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受一位朋友之托,用六天的时间给他的侄子讲讲竞赛化学的内容。我也觉得是个挑战,所以稍有犹豫之后,接受了这个任务。接受任务还有一个重要原因,那就是在从事多年化学竞赛培训之后,我觉得确实应该重新反思一下过去:化学竞赛到底是培养了学生的记忆能力,还是分析解决问题的能力;是造就了一只完美的知识容器,还是激发学生潜力,培训学科的科学素养。
正是基于这种想法,准备的过程成为一件十分痛苦的事情,尤其是看到厚厚的两大本《基础有机化学(邢其毅版)》,而只有六个小时,这种压力尤其让我感到痛苦。在压力和责任面前,促使我在不断地自我否定和肯定中,艰难地寻找着有效的教学方法。当然我要做的第一件事是明确常态的竞赛有机化学是怎么教的,学生是如何学的。
一、常态的竞赛有机化学教学方法
教学后的反思让我充满了恐惧,我真的把学生当成知识的容器了吗?我从来不关心学生高中化学对他们学习的作用吗?我不在乎学生在课堂上的兴趣吗?
在竞赛课上,当教师拿了一本一本的教科书发给学生,学生买了一本又一本的化学练习册去做,这些行为背后已经把常态的竞赛课堂的教学生态以最原始的方式暴露出来了,即陈述性知识、程序性知识的记、背、算等简单认识能力的训练。新的知识是通过大量机械训练得到的,知识的存储是呈点状、线状的。
从教学过程来看,“查缺补漏”教学法是不过分的。如羰基化合物性质的教学,通常在呈现完纷繁复杂的各种类型的反应之后,教师就开始“卖关子”了,为什么会有这些性质呢?这个时间就是老师讲诱导效应,讲共轭效应,讲亲核试剂的时候了。似乎很完美,不过学生真的学到了什么?学生在这个过程中化学的认识能力真的提高了吗?
过去的问题就是我们太在意教给学生“是什么”“怎么做”的问题,而过于忽视学生解决问题的策略和能力的训练,而这正是竞赛化学要帮助学生学会的。
在评价方面,通过卷子检查学生这些知识记住了没有,记准确了没有。但竞赛的最终目标是学生解决化学问题的能力提高了没有,这种通过简单的陈述性知识的记忆程序的检测几乎是无效的,也就是说这种高一级的认知能力一定要通过对学生的思维进行测量,外显学生的思维过程,了解学生思维能力的发展情况。
因此,要让化学竞赛能成为撬动学生发展潜力的杠杆,改进教学方法势在必行。近五年的有机化学试题,内容可谓丰富至极,物质涉及烯烃、芳香烃,醇、醛和酮、羧酸和羧酸衍生物、含氮有机化合物等,反应类型包括亲电加成反应、亲核取代反应、亲核加成反应等,还考过命名、异构……基础有机里所涉及的内容几乎都出现在了竞赛考试中。当看到这些,也就明白了为什么各种各样的培训机构组织的培训都会找到各类名气十足的大学教授了――高中老师确实有点搞不定呀。
不是反对教授这些内容,但是这些真是竞赛有机的核心化学知识吗?核心化学知识是如何体现在各类物质、各种反应类型中的呢?基于对这些问题的反思,我提出了基于核心概念应用的有机化学教学方法。
二、基于核心概念应用的竞赛有机化学教学方法
基于核心概念的教学方法,力图改变传统的培训过程重知识、忽视解决问题能力的倾向,强调对学生认知结构的重构和高级认知能力的培养,重视对学生认知过程外显化评价方式的开发,让学生的知识和能力螺旋式上升。
1.竞赛有机化学中的核心概念
对24届、25届、26届化学竞赛中有机化学内容进行统计分析,提炼出有机化学中的核心知识和方法:
(1)电子效应;
(2)常见的中间体产生,以及稳定性,各类有机物的活化位置;
(3)亲电试剂、亲核试剂的特征,亲电反应、亲核反应的实质。
2.教学流程的设计
教学流程的设计总是起源于学情的分析的,由于篇幅的原因,我们假设学生已完全掌握高中化学之物质结构课程标准的内容。从元素周期律、电负性、共轭等高中基本概念出发,按照从原子到分子,从熟悉到陌生的原则挑选素材,通过三个核心内容之间层次递进的关系,让学生以渐进的方式使用所学的知识,在学习“说题”的过程中外显学生的思维过程,分析知识、方法、技能上的问题,并及时进行补救性教学。
教学流程的设计主要体现以下几个特点:
(1)例子由浅到深,弱化定义性概念,核心过程的推进呈现螺旋上升的特点
弱化定义性概念的学习,是为了减少陈述性知识的记忆,而突出对概念实质的理解,也避免为了概念的严谨性而偏离教学的主轨道。例如,共轭效应的教学,以乙烯中的p-p共轭为基础引入,从结构上分析产生共轭的原因,共轭的结果,进而引出p-π、π-π、σ-p等各种类型的轭,结合原子电负性谈及+C和-C;例子也由乙烯到苯酚,乙烯醛,叔丁基碳正离子,由浅入深,由熟悉到陌生,但始终围绕着电子云流动、平均化,以及额外的稳定性为主线。学生学的不是共轭概念的言上之意,而是共轭的言下之意,是在学习知识结构之后,通过反复地使用结构去应用新的素材,在应用的过程中掌握核心概念。
(2)在做中学,通过“说题”外显思维过程,根据思维过程缺陷,及时进行补救教学
通过对已有知识结构的重构,强调在不断地使用新的知识的过程中学习,这也是基于核心概念应用教学方法中“应用”二字的含义。在“做中学”,一是形成内容丰富知识“库”,二是要促进知识“库”的结构化。因此,强调两个重要的过程,一是对期望未果的解释,二是编排索引。
学生错了,不知道是怎么错的――由于知识、方法,甚至思维习惯的问题,都会出现这种情况,因此,及时对学生进行结果评价是很重要的它是引起学生反思、建构的导火索。对错误的分析,是老师讲的,还是学生自己发现的,对于学生能真正地发现自己的问题也是重要的。我提倡学生独立钻研,这将有利于学生进一步重建认知结构,学生的认知能力也只能在这样的过程中得到完善。
三、基于核心概念应用的教学方法心理学假设:从结构中“发现学习”
1.“教”结构
学科基本结构具有以下重要性:(1)它能使学科更容易理解;(2)不易遗忘;(3)保证训练的充分迁移;(4)缩小“高级”知识和“低级”知识之间的间隙。因此,突出有机核心概念的教学,是为学生理解、分析复杂问题服务的。但是绝对不能忽视学生的主动性,只把学生当成被动的知识接受者,而应该让学生自觉、主动地参与到知识的建构,掌握知识的整体和事物普遍性的联系。
因此,教应该是广义上的教的过程,即教和学,在强调教师的引导作用时,同时也注重学生的主动建构。
2.“用”结构
“用”有迁移、转换之意,也就是指将知识处理成适应新任务的过程。从过程的角度上来看,用的过程包括以下几个方面的特征:
(1)用科学家的视角去探索,实现“再发现”。
(2)科学、动态编排检索,促进正迁移。
(3)根据评价,反思、重构。
初中九年级化学教材中大约有70个概念,第一章至第四章出现的化学方程式近30个,第八章概括了重要的酸、碱、盐、氧化物的性质及它们相互反应规律,这些都是学习的重要环节。如果能把这些包括物质组成、结构、性质、变化、化学量和化学用语等基本概念弄清,并能准确地运用概念,那么学习效率就会大大提高。由此可见基本概念教学是至关重要的。但学生往往对概念理解不深不透,造成学习上的困难,失去学习信心。针对这些情况,我在教学别注重概念的教学。具体做法如下:
一、化抽象为具体,帮助学生正确理解概念
1.通过化学实验导出概念
如在形成“催化剂”和“催化作用”概念时,做好氯酸钾加热分解的几个对比实验。学生观察到加热氯酸钾时放出氧气速率较慢;加热二氧化锰时不放出氧气;加热氯酸钾和二氧化锰混合物时,放出氧气的速率很快。这时再把加热氯酸钾和二氧化锰后的剩余物进行分离,把黑色的二氧化锰烘干、称量。又把干燥的二氧化锰和氯酸钾一起加热,放出氧气速率仍很快。这样学生不仅建立了催化剂的概念,即“一改变”“二不变”,而且掌握了获得概念的方法。又如在“质量守恒定律”概念教学中,在提出“物质发生化学变化时,参加反应的各物质的质量总和与反应后生成的各物质的质量总和是否相等?”后,教师先做磷在密闭容器中燃烧的实验,然后让学生分组做氢氧化钠和硫酸铜的反应、氯化钠和硝酸银的反应、氯化钡和稀硫酸的反应等实验,这样学生就基本能归纳出概念,达到理解概念的目的。
