有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告電子化教學(xué)改革探析

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摘要:為了進(jìn)一步推動(dòng)高校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革，切實(shí)提高有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量，提升大學(xué)生有機(jī)合成綜合能力。本文圍繞當(dāng)前有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告這一薄弱環(huán)節(jié)，提出進(jìn)行有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告電子化的教學(xué)改革實(shí)踐。電子化實(shí)驗(yàn)記錄報(bào)告可以精確反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程，實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，從而可以更好的服務(wù)于新形勢(shì)下的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革和高水平的有機(jī)化學(xué)人才的培養(yǎng)。

關(guān)鍵詞:有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)報(bào)告;電子化;教學(xué)改革

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)在整個(gè)化學(xué)學(xué)科中占據(jù)舉足輕重的地位，是高等院校培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，提高學(xué)生分析和解決實(shí)際問題能力、提升學(xué)生綜合創(chuàng)新能力和素質(zhì)的一個(gè)重要手段［1－4］。同樣的，“有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”作為有機(jī)化學(xué)學(xué)科的一個(gè)不可或缺的重要組成部分，其高質(zhì)量的教學(xué)是培養(yǎng)高水平有機(jī)化學(xué)人才的重要基礎(chǔ)［5－6］?！坝袡C(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)”課程其教學(xué)目的是通過實(shí)驗(yàn)使學(xué)生訓(xùn)練并掌握有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本技能，學(xué)會(huì)正確選擇有機(jī)化合物的合成、分離、提純和分析鑒定的方法，培養(yǎng)學(xué)生觀察現(xiàn)象，分析問題和解決實(shí)驗(yàn)中所遇到問題的能力;同時(shí)它也是培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，實(shí)事求是，嚴(yán)格認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度與良好的工作習(xí)慣的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

1現(xiàn)狀分析

筆者長(zhǎng)期從事本科生有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)指導(dǎo)過程中發(fā)現(xiàn)存在這樣的普遍現(xiàn)象:當(dāng)前高等院校的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革往往較多側(cè)重于實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)方法的改進(jìn)，但對(duì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的記錄模式(包括格式和內(nèi)容)卻鮮有涉及。傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告是學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將實(shí)驗(yàn)內(nèi)容(包括方法，步驟，現(xiàn)象和結(jié)果)按照固定的報(bào)告格式以純文字的形式整理形成的書面材料。實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師主要根據(jù)學(xué)生提交的紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行審閱評(píng)分。筆者竊以為傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的形式已經(jīng)落后于現(xiàn)行的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，存在的短板問題主要有(1)傳統(tǒng)有機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式僵化，學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容往往千人一面，雷同程度高，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)成績(jī)?cè)u(píng)定的主觀性大;(2)傳統(tǒng)有機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告純文字描述實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，無法精確反映每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從而無法精準(zhǔn)判斷學(xué)生是否真正理解實(shí)驗(yàn)原理，真正掌握實(shí)驗(yàn)方法;(3)紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告保存和調(diào)閱不方便?；诖耍P者認(rèn)為傳統(tǒng)有機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告非常有必要進(jìn)行改革，從而更好的服務(wù)于新形勢(shì)的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。筆者認(rèn)為將傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告進(jìn)行電子化，可以有效解決傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的短板問題，首先，電子化實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式可以根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行靈活調(diào)整，從而更好的服務(wù)于有機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué);其次，電子化實(shí)驗(yàn)報(bào)告除了文字，可以引入更多的元素，比如圖片和視頻，從而可以更加精準(zhǔn)反映實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為科學(xué)評(píng)估學(xué)生的實(shí)驗(yàn)質(zhì)量提供了非?？陀^的依據(jù);最后，電子化實(shí)驗(yàn)報(bào)告易于存檔，可以隨時(shí)調(diào)閱。

