新工科背景下大学有机化学课程学习方法及教学反馈

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  摘  要:有机化学是我国现代工业技术和经济学科的一个重要分支,不但在化学研究领域中占有关键的位置,在人们的日常生活中也起着非常重要的作用。大学有机化学课程在化学化工专业、医学专业、药学专业、生物专业等均有开设。本文从“学习方法”“学生对有机化学教学的反馈”等方面入手,通过化学化工专业学生的视角和教师的视角,讨论有机化学课程的学习心得和改革建议。
  关键词:有机化学 教学内容 学习方法 教学反馈
  中图分类号:O621 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2021)07(b)-0145-04
  Study Method and Teaching Feedback of Organic Chemistry Course under New Engineering Background
  FU Yanhua  HU Longfeng
  (College of Chemistry and Environmental Engineering, Anyang Institute of Technology, Anyang, Henan Province, 455000  China)
  Abstract: Organic chemistry is an important branch of modern industrial technology and economics in China. It not only occupies a key position in the field of chemical research, but also plays a very important role in people's daily life. College organic chemistry courses are offered in chemistry and chemical engineering, medicine, pharmacy and biology. Starting from the aspects of "learning methods" and "students' feedback on Organic Chemistry teaching", this paper discusses the learning experience and reform suggestions of organic chemistry course from the perspective of chemical engineering students and teachers.
  Key Words: Organic chemistry; Teaching content; Learning method; Teaching feedback
  有机化学是一门研究有机物结构和性质的化学,是化学领域中很重要的一个组成部分。初中阶段,学生已经开始接触这门学科,但对有机化学的理解非常浅薄。高中阶段,开始学习一些简单的有机物的结构与性质及有机理论知识,也了解到某些有机物与人类日常生活的密切联系;到了大学,更加系统地学习各种官能团的化合物,基本掌握烷烃、不饱和烃、共轭烯烃、芳烃、卤代烃、醇、酚、醛酮、羧酸及羧酸衍生物、含氮化合物等各种有机化合物的物化性质、制备方法等,对有机化学的内容和本质有了更加深入的理解。
  1  有机化学学习方法总结
  学习有机化学与学习其他化学学科有一些不同。相对于无机化学,有机物的种类数目较多、分子结构复杂、发生反应时的副反应较多等。正因为有机化学中有机物的数量很多、各种反应过程错综复杂,所以许多学生在掌握有机化学知识时都会觉得比较困难,很难记忆和理解。这就需要学生在学习有机化学的时候找到适合自己的学习方法。在学习的过程中,要让学生学会对有机知识点进行归纳与整理,因为其零碎的知识比较多[1],如果仅仅是没有头绪的胡乱整理,那么所堆积下来的知识点数量越多,思绪也就会变得越乱,更加不利于自己充分运用自己所学的知识点去发现和解决问题。
  正所谓知之者不如好之者,好之者不如乐之者,关于有机化学的学习方法,本文有如下4点的总结。
  1.1 要善于串联各类有机物之间的关系