2.加强教学的直观性
例如,“元素”这一概念,学生对“总称”不理解,更不理解“元素”只有种类而无数目的意义。我就用比喻:元素和人类,原子和一个个人联系起来,问题就简单化了。学生已知道:白人、黑人……都是人,总称“人类”,只能表示种类,没有个数的意义,这跟元素的意义是相似的;而一个个具体的人又有白种人、黑种人、黄种人之别,因此既有种类又有个数的意义,这跟“原子”的意义也是相似的。这就激发了学生兴趣和积极性,而且加深对概念的理解。
二、强化理解和类比,帮助学生真正掌握概念
1.在比较中加深对概念的理解
如在讲“氧化物”概念时,为了避免学生发生“含氧物就是氧化物”的错误观点,在教学中有意列出三类化学式:
O2 O3
CO2 SO2 Fe3O4 MnO2 H2O MgO
H2SO4 KClO3 KMnO4 Fe(OH)3
问:每类物质各由几种元素组成?哪一类是氧化物?接着提出一个问题:“氧化物一定是含氧的化合物,那么含氧的化合物是否一定就是氧化物呢?为什么?”这样,可以启发学生发散思维,反复推敲,从而引导学生学会抓住概念中关键的词句“由两种元素组成”来分析,由此加深对氧化物概念的理解,避免概念的模糊不清,也对今后的学习打下良好的基础。
2.讲清概念的内涵和外延
内涵是指概念所反映的客观事物的本质属性的总和。而外延则是概念的范围对象。讲清概念的内涵外延的做法,应该启发学生抓住定义表述中关键性的字、词、词组。例如:讲分子的概念r应强调“化学性质”这一词组和“一种”两字。试想,如果将分子概念中的“化学性质”简化为“性质”。或删去“一种”二字,分子的概念不是面目全非就是范围对象大了。经常这样训练学生,能提高其记忆概念的兴趣,养成善于推敲、分析的习惯。
3.明确概念的使用前提条件
概念往往是在一定条件下形成的,都有其前提条件。如不明确概念的使用条件,在使用中就难免出差错。如“溶解度”概念一直是初中化学的一大难点,不仅定义的句子比较长,而且涉及的知识也较多,学生往往难于理解。“溶解度”概念中的“一定温度、100克溶剂、 饱和状态、溶解的克数”都是使用溶解度这概念和前提条件。因此,在讲解过程中,若将组成溶解度的四句话剖析开来,效果就大不一样了。其一,强调要在一定温度的条件下;其二,指明溶剂的量为100g;其三,一定要达到饱和状态;其四,指出在满足上述各条件时,溶质所溶解的克数。这四个限制性句式构成了溶解度的定义,缺一不可。如说硝酸钾的溶解度是29.9克,不指明是在什么温度下是没有意义的。由其可见,使用概念要注意其使用条件,弄清概念是在什么条件下提出的,适用范围如何,如不重视这一点,就讲不深,学不透。
4.加强新旧概念的联系、深化旧概念的理解
第三章定义“燃烧是可燃物跟空气中的氧气发生的一种发热发光的剧烈氧化反应”,而在第二章学习过“钠在氯气中燃烧”之后把燃烧定义为:任何剧烈的发光发热的化学反应,叫燃烧。这时为了区别它们本质的不同,可提出:燃烧是否一定要有氧气参加?电灯通电后发光发热是否为燃烧?让学生讨论。温故而知新,可使知识得到升华。
三、精心设计问题,提高学生灵活运用概念的能力
在实际运用中加深对概念的理解,主要通过各种不同类型的习题来巩固、加深学生对概念的理解和记忆,增强运用概念解决实际问题的能力。
(1)关键词语填空题。此类题故意将定义中的关键性字、词留空,作为填空题让学生练习。例如,对分子的概念:分子是( )的( )微粒。
(2)选择题。把一些容易混淆的概念或似是而非的说法作成若干条文,按题意选择答案。例如:对溶液,下列说法正确的是( )
A、均一的、稳定的、无色透明的化合物
B、均一的、稳定的、无色透明液体
C、均一的、稳定的混合物
D、均一的、稳定的化合物
(3)判断改错题。此类题目既可以检查学生对概念的理解和掌握程度,又可以锻炼其文字表达能力。例如,下列说法是否正确,不正确的加以改正:
A、物质和氧气的反应叫氧化反应
B、由同种元素组成的物质叫单质
这样,通过练习,学生对概念就理解深透、记忆就牢固,运用就不会出差错了。
四、注意概念的发展变化,防止绝对化
人们对客观事物的认识是由浅到深,由少到多,循序渐进的。况且客观事物也是在变化中,人们必须在实践中不断完善自己的思维。为了避免教学上前后矛盾,防止绝对化,必须注意概念的阶段性及其发展变化。例如,对于燃烧,九年级化学第三章指出“可燃物跟空气里的氧气发生的一种发热发光的剧烈的氧化反应”,第二章“金属钠在氯气中燃烧”实验中又进一步深化为“任何发热、发光的剧烈的化学反应,都可以叫燃烧”。如果我们把燃烧概念局限在第一章范围,就会使人误认为只有氧气才能支持燃烧。所以讲概念时要注意概念的严密性,也要注意特殊性、又要防止绝对化。
总之,在化学基本概念教学过程中,要依据九年学生认知特点和思维能力,尽可能做到通俗易懂。通过对实验和事实进行分析形成概念,并引导学生在学习过程中不断的理解和加强记忆,再把基本概念运用到解题和生活实践中,这样就能不断加深对概念的理解,提高运用化学知识的能力。
参考文献:
[1]肖红梅.从课标要求看新课程下的初中化学概念教学[J].中学化学教学参考,2007(9):22-25
科学概念往往具有高度的概括性和抽象性,学生在研究中,如果不能真正把握其含义,并使用知识,往往会产生一些思维障碍及各种各样的错误。因此,教师在教学中巧妙地进行实验设计,将对学生认识、掌握科学概念起到事半功倍的效果。本文试图通过一些例子来解释如何在科学教学中利用实验教学来优化概念。
一、用实验“隐喻”,让抽象概念可视化
有些知识是不容易理解的,但如果我们能找到一个恰当的比喻,往往会收到意想不到的效果。实验可以很好地发挥这个“隐喻”作用,让学生了解新知识,新概念和新规律,充分发挥正迁移作用。
二、利用实验消除之前的错误,使学生理解正确的概念
学生的知识和经验是有限的,往往被事物的表象所迷惑,不能看到它的本质,容易形成一些错误的认识。教学大气压强时,我们总会让学生吸饮料,然后饮料迅速进入口中。这个实验希望学生了解吸管内空气压强减小,饮料是在大气压力下作用下进嘴里的,但许多学生会认为饮料是被吸入口中的。
我们可从学生形成错误概念的原因入手设计一个实验,实验过程如下:图1将一个吸管(质地要软)放入烧杯中,用止水夹在液面处夹紧吸管;图2是人用力吸后吸管变扁了,这说明人在用力吸时能将管内的空气吸走;图3是吸管扁了以后在吸管上方用止水夹夹紧,这时可以让学生猜想,当我把下边的止水夹松开后会出现怎样的现象;图4是松开下面的止水夹后,液面上升,吸管恢复原来形状,液面上升至止水夹。通过实验证明了吸管中的水是由于吸管内的气压小于外界大气压,而在大气压的作用下被压上来的,有力地破除前概念对新概念的负迁移。
三、利用实验突破难点,让学生理解更加深入
难点是教学的“拦路虎”,如果不及时解决,将直接影响学生对新知识的理解和掌握。教学难点时,选择适当的教学方式、方法、技术,有效突破学习障碍,是提高教学质量的重要保证,是教师必须掌握的基本教学技能。
如在“浮力”中的V排就是学生理解中的一个难点。我们用浙江省杭州市的一个中考试题来分析。
例题:重100 N的水可以产生的最大浮力为( )
A.一定小于100 N B.一定大于100 N
C.一定等于100 N D.可以大于100 N
分析:考点是F=ρ液gV排,用等于100 N的水来,包裹这个物体时,该物体的体积的大小是可以趋于无限大的,因此,水产生的最大浮力也趋向于无穷大,所以选择B。然而,学生往往会回答C,错误的原因在哪里?
