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關鍵詞:綠色有機合成 技術研究 化學
綠色有機化學的初衷是想從源頭上成功抵擋住污染。使人類在生活中,不使用、不生產(chǎn)有害物質(zhì),并且在后期也不用再處理產(chǎn)生的廢物。真正做到從原料到產(chǎn)品的每一個步驟,每一種物質(zhì)都是安全無害的。
一、綠色有機過程中的溶劑綠色化
1.超臨界流體,這類流體的密度實際上是與液體相似的,但更確切的來說,這是一種擁有傳質(zhì)速率快,本身具備的一些物理性質(zhì)又對溫度等因素帶來的影響極為敏感,且粘度和擴散速度又與氣體相似的,溫度和壓力都在臨界點以上的這樣一種流體。這種流體在有機化學的應用方面能夠很好的控制反應過程中活性,調(diào)控選擇性,成功實現(xiàn)反應與分離能夠具有一體化的模式。
2.超臨界水作為超臨界流體中的代表被廣泛應用在反應中,因為超臨界水本身具有對一些氣體或是有機物的溶解能力,這是一般物質(zhì)無可取代的。除此之外,超臨界水同樣具有通過改變一些物理性質(zhì)來影響反應速率,提高選擇性。例如可以通過改變密度、粘度和介電常數(shù),以及調(diào)控溫度和壓力。綠色有機化學中,關于超臨界水的反應有水解反應、氧化反應和重排反應。應用到現(xiàn)實中的有舊塑料的油化再降解。
3.離子液體,離子液體主要具有在熱的條件下仍然保持較高的穩(wěn)定性,且不易揮發(fā),通過調(diào)節(jié)組成它的陰離子和陽離子可以達到調(diào)控溶解性的效果,其次,其酸度也可以通過調(diào)節(jié)成為強酸的特點。而在概念上,離子液體被定義為由陰陽離子構(gòu)成的,在接近室溫的環(huán)境中可以保持液態(tài)的液體。許多重要的有機化合反應都用到了離子液體這一介質(zhì)。例如酯化反應、聚合反應、氧化還原反應和烷基化反應。將離子溶液作為反應中的介質(zhì),有利于加速反應的速率,使反應始終保持在一個溫和的環(huán)境中。
4.水溶劑,水溶劑顧名思義就是將水作為有機反應中的溶劑。因為其本身具有的疏水效應對有機轉(zhuǎn)化的整個過程是十分有利的。例如在經(jīng)醛縮合反應、Michael加成反應、Diels-Alder反應和Mannish反應中,水溶劑就可以提高反應的速度和整體的選擇性。另一方面,水本身作為一種安全無害且環(huán)保的物質(zhì),逐漸的成為綠色有機化學研究中的熱點。水在化學反應的過程中,不僅作為一種溶液參與其中,它也會影響反應的進程。經(jīng)過長期的研究和探索,我們發(fā)現(xiàn)水在某些極強的多元反應中具有加速反應的效果,并且具有易于分離的特點。
5.氯兩相體系,這種體系是由兩種溶劑構(gòu)成的,它們分別是普通有機溶劑和全氟溶劑。通常的情況下,如果溫度較低,全氟溶劑與其他的普通有機溶劑就很難相溶,在這種情況下就會形成氟相和有機相的兩相體系。而此時如果外界的環(huán)境溫度上升,全氟溶劑則可以很好的與普通溶劑相溶,我們將這種溶解度隨著溫度急劇上升的情況稱為形成單一相。這種現(xiàn)象能夠更有利于為有機反應提供均相條件。同時,隨著反應的結(jié)束,溫度的降低,體系也會自然的恢復到兩相體系。
綠色化學中的氟兩相體系的應用也有許多,其中也分為兩種,作為有機反應介質(zhì)和催化劑作用。作為催化劑參與的反應有,烯烴的氫甲酞化反應和硼氫化反應、Diels-Alder反應、烯丙位取代反應和氧化反應。而作為有機介質(zhì)參與的反應有硝化反應、Swern氧化反應和Hosomic-Sakurai反應。
二、綠色有機合成中的催化劑綠色化
1.固體酸催化劑,固體酸催化劑是指金屬鹽催化劑,金屬氧化物催化劑和分子篩和雜多酸催化劑的總稱。并且其本身也具有活性高,選擇性強,反應后的產(chǎn)物易于分離而且也可以多次循環(huán)利用,這體現(xiàn)了綠色化學的主旨。
2.金屬催化劑,有機金屬配合物催化劑、金屬氧化物催化劑和金屬Pd催化劑同屬于金屬催化劑。我們通過實驗證明了金屬催化劑能夠提升催化的速率,使用浸漬法獲取1%的的Pd/Mgo,這將作為反應中的非均相催化劑,將不同性質(zhì)的醇氧化,我們可以發(fā)現(xiàn)此催化劑具有使反應條件溫和的特點。
3.酶催化劑,酶曾被許多人認為是化學反應中一種快速且專一的催化劑,近年來,酶在有機化學中的應用日見廣泛,人們已經(jīng)將它高效立體且具有靈活選擇性的性能應用在有機化合物的合成中了,此外,酶還具有水解活性高的特點。
三、綠色有機合成過程中的合成方法的綠色化
1.用物理方法來促進化學反應,物理中的光、電和熱這三種要素在化學有機反應中占有重要地位,也是我們在綠色有機合成方面的研究方向之一。例如利用微波爐的微波來促進反應速率的例子比比皆是。微波輻射條件不僅可以提升有機反應中的反應速率,也能夠提升產(chǎn)品的純度。在Diels-Alder反應中,微波輻射技術就被成功應用。除此之外,還有加成反應和雜環(huán)化合物的合成也作用了此項技術。例如在進行Diels-Alder成環(huán)反應實驗時,用100w的微波加熱五到二十五分鐘,產(chǎn)率可以高達79%到90%,而用普通的方式加熱,三個小時內(nèi)僅可產(chǎn)生25%到60%,除了產(chǎn)率高這一特點外,微波方式還具有高選擇性和條件溫和的特點。另外,除了微波技術,超聲波的空化功能也可以減少廢物的排放,降低能量的損耗。
2.串聯(lián)反應,綠色化學提倡減少能耗,避免污染。但我們的實驗過程中經(jīng)常會遇到提純或是分離一個分子的步驟過于繁瑣,不利于經(jīng)濟和環(huán)保。因此,我們有必要考慮串聯(lián)反應在有機化學中的應用,當前串聯(lián)反應已經(jīng)被應用在了不對稱合成和雜環(huán)化合物的合成過程之中,串聯(lián)效應針對光學效應的產(chǎn)物和分子具有特殊的優(yōu)越性。
四、總結(jié)
綠色有機合成化學逐漸成為了人們生產(chǎn)、生活,化學學科理論和實際發(fā)展中的必然選擇。隨著時代的不斷進步,綠色有機合成化學也是我國工業(yè)化領域的大勢所趨,綠色化學除了要做到溶液綠色化,催化劑綠色化,合成方法綠色化之外,還行應用各項先進技術,將綠色化學發(fā)展到各個領域之中去,尤其是基因工程,細胞工程和微生物工程。同時引導一些新興技術的發(fā)展,例如微波技術和超聲波技術,達到綠色化學的多領域全面發(fā)展。
參考文獻
[1]劉雪暖,李玉秋.反應精餾技術的研究現(xiàn)狀及其應用[J].中國化工產(chǎn)業(yè),2011(08).
