时间:2022-11-14 22:08:13
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇绿色化学化工论文,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
绿色化工就是要在对环境污染严重的地区,进行技术上的加工,使得与环境相协调的可持续发展的化学化工。重视“科学是第一生产力”,要坚持发展可再生资源的使用,以多种多样的高超技术加以研究。绿色化学前景的探索对于我们还任重道远。
【关键词】绿色化学化工;绿色概念;绿色化工产品;绿色环境;友好化学
引言
政府只有深入研究和发现各种绿色产品,探讨绿色化学化工,才能使出现的问题得到很好的解决,对每一个问题的发生我们都要追根溯源,从根本上根除问题。绿色化学化工技术的应用,正在不断增多,我们要设计研究低公害,经济效益高的绿色产品,这就要求我们在一定程度上选择适当的材料,例如新型的催化剂,溶剂,油漆等。利用自然界中存在的可持续发展条件,以废弃物作为原始原料,生产一些绿色化学化工产品。国家要想改变传统的生产模式,就不要有自给自足的传统思想,否则将可能出现很严重的结果。在宣传方面要倡导绿色化学化工产品,这些产品的新生将会给化学史上增加一笔新的光彩。
环境与绿色这两个词是分不开的,绿色环境就是要把环境好好经营,建设社会主义和谐社会。改革开放以来各种污染物大量出现,同时还有一部分人为了暴利不惜破坏环境,所以要研究出符合经济条件的绿色化学化工产品,取得一定的经济效率。
一、绿色化学化工的重要性
(1)世界各国在发展建设过程中不断造成对环境的影响,例如泥石流,地震的频频发生,以致于对绿色化工越来越重视。
(2)绿色化学化工基本的问题是技术与人才问题,绿色化工可以很好的保护环境和带动一系列的化工产业的飞速发展,在工业上起到经济效益好,实用性强的理念,还可以消除化工工业对社会和环境的各种影响。
(3)绿色化学化工具有一定的循环利用性,工业的加速发展,使得一些资源的利用率得到百分百的提高,绿色化学在国际上被称为是解决污染物的科学杀手。从目前看来,绿色化学化工前景广阔。
(4)化工上要解决一些技术上的难题,从观念上强化,在制造绿色产品方面,要有好的建设,制度要明确。
二、政府重视绿色化工技术和人才的教育培养
政府要主导绿色化工的技术发展,优化政策对于绿色环境的要求,要树立“以人为本的原则”,观念上要高效,经济实惠,简洁,建立一系列的新形势下政企的合作关系,国家政府要落实和扶持这一方面的有关条例。其中还要结合对高新技术产业发展的绿色化学化工产品,优化环境等有利条件。
加快建设对于绿色化学化工方面的人才,在国家的扶持下开发绿色化工的发展和服务。
国内先前在冶金、钢铁、矿类上的开发导致了很多问题的发生,现在需要绿色化学化工产品的加入为这一类企业注入新的血液。在绿色化学化工产品的设计和建设中加入高技术的含量。
化学与化学工业有着本质上的差别,以前的原料,不可再生资源的危害,相信大家有目共睹,这些问题制约了国家化学工业和环境的协调发展,充分利用可再生资源,是绿色化学化工的首要解决的问题之一。对于这一方面,人才上要遵循科学发展的道路,要有着对未来前景的预测,人才具备这些才能很好的为国家和人民服务。学校培养人才研究,绿色化工的规划,研究论文,环保意识上,要深入到骨髓里。绿色化学代表了化学和化工学科的共同发展趋势和目标之一,即无论是化学还是化工,不仅要面对社会发展对环境、健康和能源等方面日益严格的要求。
三、绿色化工的前景预测
(1)我国企业主要是以工业化为主,所以绿色化学工业在国民经济中占有主导作用,对推动我国加速发展社会主义和谐社会做出了巨大贡献。
(2)化学工业在教育方面,虽然有很多不完善的地方,但还是可以培育一代代优秀工业人才,这些人才使得绿色化学化工业的发展加速。
(3)绿色化学观念上实施科学主义发展观,贯彻落实以人为本的原则。
(4)绿色化学含义的这种变化不仅得到各国政府的高度关注,而且也使它所涉及的内容也越来越广,越来越丰富。从它现在代表的意义来看,还可用环境友好化学、可持续发展、清洁生产等词汇来描述,在当今社会,环保,政治,国际上多方面的推动下,我们绿色工业发展前景相信会越来越广阔,也将会越来越好。
四、我国对于绿色化学化工上采用的战略
1、国家研究院建立了专门的机构,目前我国有很好的合成、催化绿色化学技术。如研究院的基础研究绿色化学合成,有机化学产品的检测和研究。
2、在战略实施上重视可再生资源,自然界中含有最多的木质素和纤维素的植物,有着一定的可再生资源,总结方案,在绿色化学化工的问题上采用更好的方案。
3、战略上要重视解决资源浪费的问题的发生,迅速推动国内的科学化工业的发展等,国际上对于绿色化工工业产品的溶剂,反应条件,催化剂等化学使用方法,对于高原子的组合,目标分子的研究,使绿色化学工业上保持了有效的功能外,同时让有害影响降到最低,体现了经济效益、环境效益和社会效益的统一。
结束语
从绿色化学化工的定义,原理研究的方向下,我国慢慢的展现了完整的绿色化学化工体系,以及国家人民对于绿色化学化工意识上的加强,但是目前还有很多方面不够健全,如发展速度很快,导致一些内部问题的发生,还有对于绿色化学化工的产品定位,望日后有更多推进绿色化学化工的方案。
参考文献
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当代化学工业对化学化工类人才的培养提出了更高的要求。如何培养基础理论知识扎实、工作适应性强、具有创新能力的人才,是综合性大学化学化工教学改革面临的重要课题。目前,综合性大学化学与应用化学专业每年都有相当一部分毕业生进入化学、化工和制药等企事业单位业从事研究开发或工程技术工作,这种趋势还会随着创新性国家的建设而逐年增长。化学工程基础是综合性大学化学专业的专业基础课,也是唯一的一门工程技术类课程,该课程的教学改革与实践对于理工学科交叉与学生综合素质的培养是综合性大学化学与应用化学专业其他课程所不能替代的。在充分发挥综合性大学基础理论研究优势的同时,通过对理科专业化学工程基础课程教学内容的更新、充实和调整,为化工类企事业单位培养和造就具有开拓创新精神、胜任科学研究与工程技术工作、适应性强的化学化工专业人才。
二、教学内容与教学方法的优化
以创新教育思想为指导,研究改革化学工程基础课程教学内容和教学方法,建立培养学生创新能力的化学工程基础课程内容新体系。动量传递、热量传递、质量传递与化学反应工程(“三传一反”)仍将是化学工程基础教学的核心内容,应不断充实更新才能反映学科发展现状和适应社会经济需求。化学和化学工程学是支撑物质转化相关工业的学科,前者研究分子之间发生反应的可能性、必要的条件和产物的结构,后者研究物质的流动、质能传递及其对反应过程与产物的影响。
