陳世清

(武漢工程大學(xué)化工與制藥學(xué)院,湖北 武漢 430074)

0 引 言

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)作為化工類本科的一門技術(shù)基礎(chǔ)課,多年來其教學(xué)基本沿用理科模式。課程的重點(diǎn)是基本操作技能(要有一定的重復(fù)訓(xùn)練次數(shù))以及基本的有機(jī)物合成方法(涉及的反應(yīng)類型不得少于5個(gè))[1]。多年來對(duì)工科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課已有許多改革的構(gòu)思與舉措，其中特別強(qiáng)調(diào)了化工類化學(xué)系列課程要充分體現(xiàn)工科特色和工程意識(shí)[2-3]。我國(guó)已故橋梁專家茅以升先生曾經(jīng)這樣定義工程的含義：“所謂工程，就是物理學(xué)揭示的普遍原理加專業(yè)局部技術(shù)”?？梢姽こ讨饕菍?duì)業(yè)已成熟的科學(xué)原理的具體應(yīng)用與實(shí)踐，而這種技術(shù)性的應(yīng)用與實(shí)踐必然涉及多學(xué)科而非單一學(xué)科，因此“應(yīng)用性、實(shí)踐性、綜合性”是工程的基本特征。就有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)這門課程而言，如果說化學(xué)專業(yè)的學(xué)生在本課程教學(xué)中更注重有機(jī)化學(xué)的研究方法、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系以及對(duì)某一化合物新的合成方法，那么化工類專業(yè)的學(xué)生則應(yīng)更多關(guān)注實(shí)現(xiàn)某一合成反應(yīng)的最佳工藝條件以及產(chǎn)品合成(或開發(fā))可能涉及的諸多影響因素(包括成本、節(jié)能、環(huán)保等問題)。換言之，化工類專業(yè)的學(xué)生不是“做化學(xué)”而是“用化學(xué)”的(實(shí)際上就一個(gè)產(chǎn)品的制備過程而言，所涉及的也決不僅僅只是化學(xué)學(xué)科)。因此化工類專業(yè)的基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程應(yīng)該充分體現(xiàn)工科特色和工程意識(shí)。然而“脫胎”于理科的工科有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程以及同樣來自理科的且多年來已習(xí)慣于理科教學(xué)模式的教學(xué)人員往往使得化工類基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)基本停留在理科教學(xué)模式上，忽視了課程應(yīng)有的工科特色和工程意識(shí)。工程化視野下的教育及教學(xué)應(yīng)將強(qiáng)化工程意識(shí)、培養(yǎng)工程能力貫穿于學(xué)校教育及教學(xué)的全過程。那么作為一門工科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，應(yīng)該如何圍繞工程意識(shí)、工程能力做文章，努力形成具有工科特色的教學(xué)模式，仍然是一個(gè)需要不斷探索與完善的問題。

1 對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式的分析

無論是化學(xué)類還是化工類專業(yè)的學(xué)生，都需要基本的化學(xué)素養(yǎng)。從這個(gè)意義上說，基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的傳統(tǒng)教學(xué)模式有其合理性。然而對(duì)于化工類專業(yè)的學(xué)生來說，在有限的學(xué)時(shí)數(shù)內(nèi)過于強(qiáng)調(diào)基本操作重復(fù)訓(xùn)練次數(shù)及有機(jī)合成反應(yīng)類型，在一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目只能限做一次的情況下，傳統(tǒng)教學(xué)模式只能使學(xué)生停留在驗(yàn)證式的訓(xùn)練水平上。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)課中往往滿足于按照書中的既定步驟完成實(shí)驗(yàn)，缺乏對(duì)問題的發(fā)現(xiàn)、分析與思考。過于學(xué)科化傾向的另一個(gè)表現(xiàn)還在于對(duì)合成實(shí)驗(yàn)的結(jié)果只考慮有機(jī)產(chǎn)品，忽視了對(duì)其中經(jīng)常存在的無機(jī)物或溶劑的回收，更缺乏從工程角度對(duì)整個(gè)合成實(shí)驗(yàn)過程的分析與思考。實(shí)際上實(shí)驗(yàn)課程相對(duì)理論課程具有更加明顯的綜合性，每一個(gè)有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目從反應(yīng)、分離到產(chǎn)品檢測(cè)都包含諸多工程問題，可是在傳統(tǒng)教學(xué)模式中，“有機(jī)化學(xué)”的意識(shí)始終占據(jù)主導(dǎo)地位，基本不涉及工程與技術(shù)問題。這顯然不能適應(yīng)當(dāng)前培養(yǎng)化工高級(jí)工程人才的需要。隨著化學(xué)學(xué)科的發(fā)展，新的反應(yīng)、新的合成方法以及新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)(如：相轉(zhuǎn)移催化、微波技術(shù)、超聲技術(shù)等)不斷涌現(xiàn)，而網(wǎng)絡(luò)時(shí)代使得信息資源的獲取更加方便(包括各種化學(xué)數(shù)據(jù)庫(kù)以及各種計(jì)算機(jī)模擬的仿真實(shí)驗(yàn))，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)的途徑已經(jīng)成為越來越多人的選擇。這些不可能不對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)模式及理念形成沖擊[4]：教材中還有必要敘述那么多需要學(xué)生“記憶”的知識(shí)嗎？在實(shí)驗(yàn)教學(xué)有限的學(xué)時(shí)數(shù)內(nèi)基本操作的重復(fù)訓(xùn)練次數(shù)以及不得少于5個(gè)反應(yīng)類型的要求是否可以淡化，是否應(yīng)該更加突出學(xué)習(xí)能力、工程能力以及創(chuàng)新能力的培養(yǎng)？基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課的“基礎(chǔ)”就不能延伸至綜合性、設(shè)計(jì)型及至研究型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目嗎？就不能更多體現(xiàn)工程意識(shí)嗎？實(shí)驗(yàn)課中學(xué)生未必非得按一人一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)才能獲得最佳效果(這對(duì)于突出基本操作訓(xùn)練的驗(yàn)證式實(shí)驗(yàn)的確有其合理性，但是對(duì)于綜合性、設(shè)計(jì)型以及研究型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，按兩人一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或許更加有利于培養(yǎng)學(xué)生的合作精神)。顯然，工科基礎(chǔ)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課的改革要順乎時(shí)代的發(fā)展，順乎未來化工高級(jí)工程人才培養(yǎng)的需要，敢于對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)理念突破和更新。

2 基于工程特色的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程改革

近年來對(duì)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課程比較一致的改革舉措是引進(jìn)綜合性、設(shè)計(jì)型及至研究型實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目[5]，相應(yīng)的教材也已出版[6]。然而在實(shí)際教學(xué)過程中，仍然存在一個(gè)如何在有限的學(xué)時(shí)數(shù)內(nèi)既能遵循課程的基礎(chǔ)性，又可突破驗(yàn)證式教學(xué)模式的框架，更多體現(xiàn)對(duì)學(xué)生工程能力及創(chuàng)新意識(shí)培養(yǎng)的問題。筆者對(duì)此采取了以下原則與做法：

2.1 課程改革的基本構(gòu)思

保持并更好、更全面體現(xiàn)課程的基礎(chǔ)性。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)畢竟是化工類專業(yè)的一門技術(shù)基礎(chǔ)課，因此課程改革不能違背這一基本定位。傳統(tǒng)教學(xué)模式要改革，但是許多至今仍然積極有效的教學(xué)理念與方法要保持并發(fā)揚(yáng)好，比如實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的安排應(yīng)該由易到難,由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，要體現(xiàn)循序漸進(jìn)原則；基本操作、基本合成方法的訓(xùn)練仍然是課程的一個(gè)基本要求(盡管綜合性實(shí)驗(yàn)的引進(jìn)或許會(huì)減少合成實(shí)驗(yàn)的反應(yīng)類型及某些操作的重復(fù)訓(xùn)練次數(shù))；還有培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)以及實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)、記錄、討論要求等等。另一方面，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)應(yīng)該是一種全面、綜合性訓(xùn)練[7]，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)的突破口[5]。換言之，它不僅要對(duì)學(xué)生進(jìn)行基本實(shí)驗(yàn)技能的培訓(xùn)，更要突出對(duì)學(xué)生工程能力(包括觀察能力、分析能力、應(yīng)用能力、設(shè)計(jì)制作能力等)的培養(yǎng)，其教學(xué)過程不應(yīng)局限于成熟的實(shí)驗(yàn)方法、重復(fù)性的操作訓(xùn)練以及驗(yàn)證型的思維模式上,而應(yīng)把基本訓(xùn)練(包括引入綜合性、設(shè)計(jì)型以及研究型的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目)與強(qiáng)化學(xué)生工程能力及創(chuàng)新意識(shí)聯(lián)系起來,融為一體。而這些是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的薄弱環(huán)節(jié)，是課程改革的著力點(diǎn)。從這個(gè)意義上說，基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課中“基礎(chǔ)”的內(nèi)涵應(yīng)更加豐富、全面[4]。

