楊一思 張

(1黃岡師范學院化學與生命科學學院 湖北黃岡 438000;2黃岡師范學院化工學院 湖北黃岡 438000)

科學研究活動能激發(fā)大學生進行學術研究的興趣，培養(yǎng)他們獨立分析問題、解決問題的素質與能力。綜合化學實驗課程的主要目的就是為學生提供一個類似于科學研究的氛圍，讓學生學習如何思考和處理較為復雜的化學問題，幫助他們在獨立研究的過程中使所學的知識、經驗和技能得到更廣泛的應用和遷移，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與動手能力。

綜合化學實驗主要是研究化合物的制備、分離、分析測試、性能和應用[1-3]，實驗內容應著重體現學科發(fā)展的基本理念、學科之間的交叉融合和學科的前沿發(fā)展。例如，以簡單的原料合成復雜的分子是有機合成最重要的任務之一，這類實驗對培養(yǎng)學生有機合成的綜合能力不可或缺，因此可作為綜合化學實驗課程中的重要內容。課程在教學方式上側重于讓學生獨立研究和解決問題，讓學生參與實驗準備工作和方案設計，并通過實驗來驗證自己的猜想。在課程學習的過程中，需要激發(fā)學生對問題的研究興趣，調動學生積極思考，降低畏難情緒。在3年課程實踐中,我們積累了較為豐富的教學經驗，該課程已經逐漸形成 “以問題-研究為教學模式，以興趣探索為驅動力，以培養(yǎng)創(chuàng)新意識與動手能力為目標”的課程思想。

1 學生參與實驗學習的心理特征

學生的好奇心和探索心是促進學習的巨大動力。如果這種好奇心、探索心能得到滿足和實踐，會給他們帶來更高層次上的精神愉悅。大三學生已具有一定的知識水平和實驗能力，讓他們經歷8～10學時或1～2天完成一個綜合實驗，對他們的動手能力、綜合概括能力和運用知識分析并解決問題的能力是一次檢驗，同時也是一個考驗他們意志品質的過程。因此，采用問題-研究型教學模式不僅切合課程的內容和目標，而且符合以學生為本、以問題為中心的教學思想。

2 問題-研究型教學模式的實施與特點

問題是研究工作的開始，但提出問題的思維過程更為重要。雖然綜合實驗課是由教師提煉一個問題交給學生思考和準備，但問題提出的背景和思想需由學生自己經過預習并查閱資料來獲得。下面以綜合實驗“局部麻醉劑苯佐卡因的合成及表征”為例。苯佐卡因是一種常用局部麻醉藥，用于手術后創(chuàng)傷止痛、潰瘍痛等狀況。它的制備合成包括對硝基苯甲酸的制備、對硝基苯甲酸乙酯的制備、對氨基苯甲酸乙酯的制備等多個反應步驟，需要綜合思考反應方案、選擇試劑、確定反應機理、制備和提純中間產物并對最終產品進行表征，這對學生的綜合實驗能力是一次挑戰(zhàn)和鍛煉。除了課題包含的問題外，在實驗準備和進行中還會產生各種無法預設的疑難問題。這些問題能引發(fā)學生積極思考、開闊思路、動手研究。因此不同類型的問題應采取不同的教學方法來促使學生主動解決。

2.1 實驗準備中的問題

在前期工作中，教師提供成套的有機合成反應玻璃器皿和設備，由學生依據各自的實驗方案確定所需要的數量和種類，還要對所需藥品的種類、型號、數量進行統(tǒng)計和估算，并考慮價格成本。有時我們不一定有文獻中描述的實驗設備，可以發(fā)動學生利用現有的設備進行改進和替換。如在對乙酰氨基苯磺酰氯的制備中，需使用有支口的三角燒瓶，并用帶孔軟木塞接一個尾氣吸收裝置。對此學生提出使用磨口的抽濾瓶代替原裝置，不僅簡化了裝置的安裝，氣密性也更好了。此方法既減輕了實驗室工作人員的工作強度，同時使學生參與到整個實驗的設計和準備工作中，學習興趣大大提高，畏難情緒逐漸減小，有利于充分發(fā)揮學生的主動性。

2.2 對實驗步驟的疑問

鼓勵學生在對既定實驗步驟進行操作的同時，還要多問幾個為什么。例如在對乙酰氨基苯磺酰氯的制備中，文獻要求先要將乙酰苯胺進行加熱熔融，然后冷卻成大塊晶體，再低溫下攪拌滴加氯磺酸。有學生提出，乙酰苯胺本身是很好的片狀晶體，直接在低溫攪拌下加入氯磺酸，反應更迅速也更均勻。如果這時教師直接告訴學生此反應很劇烈，直接攪拌不利于控制，學生沒有直觀印象，很難改變最初的想法。我們采取的是每個班級選出兩位操作能力強的學生，將反應物量大大減少，充分冷卻，并安裝防護裝置，在保證安全的前提下，根據學生自己提出的方案進行檢驗。學生在實驗中可以看到，即使在反應物量大大減少并充分攪拌的情況下，反應的進行仍然很劇烈。而按照文獻上的操作，則反應進行得很平和，操作也更加容易。由此，學生能真正理解成晶塊的目的是減少反應的接觸面積，使反應不那么劇烈。