错误分析:我们认为学生是把排开水的体积和排出水的体积混淆了,认为物体排开水的体积就是物体排出水的体积,所以,把物体放在100 N的水中,最多能排出水的重力就是100 N,所以,最大浮力就是100 N。
因此,为使学生了解排开水的体积与排出水的体积之间的本质区别,必须使用一个实验来证明,这样才能让学生透彻理解它是什么。
实验方案如下:
(一)实验器材:烧杯,弹簧秤、细线、量筒、集气瓶
(二)实验设计
1.学生实验探索
实验过程:
①取一定量的水(加红墨水),记为V1.
②用弹簧测力计测量集气瓶,记G
③在烧杯中放入集气瓶,将水沿着间隙倒入烧杯中,直到烧杯中的集气瓶浮起来。
④将量筒中余下的水测得体积V2.
⑤计算倒入水的重力G水=ρ水g(V1-V2)。因为漂浮时,F浮=G,所以当G>G水时,说明水对浸在其中的物体能产生比自身重力更大的浮力。
2、学生讨论
①根据阿基米德原理分析:杯中水的体积(V水)和物体排开水的体积(V排)哪个大?
②指出V排是图中哪一部分(打斜杠)?
③物体放在1 N的水中,最多能排开水的体积是多少?
3.反馈
例:首先,找一个底面为S1 m2,而高度尽量高的圆柱体容器,然后在其内部放入一个底面积为S2 m2(S1 m2>S2 m2),重为G N的圆柱体木块。然后往圆柱体容器中缓缓地注入水,直到木块刚刚浮起来,容器内注入水深度h= m.
答案:h=G/ρ水gS2m
我们通过这个实验,很具体直观地证明了水可以产生无限大的浮力,使学生更好地理解了阿基米德定理的内容。
中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2017)06-0192-02
在大学有机化学的教学中,有机化学反应机理的内容繁杂、抽象、易懂难记,更难以应用,因此往往成为学生在学习过程中的主要难点[1]。为了使学生能够真正理解各类有机反应发生的原因、反应历程及相关规律,笔者在教学实践中一直在努力寻找一种行之有效的教学方法,帮助学生更好地掌握有机化学反应机理。通过长时间的教学实践,笔者发现,学生能够很好地理解元素电负性的意义,并以它作为一种有力的工具灵活地运用这一概念去进一步学习和理解有机化学的其他理论知识,在学习中往往能够取得较好的学习效果。
电负性概念最早由Pauling(鲍林)在1930年提出,定义为“分子中原子将电子吸引向它自身的能力”[2]。在随后的几十年里,化学家对电负性的研究经久不衰,至今已提出几十种电负性标度[3-7]。在基础有机化学的教学中,对有机物分子中原子及基团电负性的讨论贯穿于整个教学过程的始终。下面笔者将结合自身的教学实践,对电负性在大学基础有机化学教学中的重要性进行探讨,并提出自身在教学过程中的一些体会,希望与同行进行交流。
一、电负性是学生建立有机化学思维方法的基础
学生在大学阶段学习有机化学时,会明显感到与中学化学的学习存在比较大的区别,中学有机化学教材的编写基本上沿用的是实验感知式和事实陈述式的叙事方法,主要是基于表象和经验的归纳与概括,鲜有对结构与性质关系的深入探究[8],因此很多学生会沿用这种思维习惯,认为大学有机化学的学习主要也是靠对各类有机物化学性质及其反应式的死记硬背。在这种情况下,应从开始学习有机化学时就要向学生强化“结构决定性质,性质反映结构”这一思想。为了使学生不会对结构与机理问题产生畏难心理,在学习本课程的最初阶段,从一个学生并不陌生并且容易理解的角度开始分析有机化学问题是非常重要的。元素的电负性正是学生开始试着去分析有机化学问题的一个合适的开端。在介绍电负性这个概念时,笔者会向学生强调,电负性的本质是原子核对核外电子的吸引能力(主要是价电子)。对于学生来说,以学生已有的物理与化学的知识储备,对这个概念的理解并不困难。以此为出发点,学生会继续学习共价键的极性、分子的极性、共价键的断裂方式、有机化学反应类型等内容。在这一过程中,教师实际上在潜移默化地训练学生运用有机结构理论去分析有机化学问题,这为学生接下来的学习奠定了基础。
二、电负性是学生理解有机化学规律的突破口
电负性作为一个基础性的概念,贯穿于有机化学教学的整个过程。教师从这一概念出发,层层推进,由浅入深地向学生介绍取代基的电子效应、有机化合物的酸碱性、亲核取代反应机理、亲核加成反应机理等重要内容。在教学过程中,每次运用这一概念时,笔者总会先向学生提问:“电负性的本质是什么?”从教学效果来看,运用电负性的概念的确能够帮助学生更好地理解有机化学理论中的其他概念与规律。
在学生学习有机化学反应机理时,经常会有学生提出这样的疑问:“为什么进攻试剂进攻的是底物的这个位置,而不是其他的位置?为什么是这个键断开,而不是那个键断开?”如果在课堂教学中,没有及时地将学生的种种疑问解释清楚,学生会不愿意继续学习,直接影响学习效果。所以在讲授有机化学反应机理时,笔者会和学生一起思考、分析这样的问题,在学生接受了反应的原因后,再继续学习下面的内容。例如,在讲授“亲核取代反应机理”时,笔者会先对卤代烷发生亲核取代反应的原因进行分析。在卤代烷分子中,由于卤原子的电负性比碳原子大,所以碳卤键的共用电子偏向于卤原子,使α-C带有部分正电荷,容易受到具有给电子能力的亲核试剂的进攻,从而导致碳卤键发生异裂,卤原子带着一对电子,以卤负离子的形式离开。因此,该反应是一个受到亲核试剂进攻,导致旧键断裂,底物中的卤素原子最终被亲核性基团所取代的反应,这也是这一反应类型名称的由来。到这里,学生已经能够理解卤代烷进行亲核取代反应的原因了,教师将继续介绍亲核取代反应具体的两种反应历程及相关规律。
此外,在不同版本的有机化学教材中,对内容的组织不尽相同。有的教材将反应机理从具体的化合物类型中分离出来,集中讨论。但笔者认为,这么做可能会导致学生在阅读或听课时,引起一些不必要的疑问。以“亲核取代反应机理”为例,如果将该机理放在卤代烷这部分讲授,那么教师会在讲授亲核取代反应机理前,先对卤代烷的结构特点进行详细的分析,在此基础上,再学习亲核取代反应,学生会有较强的代入感,不会觉得内容突兀,也比较容易接受;反之,脱离具体类型的化合物,仅就反应机理进行先行学习,学生会觉得抽象,不容易理解。但在继续学习醇和醚等内容时,还会接触到这一反应类型,这时教师就要有意识地引导学生打破依据官能团对化合物分类的习惯性思维方式,指出这些化合物在进行相关反应时,在反应本质上的一致性,使学生做到对知识点的融会贯通,这是学习有机化学反应基本理论过程中非常重要的一个思考方式的转变过程。
三、结语
综上说述,利用元素的电负性这一基本概念,既可以在学生初学有机化学时引导学生从结构的角度分析有机化学问题;又能够在学生学习其他有机化学重要概念和规律时,成为分析与解决问题的突破口。像元素电负性这样的重要概念,在有机化学中还有很多,比如极化、电子效应、空间位阻效应等,对这些概念的深刻理解对于学生建立有机化学的思维方式,掌握有机化学的学习方法,具有重要的意义。因此,在教学过程中,教师应充分重视这些基本概念,使其成为学生学习有机化学的“金钥匙”,获得理想的教学效果。
参考文献:
[1][美]韦德.有机化学[M].第5版.万有志,译.北京工业出版社,2005:175-223.