2教革內(nèi)容和實(shí)踐

有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告是學(xué)生在理解實(shí)驗(yàn)原理和目的的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中觀察到的現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行整理，歸納和討論后形成的規(guī)范性書面材料，是評(píng)估學(xué)生對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)操作技能及數(shù)據(jù)處理能力掌握程度的重要依據(jù)［7］。有機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫也是培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度，務(wù)實(shí)科學(xué)作風(fēng)，透過現(xiàn)象認(rèn)識(shí)本質(zhì)的重要手段。但是傳統(tǒng)有機(jī)實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式固化，表現(xiàn)形式單一，無法真實(shí)展現(xiàn)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程。筆者長(zhǎng)期與藥物研發(fā)企業(yè)進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研合作，深以為可以借鑒企業(yè)研發(fā)過程中的記錄模式同時(shí)結(jié)合高校有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)自身特點(diǎn)進(jìn)行改革，具體可以從以下幾個(gè)方面加以展開:(1)格式改進(jìn):在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)報(bào)告里面，筆者認(rèn)為最先需要改進(jìn)的是實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式和內(nèi)容，具體而言實(shí)驗(yàn)記錄應(yīng)以表格的形式包括四個(gè)要素欄即實(shí)驗(yàn)時(shí)間，操作，現(xiàn)象以及補(bǔ)充說明;其中時(shí)間欄可以非常精確的反映每個(gè)學(xué)生的實(shí)際實(shí)驗(yàn)過程時(shí)間節(jié)點(diǎn);步驟欄用于描述實(shí)際的實(shí)驗(yàn)操作過程;現(xiàn)象欄用于文字描述實(shí)驗(yàn)過程觀察到現(xiàn)象;補(bǔ)充欄用以引入對(duì)應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象描述的圖片或者視頻等。(2)現(xiàn)象記錄改進(jìn):在現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)記錄中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象都是基于文字描述，無法真實(shí)呈現(xiàn)每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程。隨著智能手機(jī)的普及，可以通過照片拍攝和視頻錄制等方式把關(guān)鍵的實(shí)驗(yàn)裝置，過程和現(xiàn)象記錄下來，然后再輔以文字描述，可以更加真實(shí)客觀并準(zhǔn)確反映每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)結(jié)果。(3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的記錄改進(jìn):在以往的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)結(jié)果主要以產(chǎn)率輔以基本表征(如熔點(diǎn)，沸點(diǎn)測(cè)定)來反映，這顯然不能全面滿足未來有機(jī)化學(xué)人才的培養(yǎng)需要。作為完整的有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，需要引入化合物結(jié)構(gòu)確證環(huán)節(jié)，通過引入譜圖表征和解析來充分證明實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性和正確性。(4)實(shí)驗(yàn)記錄的電子化:實(shí)驗(yàn)記錄報(bào)告電子化要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將實(shí)驗(yàn)記錄按照電子化實(shí)驗(yàn)記錄報(bào)告的格式整理實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。電子化的實(shí)驗(yàn)記錄報(bào)告可以全面反映每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況，為每個(gè)學(xué)生的精確評(píng)分提供依據(jù)。以“甲基橙合成實(shí)驗(yàn)”作為例子，具體操作包括(1)實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí):提前一周發(fā)放實(shí)驗(yàn)內(nèi)容資料，要求學(xué)生預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模砗筒襟E(如本實(shí)驗(yàn)涉及的重氮化反應(yīng)和芳環(huán)偶聯(lián)反應(yīng))，了解實(shí)驗(yàn)技術(shù)(如重氮化反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)條件)，并自行查閱實(shí)驗(yàn)所用試劑的物理化學(xué)性質(zhì)以及使用注意事項(xiàng)，并將這些預(yù)習(xí)內(nèi)容詳細(xì)記錄在原有的紙質(zhì)實(shí)驗(yàn)記錄報(bào)告上，學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室前需要將預(yù)習(xí)記錄交給筆者檢查審核后方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(2)實(shí)驗(yàn)記錄:要求學(xué)生按照時(shí)間，操作和現(xiàn)象三要素進(jìn)行實(shí)驗(yàn)記錄，并用手機(jī)拍/錄下實(shí)驗(yàn)裝置圖和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等重要的實(shí)驗(yàn)過程細(xì)節(jié)(用于電子報(bào)告的補(bǔ)充欄)。