學生在了解實驗內容和反應機理后也會產生各種疑問，有些學生提出新的實驗路線和方法，如抗熱止痛藥阿司匹林的合成與分析，教師提出使用紫外可見分光光度計法測定其含量。但學生經過思考和分析，結合分析化學的知識，提出能否使用更加簡單易行、利于普及的酸堿滴定法。教師贊成學生的新想法，并一起總結了相關的測定方法，還提出了電極法以及高效液相色譜法。使學生在掌握實驗技能及方法的同時，也復習了相關的其他方法。

2.3 對實驗現象的疑問和研究

若實驗進行中出現一些文獻中沒有提及的現象，教師應及時引導學生對前面的操作進行檢查，給出可能的解釋和解決方法，并由事實驗證解決方法的合理性。例如在制備乙酰氨基苯磺酰胺的粗產品時，部分學生在抽濾時總是抽破濾紙，導致反復過濾，產品的損失較大，而文獻沒有詳細介紹此實驗現象。我們引導學生依據知識經驗和實驗記錄進行分析解釋，有學生猜測是加入的氨水量太大導致溶液的堿性太強，對濾紙的腐蝕性加大，因而抽濾時濾紙容易破損。依據這個猜測，學生減少了氨水的加入量，并在后期延長加熱除去氨的時間，再次抽濾時就很少出現濾紙破損了。這個問題完全是學生自主發(fā)現并主動解決的，而且其中涉及到的知識經驗還被學生遷移應用到其他類似的問題中。

2.4 實驗總結及詳細實驗路線的確立

我們采取學生分組討論并撰寫小論文的方式進行實驗總結。每組學生采取的實驗路線方案都有不同之處，根據他們自己的操作過程、現象及結論，提出最為可行的實驗路線，寫一篇小論文。論文寫作環(huán)節(jié)是讓學生練習用準確的語言表達實驗過程和結果，為讀者提供可靠的信息。對于論文寫作過程中產生的各種疑問，都讓學生在小組內討論解決。最后教師依據學生的預習及準備工作情況、實驗操作過程和實驗論文，對每一次綜合實驗給出相應的分數。

3 與傳統(tǒng)教學模式對比

綜合化學實驗是培養(yǎng)學生實踐和創(chuàng)新能力的有效渠道，其內容和目的都要求在教學模式上大膽創(chuàng)新，要與傳統(tǒng)實驗教學有所不同。

問題-研究型教學的突出特點是以“問題”為中心，因為每一個實驗題目就像一個等待完成的項目，它涉及諸多的子問題，需要一步步去解決，而在解決過程中又會面對更多的實際問題。抓住問題、重視問題就是為了營造思維創(chuàng)新的環(huán)境，督促和引導學生主動思考和探索，讓學生經歷提出問題和解決問題的思維過程。解決問題的思維意識不是自然形成的，而是需要設計特殊的課程內容和教學模式對大學生(尤其是理工科學生)進行著重培養(yǎng)。

傳統(tǒng)實驗教學模式的特點是讓學生中規(guī)中矩地按照要求完成實驗，只有掌握了實驗技能才能取得較好的實驗結果，這種教學模式對夯實基礎很重要，但在培養(yǎng)積極思維、主動探究上卻效果甚微，學生在遇見問題時很容易手足無措。綜合性實驗課具有開放性、應用性和探究性的特點，采用問題-研究型教學模式能夠激發(fā)學生的興趣，著重培養(yǎng)學生研究和解決問題的意識和能力。

在綜合化學實驗課程中采用問題-研究型教學模式取得了很好的教學效果，學生都認為經過這種學習過程，能夠體會到化學研究的魅力所在；感到知識、經驗和方法是緊密聯系為一體的。3年中，每一屆都有85%以上的學生主動了解和選擇自己喜歡的實驗方向，繼續(xù)進行畢業(yè)論文研究和攻讀碩士研究生。這種主動發(fā)現、分析和解決問題能力的養(yǎng)成為他們今后的科研、工作打下了良好的基礎。

參 考 文 獻

[1] 張逢星，李珺，郭慧林.大學化學,2009,24(3)：18

[2] 王炎，尤宏，劉新榮.大學化學,2002,17(2)：27

[3] 王伯康，王志林，孫爾康.大學化學,2001,16(2)：25