[2]Pauling L. The nature of the chemical bond IV. The energy of single bonds and the relative eletronegativity of atoms[J]. Journal of the American Society,1932,(54):3570-3582.
[3]Sanderson R. T. Principles of electronegativity Part I. General nature[J]. Journal of Chemical Education,1988,(65):112-118.
[4]Sanderson R. T. Principles of electronegativity Part II. Applications[J]. Journal of Chemical Education,1988,(65):227-231.
[5]Bratsch S G. Electronegativity equalization with Pauling units[J]. Journal of Chemical Education,1984,(61):588-589.
有机化学是高等教育中非常重要的一门专业基础课[1],是化学、化工、药学[2-4]、医学、食品[5]等众多专业的专业基础课,涉及的专业面和学生面都很广。如何上好有机化学课,如何在有限的时间内提高学生的有机化学素养是有机化学教师面临的一个重要问题。有机化学是一门博大精深的课程,涉及众多有机化合物的性质和大量的有机反应,并且有机反应的变化非常丰富、应用及其灵活。在有限的课程时间内,如何通过学习有机化学这门课程使学生具有较好的有机化学的思维和素养,对有机化学教师而言是极具挑战的。通过多年的有机化学教学实践,笔者认为在有机化学课程中必须抓住主线,利用有机反应中的电子理论[6,7]把众多复杂的有机反应进行整合,如亲电加成、亲电取代、亲核取代、亲核加成等。反复利用电子理论对这些反应进行系统的讲解,使学生在本质上理解反应的为什么发生、如何发生及其反应结果。同时在课堂教学中引入相关化学史的知识提高学生的学习兴趣和他们的全面素质,以及在课程中加强安全意识的教育都不容忽视。
1在有机反应中引入电子理论进行教学
在讲解有机反应过程和反应活性等知识内容时,引入电子理论教学,引入较为合理的逻辑概念,有利于学生对有机反应本质的理解和反应活性之间的差别。有机电子理论是用正负电荷吸引的性质,来说明化学反应的发生方式,即发生的位置和顺序,发生的难易程度。因此,它把分子中电子携带的电荷分布情况,也就是以电子密度作为基础概念来思考化学反应。电子密度的大小、增量已被量子中的理论计算和物理测定所证实,并获得化学界的承认。化学家中把这种电子密度当做类推的基本概念,广泛用于说明和理解各种化学现象。电子理论认为,分子中,电子(携带负电荷聚集的位置,即电子密度大的位置),容易与携带正电荷的试剂(亲电试剂具有吸引电子的性质)发生化学反应。反之,电子密度小的位置容易与携带负电荷的试剂(亲核试剂,具有排斥电子性质的一方)发生化学反应。利用电子理论能够轻而易举的解释有机反应中的离子型反应,而我们大学有机化学的教学当中,大部分反应是离子型反应,如亲电加成反应、亲核取代反应、亲电取代反应、亲核加成反应等。当然电子理论的理解有一个过程,学生在刚开始接触的时候很难理解电子密度的概念。在教学过程中需要逐步为学生打下一定的物理基础,如电子-电子云-电子密度等概念,使学生能够从微观的角度、物理的角度去理解有机分子、有机原子,同时强化电负性、诱导效应、立体效应、共轭效应等概念,让学生从高中学习化学的思维中转变过来,使用一种全新的有机化学微观思维方式来理解反应为什么发生、为什么在这个位点最容易发生、反应活性变化等现象。从而从本质上理解反应,在以后的学习和工作中能够举一反山,真正达到学习有机化学的目的。
2在课堂中引入化学史教学
在有机化学中有大量的人名反应,每个重要反应的发现过程都是一个传奇,里面闪耀着人性的光辉,科学家对真理的孜孜不倦的追求。比如第一堂绪论课中讲解有机化学的发展史,介绍维勒伟大的工作-尿素的人工合成,以及维勒和伯者里之间的故事,他们的书信往来-关于尿素人工合成的探讨,展现了维勒治学严谨、坚持科学真理的品质。在讲解卤代烃这一章时,一定会介绍格式试剂,介绍法国化学家格利雅的生平,向学生介绍他突然发奋图强,并在几年后在科学界做出了巨大的贡献,因此一个人无论什么时候努力都不晚。鼓励学生,特别是高考发挥失常的学生,一定要振作,调整心态,大学不是人生的结束,而是人生的开始,只要在大学期间认真为了自己的理想,不断努力,一定会取得很好的成绩。在学习芳烃这一章节中,讲解F-K反应时,引入法国化学家傅里德里和美国化学家克拉夫次之间国际合作研究以及科研工作无穷的魅力,激发学生对科学的热爱,对真理的崇敬和追求。在讲解硝基化合物这一章节时,可介绍诺贝尔的事迹,他那种无畏的追求真理的精神和崇高的人格。总之,在有机化学各个章节中,传插介绍有机化学史的内容有助于提高学生的综合素质,鼓励、激发学生对科学知识的学习热情,对真理的追求,学习化学家们各方面的优秀品质。
3在课堂中引入安全概念
很多有机化合物性质活泼,在处理它们的时候需要特别注意。安全在有机化学课堂中非常重要。很多学生听说有机化学具有一定的危险性,但是理解的不深刻。对于学完一门有机化学课程的学生来说,他必须建立一定的安全意识,知道它们的危险性并能够正确的处理,这是有机化学素质的一个重要表现。因此,笔者认为有机化学教师在有机化学课程上,要不失时机地介绍化合物安全性方面的知识,使学生能够建立安全意识,也有助于他们以后走上工作岗位之后能够正确合理的处理一些突况。比如,在讲解正丁基和叔丁基的性质不同时,可介绍两种化合物,正丁基锂(n-BuLi)和叔丁基锂(t-BuLi),介绍它们的性质差别,正丁基锂很活泼,不能接触空气,需要惰性气体保存,在使用的时候也有特殊的要求;但是叔丁基锂更加活泼,它遇到空气直接燃烧,处理时要非常小心。在讲解醇时,醇能够与金属钠发生反应生成氢气,反应温和,但金属钠与水的反应非常剧烈,因此可以提问,如果实验室当中有过量的金属钠需要处理,我们该怎么办?可以用水处理吗?可以倒入垃圾桶吗?该怎么办呢?最后给出合理的方案,可以在空旷的水泥地上,让金属钠与过量乙醇发生反应,反应温和。大多数有机化合物容易燃烧,易燃易爆,因此要避免火源,在学生的头脑中不断的灌输这样的理念。
4板书与计算机教学相结合
使用计算机(ppt)进行教学的时候,信息量大,对教师来说比较方便,但是也存在一定弊端。比如反应方程式放的太快,并不适合有机反应方程的学习,以及有机化学机理的讲解,反应过程的讲解。在我们有机化学教学实践中发现对反应过程、反应机理的讲解还是使用传统的板书教学较为合适,板书教学灵活,细致,可以把教师需要讲解给学生的每一个细节步骤都表现出来,板书的过程就是教师教学的思路过程,速度相对缓慢,学生通过看教师板书,记笔记等方式跟上老师的思路和教师步骤,相对而言更容易掌握复杂的化学过程和反应机理,教学效果较好。
5结束语
在有机化学课程上,通过这样的课程设计和教学方法改革,学生通过理解而不是死记硬背掌握众多的有机反应,从本质上理解反应,从而在以后的学习工作中能够举一反三,达到真正学习的目的。同时化学史有助于提高学生的学习兴趣,并从化学家们的身上学到更多宝贵的品质,引导他们去阅读更多化学家的传记,拓展学习内容,提高综合素质。安全意识教育在有机化学中非常重要,在有机化学课程中不可忽视。