【關鍵詞】Mannich反應 催化劑 中間體 氨烷基化反應 Mannich堿
【中圖分類號】O621 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-4810(2015)23-0125-02
Mannich反應為具有活性氫的化合物與甲醛(或其他醛)、胺進行縮合,生成氨甲基衍生物的反應,其通式為:
Mannich反應機理如下:
該反應通常是在Lewis酸或者質(zhì)子酸的催化下進行的,但是這些傳統(tǒng)催化劑往往具有毒性和腐蝕性,并且很難回收利用,這就必然導致酸性廢物的排放和對環(huán)境的污染。因此,尋找一種對環(huán)境友好,并且易于回收利用的催化劑仍然是有機合成工作者關注的課題,本文對Mannich反應中不同催化劑的優(yōu)缺點做了簡單總結(jié)。
一 離子液體作為催化劑
近年來,離子液體作為一種新興的綠色反應溶劑,越來越引起有機合成工作者的廣泛關注。這是由于離子液體與傳統(tǒng)有機溶劑相比,具有不易燃易爆,不揮發(fā)和較高的熱穩(wěn)定性,以及對許多化合物有良好的溶解性等特點。
(1)芳香酮、甲醛、二甲胺鹽酸鹽三組分的Mannich反應:
NH(CH3)2?HC1
(2)芳香酮、芳香醛、芳香胺三組分的Mannich反應:
其中,X為:a.H;b.Cl;c.OCH3;d.NO2。
采用離子液體催化劑,反應不需要加入任何Lewis酸或質(zhì)子酸催化劑即可發(fā)生,且離子液體至少可以循環(huán)使用5次。
二 對氨基苯磺酸鋁催化
有機金屬磺酸鹽具有耐水性和較高的催化活性,廣泛用于多種有機反應。在室溫條件下,對氨基苯磺酸鋁可有效催化苯乙酮、芳香醛和芳香胺的Mannich反應,三組分“一鍋法”合成了系列β-氨基酮衍生物,避免了傳統(tǒng)合成方法使用強酸作催化劑的不足,為β-氨基酮衍生物的合成提供了新途徑。
該方法操作簡單,條件溫和,收率高,催化劑活性好并且可以重復使用,符合綠色化學要求,對環(huán)境友好。
三 磷鎢酸為催化劑
以水為溶劑,磷鎢酸為催化劑催化芳香酮、芳香醛和芳香胺Mannich反應,合成了一系列的氨基酮衍生物。
該方法操作簡單,反應條件溫和,產(chǎn)率較高,催化劑價格低廉且用量少,對環(huán)境友好。
四 三氟甲磺酸銅催化
該反應以環(huán)己酮、芳香醛和芳香胺為原料,以三氟甲磺酸酮為催化劑,合成β-氨基酮衍生物。
三氟甲磺酸鹽與傳統(tǒng)的催化劑相比,它不需要添加濃鹽酸、Me3SiC1等任何輔助催化劑,穩(wěn)定性較好,反應時間大大縮短僅需1.5h,其催化量只需化學劑量的10%~20%就能使反應順利完成,收率高且產(chǎn)物純凈。同時,由于反應結(jié)束后不需要經(jīng)過水解,不會產(chǎn)生大量的“三廢”,所以反應的后處理也比較簡單,有利于環(huán)境的保護,反應結(jié)束后可再回收得到進行重復利用。
五 氨基磺酸催化
近年來,氨基磺酸由于具有不揮發(fā)、不易分解、廉價和弱酸性等性質(zhì),它在有機合成的許多領域取代了常規(guī)的酸催化劑。以下采用氨基磺酸作催化劑,芳香酮、環(huán)己酮、3-戊酮等酮類與芳香醛和芳香胺的三組分Mannich反應,反應式如下:
氨基磺酸廉價易得,催化活性高且用量少,穩(wěn)定性好,其催化的Mannich反應對實驗要求不嚴格,且目標產(chǎn)物收率均不低,因其具有兩性離子的特性,使其易于回收再利用。
六 結(jié)束語
Mannich反應是合成藥物、天然產(chǎn)物和精細有機中間體的重要反應之一,在有機合成化學中占有十分重要的地位。它不僅在藥物、農(nóng)藥、染料、涂料和炸藥等方面用途廣泛,而且是參與合成天然生物活性分子的重要中間體。但是Mannich反應使用的傳統(tǒng)催化劑如Y(OTf)3、Ln(OTf)3和Yb(OTf)3等往往具有毒性、腐蝕性、催化劑用量較大、催化效率不高、價格昂貴、污染環(huán)境等缺點,而目前研制的新型催化劑在某些方面有所突出,比如操作簡單、條件溫和、催化活性高、對環(huán)境友好等特點,然而也存在著制備較為復雜、產(chǎn)率不高等問題,因此,尋找一種更加高效、經(jīng)濟、對環(huán)境友好且易于回收的催化劑仍然是目前重要的課題。
參考文獻
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關鍵詞:高中化學;課堂教學;語言科學化
根據(jù)課程標準和學時要求,高一化學必修2第三章的有機化學中的內(nèi)容,沒有完全考慮有機化學本身的內(nèi)在邏輯體系,主要是選取典型代表物,介紹其基本的結(jié)構(gòu)、主要性質(zhì)以及在生產(chǎn)、生活中的應用,較少涉及有機物的概念和它們的性質(zhì)。而選修5有機化學基礎建立在化學必修2中“重要的有機化合物”的基礎上,目的就是引導學生比較系統(tǒng)、深入地學習有機化學基礎知識。所以我們必須理清兩者的關系,調(diào)整與整合授課內(nèi)容。
一、用官能團作為橋梁,用典型有機物作載體整合課本內(nèi)容教學
1.烴的性質(zhì)
我們還是先學習最熟悉的甲烷,從甲烷的性質(zhì)入手,過渡到烷烴的性質(zhì),烷烴的命名,同系物,同分異構(gòu)現(xiàn)象;再從乙烯開始,到乙炔,歸納出飽和烴和不飽和烴的性質(zhì)。再過渡到苯的性質(zhì),苯的同系物命名,芳香烴的性質(zhì)。因為苯的性質(zhì)比較特殊,它的化學鍵是介于單鍵與雙鍵之間的一種獨特的鍵。所以它既有飽和烴的性質(zhì)也有不飽和烴的性質(zhì)。學生學完了烷烴與烯烴后再學苯的性質(zhì)就相對容易掌握。
2.醇、酚、醛、羧酸、酯、鹵代烴的性質(zhì)
醇、酚、醛、羧酸、酯、鹵代烴的性質(zhì)主要是官能團的性質(zhì),也可以說是烴的一些衍生物的性質(zhì),學生剛學完烴的性質(zhì),現(xiàn)在再接著學習這些烴的衍生物,從結(jié)構(gòu)上不會太陌生,教學內(nèi)容上起到一個很好的過渡作用,學生自然就比較容易理解與掌握。
醇的性質(zhì)以學生熟識的典型的乙醇(酒)入手,從乙醇的7個特殊性質(zhì)引申到醇的同系物的性質(zhì)也就是羥基鏈在鏈烴基上的性質(zhì),自然就過渡到羥基鏈在苯環(huán)上酚的性質(zhì)。
按照醇的氧化得到醛,醛的氧化得到酸,酸與醇的反應得到酯,這一線索就把醇、酚、醛、羧酸、酯的知識連成了一條線。但要注意的是學到這里時,不要把油脂一并學習,讓它放到選修5的第四章“生命中的基礎有機化學物質(zhì)”時與糖類,蛋白質(zhì)三個一同學習,這樣既能分散難點,又能讓知識更有系統(tǒng)性。
在我們的實踐過程中,有些教師也提出為什么不把鹵代烴放在烴的性質(zhì)后面馬上學習呢?烴與鹵代烴不是很自然過渡嗎?課本選修5第二章的標題也是烴和鹵代烴,它們兩者都是放在一起學習的。后來我們在科組活動上也提出了這個問題,最后大家還是認為不把鹵代烴放在烴的性質(zhì)后面馬上學習的好。鹵代烴的性質(zhì)最重要的是取代反應(水解反應)和消去反應,鹵代烴取代反應在氫氧化鈉的水溶液條件下得到了醇,消去反應在氫氧化鈉醇溶液條件下得到烯烴,這些反應的條件很容易讓學生混淆,如果接著下來又學習醇、酚、醛、羧酸、酯的話,讓學生感覺到有機化學太難,無規(guī)律,不容易掌握,從而降低了學習有機化學的興趣。鹵代烴取代反應得到醇,消去反應得到烯烴,這與前面學習的醇、烯烴起到一個首尾呼應的作用,我們在構(gòu)建知識網(wǎng)絡時就不是一條線而是一個圓,一張網(wǎng)。在以后的實踐中也證實了我們這樣對教材的處理是恰當?shù)摹?/p>
二、添磚加瓦,查漏補缺,使有機化學的知識體系更完善
學完烴的性質(zhì)與烴的衍生物的性質(zhì)后,官能團的“功能”模塊知識就基本學完了,我們還必須把化學必修2第三章的有機化學與選修5有機化學基礎的一些枝節(jié)與遺漏的內(nèi)容整合完畢。
1.命中的營養(yǎng)物質(zhì)
化學必修2第三章的第四節(jié)基本營養(yǎng)物質(zhì)與選修5第四章生命中的基礎有機化學物質(zhì),整合在一起學習,因為它們主要是生命中的營養(yǎng)物質(zhì):油脂、糖類、蛋白質(zhì)、氨基酸等的知識,與前面學習的酯與羧酸有一定的聯(lián)系。
2.機物的結(jié)構(gòu)特點
選修5有機化學基礎第一章認識有機化合物的第一節(jié)有機化合物的分類,第二節(jié)有機物的結(jié)構(gòu)特點,我們就當成是前面學習的一個歸納與總結(jié),不當做是一個新的內(nèi)容來授課。
3.研究有機化合物的一般步驟和方法
選修5有機化學基礎第一章第四節(jié)的研究有機化合物的一般步驟和方法,主要是介紹有機物的一般研究步驟和方法,內(nèi)容繁多,涉及的其他知識較廣、較新,學生比較難掌握,但在高考中的出現(xiàn)率不高,不宜拓展加深。
4.有機合成
我們把選修5有機化學基礎第三章第四節(jié)有機合成與選修5第五章進入合成有機高分子化合物的時代整合學習,這兩個部分分別對簡單的有機物合成和復雜的高分子化合物的合成方法作了詳細的介紹。這兩個部分其實是對有機化合物各種性質(zhì)的綜合運用,也是對學生熟悉各種官能團性質(zhì)程度的大檢閱。它能對全部所學的有機化學知識進行考查,所以高考中有機合成被放在化學科目的大題第一題,占有非常重要的地位。