  第一,要善于找到有机物与有机物之间的联系并将它们串联起来。学习有机化学时会发现很多机理过程复杂多样,且有各种种类和形式,想要完全把它们都记牢,不是一件简单的事。学生要在学习过程中善于进行归纳和总结知识点、章节内容,将它们归纳成一个结构图,这样就可以更加有条理地让这些知识点被陈列下来,有利于学生掌握好有机化学。比如,在学习醛酮和羧酸及其衍生物的章节时可以把它们串连起来。因为这几类化合物都是含羰基这一官能团的化合物,其化学性质有很多相似之处,都是围绕羰基的反应。当然每类化合物都有其特性反应,这个需要单独记忆。当学习一种类型的有机化合物時,重点要放在官能团的性质和特征上[2],在学习这些化合物官能团共通性后,再学习它们的特性。比如芳香族中的一些化合物,其主要的性质为芳香性,即电子共轭导致的分子稳定性。而不同的芳香化合物的芳香性不同,如苯>萘>菲。在学习芳香化合物时,先向学生介绍苯、萘、菲及芳香性杂环化合物的个体属性,再向学生介绍它们的共性,这样有利于学生更好地认知学习。另外,在学习知识时要从大到小去学,也就是说从共性到特殊性,这样才能更加有利于在头脑里建立起清晰明确的知识结构。
  1.2 抓住本质和重点
  学习有机化学的着力点是如何掌握并熟练运用化合物中各种元素的化学特性。要真正地掌握有机化学的基本知识并且进一步地深刻理解,就必须从物质的结构出发(其中包括了电子理论、共振理论、共轭效应、杂化轨道理论等),因为有机化学反应的机理是描述一个反应的真实过程[3],而其性质又是由有机物的结构决定的,通过各种反应的机理性研究分析才能真正地掌握并灵活地运用有机化学反应。比如,在学习醛酮、羧酸及其衍生物等含羰基的化合物的化学性质时,要紧紧围绕羰基的性质,即亲核加成反应。其反应机理就是含负电荷的离子或化合物(如CN-、NO2-、SO3H-、格氏试剂等),或含孤对电子的化合物(如H2O、C2H5OH等)作为亲核试剂进攻羰基,从而生成各种其他类化合物。在学习烯烃、共轭烯烃、炔烃等不饱和烃类化合物时,应重点掌握不饱和化学键的共性,即亲电反应。其反应机理就是含正电荷的离子或化合物(如HCN、HNO3、H2SO4等)作为亲电试剂与富电子的不饱和键发生反应,经过碳正离子反应中间体得到各类新的化合物[4]。   在掌握了这些重要的内容以后就需要将其应用于实际上,在上课时,学生一定要紧随着教师的思路,通过教师的详细讲解把不同的知识点用不同种类和颜色的画笔或者符号来标记重点的内容,课后把这些重点内容整理在笔记本上,有利于后期复习。将所学知识落实到笔头上,对于知识的记忆可以更加深刻。同时要充分利用课余时间,在平时学习中有问题要积极主动地与教师讨论,也要学会独立思考和学习。
  1.3 善于总结经验规律
  要更好地总结实践中的经验法则。在学生学习的过程中,要掌握并且学会教师所教授的有机知识点。比如,在学习醛、酮、羧酸及其衍生物时,可以把以上所有的化合物综合起来归为一类,统称其为含羰基类化合物。它们都含有羰基官能团,所以可发生的反应类型基本一致,均为羰基的亲核加成反应。它们都在同一横向网络线上:醛/酮—羧酸—酯—酸酐—酰卤—酰胺。在学习醇、醛/酮、羧酸时,可以将三类化合物放在一起学习,因为醇适度氧化可以得到醛/酮,进一步氧化可得到羧酸,醛/酮还原可得到醇。它们都在一条纵向网络线上:醇—醛/酮—羧酸。在学习有机化学反应类型时,取代反应是一类重要的反应。有机上的取代反应有两种形式,电子和自由基形式的取代。电子的取代反应又分为亲电取代(如,芳香烃类化合物的亲电取代反应)和亲核取代(如,卤代烃类化合物的亲核取代反应),自由基取代反应主要发生在烷烃类化合物在光照或过氧化物存在下的取代反应。通过以上列举的经验规律,可以更有助于学生理解和掌握零碎的有机化学知识,使他们在学习的过程中能融会贯通。
  1.4 理论与实验相结合
  理论和实验相互融入。有机化学课程作为一门要与实验相结合的综合学科,熟练地掌握有机化学基本的实践和操作是非常重要的,而且还可以培养广大学生的实践能力和知识运用能力,让学生更容易学好这门课[5]。学生在进行具体实验操作的整个过程中真正理解有机化学反应机理,从而达到更好的教学效果。有机化学实验课程通常与有机化学理论课程一起进行教学,在理论课堂上所学到的重要化合物的反应可以实化到有机实验课中,从而能更直观地观察化合物的性状,掌握其化学性质,使学生进一步加深对有机化学反应的理解。比如,在学习卤代烃章节时,同时进行溴乙烷的制备实验,学生就可以亲自体验卤代烃的合成方法和反应过程。在学习醇章节时,同时进行由环己烯制备环己醇的实验,学生通过实验操作不仅可以掌握蒸馏、萃取等基本实验操作,更能学习醇的制备方法,了解脂环醇的性质等。
  1.5 培养兴趣,与实际生活相联合