参考文献
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前言:要想实现有机化学实验的绿色化必须是从思想上抓起,从人们的思想意识上改变,从每个化学老师的思想开始。对整个化学实验的过程严格把关,在材质上采用安全、无污染的材料,催化剂的使用也要注意安全性,对于一定会产生污染的实验要注意污染的处理。从自身坐做起,为学生做好榜样。
1.有机化学实验的含义及意义
有机化学是化学中极为重要的一门分支,又称为碳化合物的化学,是研究有机化合物的结构、性质、制备的学科。
有机化学实验对化学的发展起着至关重要的作用,对化学工业的发展也是相当的重要,有机化学实验是现在的普通高校化学、化工、材料、药学、食品、生物、环境、农学等专业以及相近专业本科生一门必修课。在有机化学实验过程中经常会用到有毒性的试剂,溶剂,有的时候也会合成一些有毒性的物质,这是化学发展中必然会产生的污染,但是现在全世界都在提倡绿色环保,低碳的概念,因此化学实验中的这些有毒物体就必然引起公众的反感,包括一些具有高腐蚀性的催化剂,实验后产生的废弃、废渣、废液处理不当对环境也会造成很大的污染,这种影响比一般的污染所持续的时间也会更久。因此,如何实现有机化学实验的环保性,这是有机化学的发展中一个新的课题,一个主要的研究方向,高校如何构建有机化学的绿色实验化成为迫在眉睫的问题,在试验中和教学中,如何向学生灌输“绿色化学”的概念是现在高校教师首要考虑的问题,必须做到学生从观念和认识上意识到环境保护,可持续发展才是根本的发展。从根源上认识到环境的发展和环境的保护,提高实验教学的质量同时也要注意可协调发展的重要。
2.我国有机化学实验教学的现状
我国的有机化学发展的相较于西方来说,发展的速度和技术都相对来说是落后的,我国的有机化学实验也停留在最初的模式上,采用的是传统的教学模式,我国传统的有机化学实验采用的是基本操作实验+基础合成实验+性质实验。相较于西方对化学的重视,我国在教学上仍然采用的是照本宣科,遵从教材,缺少积极主动的改革和创新,这是化学实验要不得的思想,现在的高校教学实验仍是简单的基本技能,蒸馏、分馏、回流、水蒸气蒸馏、干燥、过滤、加热、冷却、搅拌、萃取、重结晶等。这些基本的合成、提炼实验都存在着诸多的弊端,首先,材料的选择上存在着对人身的威胁以及对环境的污染,毒性较大,易挥发,而且部分材质还存在着高腐蚀性的缺点;其次,这种具有诸多缺点的试剂的使用量还很大,将会产生很多的废弃物,普通人用眼看不到,但是长此以往,环境将会被破坏;再次,我们做过实验的人都知道,这只是一堂课,课堂结束后我们的实验结果都是直接的倾倒,不会经过任何的处理,这对环境的污染是相当的严重的,而且这种基本的实验反复的做,是没有实际意义的。从这些分析中不难看出这都是违背环境发展原则的,违背了绿色化学的基本概念,这些在威胁我们这一代身体健康的同时也会为人类带来无法消除的永久性威胁。面对这种情况,改变是必须的,而且是迫在眉睫的。
3.有机化学实验绿色化教学模式及实施方案
3.1 新型教学模式
有机化学实验绿色化教学模式就是从化学实验的每一步去改变,达到实验从头到尾无污染,是有机化学实验发展的目标。这种教学模式相较于传统的模式,更加符合我国发展的要求和环境可持续发展的要求。新的模式从原料的选取到试剂的使用以及用量都是有一定的标准的,在教学手段上也运用了先进的现代化媒体,在试验的方法方式上注重环保的概念,三者的配合促成了新型的有机化学实验绿色教学模式的发展。
3.2 具体的实施方案
当设计好实验的方式后,具体实施的时候要注意每个环节的把关,在有机化学实验的课程中,包括很大一部分基本的实验,传统的基本实验采用的都是有毒性的物质或者高度挥发的对环境有污染的材质,只要在不违背教学意义的基础上,基础实验是可以采用简单的无污染的试剂达到教学的目的,训练学生的操作技能以及让学生掌握实验的基本目的。这种做法在达到环保的同时也达到了教学的目的。教学目的的实践中还包括合成实验的操作,合成实验教学目的是让学生充分了解化合物的制备方法,并且对基本实验掌握的更加纯熟,新的教学模式本着绿色教学的目的对合成实验进行了改革,包括题目的选择以及相关科研结果的使用,甚至包括多步骤的实验,多步骤的实验相对于单步骤的实验产生的废弃物变少,变废为宝,是环境发展的根本要求。而且在部分高校中还出现了设计型实验,也就是学生和老师共同发挥想象,创造新的实验,这种实验的要求是本着绿色化的理念,所运用的材料也要求安全、无污染,这在提升学生创意空间的同时也对有机化学的发展做出了贡献,是一举双得的好事,值得提倡。
2科学观念为基础的大学有机化学教学策略分析
2.1教师应该掌握有机化学知识结构,完善学生认识
大学有机化学教师要首先掌握好知识结构,因为这是培养学生具有有机化学科学观念的基础。在实际有机化学学习的过程中,只有坚持科学的观念,并加上学以致用的理念,才能够真正教会学生解决问题的方法。其次大学有机化学的知识结构主要是以官能团为主线进行展开的,所以教师在教学的过程中应该引导学生一方面领会和掌握这一知识脉络,同时还要让学生强化“物质的结构决定性质,性质决定用途”的教学观念。在实际教学的过程中,教师要帮助学生创建具体的有机化学学习情景,帮助学生实现同化学习,更新现代有机化学知识结构。
2.2重视教学和知识发生过程的科学性,结合有机化学历史进行教学
有机化学的生命力就在于不断的冲破化学研究的进去,建立了相对完善和立体的化学理论以及原子架构理论。大学教师在有机化学教学的过程中,可以把现行的有机化学知识与有机化学的发展历史相互结合起来。培养学生的科学思维的方法与模式,使得学生能够认识到有机化学学科的科学本质,形成比较良好的科学态度与价值观。大学有机化学的教学内容主要来源于近代有机化学,所以教师在讲解的过程中应该以历史上的化学科学家的判断取舍过程为示范,不断引导和加强学生对有机化学学习的兴趣,全面提高学生的科学素养。
2.3教师深刻挖掘有机化学中的科学观念知识体系
在现行的大学有机化学教材中,很多科学观念是相对比较隐性的,在教学的过程中就需要教师进行深入挖掘,将其中所隐含的意义充分表达给学生,从而在一定程度上影响到学生的学习态度和行为。首先应该从比较枯燥的化学概念中提出简单的化学观念,并作为教学的主导思想教授给学生;其次教师还要充分落实好教学观念,克服知识本位的教学模式和观念。
2.4设计合理的教学方法,不断增加教学体验
只有学生不断地加入到学生的学习过程,才能够实现有所发现的教学模式,不断地培养学生的科学观念。科学的探究性学习在培养学生的科学观念的形成是具有不可替代的作用。只有在实验教学的过程中才能够体验到有机化学反应的复杂和多边性,在学生课堂的学习过程中,不断的倡导探究性学习模式,在实验课堂学习的过程中,只有通过对有机化学反应实验条件的控制以及化学反应生成物的分析,才能够使得学生摆脱相对狭隘的物质转化观点。
2.5不断拓展学习渠道,综合运用各种教学资源
随着现代互联网媒体的不断发展,在有机化学的教学过程中可以将网络资源中将有机化学知识转换为具体的生产生活情景之中。网路资源的存在可以为有机化学的研究提供一些条件,先进的科学技术将抽象的知识变为形象的实验,打破教学课堂的空间和时间限制;其次有机化学与学生的实际生活联系比较紧密,教师在教学的过程中可以将具体的知识与实际社会生活情境很好地结合起来。
中图分类号:G63 文献标识码:A 文章编号:1673-9132(2016)33-0183-02
DOI:10.16657/ki.issn1673-9132.2016.33.120