1.优化更新教学内容,反映体现学科发展与技术进步。化学工程基础作为理科化学专业的工程技术课程,其教学内容除了动量传递、热量传递、质量传递与化学反应工程以外,还应当及时反映和体现学科的发展与技术进步。根据授课学时,突出教学重点,优化教学计划,精选教学内容。以化学工程学的基本观点、基本原理和基本方法为核心,结合典型化工过程,理论联系实际,使学生在有限的教学学时内,掌握本门课程的基本知识,熟悉研究与应用对象,为今后从事化学化工专业技术工作打下坚实基础。在其他科学技术的带动和社会需求的推动下,化工分离技术近年来取得了很大进步。新技术不断涌现,膜分离和超临界流体萃取等新型分离技术就是其中的代表。我们在教材的编写和课堂教学中,有意识地加入这些内容,便于学生从课堂上了解新的科学知识,拓宽学术视野。
2.引导学生建立工程技术与技术经济观点,提高学生综合素质。科学与技术的交叉和渗透,要求我们培养的学生不仅要掌握扎实的基础理论知识,还要学会运用所学的理论解决工程实际问题。综合性大学理科化学专业的学生基础理论知识比较扎实,在课堂教学中,我们根据教学内容,结合工程实际,启发学生从工程实际问题出发,强调工程实际的特点,突出工程实践的技术经济问题,灌输学生节能减排与绿色环保的理念,训练学生综合运用数学、物理与化学等多学科知识,综合分析化工单元操作与工业装置中涉及的复杂问题,培养学生的工程技术思维方法与工程设计等综合素质。
3.改进教学方法,提高教学效率。化学工程基础课程的课堂教学内容涉及化工单元操作与工艺过程。综合性大学化学专业的学生一般没有见过真实的化工设备,对化工厂与化工设备和装置缺乏感性认识,通过多媒体教学技术和传统课堂教学方法,可以促进学生感知与思维、理论与实践的结合,提高学生对化学工程基础的学习兴趣,激发他们的学习热情,使他们由不熟悉、不了解化工企业与装置转变为喜欢应用学科、乐于进入与应用密切相关的教师实验室开展业余科研。为此,我们一方面利用多媒体的优点,在课堂教学中放映一些设备的实物图像。另一方面,在有关课程中增加了实习参观环节,组织学生到石油化工厂、有机化工厂和精细化工厂等企业参观实习,增强学生对加热炉、精馏塔、泵、换热器等主要化工设备的感性认识。
三、教学团队与课程体系的建设
以先进的教学理念为先导,以高水平的教学团队为根本,以科学的课程新体系为核心,以优良的规划教材为保障,强化教学团队的建设,使所有主讲教师成为教学改革的高水平运动员和创新教育的优秀教练员。
1.建设高水平教学团队。从事课堂和实验教学的主讲教师也要承担高水平的科研项目,提高教师的科研水平。我们承担“化学工程基础”的主讲教师都具有教授职称并担任博士生导师,承担了一些科学研究项目。同时,也积极思考和实践课程的教学改革,奠定了学生创新能力培养的坚实基础。没有高水平的教学团队,不可能进行教学改革的实践,更不可能培养出具有创新精神的学生。
[关键词]应用型本科院校;无机化学实验;实验教学改革探究
随着国家经济的发展,对应用型人才的需求越来越多,在这种大环境下,学校提出了应用型本科建设目标。在此目标之下,学生的创新意识及能力的培养显得尤为重要,建立培养创新型应用型人才的实验教学体系,调整实验教学内容,改进实验教学方法[1]。同时无机化学实验是化学化工相关专业学生的第一门基础实验课程,是高中化学与大学化学的衔接点,如何做好承前启后,使学生掌握无机化学的一般知识,操作技能,培养学生的独立工作及创新能力,至关重要[2]。无机化学实验在提高学生素质和培养全面发展的创造性人才方面将会发挥更大的作用[3]。而现在教育形式下,无机化学实验在教学和学生自身两方面均存在一些问题,我们就从实验教学的存在的问题进行分析,对实验教学改革进行探究。
1无机化学实验教学和学生自身方面存在的问题
1.1无机化学实验教学内容和方式存在的问题
无机化学实验是化学化工相关专业大一新生接触的第一门专业实验课,使学生掌握基本的操作技能,培养学生的自学能力,创新意识,提高科研能力,是无机化学实验的最终教学目标。目前来说,培养方案里各门课的课时均在减少,无机化学实验也在减少,在教学内容方面,往年开设的实验验证性实验偏多,综合性实验偏少而且创新空间较少。如何在有效的课时内开设具有较高质量的实验,是需要仔细思考的问题。在教学方式方面,传统无机化学实验采用教师讲授、演示实验的这种教学模式。这种方式是“填鸭式”教学模式,极大地挫败了学生的探究精神。有悖于教学的提高学生创新的初衷。在成绩考核方面,传统无机化学实验教学考核从学生操作,报告进行成绩的考核,缺乏对学生准备工作和结束工作,与教师交流方面的成绩评定因素。
1.2无机化学实验学生自身方面存在的问题
在学生自身方面,学生基础差异性,由于大一新生生源地不同,各地教学资源也不同,导致学生的实验基础参差不齐。于此同时,在高考的指挥棒下,中学化学教师对学生实验能力与技能训练普遍不足,导致学生动手能力较差。
2无机化学实验教学改革的探究
2.1教学内容的改革
根据学院建设应用型本科院校的目标要求,服务于地方经济发展,促进地方经济建设,培养所需人才。对无机化学实验的教学内容进行了改革,对一些简单的验证实验进行删减,多开设一些综合实验,加大综合性、研究性的实验比例,把照方拿药式实验设计成探索性实验,学生自己探究实验的最佳条件,这点与科研要求不谋而合,同时把单一实验设计成综合实验,增加实验内容的连续性。
2.2教学方式的改革
改变传统无机化学实验采用教师讲授、学生实验的这种教学模式。采用翻转课堂教学模式,课前指导学生观看实验视频,到图书馆查阅参考文献,同学交流根据自己的想法撰写预习报告,培养学习研究兴趣,培养创新意识。在课堂教学上,因材施教,注重师生互动交流,鼓励学生把自己的想法表达出来,采用启发式和讨论式教学模式,提高学生的参与性,师生间现场达到很好的交流。如果学生在做实验的过程中遇到困难,既不直接告诉他问题出在哪里,也不替他排除,而是给以适当的提示,引导他逐步地解决问题[4]。教师把实验内容延伸至科研,让学生体会实验教学与科研紧密性和连贯性。引导学生思维发散,提高探究能力和创新能力。利用网络,把实验中遇到问题集体讨论,总结实验出现问题的原因。对数据的处理这方面,借助于电脑软件,如反应速率与活化能测定实验中需要绘图,传统使用的是坐标纸,现在我们要求学生用excel软件或者origin软件绘图,通过此举锻炼了学生处理数据的能力,为科研和毕业论文的处理奠定了良好的基础。当学生实验出现失误,实验教师要引导他们回顾整个实验过程,分析导致实验失败的原因,这样加深学生的印象,也为教学积累下了经验。鼓励同学多动脑,只有善于思考、善于总结才能提升发现问题、解决问题的能力。实验结束后组织学生对实验中遇到的问题进行讨论,以此提高全体学生的思维能力和总结能力。在课余,开放实验室,让一部分学有余力的同学参与教师科研项目,提升学生的科研能力;学生还可以参与实验教师的实验准备工作,在实验教师的指导下配制上课所需溶液以及一些准备工作。通过这种方式扩大了学生的知识面和提高了学生的动手能力。在成绩评定方面,要注重实验过程,注重学生的动手能力及实验技能。从学生的讨论和通过查阅文献撰写的预习报告,实验操作规范性和实验结果,实验报告的撰写情况,实验室卫生维护等进行综合评定。
2.3绿色化学观念的培养