必修模塊是選修模塊的基礎,選修模塊是在必修模塊基礎上的拓展與深化。我們選擇靈活機動的授課方式,大膽嘗試,大膽實踐,盡一切可能讓學生學得流暢、明白,最大限度地使兩部分的有機化學整合得更加完整、統(tǒng)一、嚴謹。同時,我們也會不斷地學習、思考與總結(jié),不斷提高自身的思想素質(zhì)和業(yè)務水平,使高中有機化學教學的目標和要求落到實處;深刻領會化學課程改革的意圖,確保高中有機化學教學的順利實施。
參考文獻:
有機基礎階段:包括,自然界較簡單的有機物——烴類化合物;生物體中重要的代謝中間物——醇、酚、醚、醛、酮、醌;重要的基本生物分子——羧酸及其衍生物;生物體內(nèi)的高能化合物——含氮、含磷、含硫有機化合物等。以官能團教學為主線,掌握各類有機化合物結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及反應等;以對生物體影響為紐帶,掌握應用,加強基礎學習。與藥學專業(yè)密切相關的有機化合物,生物次生物質(zhì)——雜環(huán)、生物堿,萜類和甾體化合物等。體內(nèi)有機物質(zhì)反應的基礎,酶、生命必需物質(zhì)——維生素、生物氧化等。生物體內(nèi)四大物質(zhì)。供能者——糖類化合物;儲能與供能者——脂類化合物;生命的表達者——蛋白質(zhì)(氨基酸);生物遺傳的決定者——核酸(核苷酸)從結(jié)構(gòu),性質(zhì),功能,代謝意義以及代謝異常與疾病關系。生物代謝調(diào)節(jié)及器官生化(水,電解質(zhì)代謝;肝臟生化)從水,鹽代謝方面理解、分析藥物的作用機理及肝臟在藥物代謝中的功能。以上整合加強了知識體系性,注重專業(yè)聯(lián)系,突出實際應用。
實驗教學的整合
遵循兩個原則:(1)層次要合理;(2)滿足崗位要求。①結(jié)合藥學,拓寬基礎實驗:如:一般的有機合成實驗可改為藥物阿斯匹林——乙酰水楊酸的制備。②重組兩門課程相關實驗,形成綜合性實驗。如:酮體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)實驗與脂類代謝異常疾病的尿酮癥實驗合二為一:尿中酮體定性測定。既考察了結(jié)構(gòu)性質(zhì),又掌握了疾病診斷方法。③結(jié)合學生就業(yè)方向以及職業(yè)技能等考試內(nèi)容增設探究性、設計性實驗,提高創(chuàng)新思維。通過實驗把藥學中常用的兩門課程的知識如:分離、提純、識別、檢測、合成方法與原理,有機的聯(lián)系在一起,提高學生在藥學工作崗位的實踐技能。
整合優(yōu)化過程注意的事項
兩門課程的整合優(yōu)化不是簡單的疊加和重組,而是整合為一門新的課程體系《有機及生物化學》,所以應注意知識體系的連貫性、完整性和實用性。(1)連貫性:通過有機化合物在體外與體內(nèi)反應基礎的對比,將有機化學與生物化學銜接起來。如有機化學(在體外)——化學催化劑,高溫、高壓的條件與氧化還原;生物化學(在體內(nèi))——酶,溫和的條件,生物氧化。雖有差異,但反應原理相同。(2)完整性:通過四大物質(zhì)代謝過程將有機化學基礎知識聯(lián)系成一個整體,以揭示生命的本質(zhì)規(guī)律。(3)實用性:運用有機化學知識解釋代謝異常與疾病產(chǎn)生,為用藥提供依據(jù)。
教學方法的優(yōu)化
(1)結(jié)合臨床巧設案例,提高學生興趣,加深知識的理解和應用,學會用有機化學解釋生物現(xiàn)象的本質(zhì)。如講解脂類時,通過案例:長期過量飲酒導致脂肪肝,引導學生分析為什么乙醇會在肝臟內(nèi)合成脂肪且堆積。從而總結(jié)出乙醇在體內(nèi)代謝反應的過程,將有機與生化結(jié)合起來。(2)采用多媒體輔助教學,整合后的課程教學注重實踐,并且信息量大,所以要充分利用多媒體教學的優(yōu)點[3],如采用超文本結(jié)構(gòu)即按照人的聯(lián)想思維方式和非線性地組織管理信息,實現(xiàn)了知識的橫向聯(lián)系。(3)依托咸陽步長醫(yī)院(校醫(yī)院)資源,以就業(yè)方向及崗位需求,設計開展多樣性實踐教學:實踐教學的目的在于提高學生動手能力,滿足就業(yè)崗位需求,故以就業(yè)方向和崗位把學生分組,遵循以學生實踐為主,教師指導為輔的原則。督促學生進行分工合作,設計并完成實驗。實驗結(jié)論以實驗報告形式匯報,報告內(nèi)容以使用的化學結(jié)構(gòu),反應式,表格,圖像等為主,探討實驗所遇的問題及實踐意義。使學生在動手過程中加深知識的理解,具備分析、解決實際問題的能力,在合作中獨立完成工作。
建立綜合考評體系
整合以后,通過平時作業(yè)、達標測試、實驗報告、操作技能考核和考試等實行階段性綜合考評,使學生的知識水平和能力水平得到相應提高。
我校的“有機化學實驗”課程作為基礎化學實驗(Ⅱ),是國家精品課程(基礎化學實驗)的重要組成部分,其教學對象面向化學工程與材料學院、藥學院、生物與環(huán)境工程學院、健行學院、建工學院以及教科學院的20多個全日制本科專業(yè),量大面廣。目前,有機化學實驗課程總學時64學時,教學內(nèi)容主要包括“基本操作和基本技能實驗”、“有機合成實驗”、“基礎綜合實驗”三大塊,根據(jù)化合物的結(jié)構(gòu)種類開設12個左右的實驗。有機化學實驗的教學采用實驗前指導教師講解、學生獨立實驗、教師糾正、規(guī)范實驗操作等方式,考核采用平時成績與期末考核相結(jié)合的方式,期末考核分筆試與操作考試兩部分。在日常教學過程中,我們也深刻地體會到現(xiàn)行的有機化學實驗教學模式和教學內(nèi)容還存在許多不足之處,主要是以下3個方面:
(1)有機化學理論知識學習“僵化”。學生不能正確地運用所學理論知識來解釋實驗現(xiàn)象,解決實際問題,將學習有機化學的重點只放在記憶有機化學中的基本理論、基本概念和一些反應式,不能理論聯(lián)系實驗地深刻理解有機化學的反應規(guī)律,造成“有機化學理論空洞學,有機化學實驗盲目做”的被動局面。
(2)實驗內(nèi)容零散,相互獨立分割,重點不突出。實驗的主要內(nèi)容過多地局限于基本技能訓練、基本操作實驗和一些簡單的制備實驗,實驗與實驗之間無關聯(lián),系統(tǒng)性不強,學生只能“零打碎敲”地做實驗,對實驗的“統(tǒng)籌性”、“整體性”把握能力較弱。
(3)實驗教學中創(chuàng)新能力培養(yǎng)的源動力不夠。教學效果背離有機化學實驗教學設計的初衷。在設計有機化學教學實驗時,本意是將有機合成的全過程,即“文獻查閱—原料提純—條件優(yōu)化—實驗操作—產(chǎn)品表征”等環(huán)節(jié)貫穿其中,培養(yǎng)學生獨立完成一個完整的操作流程的能力,但由于教學時數(shù)的限制或其他課程的沖突,學生只能按課本作“機械式”的操作練習,大家同一步驟、同一進度,缺乏創(chuàng)造性的激勵機制。
2深化有機化學實驗教學改革的理念與思路
有機化學實驗教學應以“培養(yǎng)學生的思維能力、觀察能力、設計實驗的能力、動手操作能力、提出實驗中遇到的問題并設計方案來解決問題的能力、以實驗為基礎理解化學理論的能力”為重點,特別是要以培養(yǎng)具有基礎科研能力的人才為教學目標。在教學中,需要培養(yǎng)學生對有機化學的思維方式,對有機化學實驗現(xiàn)象的觀察、分析、比較、綜合、歸納、演繹、推理等能力,也必然地要求教師在教學過程中,積極轉(zhuǎn)變教學觀念,整合、深化教學內(nèi)容,創(chuàng)新教學手段,以學生發(fā)展為中心,充分調(diào)動學生的學習主動性,對有機化學實驗教學進行大膽的探索與創(chuàng)新。我們的改革思路是首先對學生強化與實驗內(nèi)容相關的理論知識,使學生全面了解實驗的基本原理和相關反應的機理,幫助學生從理論上分析實驗過程可能出現(xiàn)的現(xiàn)象和結(jié)果,再按化合物結(jié)構(gòu)類型,采用理論與實踐貫通的專題式實驗教學方式,將某一化合物的“制備實驗、應用實驗、同類型拓展實驗”等組成一個專題,用“組合式”實驗替代原有教學體系中分散化的實驗。從以下3個方面入手:
(1)跟蹤學科發(fā)展,創(chuàng)新教學內(nèi)容。堅持理論聯(lián)系實際的原則,把傳授知識與培養(yǎng)能力融為一體,引導學生用有機化學的理論知識去關注實驗中的一些基本問題,培養(yǎng)學生獲取、掌握、鞏固和運用知識的能力。在具體教學內(nèi)容的安排上,除保留基本技能訓練、經(jīng)典的合成實驗外,將一些新技術和教師的最新科研成果引入教學實驗中,加大文獻實驗、綜合實驗、設計實驗和研究型實驗的比重,使課程內(nèi)容與創(chuàng)新教育密切結(jié)合,與學生課外科技活動有機結(jié)合。
(2)以學生為主體,改變教學方式。有機化學實驗屬于應用性、實踐性都很強的專業(yè)技術課程,因此,在教學方法設計上,應根據(jù)學生實驗基本技能訓練和分析、解決問題能力培養(yǎng)的要求進行,進一步體現(xiàn)學生的主體地位、教師的主導作用和以學生能力提高為本位、關注學生可持續(xù)發(fā)展的教學理念。在每一個專題實驗中,讓學生帶著明確的任務進行實驗操作,讓學生實驗前查閱相關資料,完成預習報告。教師要了解學生對整個實驗原理、步驟的理解,指導學生獨立進行實驗操作、觀察實驗現(xiàn)象、分析實驗結(jié)果,做好實驗報告,對實驗過程中出現(xiàn)的問題積極探討總結(jié),引導學生把理論知識和實驗過程中獲得的感性知識結(jié)合起來,把整個實驗過程中所涉及的知識點連接起來,使學生對所學知識和實驗操作技能有系統(tǒng)的認識,把實驗過程推進到“理論—實踐—再理論”的過程,激發(fā)了學生獨立思考的積極性和主動性。