  要培养兴趣与实际生活相联合。笔者学院4个专业(化学工程与工艺、应用化学、环境化学、高分子化学)均开设有机化学课程。在本校的4个学年中每一个学年都有一个类型的专业实习,如认知实习、生产工实习、毕业实习。比如在大二这一年,组织全院学生到化工厂进行认知实习,大家对化学反应以及工艺流程都有很大的兴趣。通过进厂实习,使学生真正体会有机化学书本上的反应与实际生产的差别,如一氧化碳制甲醇的工艺。在工厂师傅的讲解下,学生了解了克级和吨级反应的区别,实验室反应和工业反应的区别。学好有机化学,重在培养学生学习的兴趣,这样才能够促进学生更加高效地开展学习。在学习过程中时刻结合生活实际,通过解释学生在生活中经常遇到的一些问题,或者是通过学生所学的知识来解决一些有机化学相关的问题,均可以促使学生更近一步地掌握并灵活应用所学的知识,逐渐地建立对于有机化学学习的兴趣。
  现在人们日常生活中所必须的衣、食、住、行、医疗用品以及家居必备的器械、仪表等都离不开化学。第一,衣着配备。比如尼龙、人工纤维等材料大部分是由石油或者其他原材料提炼而来的有机化学品。第二,食物。发明和广泛应用的化学药剂和复合肥料,大大促进了粮食生产;一些有机化合物能够改善食物的色香味,使食物更加美味诱人。烹饪中所采用的能源,例如水煤气、天然气和煤炭等,都是石油、煤炭行业提炼而成的化合物。第三,住房问题。建筑材料,例如三合土(包括水泥)、钢筋、磁砖、玻璃、塑胶等,都是一种来自于化学行业生产的商品。第四,交通运输工具。汽车、飞机、轮船等各种交通运输工具中使用到的燃料都是石油行业提炼而成的主要副产物。包括一些飞机的机身都是由专门的合金公司制作。第五,医疗用药。目前使用的药物大多属于合成药,属于化学领域的药物合成,它们可以大大增强人体内抵抗各种疾病的能力,使得全世界人类的各种疾病和致死率大大降低,延长了人类的平均寿命。第六,家庭设备用品。所有的塑胶用具都是利用石油行业提炼而成的原始副产品进行加工而制得。烹饪锅和小刀叉等各种金属用具都是从矿石中提炼出来的金属经过化学处理后加工制作而成。漂白水及清洗剂等各种家居中的化学品也是化学行业的制成品。如此可以看到有机化学在人们生活中不可或缺。
  2  学生对有机化学教学的反馈
  学生对于有机化学的直接认识和学习来源于教师。因此,教师对教材内容的理解、吸收、释放至关重要。根据笔者的教学经验及学生的反馈情况,在教学过程中,对于一些重难点内容,如反应机理,应该详细的讲清晰,使大部分学生可以跟上教师的讲课思路。在每节课上课前,教师提问上节课讲的内容,帮助学生在回答过程中更好复习和回顾学过的知识点,增加师生互动[6]。
  从学生角度来说,也有一些对于教师讲课的建议,可以帮助学生和教师之间更好地进行知识交接和传递。为了更好地讲解知识脉络体系,教师现有的课件和教材上的出现顺序有所调整。但是一些学生希望教师的PPT可以根据大家现学的教材进行一些调整,有些PPT上的内容课本上面没有涉及或者是零零散散的分布,上课的时候学生不能很好地掌握教师上课的节奏;通过几年的有机教学能明显感觉到本校学生几乎没有课前预习的习惯,所以当教师将散落在课本上的知识点统一讲解时其无法跟上节奏。针对学生反馈,笔者会在每节课结束之前将与PPT内容对应的课本内容告知学生。同时,学生希望教师在讲完一章的时候可以总结一个脉络梳理和大纲,方便学生抓住重点和考试前的复习。此外,学生希望教师可以根据实际应用来讲解化学知识,不仅可以提高学生对有机化学学习的兴趣,也有助于他们更好地理解一些难懂的化学知识,同时能够拓宽学生视野,使他们具有解决实际问题的能力。
  从学生对有机化学教学的反馈中可以看出,学生自主学习能力有待提高,对知识的探索兴趣不够。对于课本上的知识,还处在被动接受教师的讲授,对于新知识的接受能力较差,接受速度较慢,缺乏知识归纳总结能力。
  3  结语
  有机化学想学好学精是需要下一定功夫的,这个过程需要教师和学生的紧密配合,互动进行。只要能够脚踏实地地努力学习,在有机化学的不断变更中增强自己知识储备,掌握有机反应规律,一定会把有机化学这门课学好。
  参考文献
  [1] 韩超,孙克磊,李光跃.大学有机化学课程的教学改革探索[J].山东化工,2020,49(12):182-183.
  [2] 贾贞辛,炳炜.把握有机化学的三条主线[J].山东化工,2019,48(11):158-159.
  [3] 石茂原. 浅谈有机化学的反应机理及影响因素[J].科技资讯,2018,16(28):82-83.
  [4] 陈训,徐丹,孔杜林.基于有机化学课程中教学与科研融合的教改初探[J]. 科技资讯,2019,17(36):51-52.
  [5] 任新宇.在有機化学和有机实验教学中培养民族预科学生的创新能力的探索[J].文化创新比较研究,2017,1(17):49,51.
  [6] 赵明明,刘建宇,姜楠,等.互动式教学在有机化学教学中的研究与实践[J].山东化工,2020(16):207-208.
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