教与学是一个有机的系统工程,教师不只是教给学生课本知识,更应该让学生掌握一套好的学习方法。这样学生在学习中的各种难题便也不攻自破,我们的教学目标才能够真正落实。
必修模块《化学2》中的有机化学内容,是以典型有机物为切入点,让学生在初中有机物常识的基础上,能进一步从结构的角度,加深对有机物和有机化学的整体认识。必修模块中的有机化学内容没有完全考虑有机化学本身内在逻辑体系,主要是选取典型代表物,介绍其基本的结构、主要性质以及在生产、生活中的应用。烃介绍的是甲烷、乙烯和苯,烃的衍生物介绍的是乙酸、乙醇、乙酸乙酯,还有油脂、糖类和蛋白质;而对烷烃、醇类、羧酸等概念并未过多阐述,其目的就是为学生学习《有机化学基础》模块提供基础。
根据教材设计的这一思路,我认为应充分利用学生对生活中具体有机化合物的感性认识,发挥他们的学习主动性。可通过展示有机化合物实物、使用视频等直观手段让学生了解有机化学是许多新兴研究领域的重要基础学科之一,了解研究有机化学的方法和工具,认识有机反应机理等方面的内容。
一、重视基本概念的教学
有一部分教师不是特别注重绪论部分的讲解,只是笼统地介绍下有机化学的发展之后就一带而过。但是这是完全不够的,要在介绍的同时把授课目标以及要求告知学生,让学生除了初步认识有机化学这门学科之外,还对自身的学习要求有一个明确认识,知道自己应该学什么,怎么去学。除此之外,在教学中,应注意概念的科学性,并且注意概念形成的阶段性。要特别注意循循善诱、由浅入深的原则。对于某些概念不能一次就透彻揭示其涵义,也不应把一些初步的概念绝对化了,并在教学中尽可能通俗易懂,通过对实验现象事实的分析、比较、抽象、概括,使学生形成要领并注意引导学生在学习、生活和劳动中应用学过的概念,以便不断加深对概念的理解和提高运用化学知识的能力。在给学生讲有机物的性质,制备及用途时,要确保学生了解有机物结构中的官能团的特点,官能团决定了物质的性质,性质又决定了用途,所以说官能团与有机物性质之间存在着非常重要的联系。通过这种系统的教学,可以更好更快地让学生吸收课堂上的知识,并在课下复习预习时有自学自检的能力。这种框架式的教学也会让学生心里对有机化学有更好的层次感,容易产生更加浓厚的学习兴趣。
二、加强化学用语的这一重点,着重表示有机化合物的组成及变化的化学用语
在教学中,使学生通过理论联系实际,结合化学用语联想相应的实物和化学实验。这样有利于学生的记忆,又有利于加深他们对化学用语涵义的理解。有机化学的特点或者说是难点之一就是知识点密集且琐碎,在学生初期接触过程中很容易产生畏难情绪。有机物繁复的结构式以及庞大的知识架构很是让学生烦恼。这时候就需要教师有足够的能力将知识分类归纳总结,并且更重要的是将这种能力传授给学生。其实每个部分的知识点都呈现一个套路:分类、命名、结构、特殊性质、典型化合物。这些内容都是有着紧密联系的。比如炔烃因为含有碳碳三键官能团,键能非常低,所以键断裂所需的能量非常低,这就是为什么炔烃更容易发生加成反应的原因。这也印证了上面关于官能团对于有机物化学性质的特殊影响的观点。随着对知识点的总结及学习的深入,这些纵向的知识点还可以横向地互相比较,就像炔烃比烯烃更好发生加成反应一样。由点成线、由线成面,最后再由面组合成一个完善的知识架构整体。
高职和大学的教育存大着一定的差别,其表现主要有两点分别是: 在培养的标准上,高职主要培养技术型人才; 在培养的形式上,高职以社会的需求为目的,以适用的能力为主设计相对应的培养方案,以学生的应用能力为重点进行培养人才。有机化学属于药学专业一门比较重要基础性课程,可以直接称其为药学的核心。在经过对有机化学的学习后能让学生更好的学习药物的组成结构及其性质合成,了解药物的结构及药效的相互联系。为以后的药物生产,药物质量的检测及新药的研发打下坚实的基础。在高职,有机化学教育的改革实践中出现了很多非常出色的教育工作人员。针对教育方法他们提出了很多观点。从总的方面来看,所有高职院校的有机化学课的学习还没有更有效的方法。本文以高职院校学生学习水平差课时少有机化学知识应用广的一些主要特点,提出了在有机化学的教学中着重关注的问题,为培养合格的药学专业人才尽一份力。
1有机化学与药学的关系
药学和有机化学的是同时存在的,他们一同走过了极为久远的历史路程。有机化学是在19世纪初其出现的,有机化学当时注重的是关于有机体的问题,针对的目标大多数是,从有机体中经过分离纯化的有机化合物。药学的持续发展,也在带动着有机化学的进步。我们坚信药学和有机化学在将来的社会发展中它们依旧会相互紧密结合,共同促进发展。因此学生们如果能把有机化学学好可以为药学专业起到非常大的作用。
2有机化学的课程特点
有机化学所研究的是有机化合物这一门科学。研究其结构,理化性质、合成方法、应用及命名,以及有机化合物相互间的转变所遵照的规律等。针对有机化学的课程来说,最主要的特点是其整体性特别强,大多数教学内容都遵照各官能团化合物来给章节顺序排列,但它们没有被孤立也不是零散个体,他们都有着很强的联系。因此把握好有机化学教学的结构,对于学好这门学科是比较有益的。
3有机化学在高职药学专业中,探讨内容整合、编排方式及教学方法
在选择教材的,高职医药类专业大都选择用刘斌主编《有机化学》,内容主要以官能团教授各有机化合物的相关的主要化合物,着重讲述构效关系有机化学原理。在结合高职教材的基础理论问题,以基础知识和基本理论为重点介绍,让学生可以从整体上理解并运用有有机化学的相关知识,避免针对性的理论知识讲述,应尽可能的采用药学普遍的化合物及化学现象的案例,增强实际应用性。在有机化学的教学经验中了解到,如一程不变的按原来的课本的顺序拿过来应用,在学习的过程中教学人员与学生都会感到自如,但当把教材的内容学完后大多数的学生都会感觉有机化学的知识太过复杂,各种化合物品种众多,需要硬背的知识太多。在这样一种问题上,依照大学的有机化学课本,对高职的教学内容进行一定的编排和调整,全部的课程分为三个部分。第一部分有绪论、命名和异构 ,这一部分是讲述,有机化学的历史、基本理论概念这些基础性的内容。学习有机化学这类学科的内容,对于高职学生来说并没有什么自信心。如果在学习的初期学生对学习就没产生兴,让学生对这一学科失去自信心的话,那么在以后的教学中,对老师和学生都会是一种折磨。因此开始对基础内容的理解程度,对于学生和老师来说非常重要的。这就使教师用简洁易懂、有趣的方法把有机化学的内容在药学中的作用,展现给学生。用易懂的形式把有机化学的理论知识解释给同学,让学生深入理解,让学生树立学好有机化学的信心。第二部分,几章化合物的相关内容。这几种化合物比较简单,主要的难点就是对学生清楚讲述基础的有机化学中的基础概念及术语,讲述的目的是让学生深入的理解。教师在教学过程中要注重引导学生自主的学习提高学习的水平。第三部分,讲从醇到药用,高分子材料的内容。这一章节化合物的理化性质有些杂乱不好理解,如果我们仔细分析便会察觉,其化合物的理化性质是由其自身的结构特点位判定的。因此本章的重要学习内容是在了解各化合物的性质结构及其变化的基础上,深入清楚并分析各类化合物其结构特征和理化性质之间的联系,主要是各类化合物电子效应,只要掌握其分析的方法,推测其自身的理化性质就容易多了。并且是高职学生对有机化学学习的主要目的。第四部分,有机合成的简介,在有机化学中,最难学习的部分便是有机合成,其主要是熟悉和掌握各类化合物的理化性质和相互转化反应的基础上,建立适合的逆合成分析思路。使学习者对整体内容关于化合物性质归类汇总,在其思想中形成一套完整的体系,然后经过多多的练习来设计形成思路。对于高职的学生这章的内容难度较大。