(3)加大實驗信息量,拓展學生知識面。根據(jù)有機化學學科的特點,通過查閱有機化學實驗文獻,了解、比較目標產(chǎn)物的各種合成方法,是實驗教學的一個重要環(huán)節(jié)。通過有針對性地查閱、收集和利用各種有價值的文獻信息資源,使學生清楚該化合物目前的研究進展、合成時的影響因素、表征方法、應用領域等知識,學生的知識面得到拓寬,改變傳統(tǒng)實驗中“一本教材、一種方法”,學生預習時不假思索地照抄照搬書本的不良現(xiàn)象。
3專題式有機化學實驗教學的實施方案
影響實驗教學效果的最重要因素是實驗內(nèi)容和實驗方法,實驗內(nèi)容應該具有先進性和綜合性,實驗方法則應以新技術、新方法和新手段為主。在現(xiàn)有有機化學實驗教學內(nèi)容的基礎上,按化合物種類劃分若干專題,如鹵代烴、醇、酮、酸、酯、胺等,每一個專題中包含該類化合物的“制備實驗”、“應用實驗”、“拓展實驗”等。實驗反應機理、實驗條件、實驗中出現(xiàn)的相關問題等要求學生從理論的高度給予正確解釋。在“應用實驗”、“拓展實驗”中進一步增大實驗的信息量,將相關的新技術、新方法引入實驗教學中。實驗前要求學生預習專題實驗內(nèi)容所涉及的理論知識和實驗基本操作。實驗技能方面要求學生根據(jù)合成的目標化合物的不同選用不同的反應裝置,學會各種裝置的使用方法和應用范圍,并且明確各個反應裝置的作用,安裝反應裝置時應注意的事項等。在實驗過程中必須利用基礎理論知識解決一些常見的問題。實驗結(jié)束后,根據(jù)文獻查閱、實驗情況進行討論,比較實驗方案的利弊,解釋實驗結(jié)果,并對實驗結(jié)果進行比較和評價。在專題的拓展實驗和應用實驗中,可以采取項目組的形式,按實驗產(chǎn)品的不同分成若干小組,分工合作,歸納總結(jié),從而加深對有機化學理論的理解。這就不僅要求學生統(tǒng)盤考慮實驗進程,更重要的是要讓學生在理論指導下學會創(chuàng)新和創(chuàng)造,在實驗訓練中學會設計實驗,利用理論知識去分析實驗過程中出現(xiàn)的現(xiàn)象和結(jié)果,啟發(fā)和激勵創(chuàng)新意識,鍛煉實際的綜合創(chuàng)新能力,最終達到學會初步科研的能力。
4結(jié)語
關鍵詞:復習有機推斷與合成 夯實基礎 培養(yǎng)能力
內(nèi)蒙古從2009年實行人教版新課程,新課程實施后,高考理綜考試中化學選考題中選修5《有機化學基礎》的出題形式主要是有機推斷與合成題。復習選修5《有機推斷與合成》之前,我已將人教版新課標2010~2011年的高考題認真做過,發(fā)現(xiàn)選考題中的有機推斷與合成這個題目既注重檢查學生對基礎知識的掌握情況,又考查學生靈活運用知識的能力,更考查學生的分析問題和邏輯推理的能力以及學生的臨場模仿能力。比起課改前的有機推斷高考題,少了些偏、難、怪題,多出了很多新課程的新考點,如通過核磁共振氫譜讀出信息、會識別鍵線式結(jié)構(gòu)等。下面是我學習新課標高考大綱,理解有機推斷與合成題后的一些心得。
一、教師要理解有機推斷與合成題的特點,讓學生領悟有機化學學什么
1. 有機推斷與合成題出題的主流形式是通過框圖的形式,以有機合成為主線,推斷有機物的分子結(jié)構(gòu)。新課程實行后,加大了以重要工業(yè)原料為反應物,結(jié)合農(nóng)藥和樹脂的合成為背景,從“綠色化學”理念出發(fā),選取從原料到中間產(chǎn)物、目標產(chǎn)物的合成以及副產(chǎn)物的分離和循環(huán)利用的生產(chǎn)流程的素材,圍繞合成路線設計有一定梯度的問題。主要考查常見官能團和新引入官能團(羰基、酯基、醚鍵)的名稱和性質(zhì)、有機反應類型、結(jié)構(gòu)簡式的書寫、分子式的計算和分子結(jié)構(gòu)的確定、有機反應方程式的書寫、同分異構(gòu)體種類的判斷及書寫、有機實驗操作和現(xiàn)象、合成有機高分子的方法——逆合成方法等。
2. 主流題型提供的條件一般有兩類,一類是有機物的性質(zhì)、特征反應條件及相互關系,另一類則通過化學計算進行推斷。
3. 很多試題還提供大學有機化學中的陌生信息,讓學生現(xiàn)場學習再遷移應用,即所謂信息給予試題,這就要求學生除了要有臨時模仿能力外,還要有獲取、應用信息解決化學問題的能力。
4. 經(jīng)常圍繞乙烯、苯及其同系物、乙醇等這些常見物質(zhì),考察以碳碳雙鍵、三鍵、苯環(huán)、鹵代烴、醇、酚、醛、羧酸、酯為中心的相互轉(zhuǎn)化和性質(zhì)。
二、教師在教學生解有機推斷與合成題時,要明確不同階段訓練學生什么
1.第一階段教學中必須重視主干核心基礎知識的夯實、梳理 新課程實施后,由于有機推斷與合成這個題目要凸顯高中有機化學的所有主干核心知識的考查,所考內(nèi)容雖都是較為基本、較為典型的知識,但突出考查學生獲取、加工和應用信息的能力和分析、推理能力以及自學能力,較課改前,加大了對思維的整體性、有序性、縝密性的考查力度。所以有機推斷與合成應是教學的重點,也是難點之一。
首先,在學生答題中,我們要讓學生高度重視規(guī)范表達,如官能團名稱、符號的書寫是否正確,書寫方程式時要注意規(guī)范書寫反應物和生成物的結(jié)構(gòu)簡式,反應條件不能漏寫,以及小分子物質(zhì)水等不能寫丟。
其次,教師要做到不同階段從不同角度分不同小專題梳理有機知識,使核心知識結(jié)構(gòu)化,實現(xiàn)有效的知識運用。最低起點是學完《烴的含氧衍生物》后教師要讓學生抓住“一官一代一衍變”,做各類烴及烴的衍生物代表物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及反應類型的表格總結(jié),即各類有機物通式、代表物官能團結(jié)構(gòu)、性質(zhì),奠定研究有機化學反應的思路及體系。
再次,幫助學生做涉及銜接機化學反應的幾種無機物的重要反應辨析小專題并熟練應用。另外,我還從同分異構(gòu)體的書寫、“解密”官能團、點析三類羥基、有機推斷“題眼”等多個小專題進行了整合教學,我認為不要因時間緊而忽略這部分的訓練。
2. 第二階段要善于抓住有機推斷中的核心問題
問題1:尋找推斷題的突破口——典型現(xiàn)象、典型條件
問題2:同分異構(gòu)體的書寫方法整合教學
同分異構(gòu)體的書寫方法整合教學可從(1)烷基異構(gòu)法:丙基(2)、丁基(4)、戊基(8)異構(gòu)體書寫反復訓練、檢測;(2)加加減減(殘基)法;(3)基團靈動翻轉(zhuǎn)、插入、拆分法:凡是書寫、判斷多氧烴的含氧衍生物要想到用“靈動翻轉(zhuǎn)、插入”法書寫,有酯的結(jié)構(gòu)的同分異構(gòu)體要想到“拆分法”。一定結(jié)合典型例題重點練好C3H6O2、C4H8O2、C5H10O2、C7H6O2、C7H6O3、C7H8O、C8H8OX、C9H10OX (x=2、3)等含有-COO-、-COOH、-OH、-CHO等官能團的類別、位置、碳鏈、限制性條件的同分異構(gòu)體書寫與判斷。
同分異構(gòu)體的復習技巧,要能從實際情境中剝離出同分異構(gòu)體的高考考點并以此設計問題突破難點,再放回到綜合情境題中去訓練學生。
問題3:強調(diào)能形成環(huán)狀有機物的反應
能形成環(huán)狀有機物的反應有二元醇和二元羧酸酯化反應、羥基羧酸分子間或分子內(nèi)酯化反應、氨基酸分子間或分子內(nèi)脫水、多元醇分子內(nèi)或分子間脫水。
在這些成環(huán)反應考查中,往往都會在起始時給個分子式或最后給個分子式,解決這類題的最好方法是熟練應用不飽和度,在教學中根據(jù)分子式的不飽和度,來推算成環(huán)前和成環(huán)后的結(jié)構(gòu)。
問題4:充分利用不飽和度
在解題中,往往會在推斷框架圖中會出現(xiàn)有機物的分子式,這時,我們不僅要通過該物質(zhì)的連續(xù)反應來判斷存在的官能團,還要充分利用不飽和度,來確定該物質(zhì)的具體結(jié)構(gòu)。
3.第三階段要不斷訓練學生明確有機推斷題的解題思路
解有機推斷與合成題,主要是確定官能團的種類和數(shù)目,從而確定物質(zhì)的結(jié)構(gòu)。所以,必須在全面掌握有機物代表物的性質(zhì)及相互轉(zhuǎn)化關系及官能團的性質(zhì)與反應的前提下,把握以下三個推斷的關鍵:審清題意、用足信息、積極思考。
A.審題 (四看):通讀整個題目,信息與設問
(1)分子式:求不飽和度—預測官能團
(2)結(jié)構(gòu)簡式:觀察官能團種類、位置、碳鏈—從分類想性質(zhì)
(3)框圖: 找特征反應試劑、條件、新信息標志;分子式、結(jié)構(gòu)式的變化—想轉(zhuǎn)化
(4)文字:可以轉(zhuǎn)化為框圖
B.解題:記錄局部—界定、拆解問題—尋找突破口、上下求索—接受、吸收、整合信息
C.答題(四會):分子式、結(jié)構(gòu)簡式、化學方程式、中文字(名稱、數(shù)字、文字、答題)
D.解題方法與策略應用—從不同角度用好每一道典題,例如2010年北京高考題28(解題方法、策略、題型特征見下面表格):
28.鎮(zhèn)痙藥物C、化合物N以及高分子樹脂( )
(1)A的含氧官能團的名稱是 。
(1)A的含氧官能團的名稱是 。
(2)A在催化劑作用下可與H2 反應生成B。該反應的反應類型是 。
(3)酯類化合物C的分子式是C15H14O3 ,其結(jié)構(gòu)簡式是 。