随着社会的进步,人们对环境要求越来越高,无机化学实验在进行时,会产生有毒害的气体、液体或固体,如果不防治,将会影响实验人员的身体健康,同时也会对学校周边环境造成污染,所以实验采用绿色化学的实验方式[5]。强调“三废”的处理以及在保证实验完成的基础上,减少试剂使用量,比如定性实验。通过调整实验教学计划,合理安排实验项目和次序,尽可能地使前一个反应的产物转变成下一个实验的反应物或原料[6]。把单一实验设计成连续的实验,节约试剂,比如溶液的配制实验所得溶液用于酸碱滴定实验;一些毒性较大的定性实验可以设计成以多媒体形式观看视频,达到教学目的。有些实验可以设计成微型实验,保留常规无机化学实验主要操作规范并保证实验现象明显,实验结果可靠,便于操作,把握好试剂用量,不是愈少愈好[7]。
2.4夯实学生实验基本功,消除学生实验基础差异性
在学生基础差异性方面,针对这一特点对学生进行统一培训,通过讲座和观看录像的方式,在上实验课前掌握无机化学实验规则要求,实验室安全知识,常用仪器的认识及正确使用方法。实验课第一次课强化基本操作训练,如无机化学实验需要的常规仪器、试剂的保管,常规仪器确选用及实验规范操作。
3结论
应用型本科院校在全面实施素质教育情况下,培养服务于地方经济发展,促进地方经济建设所需人才。作为化学化工相关专业第一门实验课程——无机化学实验在教学方法和教学内容上以及考核方式多样化改革,提高学生实验的操作规范与操作技能。培养了学生的探究精神,提高学生的科研创新能力,毕业学生的专业基本功扎实,受到用人单位一致好评,结果令人满意。
参考文献
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关键词: 物理化学实验 教学改革 人才培养
化学是以实验为基础的科学,实验教学在人才培养中的作用举足轻重,而物理化学实验的教学改革又是实验教学体系改革的重要方面。近年来,地方本科院校结合实际在物理化学实验改革方面都做了不少尝试。我们针对学生轻视实验、重理论、实验热情不高,自主性、能动性和创造性难以发挥等问题,以提高动手能力和创新能力为抓手,在物理化学实验教学中进行了改革探索与实践,提高了教学效率和人才培养质量,现总结如下,供大家参考。
1.加强课程教学改革,确保理论课与实验课同步进行
物理化学实验是化学化工类专业学生必须掌握的一门基本技术课程,教学内容综合了化学领域中无机化学、分析化学、有机化学等各基础学科的基本研究工具和方法。目前,由于理论课与实验课单独设课,受传统教学模式的限制,加之实验课一般又由不同的老师分小组指导,致使理论课与实验课经常出现脱节现象。往往理论还没有讲完,实验课就要先行开展,而实验课中涉及的理论知识受课时所限,不可能讲深讲透,导致学生在实验过程中对相关理论知识理解不透,只能依照教科书机械地进行实验,学生不能理解实验现象与内容间的内在联系,应付了事,实验课成了走过场。为此,我们重新审核理论课与实验课之间的内在承接关系,调整实验开设时间,确保在完成按时实验教学任务的前提下,做到理论指导与实验操作的步调一致。同时,改革一些过去不符合“绿色化学”观念的污染严重、毒害较大的实验内容,取而代之的是绿色、环保,又具趣味性和应用性的实验项目。实践证明,正因为学习了相应的理论知识,学生对实验过程中出现的不同现象才会有自己的理解和思考,实验的成就感大大增强。
2.更新实验教学理念,改革实验教学方法
为培养学生的创新能力,我们探索实施了“以学生为主,以教师为辅,注重综合素质培养和创新能力训练”的教学方法,在实验过程中,要求学生仔细观察实验现象,引导学生深入思考问题,激发学生的参与热情和主观能动性。如在实验过程中发生意外或出现突发故障,鼓励学生大胆提问,独立思考,对实验中发生的情况提倡相互讨论和争辩等。这样既加深了学生对实验过程的印象,又使学生对所学知识有了更深入的了解,并做到了举一反三,融会贯通;又如随着计算机技术的发展和普及,我们结合新仪器和新方法制作出与教学紧密相关的多媒体课件,使教学活动更具互动性和形象性;再如我们实施以小组为单位分批进行实验的教学方法,要求组内每个学生都要熟知实验的全过程,这样先做的同学可给下批实验的同学进行示范和指导等。上述方法的实施既可节约教学资源、提高实验效率,又可提高学生的自主性和协作精神,也给予学生足够的空间发挥实验技能和主观能动性,突出学生在实验过程的主体地位等。
3.建立开放实验室,实施开放式实验教学
自2010年物理化学实验被立为院级精品课程建设以来,我们开始尝试开放式教学,实验室全面向学生开放,给予学生充足的实验时间和空间。我们的具体做法是:对实验时间实行开放,学生可根据自己的安排,自主选择时间到实验室做实验,有足够的时间和自由度“准备、思考、消化、完成”实验内容;对实验仪器设备实行开放,把实验室闲置的仪器设备集中在一起,供学生了解仪器结构和工作原理,并鼓励他们维修和改装用,增强他们的动手能力。这样既给学生练就了一套过硬的实验技能提供了条件,又提高了仪器设备的使用率;对实验项目实行开放,学生结合自己的专业方向和兴趣爱好,自主选择课程大纲规定的实验内容,同时还根据实际需要选择实验内容,学生通过自学和与教师交流,独立完成实验。此外,对参与开放式实验的同学,我们还在文献查阅、实验方案设计、实验操作规范、实验仪器仪表组装及其调试、实验数据计算机处理、实验论文撰写和交流答辩等方面进行系统训练,进一步拓宽学生的知识面,激发他们的求知欲和好奇心等。
4.开设综合性和研究设计性实验,培养学生自主创新能力
为了能有效地培养学生的综合分析、研究创新能力,我们通过开设综合性和研究设计性实验来实现。综合性实验是物理化学实验课程知识的综合体现,其中包含大量的基础知识和基本技能的综合运用;研究设计性实验是教师只给出一个实验题目和实验目的,学生根据已有的知识,结合相关文献资料设计出实验方案,与教师讨论认为可后方可独立实施。研究设计性实验对学生的实验技能要求更高,往往被安排在综合性实验完成后再进行。这时基本实验技能课已上完,学生也做过了一些综合性实验,做研究设计性实验的基础已经具备。学生从教师那里得到实验题目后,通过到图书馆和互联网查阅相关的资料设计出实验方案,交给教师审阅,带审核通过后学生可进入实验室独立完成实验。实验结束后,教师会与学生一起讨论实验的得失,提出相应的问题,以求下次改进。例如在“微量热法测定药物对细菌生长代谢的抑制作用”研究设计性实验中,学生通过查阅资料和文献,可设计出多种实验方案,内容涉及药物和细菌的筛选、微量热数据收集与分析,细菌生长代谢环境的设置与控制,将多个单元操作串联在一起,并包含大型表征仪器的使用。实践证明,开设综合性和研究设计性实验使学生掌握了科学研究的一般方法和程序,巩固了理论知识,实验技能得到了锻炼,创新能力得到了培养。
关键词: 有机化学实验教学 教学改革 探索
有机化学是高校化学、化学教育,以及应用化学、高分子、环境工程等化学相关专业的必修基础课,有机化学实验作为对理论课的补充,是学生通过实践掌握理论知识的体验过程,也是培养学生掌握基本实验原理和实验技能的操作过程。在化学专业的教学体系中,有机化学实验课与有机化学理论课一样,在整个化学教学中占据十分重要的位置。