2.2 課程改革的基本框架

根據(jù)上述基本構(gòu)思,將整個(gè)實(shí)驗(yàn)課程按教學(xué)目標(biāo)分為兩個(gè)階段。第一階段為基本實(shí)驗(yàn)階段。該階段的教學(xué)目標(biāo)是使學(xué)生掌握有機(jī)化學(xué)的實(shí)驗(yàn)方法及最基本的操作技能,同時(shí)著力培養(yǎng)一絲不茍的實(shí)驗(yàn)作風(fēng),實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度以及認(rèn)真預(yù)習(xí)、仔細(xì)觀察與記錄的良好習(xí)慣。在基本實(shí)驗(yàn)階段要采取切實(shí)措施改變“照方抓藥”式的低水平訓(xùn)練。第二階段為綜合訓(xùn)練階段。該階段的教學(xué)目標(biāo)是增強(qiáng)學(xué)生的工程能力,包括對(duì)實(shí)驗(yàn)問題的分析與討論、實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與改進(jìn)、實(shí)驗(yàn)參考文獻(xiàn)的查閱以及對(duì)實(shí)驗(yàn)過程的合理安排、實(shí)驗(yàn)技巧的合理應(yīng)用等等。在綜合訓(xùn)練階段，可引入教師的科研課題作為開發(fā)型實(shí)驗(yàn)，亦可將某些常規(guī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目按開發(fā)型實(shí)驗(yàn)的要求來進(jìn)行。開發(fā)型實(shí)驗(yàn)的具體做法是：

①實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目至少進(jìn)行兩次，要求第二次實(shí)驗(yàn)過程相對(duì)第一次要有新意。

②給學(xué)生更多的自主權(quán)，如允許并鼓勵(lì)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)提出改進(jìn)設(shè)想，并且在可能的情況下通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的設(shè)想。

③引導(dǎo)學(xué)生更多地從從產(chǎn)品開發(fā)以及工程角度認(rèn)識(shí)和把握有機(jī)化合物的制備(如怎樣提高產(chǎn)品的產(chǎn)率及質(zhì)量、怎樣改進(jìn)操作技巧，還有成本意識(shí)、環(huán)境意識(shí)等)。

④在實(shí)驗(yàn)分組上采取兩人一組做實(shí)驗(yàn)(目的是增強(qiáng)討論與合作意識(shí)，但是實(shí)驗(yàn)報(bào)告各人獨(dú)立完成)。教學(xué)中盡量選擇產(chǎn)率較高，合成方法及反應(yīng)條件可做適當(dāng)改變并能讓學(xué)生通過制備實(shí)驗(yàn)領(lǐng)悟產(chǎn)品開發(fā)研制的基本途徑的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，且將液體產(chǎn)品與固體產(chǎn)品的合成實(shí)驗(yàn)分別相對(duì)集中,以達(dá)到強(qiáng)化和鞏固相同操作技能重復(fù)訓(xùn)練的效果。

2.3 課程改革中的“一票否決”教學(xué)法

本著“每一個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的教學(xué)過程都應(yīng)是一次綜合性訓(xùn)練”的想法,對(duì)學(xué)生的每次實(shí)驗(yàn)都從5個(gè)方面來評(píng)價(jià)[1]：實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)、實(shí)驗(yàn)安排與操作、實(shí)驗(yàn)觀察與記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論、實(shí)驗(yàn)紀(jì)律與作風(fēng)。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中只要有一方面達(dá)不到基本要求,該次實(shí)驗(yàn)成績(jī)即為“不及格”，稱為“一票否決”教學(xué)法。顯然，實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定應(yīng)有綜合性指標(biāo),且每項(xiàng)指標(biāo)均為必要條件,否則就難以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)該達(dá)到的全面、綜合性訓(xùn)練的特點(diǎn)[7]。如果認(rèn)為只要學(xué)生做完實(shí)驗(yàn),拿出合格產(chǎn)品,就可以及格,而不究其是否注意了觀察與記錄,實(shí)驗(yàn)結(jié)果有無分析見地,這顯然不利于學(xué)生整體工程能力的培養(yǎng)。當(dāng)然,在具體要求上,可采取階段性漸進(jìn)方式。比如,有些方面是從一開始就必須嚴(yán)格要求,不允許馬虎的,如實(shí)驗(yàn)紀(jì)律、實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng),還有實(shí)驗(yàn)的預(yù)習(xí)要求等等，這些在整個(gè)教學(xué)過程中，尤其是實(shí)驗(yàn)的初始階段必須緊抓不放、嚴(yán)格要求。而在基本操作、實(shí)驗(yàn)合理安排、實(shí)驗(yàn)觀察與記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論等方面,則應(yīng)有一個(gè)階段性重點(diǎn)。如前幾次實(shí)驗(yàn)著重抓好基本操作訓(xùn)練、實(shí)驗(yàn)觀察與記錄。在此基礎(chǔ)上,后面的實(shí)驗(yàn)就要引導(dǎo)學(xué)生更加合理安排實(shí)驗(yàn)過程,提高效率,同時(shí)把著眼點(diǎn)更多地放在加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)問題的分析討論上。

3 教學(xué)改革實(shí)施的效果

(1)消除了“照方抓藥”式的訓(xùn)練，有效實(shí)現(xiàn)了由“驗(yàn)證式”向具有工程特色教學(xué)模式的轉(zhuǎn)變。由于教學(xué)中采取了“一票否決法”，基本消除了“照方抓藥”式的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。許多學(xué)生由不自覺到自覺,在后一階段的實(shí)驗(yàn)中養(yǎng)成了認(rèn)真預(yù)習(xí)、仔細(xì)觀察與記錄、深入總結(jié)與分析的習(xí)慣,并由此感受到了提高實(shí)驗(yàn)技能,增強(qiáng)綜合工程能力的甜頭。一些同學(xué)在最后的考核實(shí)驗(yàn)報(bào)告中談了自己的感受：“通過這10次的實(shí)驗(yàn),我覺得對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力、分析和解決問題的能力有了很大提高?！薄氨敬螌?shí)驗(yàn),很多同學(xué)都極少出現(xiàn)差錯(cuò),且相互之間交流經(jīng)驗(yàn)、互相指點(diǎn)、共同提高?！薄耙粋€(gè)學(xué)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)束了,我感覺自己的動(dòng)手能力有了很大提高,基本學(xué)會(huì)了如何準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)、查閱資料、準(zhǔn)備預(yù)習(xí)報(bào)告、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)總結(jié)等。”“老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)慕虒W(xué)，使我在實(shí)驗(yàn)態(tài)度和養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)作風(fēng)上有了真正的啟蒙發(fā)展?！?/p>

(2)增強(qiáng)了學(xué)生的工程意識(shí),激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。工程能力的本質(zhì)在于綜合與創(chuàng)新[8]。通過在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入開發(fā)型實(shí)驗(yàn)，大大激發(fā)了學(xué)生的主觀能動(dòng)性。大多數(shù)同學(xué)都能結(jié)合實(shí)驗(yàn)到圖書館查閱文獻(xiàn)資料(這在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中是很少有的)。他們對(duì)每次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與結(jié)果(包括自己和他人的)認(rèn)真分析、整理,提出各種見解(從反應(yīng)條件到操作技巧,從如何提高分離效果到怎樣回收溶劑、降低成本、減少污染)。有的同學(xué)根據(jù)文獻(xiàn)資料提出新的合成方法；有的同學(xué)為了實(shí)現(xiàn)同樣加熱條件下不同攪拌速度或不同反應(yīng)物濃度的比較,設(shè)計(jì)出更實(shí)用更合理的實(shí)驗(yàn)裝置；還有同學(xué)在實(shí)驗(yàn)討論中分別從實(shí)驗(yàn)室制備與工業(yè)生產(chǎn)角度來分析工藝條件、原料配比等對(duì)產(chǎn)品收率、成本及環(huán)境的影響。盡管這里面有這樣那樣的不成熟甚至不合理,但學(xué)生的思維已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了教材的范疇,也超出了教師設(shè)計(jì)的框架。事實(shí)證明開發(fā)型實(shí)驗(yàn)對(duì)增強(qiáng)學(xué)生的工程意識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維起到了很好的作用。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，經(jīng)常有學(xué)生提出他們?cè)趯?shí)驗(yàn)課中所遇到或者所考慮的問題。有些學(xué)生甚至表示希望再多做幾次實(shí)驗(yàn)。作為一門工科基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)課，如果能激勵(lì)更多的學(xué)生將實(shí)驗(yàn)由課內(nèi)做到課外，由驗(yàn)證型做成開發(fā)型，那對(duì)于培養(yǎng)工程人才將起著更大的作用[9]。

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