(4)A發(fā)生銀鏡反應的化學方程式是 。
(5)扁桃酸( )有多種同分異構(gòu)體。屬于甲酸酯且含酚羥基的同分異構(gòu)體共有 種,寫出其中一種含亞甲基(-CH2-)的同分異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)簡式 。
(6)F與M合成高分子樹脂的化學方程式是 。
(7)N在NaOH溶液中發(fā)生水解反應的化學方程式是 。
關鍵詞:有機化學及實驗;精品資源共享課;建設;共享;協(xié)同創(chuàng)新
“有機化學及實驗”課程從2003年國家精品課程建設開始[1],經(jīng)過有機化學教學團隊近十年的建設,順利實現(xiàn)轉(zhuǎn)型升級[2],入選國家級精品資源共享課立項項目,上線接受社會的評價。總結(jié)近十年的建設體會主要包括下面三方面。
一、深化精品資源建設是關鍵
建設精品資源共享課的關鍵是結(jié)合課程的特點建設精品資源。包括深化教學內(nèi)容和改革課程體系,研究教學方法,探索考核方式和考核內(nèi)容,研制課程教學的新資源。
1.深化教學內(nèi)容建設
(1)引入學科發(fā)展的新內(nèi)容。“有機化學及實驗”是技術基礎課,在引進學科發(fā)展新內(nèi)容時要有選擇,既要保證課程的基礎性,又不能增加課程的教學學時數(shù)。
有機化學課程引進了下述新內(nèi)容:①有機化合物旋光性的螺旋理論――結(jié)構(gòu)與旋光性的關系。國內(nèi)外的有機化學教材中都沒有解決有機化合物產(chǎn)生旋光性的原因,我國化學工作者提出有機化合物分子的螺旋結(jié)構(gòu)使分子產(chǎn)生旋光性[3]。將這一觀點引入教學,填補了有機化合物結(jié)構(gòu)與旋光性的空白。②鄰基參與反應――某些反應分子構(gòu)型保持。鄰基參與反應是1942年提出[4]、近年被有機化學工作者所共識,把這個反應引入教學,糾正了對某些反應的構(gòu)型、構(gòu)型保持的錯誤解釋。③LDA低溫反應――實現(xiàn)羰基化合物交叉縮合反應。一直認為兩種羰基化合物交叉縮合是沒有合成意義的,近年發(fā)現(xiàn)強堿LDA在低溫下先與一種羰基化合物反應,然后加入第二種羰基化合物,實現(xiàn)了兩種羰基化合物選擇性地交叉縮合[5],變成了一種重要的合成方法。④科研新成果――酚羥基快速醚化。筆者科研專利成果,酚羥基在適當?shù)娜軇┲校梢栽谑覝叵?,高轉(zhuǎn)化率、高選擇性、快速地被醚化[6],增添了教學新案例。⑤室溫離子液體――多用途的新化合物。室溫離子液體的概念很早就被提出來,一直沒有引起化學工作者的注意,近年來其合成、反應、應用都發(fā)展很快,是有機化學教學的新案例。⑥有機氟化合物――有特殊性能的鹵化物。有機氟化合物是近年有機化學研究的熱點領域[7],其性能特殊,有特殊用途,引進教學拓展了鹵烴的性質(zhì)。⑦雙氧水――綠色氧化劑。隨著綠色化學的發(fā)展,發(fā)現(xiàn)雙氧水能氧化多種官能團化合物,有的已實現(xiàn)工業(yè)應用。因此引入用雙氧水替代污染嚴重的重鉻酸鉀作為氧化劑的教學案例。諸如這些內(nèi)容的引入保持了教學內(nèi)容鮮活性,又沒有增加學時數(shù)。
(2)全面介紹有機化合物的內(nèi)容。有機化學一直重視石油加工及其化學,而忽視煤、生物質(zhì)加工及其化學。我國煤儲量多于石油,近年來,煤加工生產(chǎn)有機化學品發(fā)展很快;生物質(zhì)是綠色化學品來源,生物質(zhì)煉制工程包括生物柴油、天然有機化合物的轉(zhuǎn)化等。增加這兩方面的內(nèi)容,體現(xiàn)了《21世紀有機化學發(fā)展戰(zhàn)略》所提出的有機化學的定義[8],也體現(xiàn)了有機化學發(fā)展方向。
(3)引入反應控制的基本概念。動力學控制/熱力學控制是高等有機化學的內(nèi)容,將這一概念引入有機化學,既提升了教學內(nèi)容,又簡化了一些繁瑣的解釋,如共軛二烯的1,2-加成與1,4-加成、芳烴的定位規(guī)律、邁克爾加成反應規(guī)律等的解釋。
(4)數(shù)字化模擬分子模型的使用。過去用鮑林提出的抽象的共振雜化體表示離域體系,如烯醇負離子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì),學生很難理解;現(xiàn)在使用可視化的數(shù)字化模擬分子模型表示,很容易理解離域體系的穩(wěn)定性和反應性。
(5)簡化一些敘述性的內(nèi)容。如各類官能團化合物的物理性質(zhì)不再講解,而是讓學生自己去查找資料,不僅加深了對物理性質(zhì)的理解,還培養(yǎng)了學生自學的能力。
2.研究課程新體系
新體系把有機化學課程分成三部分,基礎知識(或稱概論)篇,主干內(nèi)容篇,前沿交叉知識運用篇。
將分散在整個課程的各章節(jié)的化合物的結(jié)構(gòu)與基本性質(zhì)、命名、同分異構(gòu)體、結(jié)構(gòu)表征(四大譜)等內(nèi)容集中,構(gòu)成課程的基礎知識篇。好處是提高了課程的基礎,為后續(xù)課程內(nèi)容學習做鋪墊,節(jié)省學時,集成了知識模塊。飽和烴、不飽和烴、芳香烴、鹵代烴、含氧化合物、含氮化合物構(gòu)成有機化學的主干篇,主要介紹各類官能團化合物的結(jié)構(gòu)與反應。其中通過(2n+2)個π電子規(guī)律將具有芳香性的芳烴和雜環(huán)化合物組合成一章,由加成-消除反應機理將羧酸及羧酸衍生物融合成一章,鹵烴/金屬有機、含氧/含硫化合物、含氮/含磷化合物分別組合成一章,天然化合物分散到相應的章節(jié)中。組合結(jié)果強化了課程內(nèi)涵聯(lián)系,縮減了篇幅,節(jié)省了學時。糖、氨基酸蛋白質(zhì)、類脂核酸、有機合成基礎為前沿交叉知識應用篇,改用反應原理為主線組織課程,知識連貫順暢,內(nèi)容容易理解,前兩篇的基本理論和基本反應得到了鞏固、應用和深化。
改革后的課程體系,體現(xiàn)有機化學是研究有機化合物的來源、制備、結(jié)構(gòu)、性能、應用及有關理論和方法的科學。課程的起點提高,內(nèi)容深化,學時減少,體現(xiàn)課程的基礎性,符合認知規(guī)律,為自主學習留有空間。
3.研究式教學方法的探索與實踐
研究式教學方法起源于問題式教學的方法(PBL),是以學生為本的教學方法。筆者認為只要是實現(xiàn)以教師為中心向以學生為中心轉(zhuǎn)變,以課堂單一教學形式向以圖書館、實驗室、科學實踐多種教學形式轉(zhuǎn)變,以灌輸?shù)姆椒ㄏ蛞詥l(fā)、引導、研究等多種方法轉(zhuǎn)變,以“一次成才”為目標向培養(yǎng)“終身學習能力”為目標轉(zhuǎn)變的教學都屬于研究式教學方法范疇。不同的課程會衍生出多種形式,有機化學教學團隊探索實踐了多種教學模式,其中包括:
(1)研究式討論課。基本做法分六個步驟:教學設計、提煉問題、公布問題、集中討論、教師總結(jié)和提煉新問題等。多數(shù)學生對研究式教學模式是積極參與和支持的,學生由知識的被動接受者變?yōu)橹R的主動構(gòu)建者,教師由知識的傳授者變?yōu)橹R構(gòu)建的引導者。不僅訓練學生解決技術問題的能力,還要培養(yǎng)學生適應環(huán)境、與人溝通合作及協(xié)調(diào)各方面關系的綜合能力。
(2)對比遷移式教學方法。對比遷移式教學方法是引導學生將已學的知識在變化的情景中對比分析并加以運用,以實現(xiàn)掌握新知識的教學方法。這一方法特別適合有機化學課程,例如:以反應規(guī)律為主線將烯烴的知識遷移到二烯、炔、小環(huán)烷烴,芳烴的知識遷移到雜環(huán)化合物、酚、芳胺、芳酸等,鹵烴的知識遷移到醇、醚、環(huán)氧化合物,醛酮的知識遷移到羧酸及其衍生物,醇醛酮的知識遷移到糖等。每組前面的內(nèi)容精講、細學、討論深透,后面的內(nèi)容粗講、引導討論,給學生充分的自主學習空間。探索出“重點講解-對比討論-提高終身學習、知識應用能力”的有機化學教學新路子。
4.探索與教學模式相適應的考核方式和考核內(nèi)容
依據(jù)課程體系的特點和當代大學生學習的特點,本課程實施大課化小課的考核方式,采用閉卷和開卷兩種考核形式。大課化小課考核也可以期中考核50分,期末考核50分,考過的內(nèi)容不再特意考核,促使學生把精力放在平時知識積累上,減輕學生的負擔。閉卷考核增加主觀題目,引導學生自主學習主動思考,展示知識運用能力,幫助學生弄清概念,從課程整體高度掌握知識體系。開卷式考核是一個包含所學過大部分內(nèi)容的合成題目,給學生較長的時間,查閱資料,相互討論,寫出報告,完成考核。組織集中交流典型的試卷,相互借鑒,是一次復習深化過程。
5.研制課程教學新資源
配合研究式教學,有機化學教學團隊研制出版了一批體現(xiàn)現(xiàn)代信息技術和教學手段的教材和教學輔助資料。
(1)在高等教育出版社出版四套立體化教材:“十一五”國家規(guī)劃有機化學立體化教材(《有機化學》第2版、《有機化學學習指導》、《有機化學課堂教學軟件》2.0版和《有機化學電子講義》,共四部),其中《有機化學》第2版被評為2008年精品教材、“十二五”規(guī)劃教材;“十一五”國家規(guī)劃有機化學實驗立體化教材(《有機化學實驗》第4版、《有機化學實驗助教性課件》2.0版、《有機化學實驗助學性課件》附在書后,共三部),其中《有機化學實驗》第4版獲得大連市優(yōu)秀科技著作一等獎;雙語教學示范課用書立體化教材(Organic Chemistry、Organic Chemistry Experiments,共二部);校際聯(lián)合編寫工科基礎化學系列課教材中有機化學立體化教材(《有機化學簡明教程》、《有機化學簡明教程學習指南》、《有機化學簡明教程電子教案》,共三部)。