作为皖西南地区唯一的本科师范院校,安庆师范学院高度重视实验课程的建设,对实验教学进行了多方面的改革。依据我校的科研条件,对沿用的实验教材进行重新编写[1];开设综合性的实验,让学生在教师的指导下独立设计实验,培养学生的独立思考能力;每年在学生中开展“实验操作技能大赛”等活动,培养学生的综合能力。通过一系列的实验课教学改革,学生的实践创新能力得到了提高,由学生自主设计的科研项目多次在国家“挑战杯”设计大赛中获奖。本文从实验教学与考核的角度,对基础有机化学实验教学改革进行探讨。
一、重视传统教学经验
1.规范“三个”报告
学生的实验能力往往是在实验操作、回答思考题与完成报告等过程中培养出来的。一次系统的有机实验由三部分组成:实验预习报告、实验数据记录报告和实验报告。实验预习报告可以检验学生的预习效果,帮助学生对实验操作事先有一个清晰的整体把握;实验过程强调学生动手操作的能力,注重要求学生养成科学严谨的态度,依据不同的实验条件,记录观察到的实验现象,设计实验数据表格,规范条理的记录数据,同时学生对所记录的感性层面的现象和数据进行理论思考与解释,以便在实验报告中得出结论。实验报告是对整个有机化学实验的最终检验,包括实验目的和原理、实验步骤、实验现象、结果分析和结论,而学生在撰写实验报告时,必须字体工整,表达清楚,准确地阐述实验的原理、实验装置示意图、步骤、现象等实验过程并总结陈词。
2.规范学生实验操作
我校有机化学实验课程的开设是从性质实验过渡到合成实验和设计型实验。学生从验证实验现象开始,相互之间比较实验操作对实验现象的影响,培养实验中规范操作的意识;进而通过开设一系列对于粗产物分离和提纯的操作性实验,强化学生处理反应产物的能力;顺利过渡到合成实验后,教师发挥主导作用,就实验所需的合成条件,在学生深刻认识实验原理,以及粗产物除杂过程的基础上,指导学生举一反三,最终学会选择正确的实验仪器,设计合理的实验装置,完成设计型实验。
3.重视思考题和结果分析
教师以实验为基础,联系实验原理提出思考题,引起学生对实验的好奇心,提高学生观察实验现象和动脑思考的主动性。只有认真完成实验并加以理论分析,学生才能够很好地回答教师提出的思考题。回答思考题是对整个实验的再思考与提高[2],在实验中,教师围绕每个实验提出深刻的思考题,不但可以促进学生深入思考与学习,而且可以使学生较好地锻炼理性思维能力,从而达到较好的实验效果,提高教学质量。
二、有机化学实验教学改革的探索
1.学生实验与教师科研相结合
我校根据教师的一些科研课题开设开放性实验,学生自主报名,利用课余和暑假的时间参与实验研究,查阅文献,学习反应机理,进一步提出设想,在教师帮助下优化反应条件,并动手实验。参与这些实验的学生多数以这部分工作为起点开始自己毕业论文的撰写,并且为考研面试中的实验操作部分打下基础,更有提出一些较好设想并努力进行实验的学生凭借实验成果参加“挑战杯”大学生课外学术科技创作竞赛,其中《基于Ni(dmit)2分子自旋梯材料的制备和构效关系研究》获2009年全国三等奖。
2.开展有机化学实验的“双语教学”
应对我校化学化工学院的大多数毕业生都选择进一步深造的现状,考虑到提高学生的科研能力,帮助学生顺利通过考研面试,选择性地开展有机化学实验的“双语教学”[3]是必要的。对于同一个实验,同时开设中文和英文两组实验,让学生依据个人对英语的驾驭能力进行选择。实验完成后,实验报告必须用英文书写,这对学生以后撰写科技论文大有益处。对于学生来说有机化学实验英语教学是一个难得的系统学习运用专业词汇的机会,对以后工作、科学研究及进行学术交流非常重要。在双语教学过程中,为提高学生的英文写作水平,指导学生查阅与实验相关的科技文献,学习英文科技论文的写作方法,如何采取恰当的教学措施,达到既能帮助学生既掌握专业基础知识与专业词汇,又能掌握有机化学实验的技能操作的双重效果,还需要进一步探讨。
3.有机实验的微型化和绿色化
有机化学实验课程作为对理论课的重要补充,开设的课时量为108学时。实验中所使用药品大多数具有毒性和易燃性,实验流程也需要较长的时间,并且由于教育扩招,学生多,班级多,而实验室的资源有限,如何降低实验试剂的用量,节省实验时间,降低污染成为实验室需要解决的难题。
微型实验是近年来国内外迅速发展的一种实验方法和技术[4],它具有节能、安全、减少污染、实验迅速等优点,并且实验的微型化不影响实验现象的观察,还可以减少实验三废,对保证学生和教师的安全,提高经济效益和环保效益有实际意义。
近年来,超声波、微波、光、电及生物催化剂(酶、微生物、抗体酶)、绿色溶剂(离子液体、超临界流体、水)在有机合成中的应用得到了空前的发展,并形成了一系列先进实验技术[5]-[6],利用这些技术手段对于加快反应速度、提高产率、减少能耗、减小污染起到了意想不到的作用。比如在微波合成β-萘甲醚实验中,利用微波加热的方式取代传统加热,提高了反应速率,节省了不少时间。
三、建立新实验考核体系
实验课成绩评定是检查教学效果和激励学生认真完成实验教学内容的重要环节[7]-[8]。严格的考核是正确引导和激励学生的积极性,监督和检查学生学习效果及应用能力,提高实验教学质量的有效手段。
我校的实验课程考核包括平时考核、操作考查和期末实验理论考试,平时考核是指对学生的“三个”报告的撰写情况和平时表现进行打分,教师通过整个学期对学生实验过程的观察,对学生的真实水平有清楚的了解,根据学生的实验能力、思维能力、团队合作能力等多方面进行考核,这一部分占实验总成绩的30%;操作考查主要是就选定的设计型实验对学生搭建仪器装置和实验基本操作的动手能力,对实验原理、实验现象、实验过程中出现的各种问题的综合能力等多个角度进行考查,根据学生的操作与回答情况进行打分,这一部分占实验总成绩的30%。实验理论是基础有机化学实验课程必须掌握的一项重要内容,实验理论考试可促进学生在掌握具体的操作上更进一步理解各种操作的理论背景知识。实验理论考试主要对学生进行有关实验的理论知识、基本操作、实验现象、实验数据处理等方面的书面考试,实验理论考试成绩是学生实验成绩的重要组成部分,这一部分占实验总成绩的40%。
这种实验考核方式既考查了学生知识掌握的情况,又考查了学生的操作能力,还体现了成绩的真实性和公平性。
四、结语
我们对有机化学实验教学的改革,优化了实验教学体系,强化了实验教学环节。学生的实验技能训练和实际动手能力得到了有效加强,激发了学生的学习积极性,培养了科研创新精神,不少学生发表了质量较高的学术论文。学生的综合素质得到了有效提升,考上研究生的人数逐年上升,占毕业生总数的50%左右。他们基础扎实、动手能力强、敢于实践创新,受到了用人单位普遍欢迎,经过两三年实践就能成为所在单位的教学科研骨干。有机实验教学改革也大大促进了教师提高自身素质和业务水平的积极性,形成了教师与学生教学相长的良性互动。
参考文献:
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【关键词】绿色化学;环境污染;环境治理
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当今时代,化学真正成为了一门最有用的科学。化学科学的研究成果和化学知识的应用为推动人类的进步起到了决定性的作用。目前,化学及其制品已经渗透到人类生活、生产和国民经济的各个领域。但另一方面,化学化工的发展为人类的生活改善提供了源源不断的能源和物质基础,但同时又造成了很多的能源和环境问题。随着化学品的大量生产和广泛应用,人类对全球性环境污染的加剧、能源的匮乏和资源的减少日益关注。人们逐渐发现, 仅依靠开发更有效的污染控制技术对改善环境是很有限的,而应该把注意力集中到原始污染的预防上则对消除污染更有效。“绿色化学”的出现,为人类最终从化学的角度解决环境和能源问题带来了新的希望。
一、概念及核心内容
1.概念。绿色化学又称环境友好化学或清洁化学,是指化学反应和过程以“原子经济性”为基本原则,即在获取新物质的化学反应中充分利用参与反应的每个原料原子,在始端就采用实现污染预防的科学手段,因而过程和终端均为零排放和零污染,是一门从源头阻止污染的化学。
2.核心内容。原子经济性是绿色化学的核心内容,这一概念最早是1991年美国Stanford大学的著名有机化学家Trost提出的,即原料分子中究竟有百分之几的原子转化成了产物。理想的原子经济反应是原料分子中的原子百分之百地转变成产物,不产生副产物或废物,实现废物的“零排放”。他用原子利用率衡量反应的原子经济性,认为高效的有机合成应最大限度地利用原料分子的每一个原子,使之结合到目标分子中。绿色化学的原子经济性的反应有两个显著优点:一是最大限度地利用了原料;二是最大限度地减少了废物的排放。
二、渗透“绿色化学”思想
我国古代就有“不涸泽而渔,不焚林而猎”的保护自然环境的思想。今天,我们保护环境不仅要保护环境不受污染,而且要继承古代环境保护的思想,合理利用资源,以保证资源的永久利用。我们应该懂得保护环境就是保护我们自己。为了更好地保护环境,许多国家正在广泛地宣传环境保护思想,制定相应的法律法规。我国于1979年9月颁布了《中华人民共和国环境保护法(试行)》,并在1983年底召开的全国第二次环境保护大会上将保护环境确立为我国一项基本国策。
白色污染是当今社会的一大公害,而且越来越受到公众和政府的关注。塑料作为人工合成的高分子材料,由于它有良好的成膜性、绝缘性、成型性、耐酸碱、耐腐蚀,外观鲜艳,而且它具有极其低廉的价格,随着石油化工的发展迅速成为人类不可缺少的一种材料。然而随着塑料的大量使用,废弃塑料难于降解,严重污染了人们所居住的环境,还有的塑料会引起人类新的疾病的产生。通过对城市垃圾焚烧场的烟尘分析发现以下几种含氯有机物常同时存在,即:多氯二苯并-对二恶英(PCDD)、多氯二苯并呋喃(PCDF)、氯苯和氯代酚等。这些物质都是对人体非常有害的。如今,绿色蔬菜、绿色产品、绿色科技、绿色化学,还有现在所提倡的“绿色学校”,都成为最时髦的名词。绿色话题成为人类最具共识的话题。这种绿色意识,是人类重新审视自然的表现。传统观念中把人类和自然放在对立的位置上,人类总是妄图征服自然,操纵自然,为己所用,却完全不顾及自己赖以生存的环境破坏。而绿色意识把人看成是自然界中的一员,追求的是人与自然的统一以及人对自然的尊重。只有培养人类真正意义上的“绿色意识”,才能实现对环境,对人类更友善的化学——绿色化学。
因此,人类在生产、生活中都应贯穿绿色化学的思想,在生活中对其废弃物要妥善处理,决不能随意倾倒,造成环境污染,有的还可以变废为宝。如使用环保节能电池;使用太阳能热水器;使用节能灯;不食保护的野生动、植物等。如不使用难降解的一次性饭盒,少使用与废弃塑料袋,不乱扔废旧电池等。关注重大的绿色化学研究成果。如环境友好的海洋生物防垢剂,新配方汽油,环境友好柴油等。使用具有绿色环保标志的产品如绿色电冰箱,无磷洗衣粉,太阳能热水器等。当然我们要鼓励大家多骑自行车,少用机动车。
三、设计“绿色新工艺”
我国在环境资源、容量方面,总量虽大但人均拥有量很小。经济生产的特点是工业技术水平整体不高,能源和资源消耗及污染排放量高,乡镇企业比重还是很大,“三废”基本没有经过任何处理就四处排放,污染十分严重。以2006年甘肃徽县铅锭冶炼厂铅中毒事件为例,涉及村民2000多人,其中373人为儿童。这些儿童中,90%以上血铅超标,最高者血铅含量超标数倍,被诊断为重度铅中毒,被诊断为重度铅中毒年龄最小的孩子,只有1岁2个月。而成人中血铅超标也很普遍。依次来看,人们不仅不能走“先污染破坏,后治理恢复”的道路,也不能走“边污染,边治理”
的道路,而应该采取我国政府制定的“全面规划,合理布局,综合利用,化害为利,依靠群众,大家动手,保护环境,造福人民”的环境保护方针,还要在化工工艺上采取更为绿色的、环保的工艺过程。绿色化学不是被动地治理环境污染,而是主动的防止化学污染,从而在根本上切断污染源,所以绿色化学是更高层次的环境友好化学。
根据不同专业的培养目标以及教学对象的特点,我们在实验教学内容上进行了精心的选择和安排,教学课程内容注重培养学生的基本实验技能。基本实验操作训练部分占总学时数约30%,综合性实验占40%,研究性实验占20%,设计性实验内容占10%。充分考虑基本实验方法和技术出现的顺序及频率,重要的实验操作至少要训练两次以上,帮助学生灵活运用这些实验基本功打好基础。为此前期我们安排熔点和沸点测定、常压蒸馏、水蒸气蒸馏、折光率测定、旋光度测定、重结晶等实验,尽可能对各种基础操作进行训练。运用前期所学的实验方法和操作技术,对物质进行合成,然后对产品进行鉴定及含量分析,对学生实验技能的综合训练做到由浅到深、由简到繁、循序渐进。
2开设多步骤合成实验培养学生综合能力
在有机实验教学安排上,一般是学生先做一些基本实验。掌握了一些基本实验方法、实验技术,经综合性实验的训练。进行设计实验实践。因此,在学生掌握了一些最基本的操作技术,完成了一定数量的有代表性的、典型的、重要的有机反应类型的制备实验之后。尽可能将单个的合成实验变成多步骤的合成实验,用前一步反应所得的产品,作为后一步反应的原料,即多步骤有机合成。比如可以设计合成1-溴-2甲基-3硝基苯。该系列实验涉及到的基本操作有滴液漏斗的使用、回流、蒸馏、萃取分离、重结晶、抽滤、熔点的测定、脱色等。涉及到的反应有苯的卤化、烷基化、硝化、磺化及去磺化等诸多反应。在这个实验中,学生能获得较多的信息,较深刻的理解到欲给甲苯的邻位引入硝基或卤素,首先要利用磺酰基对位进行占位反应,从而避免对位产物的生成。由于是系列实验,每一步产品的产率及纯度都关系到下一步实验能否进行,学生必须仔细认真地对待每一步反应和每一步操作。通过这些操作既加强了基本实验技能的训练,又加强了理论与实际的联系,并且前一反应的产物要用来作为后一反应的原料,因此对中间产物的质和量提出了较高的要求,杜绝了部分学生的弄虚作假。培养了学生实事求是的科学态度。
3渗透绿色化学理念,引入现代有机化学实验技术与方法