學(xué)生實(shí)驗(yàn)結(jié)束離開實(shí)驗(yàn)室前需再次提交這些原始實(shí)驗(yàn)記錄供筆者檢查審核后方可離開實(shí)驗(yàn)室。(3)實(shí)驗(yàn)樣品的表征:學(xué)生自行將實(shí)驗(yàn)樣品帶到儀器分析測(cè)試中心進(jìn)行各種譜圖的表征測(cè)試(如紅外，紫外，核磁和質(zhì)譜等)，并獨(dú)立進(jìn)行各種譜圖的分析。(4)電子實(shí)驗(yàn)記錄:實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生根據(jù)原始記錄，實(shí)驗(yàn)視頻/圖片和譜圖表征數(shù)據(jù)按照給定的電子化實(shí)驗(yàn)記錄報(bào)告格式進(jìn)行進(jìn)行實(shí)驗(yàn)記錄整理和實(shí)驗(yàn)報(bào)告的撰寫。如圖1所示，“甲基橙合成實(shí)驗(yàn)”電子化實(shí)驗(yàn)報(bào)告共包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，?shí)驗(yàn)路線，實(shí)驗(yàn)試劑和儀器，實(shí)驗(yàn)步驟，實(shí)驗(yàn)結(jié)果，結(jié)構(gòu)確證，思考題和附圖八個(gè)部分。實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)路線學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)材料和預(yù)習(xí)記錄進(jìn)行整理撰寫，主要用來反映學(xué)生是否正確理解實(shí)驗(yàn)原理;實(shí)驗(yàn)試劑和儀器主要包括實(shí)驗(yàn)需要用到的儀器和試劑(如種類，規(guī)格和用量)，特別要求包括實(shí)驗(yàn)前查閱的試劑物化參數(shù)和使用注意事項(xiàng);實(shí)驗(yàn)步驟要求學(xué)生根據(jù)原始實(shí)驗(yàn)記錄嚴(yán)格按照四要素欄即時(shí)間，操作，現(xiàn)象和補(bǔ)充進(jìn)行整理撰寫，其中補(bǔ)充欄的圖片或視頻必須和操作和現(xiàn)象一一對(duì)應(yīng)，實(shí)驗(yàn)步驟四要素撰寫可以精準(zhǔn)反映學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況;實(shí)驗(yàn)結(jié)果部分主要包括產(chǎn)物的重量/產(chǎn)率數(shù)據(jù)，形狀/外觀描述，物化性質(zhì)測(cè)定數(shù)據(jù)(如熔點(diǎn)，沸點(diǎn)，折光率等)，可用來初步衡量學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果優(yōu)劣;結(jié)構(gòu)確證部分要求學(xué)生對(duì)產(chǎn)物的各種譜圖數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)正確與否給出結(jié)論，如結(jié)合紅外分析化合物官能團(tuán)的紅外特征收縮振動(dòng)峰，根據(jù)氫譜/碳譜對(duì)化合物的氫/碳原子進(jìn)行歸屬分析，通過質(zhì)譜判斷產(chǎn)物分子量信息。結(jié)構(gòu)確證部分可以充分訓(xùn)練學(xué)生的獨(dú)立譜圖解析能力;思考題部分要求每個(gè)學(xué)生對(duì)各自實(shí)驗(yàn)中遇到的問題進(jìn)行獨(dú)立的分析討論，強(qiáng)化學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，分析問題和解決問題的能力;附圖部分要求學(xué)生提供原始的譜圖數(shù)據(jù)和重要的原始實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)務(wù)實(shí)的科學(xué)作風(fēng)。(5)實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定:實(shí)驗(yàn)成績(jī)主要依據(jù)電子化實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)操作考察進(jìn)行評(píng)定。這一教學(xué)實(shí)踐筆者認(rèn)為取得了很好的教學(xué)效果，主要體現(xiàn)在每份電子化實(shí)驗(yàn)報(bào)告都是唯一的，學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程更加認(rèn)真細(xì)致，不僅可以充分反映每個(gè)學(xué)生的實(shí)際實(shí)驗(yàn)情況，實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，而且對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)成績(jī)的評(píng)定依據(jù)更加科學(xué)可靠。最后，電子化實(shí)驗(yàn)報(bào)告易于保存留檔，每個(gè)學(xué)生都可以永久保存其實(shí)驗(yàn)記錄。

3結(jié)語

針對(duì)當(dāng)前有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中實(shí)驗(yàn)報(bào)告落后于有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革的現(xiàn)狀，筆者進(jìn)行了有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的電子化教學(xué)改革實(shí)踐，取得了很好的教學(xué)效果。有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的電子化不僅可以有效全面的展示每個(gè)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和實(shí)驗(yàn)培訓(xùn)效果，而且極大促進(jìn)未來有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的進(jìn)一步提升。

作者:諸海濱 劉安然 趙紅 楊洪 姜勇 單位:東南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院