(2)研制新世紀“有機化學網(wǎng)絡課程”,獲國家優(yōu)秀網(wǎng)絡課程榮譽稱號。這是精品課程之前的工作,“有機化學網(wǎng)絡課程”是一種新的教學模式,又是一種新的教學手段,也是精品課程順利轉(zhuǎn)型升級為精品資源共享課的基礎。
二、共享是精品資源共享課的特點
1.建設精品資源共享課,教學隊伍是關鍵
有機化學及實驗現(xiàn)有教學師資隊伍包括六名教授、四名副教授、兩名講師和實驗室工作人員。其中一人為高等學校教學名師獎獲獎者,兩人為遼寧省教學名師;一人在國外教學進修過一年,負責電子資源建設和網(wǎng)上傳輸技術處理;一人負責國家雙語示范課教學;五人在教育部高等學校教師網(wǎng)絡培訓中心授過課,直接學習的有機化學教師上千人,錄制了一批授課實況。優(yōu)秀的教學隊伍保證了課程能夠?qū)崿F(xiàn)共享。
2.基本資源系統(tǒng)豐富,適合網(wǎng)絡傳播
課程介紹、教學日歷、教學大綱、課程結(jié)構(gòu)、重點難點解析、習題作業(yè)、課程總結(jié)、試卷、重要參考資料(網(wǎng)絡鏈接,紙質(zhì)資料目錄)、講課錄像等資料齊全,網(wǎng)上傳輸流暢。除此之外,還提供了有機化學及實驗課程特有的基本資源:實驗教學錄像,實驗整體安排要求講課錄像(在高校教師網(wǎng)絡培訓中心授課錄像),數(shù)字化模擬分子模型的制備與應用授課錄像(在高校教師網(wǎng)絡培訓中心授課錄像),有機化學雙語教學部分錄像(在高校教師網(wǎng)絡培訓中心授課錄像),2005年、2008年二次出版的電子講義(高教出版社免費贈送)和開放實驗教學等資源介紹。
三、協(xié)同創(chuàng)新建設教學資源
協(xié)同創(chuàng)新是指按照精品資源共享課的要求,研制拓展資源。有機化學教學團隊研制了下述新資源。
1.研制數(shù)字化模擬分子模型庫
研制了有機化學教學常用的近500個化合物的數(shù)字化模擬分子模型,每個化合物有8種分子模型,并用于教學,既是教學新內(nèi)容又是教學新手段。在國外,數(shù)字化模擬分子模型用于教材編寫僅限于近十年幾本流行的優(yōu)秀教科書,用于教學也僅是幾所名校。將靜電勢能圖模型的彩色標改成黑白色標,用于紙質(zhì)教材可降低印刷成本。
2.研制模擬計算實驗
隨著教育教學信息化技術的發(fā)展,現(xiàn)代化學教育發(fā)展趨勢是從單純動手實驗轉(zhuǎn)向動手實驗和模擬計算實驗兩方面培養(yǎng)學生解決實際問題的能力和創(chuàng)新研究能力。為此,有機化學教學團隊研制了一批模擬計算實驗,經(jīng)少數(shù)學生試用效果較好。
3.校際聯(lián)合編寫工科基礎化學系列教材
參考“化工類工程教育專業(yè)認證標準”(試用)和“化學工程與工藝專業(yè)指導性培養(yǎng)規(guī)范”(草案)的要求,大連理工大學(有機化學)、天津大學(無機化學)、浙江大學(分析化學)和北京化工大學(物理化學)聯(lián)合研究編寫了工科基礎化學系列教材。高等教育出版社出版后,經(jīng)過2年使用,反映很好。有機化學教學團隊負責編寫有機化學立體化教材(共三部)。其中《有機化學簡明教程》是按精品課程研究的新課程體系編寫(學時數(shù)為60左右),數(shù)字化模擬分子模型貫穿全書。
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[關鍵詞]應用化學;實驗教改;三大模塊;多層次
[中圖分類號]G424 [文獻標識碼]A [文章編號]2095-3712(2014)13-0055-03[作者簡介]吳靜(1978―),天津人,碩士,鹽城工學院化學與生物工程學院講師,研究方向:化工分離技術。
應用化學專業(yè)是在應用化學二級學科基礎上建立起來的,具有理科、工科結(jié)合的特點。其目標定位是培養(yǎng)具有厚實理論基礎知識的、扎實實驗基礎技能的、富有創(chuàng)新精神的理工結(jié)合型應用化學專業(yè)技術人才。
根據(jù)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)要求,筆者以我校應用化學專業(yè)為研究對象,從專業(yè)實驗課程的設置出發(fā),圍繞基礎性實驗、綜合性實驗和創(chuàng)新型設計性實驗三大模塊,合理劃分應用化學專業(yè)的實驗內(nèi)容,初步探索如何提高學生的綜合素質(zhì)及增強其創(chuàng)新能力。
一、應用化學專業(yè)實驗課程設置的主體思想
應用化學專業(yè)是理科與工科相結(jié)合的寬口徑多交叉學科,應重點培養(yǎng)學生對化學化工類學科相關知識的應用能力,需要學生具備扎實的理論基礎,以及提出問題、分析問題和解決問題的能力。因此本專業(yè)不單需要開設基礎性實驗課程,更需要加強綜合性、創(chuàng)新型設計性實驗的開放性教學。一方面對于實驗室中常用的儀器設備應保證學生可以熟練使用,通過創(chuàng)新型設計性實驗的設立,培養(yǎng)學生自主查閱文獻的能力,從而掌握實驗原理、實驗方案設計方面的知識,并能對實驗結(jié)果展開討論;另一方面培養(yǎng)學生運用理論知識解決實際問題的能力,在解決綜合實驗中出現(xiàn)的問題時需要結(jié)合多方面的知識加以討論,從而拓展學生思維,提高學生獨立分析和解決問題的能力。
二、設置應用化學專業(yè)實驗課程的具體方法及實施方案
筆者多年從事應用化學專業(yè)實驗的一線教學,發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的實驗模式多以驗證性實驗為主,這使得教學方法單一,對學生綜合能力的培養(yǎng)極為不利。應根據(jù)學生實際情況,考慮我校本專業(yè)學生對知識的接受理解能力及循序漸進的理論原則,從基礎性實驗即驗證性實驗開始,逐步開展綜合性實驗,在這兩者的基礎上嘗試讓學生做創(chuàng)新型設計性實驗。
(一)開設基礎性實驗
應用化學專業(yè)隸屬于化學化工類學科,在學生大一大二時已開設化學類的基礎性實驗。專業(yè)實驗不同于基礎性實驗,但在教學方法上仍以四大化學基本操作訓練為主,須對實驗原理和操作技術要領詳細講解。某些實驗操作是學生第一次接觸的,應由指導教師認真示范,在實驗過程中適時指導,對實驗的要求以完成基本技能訓練為依據(jù),幫助學生進一步加強對理論課程的學習及思考。
可根據(jù)我校應用化學專業(yè)課程設置的特點,安排相關實驗。我校應用化學專業(yè)有兩個專業(yè)方向,其一側(cè)重于工業(yè)分析,基礎實驗課程設置主要包括光化學分析、色譜分析等;其二側(cè)重于電化學專業(yè),基礎實驗課程設置主要包括化學電源、環(huán)境電化學技術等。可通過針對本專業(yè)開設的基礎實驗課,使學生掌握基礎專業(yè)實驗的全過程。
(二)發(fā)展綜合性實驗
綜合性實驗是本科生實驗教學改革的特色項目,它對原有實驗進行精選并且加以完善更新。這類實驗強調(diào)采用啟發(fā)式教學法,重點培養(yǎng)學生對問題的分析、解決能力,在已經(jīng)達到一定基本實驗技能的基礎上,指導學生通過對原料的合成、對成分的分析及對物質(zhì)性能的測定,提高學生綜合運用化學實驗的基本理論的能力。如我校開設的綜合實驗有機化工產(chǎn)品分析,這門實驗課程將工業(yè)上常見的有機化工產(chǎn)品,如癸二酸、甲醛、尿素、味精等進行了綜合分析,包括熔點的測定、水分的測定,以及其中某一成分的確定,運用了多種實驗方法,如化學分析法、儀器分析法,使用的儀器包括顯微熔點測定儀、紫外可見分光光度計、旋光儀等。再如有機合成綜合實驗這門課程,通過讓學生查閱文獻資料,找出最佳合成方法,對合成出來的產(chǎn)品進行精制、提純,并測定其物性,對其結(jié)構(gòu)進行表征。在整個實驗教學過程中,加大綜合實驗的配比,將原有的簡單化合物的測定及合成更新為化合物合成并對其產(chǎn)品性能進行測定的綜合實驗,可提高學生綜合運用化學知識的能力。
(三)設立創(chuàng)新型設計性實驗
創(chuàng)新型設計性實驗又稱為探索性實驗,即通過基礎性化學實驗及綜合性化學實驗的學習、訓練,應用化學專業(yè)的學生應該在掌握理論知識的同時完全掌握基本的實驗操作技能。從文獻的查閱到實驗方案設計、實驗方法和條件的選擇,最終完成數(shù)據(jù)處理分析等一系列完整的實驗過程,由此將學生的知識能力轉(zhuǎn)變?yōu)檠芯磕芰?,培養(yǎng)學生的獨立思考能力及創(chuàng)新能力。
借助前人的工作經(jīng)驗是開設創(chuàng)新型設計性實驗的基礎,積極思考與歸納研究對象,大膽設計與探索未知因素,可以發(fā)展學生獨立研究工作的能力。如我校開設的化學創(chuàng)新型設計性實驗中合成一種物質(zhì)的方法有許多,可要求學生查閱不同的文獻資料,然后根據(jù)所查資料分組實驗,最后比較考察通過不同方法合成出的產(chǎn)品的得率有何不同。
三、應用化學專業(yè)實驗教學改革的作用與特點
通過上述實驗教學的改革,系統(tǒng)地設計了實驗教學體系,科學地安排了實驗的教學內(nèi)容。摒棄過去實驗教學簡單、分散、缺乏創(chuàng)新的特點,得到有利于培養(yǎng)應用化學專業(yè)應用型本科創(chuàng)新人才的一套完整、合理、科學的實驗教學體系,使學生扎實地掌握了本專業(yè)的學習特點,并實現(xiàn)下列目的和創(chuàng)新要求。
(一)進一步整合資源,構(gòu)建高質(zhì)量的實驗教學平臺,達到培養(yǎng)創(chuàng)新型、應用型人才的目的
一是培養(yǎng)了學生的動手能力并形成科學的工作作風,依賴于基礎性實驗,使學生具有扎實的基礎;二是培養(yǎng)學生綜合分析、解決問題的能力,依靠綜合性實驗的設立,可以使學生構(gòu)建完整的知識體系;三是培養(yǎng)學生發(fā)現(xiàn)、解決問題并以此設計解決方案的能力。將現(xiàn)有實驗資源進行整合,從認知規(guī)律出發(fā),由構(gòu)建理論作為指導,從而實現(xiàn)了教學目標,培養(yǎng)了適合現(xiàn)今社會發(fā)展需要的具備創(chuàng)新能力、應用能力的人才。
(二)重點建設實驗室功能和實驗教學過程重組,完成建設和應用網(wǎng)絡資源的實踐教學體系
圍繞實驗教學管理和示范中心的示范作用進行資源的配置與優(yōu)化,開展實驗教學改革,構(gòu)建基礎實驗教學平臺和綜合設計型實驗教學平臺,實現(xiàn)實驗教學軟、硬件教學資源合理共享和購置。
在實驗教學內(nèi)容的調(diào)整上,我校應用化學專業(yè)與實驗中心聯(lián)手,堅持理論教學與實驗教學相結(jié)合,利用學校的產(chǎn)學研中心將校內(nèi)的課堂教學與校外的實踐教學相結(jié)合,利用科學研究、學術交流、社會實踐等各種不同渠道追蹤學科發(fā)展的最新特點、趨勢,由此不斷更新教學內(nèi)容并且對不同類型實驗教學的規(guī)律進行總結(jié)。
四、結(jié)束語
經(jīng)過多年的探索,以應用化學專業(yè)學生為主要實踐對象,采用三大模塊的實驗教學體系,以及三個層次的實驗教學方法,使得學生的基礎實驗能力得到加強,培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力,又滿足了現(xiàn)代企業(yè)對大學畢業(yè)生的實際要求。
從今后的發(fā)展方向來看,任課教師應不斷提高自身的學術修養(yǎng),提高自身素質(zhì),了解當代科學研究的前沿信息,從而開闊學生視野、拓寬學生知識面,充分發(fā)揮學生的主動性和創(chuàng)造性,培養(yǎng)具有良好創(chuàng)新意識和實踐能力的應用化學專業(yè)人才。
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關鍵詞:鑄型材料基礎;教學研究;教學實踐;有效教學方法
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A 文章編號:1671-1580(2017)02-0114-05
“鑄型材料基礎”是我校材料科學與工程學院和京江學院為材料成型及控制工程專業(yè)四年級本科生開設的一門專業(yè)選修課程。眾所周知,鑄造是材料成型的主要方法之一,是機械行業(yè)最基A的產(chǎn)業(yè),而鑄型材料又是鑄造工藝中最基礎的內(nèi)容。因此,對材料成型專業(yè)的學生來說,努力學好“鑄型材料基礎”課程、增加相關知識儲備顯得尤為重要。近幾年來,在“鑄型材料基礎”課程的教學過程中,筆者以學生為主體,以多媒體教學為手段,配合本科教學改革工作,進行了一系列教學理念和方法的探索和實踐。本文將系統(tǒng)總結(jié)該課程在教學內(nèi)容、教學方法和考核方式等方面的研究和實踐,從而達到及時吸取教學經(jīng)驗、鞏固教學成效的目的,為傳統(tǒng)教學模式的改革和有效教學方法的引進奠定一定的基礎。
一、課程教學特點、目標及存在的問題
對“鑄型材料基礎”課程的講授和學習應特別注意理論聯(lián)系實際。為此,在實際教學安排中除了課堂授課外,還設置了專門的實驗教學環(huán)節(jié)。教材采用李遠才編寫的《鑄型材料基礎》一書。通過對本課程的學習,要使學生了解鑄型材料的類別、特點和發(fā)展趨勢,熟悉鑄造用硅砂的基本性質(zhì)和性能、技術指標以及預處理方法,掌握典型黏土黏結(jié)劑砂、無機化學黏結(jié)劑砂和有機化學黏結(jié)劑砂的原材料及其配方、性能、制備工藝以及常見鑄造缺陷的產(chǎn)生機理和防止措施。
值得注意的是,該課程的內(nèi)容涉及到硅酸鹽學、礦物學、陶瓷學、無機化學、高分子材料、有機合成、精細化工和鑄造工藝等諸多學科,遠遠超出了單純鑄造專業(yè)的知識范圍,是多學科結(jié)合的產(chǎn)物,理論性和實踐性較強,需要學習者具有較寬的知識面和扎實的理論基礎。其次,課程主要內(nèi)容是以造型和制芯工藝的不同為依據(jù)進行分類介紹,如黏土黏結(jié)劑砂分為濕型砂、干型砂和表干型砂,有機化學黏結(jié)劑砂分為熱硬砂(包括覆膜砂、熱芯盒法砂和冷芯盒法砂)、自硬砂和氣硬砂,不同類型的工藝中鑄型材料的選用、配方等也完全不同,知識點分散,難以把握重點。此外,教學內(nèi)容的安排上偏重于理論知識的講解,較少有具體實例,而實驗教學環(huán)節(jié)則主要針對個別的造型工藝進行實際操作和觀察,使學生的整體感性認識較為缺乏,對理論知識的理解和掌握也有較大難度。以上這些可能是造成學生對本課程學習興趣不強、學習效果差的根本原因。近5年來,對江蘇大學京江學院材料成型專業(yè)的145名學生進行了“鑄型材料基礎”課程學習難度和興趣的調(diào)查,結(jié)果顯示,認為課程學習困難的學生占55.17%,對課程學習不感興趣的學生比例高達75.86%,如圖1所示。
因此,為了充分調(diào)動學生對本課程學習的興趣,有效降低學生學習的難度,幫助學生鞏固和加強對本課程理論知識的認識和理解,對現(xiàn)有教學內(nèi)容和模式的改革刻不容緩。在近幾年來本課程的教學中,筆者針對上述問題,就教學內(nèi)容優(yōu)化、教學手段改進、考核方式調(diào)整等方面一直在進行一些有益的教學研究和教學實踐,取得了初步的效果。
二、課程教學內(nèi)容優(yōu)化
要充分調(diào)動學生學習的興趣和積極性,使他們由被動學習、被動接受轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃訉W習、主動思考,首先必須要有實用性和趣味性強、特色鮮明、重點突出的教學內(nèi)容?!拌T型材料基礎”課程具有理論與實踐緊密結(jié)合的特點,如果和其他基礎理論課程一樣只注重對教材中理論知識內(nèi)容照本宣科式的講授,而忽視結(jié)合實際問題或?qū)嵗M行深入的探討和剖析,就難以獲得理想的教學效果,學生對知識的運用能力和實踐能力也難以得到充分的鍛煉。另一方面,單純就課程的核心教學內(nèi)容來說,其涉及面非常廣泛,知識點較為分散,鑄型材料的類型及規(guī)格很多,且應用于多種不同的造型和制芯工藝,工藝條件不同,對鑄型材料成分、配比和性能的要求也大不相同,如果簡單地按照教材提綱講解,不僅會很枯燥,而且很難抓住重點。為此,經(jīng)過幾年的教學研究和實踐,以教材內(nèi)容為基礎,結(jié)合專業(yè)培養(yǎng)需要和課程特色,對本課程的教學內(nèi)容進行了系統(tǒng)梳理和優(yōu)化。總的來說,主要包括以下幾個方面:
(一)突出重點內(nèi)容,提高效率
由于課程內(nèi)容很多,而課時又很有限,因此教學時應當將每一章節(jié)中基礎性的內(nèi)容和學生難于理解的部分作為重點講解,以便提高講授和學習的效率。例如,第一章緒論中將“砂芯的分級”、“砂芯黏結(jié)劑的分類與選用”作為重點,第二章型(芯)砂用骨干耐火材料中確定“鑄造用硅砂的性能”和“原砂的預處理”為重點內(nèi)容。講解時的側(cè)重更容易集中學生的注意力,使學生獲得深刻印象,能很快抓住學習的重心,達到事半功倍的效果。
(二)強調(diào)理論基礎,促進理解
課程中理論基礎部分往往是學生難于理解的內(nèi)容,也是與相應造型工藝和質(zhì)量控制直接相關的內(nèi)容,不能弱化,而應當作為難點深入講解。例如,第三章黏土黏結(jié)劑型(芯)砂中“黏土的結(jié)晶特征”作為理論基礎部分,涉及到晶體結(jié)構(gòu)理論,而且直接決定著普通黏土和膨潤土不同的黏結(jié)機理、性能和應用場合,因此在教學中根據(jù)晶層結(jié)構(gòu)和鍵合方式等進行化學式的推導和結(jié)構(gòu)特點的剖析,幫助學生明確普通黏土和膨潤土的結(jié)構(gòu)和性能之間的區(qū)別和聯(lián)系,使他們更加容易理解和融會貫通。
(三)適當增補內(nèi)容,拓展思維
鑒于教材中有些重要內(nèi)容遺漏或闡述不夠透徹,導致教學內(nèi)容組織上出現(xiàn)不連貫性,教學時思維容易受到局限,因此適當?shù)卦黾友a充了一些內(nèi)容。例如,教材第四章無機化學黏結(jié)劑型(芯)砂中對鈉水玻璃砂的硬化機理僅略有提及,學生難以抓住其本質(zhì),因此在教學內(nèi)容上補充了“鈉水玻璃中的平衡反應”,從化學反應和基團形成的角度進行講解;第五章熱硬樹脂黏結(jié)劑型(芯)砂中對熱塑性酚醛樹脂黏結(jié)劑的性能一筆帶過,學生對如何評價其性能感到很迷茫,因此在教學內(nèi)容上增加了“酚醛樹脂的主要宏觀性能”,從定義、要求和測定方法方面向?qū)W生介紹酚醛樹脂的聚合速度、軟化點和流動性等性能評價指標。