(1)我们在实验教学过程中有意识地向学生渗透环保意识,使学生充分认识到保护环境必须要“从自我做起”,从而养成良好的实验行为习惯,在实验中所产生的废液必须分类回收,如果可能尽量做到循环利用,尽可能做到“三废”对环境的零排放。(2)对某些有毒反应,寻找无毒替代物。如间二硝基苯的制备实验,所用的原料硝基苯及产物间二硝基苯均为剧毒致癌化学物质,我们选用毒性较小甲基橙制备实验取代间二硝基苯的制备实验。而甲基橙为实验室常用酸碱指示剂,可以大大增加了学生对甲基橙合成的兴趣。(3)充分利用学生的产品,将该反应产品作为另一反应的原料,实现无废物排放。如上面实验合成的甲基橙,甲基橙可以作为光催化降解的模型化合物,甲基橙可以被分解为无毒的小分子。
4选择联系学生专业的实验内容
基于我校化学、材料及生物类专业毕业后大部分将从事与化学、材料及生物制药有关的工作,教学上有意为学生将来的发展做好知识方面的储备。在实验教学中,我们在教学内容上根据专业的不同,选择了一些与专业联系紧密的实验内容,如:针对高分子材料专业及金属材料专业我们选择双酚A(BPA)的制备实验作为教学内容,双酚A是一种用途很广泛的化工原料。它是双酚A型环氧树脂及聚碳酸酯等化工产品的合成原料。双酚A主要是通过苯酚和丙酮的缩合反应来制备,一般用盐酸、硫酸等质子酸作为催化剂。由于高分子专业及金属材料专业在后续课程中会讲到环氧树脂及环氧树脂涂料的制备。前期的实验会让学生对环氧树脂有更深的认识。另外我们也适当增加了精细有机合成,天然有机物提取等实验内容如针对应用化学专业开设具有解热、镇痛和消炎作用阿司匹林的制备实验。对生物工程专业学生开设茶叶中提取可作为中枢神经兴奋药的“咖啡因“等。这些实验既激发了学生学习有机化学的兴趣,又培养了学生将实验成果及时转化为经济效益的意识。
5建立开放型实验室,培养学生的创新能力
创新教育应当融入所有教学环节,让学生多接触需要发现、分析和解决的问题,进行思维训练和实践锻炼。首先,加强开放性实验项目的设置与管理。开放性实验项目目前已成为应用化学专业培养方案的一个有机组成部分。而且有的项目还根据低年级与高年级学生知识水平和实验动手能力的差异,因材施教,把科学研究训练、科研实践训练分成要求不同的两个层次,使低年级学生尽早接受研究气氛的熏陶;高年级学生的训练选题则尽量与教师的科研课题结合,条件具备的还与其毕业论文工作相衔接,使他们得到系统和全面的锻炼,以期获得更好的效果。在开放性实验方面,我们针对基础较扎实,求知欲较强,对化学有浓厚兴趣的学生开展“大学生创新与实践活动”。其形式将学院论证、设立由教师或学生建议的具有科研或开发背景的课题与项目,然后由学生自行组合的小组(3~5人)在教师的指导下完成研究工作,提交研究论文或研究报告。通过这种活动进一步提高学生的实践能力和综合素养,了解科学研究方法,鼓励他们积极参与各项竞争,展示自己的才华。其次,继续组织学生积极参加省内外的各类竞赛,如课程竞赛、化学实验竞赛等。以江苏省化学化工实验竞赛为例,参赛以小组为单位进行,要求参赛者针对一个综合的化学问题,设计出制备、分离、分析等详细步骤,包括提出所需药品及仪器设备的要求,完成论文式报告,并进行答辩。这种竞赛方式可以综合考察学生的分析解决问题的创造力、实验动手能力、数据处理能力、科研论文撰写能力及口头表达能力。通过这种竞赛可以总体考察学生在化学学习与实践中的能力和团队合作精神;检验化学教学的状况。
6改革实验考核体系,实现客观全面评价
考核是实验课的重要组成部分,是对学生掌握知识水平的操作技能情况的综合客观评价。(1)考前开放实验室,给学生创造良好的复习条件。考前将整个学期的实验仪器都摆出来,学生可以来实验室进行复习,并有教师辅导。(2)正确拟定考核题目,制定统一评分标准。命题原则是以大纲为依据,注意不偏离所学的基本内容,又要考核学生灵活运用所学过知识和技能;既要反应基本要求,又要有综合试题,使考试真正能够起到对学生全面检查,并利于提高学生分析问题和解决问题的能力。(3)以组为单位,现场观摩,单兵考核。每班学生分成四组,每组7~8人,以小组为单位分批进入实验室现场考核。按序抽签,单兵考核,其他学生现场观摩。现场抽签,使学生无法猜题,这就促使学生必须对本学期所学的内容进行全面的复习,考前开放实验室,学生积极参加,扭转学生死记硬背应付考试的被动局面。现场观摩受益面大,效果好。每个学生虽然只抽一个考题,但要观摩6~7个学生的考试,观摩别人可以发现自己的问题。(4)评定总结。小组考核完毕后,学生进行评定总结,由于考核情况相互了解,学生发言积极,气氛活跃,最好老师补充总结。小组讲评,既肯定成绩,又指出存在的问题,激发了学生的进取精神,活跃了学习氛围。教学实践证明,改革实验考核方法,严格实验教学管理,不但使学生对实验课的重视程度加强,也使学生的操作技能得到进一步加强。
7总结
一、反思性学习概述
1.反思性学习的内涵
反思性学习是指学生对学习活动过程的再认知来进行学习,换句话说是指对自己的思维过程、思维结果的再认知,它是学生的学习过程不可缺少的重要环节。建构主义认为学习不是被动的接受,而是学习者在一定的情境下,通过他人的帮助,利用必要的学习资料,通过意义建构即不断地进行反思、概括和抽象而获得的。可以看出,反思性学习是学生的自主活动,别人是无法替代的,但是目前的教学活动中,反思性学习这一环节往往被忽视,导致很多同学的反思性学习能力的不足。
2.反思性化学学习的重要性
由于化学学科知识点既多又分散,并且有大量的知识需要记忆,以至于很多同学认为化学是理科中的文科,这种认识是错误的。有教师总结出了化学的五字学习法,即“观,动,记,思,练”,这五字学习法中就提到了思,也就是学生自己的反思,死记硬背化学学科的知识点是没有用的,要在记忆的基础上不断思考,深入研究,以使新知识与已有的知识融会贯通,以促进知识的内化,建立知识之间的连接点。
3.让学生积极主动进行化学反思性学习
在教学实践活动中,我们要积极创设情景让学生进行反思性学习,因为使学生明确意识到自己的学习中的不足往往是很难的,所以作为教师的我们,要作为学生反思活动的促进者,创造轻松、信任、合作的氛围,帮助学生看到学习中的问题所在,是反思活动展开。
二、学生化学反思性学习能力在问题解决能力中的几个案例
既然让学生意识到自己的学习不足是很困难的,教师就可以从实际出发,提供一定的反思线索或适当的实例,以帮助学生学会反思,从而不断提高自己的反思能力,继而实现反思的自主化。
【案例1】将23gNa、18gAl、56gFe分别投入盛有200g7.3%的盐酸中,谁放出的氢气最多?
答案:Na
此题中,盐酸不管和哪种物质反应,都是不足量的。所以很多同学就会产生疑惑,应该是放出的氢气一样多啊?其实不然,在金属活动顺序表中,Na排在靠前的位置,说明它的化学性质很活泼。在高中教学中我们也学习到了Na可以跟H2O发生反应产生氢气。如果同学们的思维还停留在初中阶段,只考虑了Na可以跟稀盐酸反应,而忽视了它还可以在酸消耗完的时候进一步可以跟水的反应,就会造成此题的错误。从这个题中可以看出,学生在学习过程中不仅要记忆住知识,而且要把它与原先已有的知识建立链接,使知识达到完善的地步。
【案例2】向Fe(NO)2溶液中加入适量NaOH,是Fe2+恰好完全沉淀,过滤,小心加热沉淀,直至水分蒸干,然后灼烧到质量不再发生变化,此时固体的成分是什么?
