極主動性,為今后其他學科的學習和終身發展奠定良好的基礎。
3教師與學生角色互換
教學傳統的教學方式是教師講,學生聽,學生被動,學習熱情不足。上課時有睡覺的,玩手機的、看電腦的、玩游戲的,可謂言者諄諄、聽者藐藐。如何激發學生的學習主動性,讓學生來做課堂的主人,我的課堂我做主?教師可以和學生進行角色互換,比如每次講解新內容之前對上節課講的內容進行復結,承前啟后,加強記憶的同時為本節課新內容的講解做準備。這個過程可以讓學生來完成,教師從旁指導。學生可以根據教師上節課的課件進行改編,自己重新總結,用自己的語言把前面講過的內容重述總結出來,教師最后可以進行補充完善。還有就是化合物的命名,每個章節基本上都有化合物的命名,書上的命名原則講的已經很清楚,很有條例。教師可以給出分子結構式,給出自己的PPT,讓學生預習后來給大家講命名的步驟并給出結果,在講完之后,允許學生糾錯,同時允許其他學生補充遺漏,這樣不僅調動了每個學生的積極性,而且記憶深刻。讓學生參與到簡單教學工作中來,充分發揮學生的積極主動性和多樣性,實現師生互動,師生互換,氣氛融洽,能很好的跟學生溝通。能有限地減少厭學、逃學現象的發生;通過每學期不定時的點名10次,發現學生很少出現無故缺課逃課現象。學生自主參與教學同時為學生展示自己魅力提供了平臺,為鍛煉學生提供了最好的舞臺。通過多層次多渠道提高學生的學習興趣,對近4年來同一專業的學生學習成績進行分析,發現:從2010-2011學年開始注重激發學生的學習興趣,學生考試成績有大幅提高,平均分由原來的60多分提高到了70多分,將近80分;考試通過率超過90%。