(四)做好階段總結(jié),幫助記憶
由于每一章節(jié)包含的教學內(nèi)容很多,課堂信息量大,容易導致學生一邊學一邊忘,因此采用階段性總結(jié)的方法,幫助學生重復性記憶所學過的知識內(nèi)容。具體來說,在多媒體課件上按照每一小節(jié)講課的內(nèi)容列出總結(jié)清單,每一階段講課結(jié)束時空出5分鐘對清單進行總結(jié)說明,強調(diào)其中的重點和難點;下一階段講課開始時再用5分鐘對前一階段的講課內(nèi)容進行回顧,結(jié)合對重難點部分提問的方式來加強學生的記憶。
三、課堂教學方法改進
多媒體教學已成為一種常規(guī)的現(xiàn)代化教學手段,具有直觀性、交互性、可重復性、針對性等特點。實踐表明,通過多媒體課件授課既可以調(diào)動學生的學習興趣,也能夠提高課堂教學效率。自2008年以來,筆者根據(jù)教材和教學內(nèi)容自行制作了“鑄型材料基礎”課程的多媒體課件,其后又經(jīng)過了多次的修改、調(diào)整、補充和完善,力求使其外觀精美,并具有較強的系統(tǒng)性、實用性、趣味性和針對性。在課堂教學上,充分發(fā)揮多媒體課件的優(yōu)勢,激發(fā)學生的學習熱情,調(diào)動學生學習的主觀能動性。例如,在進行第一章緒論的學習時,并沒有直接按教材內(nèi)容講解砂型和砂芯的制造方法,而是先通過圖片展示鑄造生產(chǎn)車間的實際操作過程,幫助學生增強感性認識,也擺脫了單純文字描述枯燥無味的感覺,極大地激發(fā)了學生的學習興趣。以多媒體課件為道具,還必須采用合理的教學方法,才能@得最佳的教學效果。這就需要在課前認真組織教案、規(guī)劃授課方式。傳統(tǒng)的講授式教學方法雖然被普遍采用,但其“灌輸”性容易使學生產(chǎn)生依賴心理,形成被動學習的習慣,因此還應適當配合一些其他的有效教學方法。近幾年來筆者在有效教學方法的運用方面也進行過一些探索和實踐,積累了一定的經(jīng)驗。
(一)啟發(fā)式教學法
啟發(fā)式教學是指根據(jù)教學目標和學習的客觀規(guī)律,從學生的實際出發(fā),采用多種方式,以啟發(fā)學生的思維為核心,引導他們自覺地、積極地學習和思考的一種教學方法。它強調(diào)以“教師為主導,學生為主體”,由授課教師提出問題開始,這些問題以學生已有的經(jīng)驗或知識為基礎,引發(fā)學生生疑和思考,最后教師根據(jù)學生的回答進行點撥講解,以解除學生的疑惑?!拌T型材料基礎”課程內(nèi)容雖然專業(yè)性強,但也是以物理、化學等理論為基礎的,因此在課堂教學中需要教師為學生創(chuàng)設基于理論的啟示性問題,引導學生運用所學知識和經(jīng)驗來分析問題,獲得新知。例如,在第一章緒論中講解“型砂的結(jié)構(gòu)”時,引導學生結(jié)合物理學中毛細現(xiàn)象思考型砂具有的毛細管,多孔隙特色有何好處和不足,結(jié)合潤濕理論考慮如何彌補其不足,并配合彩色示意圖實時給予點撥;在第六章自硬冷芯盒樹脂型(芯)砂中講解“自硬呋喃樹脂用催化劑”時,引導學生根據(jù)催化劑酸性的強弱判斷其催化效果,根據(jù)催化劑與水親和力的大小分析其適用范圍。由于有已學知識或經(jīng)驗作為基礎,因此在好奇心和求知欲的驅(qū)使下,學生學習和思考的積極性很容易被調(diào)動起來,思維能力也能得到充分的鍛煉。
(二)探究式教學法
探究式教學也是始于問題,是指以學生獨立自主學習或合作討論為前提,圍繞教學內(nèi)容,在教師的啟示誘導下,使學生能充分自由地表達、質(zhì)疑、探究和討論問題,從而將所學知識用于解決實際問題的一種教學方法。它同樣重視學生的主體地位,強調(diào)親身體驗和合作探究,鼓勵學生發(fā)散思維、大膽懷疑,從而找到解決問題的方法。探究式教學中的關鍵是如何設置問題情境,幫助學生主動投入教學活動,為學生進行自主探究學習做好準備。在本課程第三章黏土黏結(jié)劑型(芯)砂中介紹“黏土屬型的鑒別方法”時,先列舉生活中不同材料吸水性不同的實例,學生會很自然地提出“能否通過觀察普通黏土和膨潤土與水混合后的黏度差別來鑒別它們?”由此就引導他們進入了自學探究環(huán)節(jié)。在第四章無機化學黏結(jié)劑型(芯)砂中介紹“鈉水玻璃膠凝時間的測定”時,先以化學中溶液配制為例說明加料順序的重要性,引導學生自主思考“配制鈉水玻璃與酸液的混合液時應當如何考慮加料順序?”學生在進入自覺學習和探究的同時進一步加深了對前面學習的“鈉水玻璃中的平衡反應”等理論知識的理解。適時采用這種探究式教學方法,可以很好地實現(xiàn)“以傳授知識為主”向“以培養(yǎng)能力為主”的轉(zhuǎn)變,使學生的自主學習能力、科學探究能力和創(chuàng)新能力均得到培養(yǎng)。
(三)對比式教學法
對比式教學是指潛移默化地引導學生將相近或相似的教學內(nèi)容進行歸納和比較,使學生更好地理解和掌握各內(nèi)容的共性和個性的一種教學方法。具體而言,它是將一些既有聯(lián)系又有區(qū)別的教學內(nèi)容放在一起進行對比分析,明確其中的相同和不同之處,使學生能將各部分內(nèi)容關聯(lián)起來,舉一反三,達到自行理解和掌握所學知識的目的。對比式教學要求授課教師在知識的廣度和深度上下功夫,以全面掌控課程的教學內(nèi)容為前提來實現(xiàn)。筆者在教學內(nèi)容優(yōu)化和教學經(jīng)驗積累的基礎上,將“鑄型材料基礎”課程中具有相似性和對比性的內(nèi)容整理出來,在課堂教學時通過比較,加深學生對所學內(nèi)容的印象,幫助他們抓住本質(zhì)和重點,降低學生學習難度的同時還調(diào)動了學生學習的自覺性和主動性。例如,“緊實率”和“緊實度”都是黏土濕型砂的性能指標,字面上學生很容易混淆,但其含義和測定方法上有極大的不同,可以通過對比的方式來介紹;有機黏結(jié)劑中“熱塑性酚醛樹脂”和“熱固性酚醛樹脂”都是由甲醛和苯酚合成的,但其特性和應用場合完全不同,可以從合成條件和固化條件的區(qū)別上進行對比講解;“胺自硬酚脲烷樹脂砂工藝”和“酚脲烷/胺法工藝”采用相同的原材料,同屬于冷芯盒法,硬化反應機理相似,但前者為自硬法,采用液態(tài)催化劑,而后者為氣硬法,采用氣霧態(tài)催化劑,因此在具體工藝方面又有較大的差別,可據(jù)此進行系統(tǒng)性的比較??偟膩碚f,這種對比式教學法有效增強了學生學習的興趣,幫助他們擺脫了面對新知識時的陌生感,提高了學習效率,使他們能在輕松的氛圍中更牢固地掌握這些專業(yè)知識。
(四)習題討論式教學法
習題討論式教學與通常的主題討論式教學有所區(qū)別,它是由教師將教學內(nèi)容中各章節(jié)的重要知識點(包括基礎理論、疑難問題等)精心設計成練習題,指導學生在獨立思考的基礎上,參與課堂討論和解答,從而鞏固所學知識的一種教學方法。習題討論式教學具有系統(tǒng)性和針對性,在加深學生對所學知識內(nèi)容理解和掌握的同時,能夠真正提高他們分析問題和解決問題的能力。通過幾年的教學實踐,筆者在2013年根據(jù)“鑄型材料基礎”課程中各章節(jié)的教學內(nèi)容精心設計了一套題庫,包括了200余道不同類型的習題,涵蓋了各個章節(jié)的重要知識點。在習題討論時,根據(jù)課堂掌握情況和學生作業(yè)反饋,明確學生錯誤的共性問題后,從題庫中精選部分針對性和關聯(lián)性強的習題,供學生討論和解答。例如,在講解原砂顆粒組成的符號表示和平均細度計算時,學生普遍感覺文字表述枯燥且抽象,理解起來困難,在習題討論時通過給出不同符號表示和平均細度計算的實例,將其趣味化和具體化,學生學習的自覺性和積極性大大提高,通過參與解答和討論,既糾正了他們以前理解上的偏差,促進了他們對知識的理解、應用和擴展,還使他們的自學能力和獨立思考能力得到了實際的鍛煉。
四、課程考核方式調(diào)整
課程考核應當避免應試教育的傾向,不能偏離“以素質(zhì)教育為核心”的目標。為了達到良好的教學效果,努力實現(xiàn)學生知識、能力、素質(zhì)的協(xié)調(diào)發(fā)展,順應當前社會對人才素質(zhì)的高要求,對課程考核方式的改革也不容忽視。在近幾年的教學實踐中,筆者對考核成績構(gòu)成、期末考試題型等方面進行了一些調(diào)整??己顺煽儤?gòu)成方面,除了平時考核(包括上課出勤率、課后作業(yè))和期末考試外,還增加了實驗考核,突出了對學生知識運用能力和動手能力培養(yǎng)的重視,也符合本課程“理論與實踐相結(jié)合”的特點。期末考試題型方面,2013年以來以教案的完善和教學方法的改進(尤其是習題討論課的增設)為依據(jù),在原來只有簡答題和分析論述題的基礎上,增加了填空題、判斷題和名詞解釋題三類題型,使考核的知識點覆蓋面更廣、分布更科學合理,更容易貫穿于整個教學過程中,學生也更樂于接受這樣的題型。
近幾年的教學實踐證實,教學內(nèi)容上的優(yōu)化、教學方法上的改進以及考核方式上的調(diào)整確實帶來了很好的教學效果。圖2為對江蘇大學京江學院材料成型專業(yè)的學生近5年來“鑄型材料基礎”課程考核成績分布情況進行統(tǒng)計得到的結(jié)果??梢钥吹剑?011-2015年考核成績?yōu)榱己煤蛢?yōu)秀的學生所占比例之和分別為31.82%、46.43%、50%、74.19%、58.83%,表明教學內(nèi)容和教學模式的改革促進了學生學習的積極性,也一定程度上提高了教學質(zhì)量。