答案:Fe2O3
此题中,发生反应的离子方程式为Fe2++2OH-■Fe(OH)2有些同学会认为固体成分就是Fe(OH)2,有些同学会认为对沉淀进行了灼烧,而Fe(OH)2不稳定,受热分解成为FeO和H2O。这个就考查了同学们对知识的迁移能力了。在书本上,我们做实验发现制备Fe(OH)2时,一开始出现白色沉淀,然后变为灰绿色,最后变为红棕色。这表明Fe(OH)2不稳定,易被氧化为Fe(OH)3,所以我们做Fe(OH)2的时候做了很多改进设计,意在防止Fe(OH)2被氧化。而制备Fe(OH)2的时候出现的颜色变化也成为推断题的题眼。在此题中,加热沉淀的过程中,Fe(OH)2就已被氧化为Fe(OH)3了,在进行灼烧,Fe(OH)3不稳定,分解为Fe2O3和H2O。从这题可以看出,同学们不能单个记住一些知识,知识在运用的过程中不是死的,也是处在变化过程中,这个实际上也是考察学生的反思能力、融会贯通能力。
【案例3】在化学方程式
2Al+2NaOH+2H2O■2NaAlO2+3H2中,还原剂是______,氧化剂是________。
答案:Al;H2O
此题中,如果单纯看化学方程式,很多同学会认为,氧化剂是H2O和NaOH。其实这个反应时要分两步进行,首先是
2Al+6H2O■2Al(OH)3+3H2,然后生成的Al(OH)3再和NaOH反应得到NaAlO2和H2O,两步反应的加和就得到题设中的化学方程式,实质上H2全部是Al和H2O反应得到的,把氧化还原反应的知识与Al和NaOH反应的实质联合起来,不难看出,此题的还原剂是Al,氧化剂是H2O。除了这个反应以外,还有Si跟NaOH的反应也是如此。从这个题目进一步看出,单纯的记住一些概念在我们解决问题的过程中虽然有一定的帮助,但是还需要我们对所学习过的知识进行反思,找到并总结其中的特殊点,然后特殊问题特殊对待,才能找到解决问题的正确途径。
三、小结
新课标要求教学过程更加注重“过程与方法”,在教学实践中要注重培养学生的反思学习能力,不仅有助于他们更好的获得知识,促进知识的内化与整合,而且有助于他们问题解决能力的提升。随着新教材的实施,教师们面临新的挑战。新教材更加注重学生的自主探究和知识总结能力的培养,许多知识教材并没有直接呈现出来,而是需要学生在教师的帮助下自己得出结论,所以在学生反思学习能力就显得尤为重要,教师要积极创设情境促进学生的反思学习。
参考文献
[1]陈琦,刘儒德.当代教育心理学(第二版).北京:北京师范大学出版社,2007.
[2]李朝东.学考新思维课时作业(第一版).银川:宁夏人民教育出版社,2009.
[3]杨庆昀.高中生化学反思性学习的实践研究.河北师范大学硕士学位论文,2005.
作者单位:
湖南师范大学化学化工学院
关键词有机合成;课程建设;教学改革;能力培养
有机合成化学是有机化学学科的核心内容,是创造新分子的主要手段和工具,它既是一门科学,又是一门艺术,同时也具有极强的实用性,是高等院校化学化工及相关学科的重要专业课程之一[1]。有机合成的教学内容丰富,实践性强,与生命、环境、材料、能源等诸多学科领域都有不同程度的交叉与渗透[2-5]。随着现代科技的迅速发展,有机合成研究领域中新反应和新理论的大量出现,使有机合成的教学内容发生了巨大变化,加之化学专业生源的改变,有近一半学生报考的第一志愿不是化学专业,导致教学对象也发生了明显的变化。尤其是面对新世纪的挑战,作为专业选修课的有机合成化学教学在笔者所在的学校面临以下问题:(1)对有机合成选修课不够重视。一方面上课教师安排随意,教学内容没有充分讨论及论证,另一方面学生选课也很随意,对期末考试不够重视;(2)内容陈旧松散,教学模式单一。学生被动灌输,机械接受,主体能动作用不能发挥,课堂教学气氛缺乏活力,学生的学习兴趣和动力不足,不利于学生创新能力的培养;(3)在教学过程中,过多地采用多媒体教学,尽管提高了讲课的速度,增加了课堂知识量,但缺乏沟通互动,学生对知识的理解程度有所欠缺;(4)有机合成参考教材内容老旧,缺少现代的有机合成化学新知识和新理论,与现代有机合成化学学科前沿领域没有实现很好的交叉渗透;(5)在网络时代,学生玩手机、上网,不喜欢看书。以上问题的存在导致学生既不能掌握系统的学科基础理论,也不能得到很好的专业素质培养,反而使学生专业兴趣下降、创新意识淡泊,能力培养更无从谈起。为了适应新形势的要求,解决以上问题,2006年至今,我们对有机合成化学课程进行了一系列改革,采取以下改革举措:坚持以“以学生为主体,教师为主导”为原则,以“注重能力培养”为核心,采取精选参考教材、整合课程内容、优化教学方法,让长期从事有机合成研究的教师担任主讲教师,控制选课人数、实行小班上课、改进考试办法等一系列举措,目的是让对有机合成有兴趣的学生打好基础,提高能力,培养化学创新人才。
一、精选中英文参考教材
选取好的参考教材是教学质量的基本保证。根据有机合成化学内容丰富、理论深刻、实践性强、与多门学科互相交叉渗透、国内外参考教材多等特点,2012年开始我们选用清华大学巨勇等编著的《有机合成化学与路线设计》(第2版)[6]及厦门大学黄培强教授等编著的《有机合成》[7]作为国内教材。这两本教材取国内外众多教材所长,主题明确、讲解精炼、题材新颖、习题及相关内容很有代表性,近年来颇受有机合成化学工作者的欢迎,使用效果很好。与此同时我们还选用欧美名校使用的OrganicSynthesis:TheDisconnectionApproach(《有机合成:切断法》)作为英文教材[8],一方面让学生打好基础,拓宽知识面;另一方面结合课堂学习,让对有机合成化学感兴趣的同学在课外了解国外先进教材的相关内容,学习有机合成化学专业知识的同时也学习了专业英语。同时,我们还加强教材建设,《有机化学习题精解精练》《有机合成实验》和《有机合成300例》3本教材的编辑与出版于2014年和2015年分别获得了福州大学教材立项资助。其中《有机合成300例》既是我们近几年来让学生反复练习的有机合成习题,也是历年来有机合成考试的笔试题。
二、整合课程内容
结合学生的实际水平及专业选修课的要求,按照“选修课中有基础,基础课程中有前沿进展”及“少而精”的原则整合课程内容。由于有机合成化学涉及的内容多且课时有限,在教学过程中学生往往觉得内容繁杂,难以完全掌握,整合课程内容有利于全面掌控教学整体过程。有机合成选修课安排在大三第二学期,学生已经学习了“基础有机化学”,较系统地掌握了许多经典的有机合成反应,为了避免重复,涉及基础有机化学的内容通过提问及课前预习进行熟悉掌握,本门课程主要强调如何利用相关有机反应合成目标分子,目标分子的合成有哪些内在的规律与逻辑,因此重点讲解有机合成路线设计的思维方法和技巧,其中重点与难点是逆合成分析法(RetrosynthesisAnalysis)。逆合成分析法是当今有机合成化学的重要手段之一,于20世纪60年代由哈佛大学教授E.J.Corey提出,1990年,他因此获得了诺贝尔化学奖。逆合成分析法从合成产物的分子结构入手,采用切断一种分析法,这种方法就是将分子的一个键切断,使分子转变为一种可能的原料的方法得到合成子在切断时得到的概念性的分子碎片,通常是个离子,这样就获得了不太复杂的、可以在合成过程中加以装配的结构单元[6-9]。其中,最主要的便是切断(Dis-connection)和合成子(Synthon)两个概念。通过一系列逆向思维把目标分子恰当地切断,找到合理的路线,而不再胡乱猜测如何合成目标分子,这样学生就知道如何通过缜密的逻辑思维自行设计合成路线。另外还要重点讲清楚“目标分子的拆开”“合成子与极性转换”“导向基团和保护基的引入”“合成路线的简化”等知识点。在此基础上,还要介绍当代有机合成路线设计方面的经典案例,并以几个复杂的功能活性分子为例,讨论它们的设计合成路线。
三、优化教学方法
福州大学过去的有机合成化学教学,以教师讲授为主,学生被动接受,学习效率不高。在这次教学方法改革和优化的过程中,我们坚持以“学生为主体,教师为主导”的改革原则,尝试着用小班授课、启发研讨式、互动交流式等多元教学形式。
(一)采用小班授课,研讨式教学
过去有机合成选修课由于是任选课,对选修人数没有限制,导致选修该课的学生最多时达120人。加之又是大班上课,课下缺乏辅导,教师与学生缺乏交流互动,教学效果很差。2014年,我们将本课的选修人数限制在50人左右,杜绝盲目选课,让真正感兴趣的同学参与进来。这样可以安排在小教室上课,课下教师与学生方便交流,课堂上教师可以提问、学生讨论,课后作业可以及时检查督促,方便采用研讨式教学,这样学生学得主动,学得快乐。
(二)充分利用网络资源,建立有机合成化学
QQ群,丰富教学手段有机合成化学课程内容多、教学时数少,解决这一矛盾的有效途径就是充分利用网络资源。通过建立有机合成化学QQ群,学生可以随时查看课堂教学课件等,下载有关的网络学习资料,并设立开通讨论交流版;学生可以通过网络,相互提问讨论互动,交流学习经验;教师可以通过网站,及时解答学生的疑惑,更有效地掌握学生学习的状况,提高了学习效率,完善了教学过程中的不足。通过网络给学生介绍小木虫、科学网及相关的国内外有机(合成)化学资源网站,让他们在课外有时间查看自己感兴趣的资料,真正做到课堂时间有限、知识无限、资源无限。
四、通过“三结合”方法丰富教学内容
(一)科研与教学结合
教师的科研阅历丰富,才能教会学生学以致用,把前人实践所得到的成果或理论灵活运用到今后的科研实践中,培养时代需要的创新人才。自2006年以来,我们明确要求有丰富科研经历的教师担任有机合成课程的主讲任务,这样可以把自己的科研经历和经验通过课堂传授给学生,启发学生明白学科发展无止境,使学生树立起敢于创新、敢于发现的科学态度。有机合成课程组近年来始终重视教学与科学研究工作,课程组教师近五年先后承担了国家级、省(部)级以上科研课题20项,80余篇,其中大多数论文被SCI收录。主讲教师及时将研究成果融入有机合成的教学中,使教学内容与学科前沿接轨,有效促进了教学内容、方法和手段的改革,提高了教学质量。与此同时,尽可能地将近年来与有机合成相关的几个诺贝尔科学奖项在课堂上介绍给学生。例如2010年诺贝尔化学奖获得者授予理查德•赫克(RichardF.Heck)、根岸英一(Ei-ichiNegishi)和铃木章(AkiraSuzuki),因为他们在有机合成中发现了钯催化的交叉偶联反应[10]。1968年,赫克与日本化学家沟吕木努几乎同时发现了微量钯就可以催化烯烃的芳基化反应,也就是现在被广泛使用的沟吕木努—赫克反应。根岸英一和铃木章的工作增强了钯在交叉偶联反应中的“媒人”地位,让钯更好地催化交叉偶联反应,是对赫克反应的进一步发展。三位获奖科学家的科学发现至今依然充满生机和活力,特别是近年来,有机钯催化的碳—碳键形成方法在有机合成中占有重要地位,已广泛应用于制造柔性塑料、发光二极管以及无数新型的药物,包括抗癌药、哮喘药、抗精神病药、抗艾滋病药等。我们特别安排一个专题集中介绍“有机钯化合物在碳—碳键形成中的应用”。2015年10月,我国科学家屠呦呦获得诺贝尔生理学或医学奖,理由是她发现了青蒿素,这种药品可以有效降低疟疾患者的死亡率。她成为首获科学类诺贝尔奖的中国人,尤其是第一位获得诺贝尔科学奖项的中国本土科学家、第一位获得诺贝尔生理医学奖的华人科学家。为此我们安排一个专题专门介绍“青蒿素的化学合成”。
(二)实验与教学结合
加强有机合成实验教学,理论联系实际,培养学生必要的有机合成技能技巧。有机合成是理论性和实践性都很强的专业课程,对有机合成工作者来讲,理论上的可能性必须要通过实验的可行性进行验证。因此有机合成实验在有机合成课程教学中占有重要地位,必须要求学生重视有机化学实验基本操作和实验技能技巧的培养。例如以与苯甲醛相关的3个著名反应:康尼查罗(Cannizzaro)、安息香缩合反应及Perkin反应为例进行有机合成实验与理论教学。这3个有机反应的合成实验学生恰好在实验室做过,学生有亲身经历。苯甲醛属于无α-氢的醛,在浓碱溶液中进行康尼查罗生成苯甲酸和苯甲醇,通过这个实验一方面使学生了解到该反应是有机化学中最典型的歧化反应,歧化反应在日常生活中很重要,其类似于生理的氧化还原反应,工业上就是利用甲醛和乙醛的羟醛缩合和歧化反应制备季戊四醇,季戊四醇是一种重要的化工原料;另一方面苯甲醛歧化生成苯甲酸和苯甲醇,该反应产物的纯化分离是典型的有机混合物多组分分离纯化实验,涉及从醇(苯甲醇)、醛(苯甲醛)、羧酸(苯甲酸)3种含氧官能团衍生物的分离提纯与鉴定,很有代表性,让学生设计纯化分离路线图,给学生深刻印象,提高了其学习兴趣,理论和实践两者有机的结合,互相促进,融会贯通。安息香缩合反应又称为苯偶姻缩合(BenzoinCondensation)反应,该反应早期的催化剂是氰化物,但氰化物是剧,易对人体危害,操作困难,且“三废”处理困难。20世纪70年代后,开始采用辅酶维生素B1(盐酸硫胺)代替氰化物作催化剂进行缩合反应。以维生素B1作催化剂具有操作简单、节省原料、耗时短、污染轻等特点,但反应需要在冰水浴中操作,而且反应收率比较低。近年来发现安息香缩合反应也可用噻唑及氮杂卡宾类化合物催化反应,原理和维生素B1相同,是典型的绿色有机合成。Perkin反应,又称普尔金反应,现用不含有α-H的芳香醛(如苯甲醛)在强碱弱酸盐(如无水碳酸钾、醋酸钾等)的催化下,与含有α-H的酸酐(如乙酸酐、丙酸酐等)所发生的缩合反应,并生成α,β-不饱和羧酸盐,后者经酸性水解即可得到α,β-不饱和羧酸。需要说明的是本反应要求无水,所有溶剂均经过处理。尤其是我们在2015年举办的福建省暑期大学生化学夏令营活动中,安排了微量有机合成,涉及有机反应、纯化分离及结果鉴定,给学生提供了一个很好的实验实训机会。
(三)中英文相结合