4结束语
在我们的教学中,首先必须要跟学生说明有机化学这门学科,其在药学专业中的地位是不可替代,不可动摇的。在引导学生对学习产生兴趣的基础上,再把有机化学这一学科的基本特征展现给学生,循序渐进的进入到主题的内容上。此种方式的学习经进实际的实践,得到了很好的效果。但是,教学没有固定的模式和方法法,教师的教学方式与方法也应随着目标人才培养、学生自身的能力发生改变。
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中图分类号:G642.423 文献标识码:B
文章编号:1671-489X(2013)27-0040-03
1 前言
近年来,随着国民经济的迅速发展,生态安全以及环境污染等诸多问题随之凸显。高等院校有机化学实验教学中所生成的污染物质,如果没有经过处理便直接排放到环境当中,那么日积月累便会严重危害到学校乃至周围地区的环境。所以,如何减少化学药品及试剂、节约资源、降低污染,已经逐渐成为有机化学实验教学有待尽快解决的一大问题。而“绿色化”教学理念的引入,则有助于以上问题的解决。所谓“绿色化”教学方法又被称作“环境友好化学”“环境无害化学”。绿色化学在初始反应阶段便采取污染预防的科学手段,以终端与过程实现零污染或者零排放为主要目标,并且着重强调“原子经济性”的现代化概念,也就是将反应物中的原子充分利用起来,实现既防止污染又充分利用资源的目的。
2 有机化学实验的概念及其意义
从总体上来看,有机化学是化学不可或缺的分支之一,又被称为碳化合物的化学,是重点研究有机化合物的制备、性质以及结构的一门学科。对化学的发展而言,有机化学实验发挥着尤为重要的推动作用,而且对当前化学工业的发展也是非常重要及必要的。
有机化学实验是我国普通高等院校化工、化学、生物、农学、材料、环境、食品以及药学等诸多专业本科生的必修课程,通常在有机化学实验中会使用到有毒性的化学溶剂、化学试剂,有时还会合成有毒性的一些物质,这可以说是化学发展过程中必然会生成的污染。然而,全球均在积极倡导低碳的概念和绿色环保,所以,在化学实验中所生成的有毒物质势必会导致公众反感的产生,主要涉及高腐蚀性的一些催化剂,实验结束后所生成的废液、废渣、废气,如果对这些污染物处理不得当,便会对环境产生无法估量的危害及污染。与一般的污染相比,此类污染所带来的影响会持续更久的时间。所以,如何将有机化学实验的环境保护性加强,成为有机化学发展过程中的主要研究方向以及新课题;高等院校有机化学的绿色化教学理念如何建立起来,成为一项迫在眉睫的重要问题。
在教学与实验的过程中,如何将“绿色化学”的概念灌输给学生,是高校需要首先予以着重考虑及强调的问题,必须真正做到从认识上与观念上意识到环保的重要性,意识到可持续发展才是真正意义上的根本发展,从源头上认识到环境的保护与环境的发展,将有机实验教学质量提高的同时,还要注意到可协调发展。
3 高校有机化学实验教学现状
与发达国家相比可知,我国高等院校有机化学发展技术及速度较为滞后,有机化学实验尚且在最初原有的模式停滞,采取的仍然是以往传统的教学方式,也就是性质实验+基础合成实验+基本操作实验。与西方对化学的重视程度相比,我国在有机化学实验的教育教学中采取的仍然是遵从教材、照本宣科的模式,主动积极的创新与改革缺乏,这是有机化学实验需要彻底摒弃的思想。而我国高等院校现在的有机化学实验依旧是基本的、简单的技能,比如水蒸气蒸馏、重结晶、分馏、蒸馏、回流、萃取、过滤、搅拌、冷却、干燥、加热等。
以上这些基本的提炼、合成实验均有一系列的弊端存在。一方面,在选择的材料上,存在对环境污染的、威胁人身的、容易挥发的、毒性较大的物质,并且有些材质还具备相对较高的腐蚀性;另一方面,此类有着较多缺点的化学试剂,还有着很大的使用量和很高的使用频率,将会有更多的化学废弃物生成,而普通的肉眼是无法看到的,但是久而久之便会极大地破坏生态环境。除此之外,做过化学实验的人都知道,这仅仅是一节课,结束课程后均是直接倾倒实验结果,不会做出任何处理,从而产生相当严重的环境污染。并且此类化学实验往往是经常做、反复做的,是毫无实际意义可言的。在以上分析可以知道,这均是与环境发展原则相背离的,是与绿色化学的基本概念相背离的。这些不仅威胁着人们的身体健康,并且会将一些永久性无法消除的威胁带给人类。
4 有机化学实验中绿色化教学的实施途径
4.1 培养环境保护意识
大学生是有机化学实验培养的主要对象,是国家未来的栋梁之才,在各个工作岗位上将会发挥出重要作用,因此,培养大学生的环境保护意识就显得十分必要及重要。在有机化学实验教学过程当中应当将“绿色化”的观念灌输给学生,重视学生可持续发展意识以及环境保护概念的培养,在实验的始终贯穿绿色化,使学生切身关心与体会化学废物的处理方法及废物的产生,同时在今后的工作中保持环境保护责任与环境保护意识,以便于从源头上防范污染,维护环境与化学的协调发展。
4.2 更新实验内容
要重视化学实验内容的更新,将具备环境保护性能的实验项目开发与筛选出来,最大限度地减少或者避免使用有毒的化学试剂,而使用无污染的、常规的化学试剂来取代,以此减少环境污染。
1)开设多步合成的综合性实验,整合实验内容。绝大多数有机化学实验基本上均是合成实验,当前的有机合成实验内容大多是有着较强独立性的化学实验项目,各自对化学反应的一个类型进行考查。大量的实践充分表明,可以按照教材中的实验内容,把若干个实验有效整合成为一组大实验,仅在第一步实验中投放该组大实验所需要的反应物投料,随后的几步实验则均对上一步实验产品加以继续利用。正是因为上个实验产物是下个实验所使用的原料,因而但凡上步合成实验失败,那么便无法进行下个实验,这便需要充分确保每步合成的成功,只有这样才能够将最终期望的目标产物得到。此类多步骤的实验有着相对较高的要求,更加有助于学生操作技能的训练,有助于学生细致耐心工作习惯以及认真严谨科学态度的培养。
但是,在多步骤的有机合成实验过程中,由于每个学生每次所做实验的产量与产率是不尽相同的,必须按照实际合成的产品数量来对下次实验所需反应物的配比与用量进行确定。所以,学生需要通过对相关资料的查阅,综合采用所掌握的实验方法和实验原理,从而将最佳的反应条件找到,同时将实验设计方案写出。此类复杂的化学有机合成实验,能够让学生切实掌握各类官能团间的转化方法以及有机化学反应的机理,进而对内在的有机化学物关系加以全面掌握。更重要的是多步合成的综合性实验还将回收产品量和药品经费开支减少,进而使得产品对环境所产生的消极影响降低,与绿色化教学的要求相切合。
2)微量、小量和常量实验有机结合。近20年以来,发展较快的一种全新的化学实验方法就是“微型化学实验”,被称之为“化学实验的革命”。到目前为止,化学实验的微型化与小型化已经逐渐成为化学发展的一种必然趋势。有机化学实验所使用到的化学试剂基本上是毒性大且容易爆炸、挥发、燃烧的物质,而实现化学实验微型化以后,化学实验试剂的使用量将会减少到原来的几分之一甚至几十分之一,这样不仅使得化学试剂得以大大节约,而且促进了有机化学实验安全系数的提高,化学实验的反应时间也大大缩短,潜在的环境污染得以明显减少。但是,绝大多数学生在中学学习阶段没有经历有机化学实验训练,如果直接进行微量实验,非常容易造成实验的失败,使得学生有畏惧情绪产生。考虑到与中学教学的衔接以及学生的起点,再加上今后的实验特点等,微量、小量和常量的渐进法实验教学,更加有助于学生循序渐进、由难及易地掌握各种实验技术以及有机化学实验技能,能够将一开始做微型实验的过大跨度缺陷克服,弥补学生认识常规实验仪器的不足,使得学生概括性地比较与了解微型实验,有助于学生严谨科学态度的培养,使得动手能力及操作能力更为规范,有助于实验课程教学质量的提高。微量实验往往需要很少的化学试剂,对环境所产生的污染非常之小,其低成本与安全性更加适用于开放性、设计性的试验,与绿色化教学的要求相符。
