有機化學課程教學改革思考

時間:2022-06-03 04:41:27

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有機化學課程教學改革思考

一、有機化學課程教學現狀

(一)教學內容的選擇

目前,國內圖書市場有機化學類教材非常之多,其中,尤以中文版和英文版的居首。這些教材針對不同專業領域、不同知識水平的讀者編寫,充分體現了各自的特點,方便了廣大讀者。教材主要內容大體分為基礎知識、以有機官能團分類的化合物及經典有機化學反應、有機化合物結構及表征方法、生命有機大分子化合物等幾類,其中,經典有機化學反應是有機化學學習的重點內容。因此,除了有中國文字特點的有機化合物命名原則以外,有機化學教材均以有機官能團為主線,在內容的安排和順序上大同小異。[1]有機化學理論抽象,化合物數量龐大、結構復雜、涉及的反應種類繁多,哪些內容才是應用化工技術專業學生所必需的和感興趣的呢?在教學過程中,教師往往從眾多教材中選擇內容難度和廣度適中的作為參考,再根據學時數進行內容的刪減或增補。這樣的內容選擇顯然比較盲目,缺乏明確的專業自主定位,造成教師在有限的學時與無垠的有機化學知識之間顧此失彼。

(二)教師的教學方法

隨著教學條件的不斷改善,一些教師對傳統的教學方法所存在的問題進行了分析研究,并結合時代背景,借鑒國外先進的教學模式,提出了有機化學課程教學方法的改革建議。現代化的教學手段被積極地運用于有機化學教學過程,并在一些復雜問題的講授過程中收到了很好的效果。但這些教學方法的改革僅停留在較淺的層面,多數教師未能將傳統的教學方法和現代化教學手段與專業需求巧妙地結合起來。文本、圖像、音頻、視頻等使得課堂信息量大增,加之有機化學教學資源的多元化,造成課堂容量大,講授內容多。教學中普遍采用的仍是“填鴨式”方法,教師負責講、學生負責聽的傳統模式并沒有根本改變。[2]

(三)學生的學習狀況

新課改形勢下的中學化學采取模塊式教學,有機化學的內容比較零亂,而且遠遠少于無機化學,有些學生甚至對有機化學了解很少,水平參差不齊。[3-4]進入大學的學習階段后,一些基礎相對薄弱的學生學習被動,缺乏主動篩選知識、汲取知識的能力,使得教師上課辛苦,學生聽得一頭霧水。此外,在傳統的教學效果考查方式下,教師所布置的任務、作業均有統一標準的答案,學生若是自己不能解決,往往便拷貝他人的了事,這樣的學習完全有悖于教學的目的和初衷。因此,課程教學必須幫助學生培養學習有機化學的積極性,使他們重拾自信心。

二、有機化學課程教學改革

提高有機化學課程的教學質量與效率,對后續專業課程的教學以及培養學生良好的學風非常關鍵?!笆谌艘贼~,不如授之以漁”,筆者從培養學生的學習能力和學習積極性、強化基礎知識與專業需求的聯系、提高專業素養和職業自信心的角度出發,教學中結合化工生產工藝、化工設備維護、技術革新和科研進展、環境保護、日常生活應用等,對有機化學課程的教學改革進行了探討。

(一)結合化工生產工藝

在有機化學課程教學中,可將化工生產工藝作為實例引入,向學生初步介紹所涉及到的化合物和工藝路線;或者介紹某些有機化合物的結構與性質的關系、生產生活中的重要性等,引導學生搜集和總結這些化合物在化工生產過程中所表現出的物理、化學性質。課程與化工生產工藝的結合,使理論知識與實際生產的關系在學生頭腦中變得清晰、直觀起來,從而有助于學生明確學習目的,提高學習興趣,增強自信心,養成探索式學習的習慣。同時,也培養了學生運用知識解決實際生產問題的能力,為其掌握應用化工技術專業學習規律、了解化工生產打下了基礎。例如,在介紹苯及其同系物時,要突出這一系列有機物無論是作為原料還是作為產品,在化工生產中都具有重要性,可結合精對苯二甲酸的生產工藝進行講解。精對苯二甲酸是生產聚酯的重要原料。以高純度對二甲苯(PX)為原料,醋酸為溶劑,醋酸鈷和醋酸錳為催化劑,四溴乙烷為促進劑進行空氣催化氧化,經結晶干燥得粗對苯二甲酸(TA)的工藝技術,講解苯環上烷基的氧化反應。在這里,要重申有機反應常伴有副產物生成,氧化產品除對苯二甲酸外,還含有較多的對羧基苯甲醛(4-CBA)、對甲基苯甲酸(PT酸)及其它有機雜質。為了達到產品的要求,利用氧化反應逆反應原理,在適當的溫度、壓力下,進行催化加氫還原,使4-CBA轉化為易溶于水的PT酸,同時,有機雜質在高溫下被分解。經加氫精制的對苯二甲酸溶液通過結晶、分離、干燥得到纖維級對苯二甲酸產品。在課程內容的選取上,應減少理論性太深或實用性不強的內容,強化與生產實際聯系密切的內容,突出重要化學反應及反應產物的使用性能。例如,介紹含氮有機化合物時,可結合2,3-二氯苯甲酸的合成進行教學。[5]2,3-二氯苯甲酸是一種常用的醫藥中間體,用2,3-二氯苯胺經重氮化、氰取代制得2,3-二氯芐腈,再經濃硫酸水解得2,3-二氯苯甲酸。在這個實例中,引導學生學習和思考胺的性質、重氮化合物的制備和性質、重氮鹽在有機合成上的應用、氰水解等相關知識。

(二)結合化工設備維護

化工生產中,有機反應產品的誕生是離不開各種設備的。在有機化學課程教學中,要結合化工設備維護實例,培養學生設備防腐方面的知識,使學生了解到尋找更有效的耐蝕材料、防腐工藝是設備運行安全的必然要求,進而激發其學習有機化學的積極性,增強使命感。例如,烷烴裂化、裂解,雖然工業操作條件下反應比較復雜,教師不進行詳細講解,但應向學生介紹其對于石化工業的重要意義、對設備的要求等內容。加氫裂化裝置工藝復雜,流程較長,系統處于高溫高壓臨氫和含硫或硫化氫存在的強腐蝕性環境中。從介質環境分析,裝置存在多種形式的腐蝕。因此,通過學習使學生明確,要不斷努力去研究新的防腐材料、緩蝕劑以及有效的防腐手段等,以提高裝置的防腐能力,適應生產的需要。又如,在共軛二烯烴化學性質教學內容中,Diels-Alder反應用合適的Lewis酸作催化劑,能提高反應區域選擇性和產率,但Lewis酸對設備有強腐蝕性,并產生大量廢液。為了解決這一矛盾,固體超強酸被建議作催化劑,這樣,雖然會對設備防腐有利,生產工藝得到改善,但仍存在催化劑的制備復雜、反應時間過長等不足。用大孔樹脂作該反應的催化劑,工藝與傳統的硫酸催化劑工藝相比,具有腐蝕性小、環境污染小、無溶劑反應和催化劑可循環利用等優點。[6]

(三)結合技術革新和科研進展

在有機化學課程教學中,應引導學生關注有機化學領域相關的研究熱點和新進展,遠及諾貝爾化學獎,以開拓學生視野;近到本校師生的科研項目及成果,以增強學生學習的信心。學生會感到,原以為“高深莫測”的東西其實離自己并不遙遠,現在學好有機化學就是很好的開始。例如,講授芳香族化合物時,引入對芳香性的認識和化學家所設計并合成的各類芳香性分子的結構和其理化特點;講述立體化學時,介紹人類對同分異構現象的認識歷史,使學生了解到,不對稱合成是最富活力的前沿研究領域之一;講授羰基還原時,介紹黃鳴龍先生對Wolff-Kishner還原法進行技術改進的貢獻;講解雜環化合物時,介紹其在醫藥、農藥生產領域的地位;講解蛋白質、氨基酸時,與生命科學的酶催化、基因工程相聯系。需要注意的是,結合科研進展開展教學時,教師要洞悉學生的反應,避免高談闊論和深入剖析,而應點到為止,以拓寬學生視野和提高學習興趣為目的。

(四)結合環境保護問題

有毒有害的有機化合物種類較多,如鹵代烴類、醇酚醚類、酯類毒害品、含氮化合物、有機農藥等。在有機化學相關章節的講授中,可以結合環境保護問題介紹一些案例,使學生加深對有機化合物性質的理解,提高學習興趣。例如,講述芳烴時,介紹2005年吉林石化公司雙苯廠一車間發生爆炸事故,苯類物質(苯、硝基苯等)流入松花江,造成了江水嚴重污染;講述鹵代烴時,介紹鹵代溶劑及氟利昂、哈龍的持久污染的概念和替代問題;講述醇酚醚時,介紹2004年重慶長風化工廠發生的苯酚泄漏事故,以及二戰時期日本慘絕人寰使用芥子氣事件;講述含氮有機化合物時,介紹1984年印度中央邦首府博帕爾聯碳公司農藥廠異氰酸甲酯泄漏事故,使2500名居民中毒死亡,20多萬人深受其害,造成世界工業史上絕無僅有的大慘案等。除此之外,還要讓學生意識到企業清潔安全生產、節能減排的必要性。在這樣的背景下,進一步讓學生體會到學好基礎知識的重要性。

(五)結合生活常識

有機化學與我們的生產生活關系密切。教師應廣泛運用周圍的實際事例,將身邊的化學物質、生活中的化學現象引入課堂,幫助學生建立概念,培養其學習興趣和擴大知識面。例如,三聚氰胺、瘦肉精對人體的危害、攝入后的癥狀和處理措施;發膠中具有定型和柔順作用的有機成分;口香糖中的膠基;滴眼液中的環糊精的作用等。再如,教材中提到的聚酯,經加工可制成長絲、短纖維、聚酯薄膜、聚酯漆等??上驅W生介紹其在生產生活中的應用:長絲可用于制造輪胎簾子線、傘繩和船舶纜繩;短纖維可經加工成布料;聚酯薄膜是制造照相材料、電影膠片、電器絕緣薄膜等的優質材料;聚酯漆是用于船舶底部的重要優質防銹防微生物漆。這樣的例子不勝枚舉,布置給學生進行搜集,會帶來出乎意料的教學效果。實際上,在有機化學面前,我們都是學生?!按蜩F還需自身硬”,教師要不斷學習和鉆研,適應專業、行業發展,把握人才培養的定位,從有機化學課程與專業課程的內在聯系著手進行教學改革,為實現應用化工技術專業人才培養目標,進行不懈的探索和研究。

作者:胡長峰白圖雅工作單位:呼和浩特職業學院生物化學工程學院內蒙古師范大學化學與環境科學學院