4.3 强化实验教学制度管理
按照当前现行的实验室管理制度规章,与“绿色化”的要求相结合,高等院校的各个化学实验室均应当在墙上最显眼的地方贴上制度规章,在有机化学实验室入门的地方贴上有机化学实验课程的注意事项、实验内容和大纲,以此正确引导学生开展实验,从而实现规范化的实验教学管理。为了能够确保安全顺利地进行实验教学,还必须及时将实验中的各类问题处理好。在实验教学过程中,至少每个实验室均应当配备一名值班人员,主要负责课后课前的理性检查,具体工作为卫生、水电、门窗、实验仪器、实验试剂的使用情况及三废处理、产品回收等,及时在指定的地点存放贴好标签的废品固液,然后做好专门的处理。
要构建起考核学生绿色化实验的一套指标,明确要求学生在实验课程前均必须将实验预习做好,全面熟悉实验操作流程和实验步骤,关注实验产物与反应物对环境的危害、潜在毒性和安全性。开始每次实验之前,指导教师应当详细认真地检查学生的实验预习情况,对有关的环境保护方法和环境保护知识进行阐述。比如,在对温度计使用的正确方法进行讲解时,要注意对汞毒副作用方面的知识进行补充,根据实验要求在教学中选择恰当量程和型号的温度计,尽可能防止使用水银温度计,对不慎将温度计打破后的处理方法和回收方法进行讲解。在实验开始的阶段,首先,实验教师要对实验操作进行演示,详细讲解具体哪些实验步骤会有什么样的污染和反应物损失出现,如何避免及解决。在实验过程中,要严格要求学生注意保持实验台面的有序、整洁和干净,安装仪器要牢固、合理,适当地控制冷凝水的流速,密切关注学生的各项操作,及时纠正及发现实验中的错误,以便于充分确保实验的安全。通过这些实验尝试,学生便可以在潜移默化中形成好的实验习惯,环境保护意识也会由此提高。
4.4 建设绿色化学实验室
应当明确的是,有机化学实验室是最容易变成污染源的地方,这与绿色化实验教学的要求是相抵触的。因此,创设一个良好的有机化学实验环境,是绿色化教学实施的重要先决条件。高等院校应当提起高度的重视,并且予以大力的支持,安装通风设备在每间实验室中,以便于改善换气通风效果,进而解除师生受到无机酸气、有机蒸气等危害的后顾之忧。与此同时,还应当及时更新学生实验台,尽可能将木质实验台更换为有水斗的中央实验台,还要时刻保持实验室的卫生,从而将安全、清洁的实验教学环境带给广大师生。针对学生随意丢弃火柴梗、废弃滤纸和废玻璃管等不文明行为及习惯,教师应当严格教育学生,向学生讲解这些行为对周围环境的危害,提高学生的环境保护意识和素质,让学生主动积极地打扫实验室卫生,精心维护实验室卫生,并且重视废弃物处理与回收。通过这样的措施,学生的绿色化学意识不仅能够得以强化,实验技能得以提高,同时促使有机化学实验绿色化的实现。
5 结束语
总之,随着近年来人们环境保护意识的增强以及经济的迅猛发展,我国高校应当切实立足于有机化学实验教学的现状,结合有机化学实验污染性高、污染物产物多等一系列特点,积极地响应绿色化教学改革的号召,有针对性地采取科学有效的改进措施,更新实验教学理念,创新实验教学方法,在实验教学中大力倡导绿色化的教学,真正实现整个有机化学实验教学过程的绿色化,促进学生环境保护意识、环境保护理念的提升,从而为我国环保事业的发展做出不懈的努力。
参考文献
[1]陈栓虎.有机化学实验绿色化的探索[J].广西师范大学学报:自然科学版,2003(1):52-53.
【中图分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2015)10-0177-01
课堂教学属于学校最根本、最重要的教育任务,是培育人才进行当中的关键流程。课堂教育是完成人才培育目的的方式之一,教学质量直接关系到人才培育品质的关键因子。有机化学是应用化学专业里的一门关键根本课,利用学习有机化学的基础知识与定义,鉴于此,本文对应用化学专业有机化学课堂教学进行分析与探究具有较为深远的意义。
1.化学专业有机化学课堂教学存在的问题
当前,我国的高等教育正处在深层次探讨教育改革、提升教育品质的时期,在教学过程中怎样真实实现“以学生为主体、教师为主导”的教学理念,培育学生的创新观念与水平,提升教学质量,是这些年全国各大相关院校有机化学教学团队中不断在探究的主要课题。然而,在应用化学专业有机化学教学改革取得了一定得成绩,但是仍然存在如下三个问题:缺乏具有批判性的有机化学课本;教学大纲跟人才培育方式不协调;教学知识老旧,缺乏专业特色,不能满足学生需求和发展。
2.应用化学专业有机化学课堂教学的有效对策
2.1加强应用化学专业有机化学教材的建设
课本是教育内容的载体,好的教材是优良教育品质的根本保障。当前,专门适用于应用化学专业的有机化学课本较为有限,大多数高校应化专业应用的有机化学课本仅仅停留在满足化学专业的一些基本有机化学。所以,加强应用化学专业的教材建设是必须的,也非常紧要。此外,随着有机化学知识的广泛应用概念已经慢慢渗入至跟其紧密相关的生物学、医学、药学、制药、材料、食品等学科里,因此,应用化学专业的学生在有机化学课堂上应该学习跟这些交叉学科相关的有机化学知识,来适应社会的发展和需求。但是,现有教材较少涉及跟交叉学科有关的有机化学概念。所以,加强应用化学专业的教材建设是必需的,也非常紧要。
2.2创建学生为主体,老师为主导的教学模式
现代教育理论觉得,老师于教学活动里属于组织人、指引人;学生是学习的真实主体,教学的好坏一般是由学生是否参加学习的积极性来决定。有机化学教学目标是在教授有机化学根本理论的另外,不停提升与培育学生的专一素养。要想实现这个目标,就需要转变教学模式,培养学生自主学习,老师教授关键、难点为轻的教育方式。例如老师能够选用新反应不多的取代酸、杂环等篇章,引导学生运用图书馆资源,自主查资料,归纳总结。在老师的指导下,编写课程教案,让学生扮演老师的角色进行教授,然后将学生分小组探讨的课堂教育行为,提升教育结果。也能够提前安排内容使学生在查寻文献信息的根本中,最终用论坛或报告的形式完成汇报沟通。
2.3引入新理论、前沿知识,提高学生学习积极性
在实际教学过程中,学生学习的积极性是教师教授课程的动力源泉。因此,教师如何吸引学生走进知识的殿堂,主动参与到教学活动之中,显得非常重要。教师可以在教学内容的安排中,根据学生的实际状况,选取课本中的与社会实际结合紧密的知识内容作为切入点,适当地引入跟社会实际结合紧密的案例来充实教学内容,提高教学内容的新颖性。例如,在有机化学中的酯化反应与付-克烷基化反应,课本中使用硫酸、路易斯酸等作为催化剂,然而在实际工业生产中,酸性物质的使用对仪器设备腐蚀、污染环境、造成提纯过程繁杂。现有新型的催化剂如固体杂多酸、活性生物酶等具有环境友好和原子经济的优势,已被普遍应用。在讲解苯酚的酯化反应时,可以引入阿司匹林-乙酰水杨酸,这一药物的发现历程,用途以及在战争中的地位。
3.结语
综上所述,本文通过对应用化学专业有机化学课堂教学存在问题进行分析,从教材的建设,教学模式的转变以及新理论,前沿知识的引入方式三个主要方面,进行深入的探讨,并提出了相应的对策。这些将在某程度上,对提高应用化学专业有机化学课堂教学质量具有一定的参考价值。但是,提高教学质量是一项较为系统的工作,不能一蹴而就,需要从多方面完善,比如增强应用化学专业有机化学课本构建。进一步为应用化学专业有机化学课堂的发展奠定尤为坚实的基础。
参考文献: