生活情境在有機化學實驗教學的應用

時間:2022-11-19 09:24:12

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生活情境在有機化學實驗教學的應用

[摘要]介紹生活情景與有機化學實驗基本操作的相通性,點燃學習有機化學實驗的好奇心;啟發引導學生將自己經歷的生活情景在實驗教學應用,調動學生學習積極性,提升學習有機化學實驗的興趣;在綜合實驗中,師生共同探索生活情景在有機化學實驗中的應用,感悟生活、感悟科學研究,訓練學生科學的方法,激活學生科學思維,培養學生科學的精神和品德,提升創新能力和實踐能力,提高有機化學實驗教學質量。

[關鍵詞]生活情境;有機化學實驗;好奇心;興趣;創新

戴安邦先生提出了全面的化學教育,強調化學實驗教學是實施全面化學教育的最有效教學形式[1]。全面的化學教育,不僅要注重傳授化學知識和技術,更應重視知識的探索過程和取得方法,通過實驗訓練科學方法和思維,培養科學精神和品德[2-3]。有機化學實驗是化學類本科專業重要的基礎實驗課程,也是生物科學、環境科學、醫學及藥學等學科本科生必修專業課,因此,提高有機化學實驗的教學質量既是適應時展的需求,也是實施全面化學教育的關鍵所在。有機化學實驗的教學目的[4-5]是訓練學生掌握實驗基本操作技能,熟悉有機化合物的基本合成方法、分離提純、結構與性質鑒定技術,培養學生獨立思考、發現問題、分析問題和解決問題的能力以及創新能力,培養良好的實驗工作方法和工作習慣,以及實事求是的科學態度。

哈佛大學教授何毓琦,在寧夏大學做的“決策和控制理論的基礎及其在日常生活中的應用”報告中提出,最好的教育理念是教育學生,從而使學生掌握獨立學習的能力,掌握提出問題而不僅僅是解決問題的能力。可見學生學會提出問題是培養學生各項綜合能力的起點,是創新創業能力提升過程中核心。將生活情境與有機化學實驗操作聯系類比,使得學生學習有機化學實驗具有親近感,學生更樂于去求知、探索、思考、實踐、創新,學生有更多的機會提出生活中和實驗中的問題,進而用生活常識解決實驗中的問題或者用實驗的知識技能去解決生活中的問題,提高學習興趣和效率,進而開啟培養學生創新思維和創新創業能力大門。在學習的過程中融入生活情景,培養學生善于觀察、認真思考、總結歸納、認知遷移、實踐檢驗、創新思維、創新實踐的科學方法和科學思維。進一步提高有機化學實驗教學質量,培養高素質會生活的化學人才。

1點燃學習有機化學實驗好奇心

有機化學實驗的一個重要內容是合成新物質,如何合成、如何表征、有何用途?帶著眾多問題,走進課堂,充滿好奇展開探索有機化學實驗的創新之路。眾所周知魯班發明了鋸子。據傳魯班在一次伐木的時候,手被草葉劃一個口子,還滲出血。他摘下一片葉子,仔細觀察發現,葉子的邊緣長著鋒利的齒。他用草葉的邊緣在手背上輕輕一劃,真的劃破了手。他想能否做一個類似這種葉子的工具用來伐木,認真思考過后,多次試驗,終于發明了伐木的鋸子。另一個應用仿生學的例子是尼龍粘扣的發明。我們在草叢走過時,會在褲子上粘上一些球狀的植物果實——蒼耳。西方的一位有心人,發現這種現象以后,仔細觀察蒼耳,初看蒼耳的外表面上是一些細小的尖刺,通過放大鏡再細致觀察,實際上刺的前端有小鉤。這些帶鉤的小刺使得蒼耳在我們走過草叢時可以掛在我們的褲子上。這位西方人士受到蒼耳粘結現象的啟發發明了尼龍粘扣。這兩個在生活中經常會遇到的現象,對于普通人來說,僅僅是增加了生活的煩惱。而對于有心人來說,煩惱即為施展才華的機遇。他們細致觀察,認真思考,勤于實踐,勇于嘗試,雖有困難,但是積極探索,敢于試錯,終究利用自己的學習積累,創造出了變革型的新事物,改變或方便了人們的生活。屠呦呦于2015年10月,因為發現青蒿素治療瘧疾的新療法而獲得諾貝爾生理學或醫學獎。她是如何提取到青蒿素的?關鍵的操作和突破口是什么?她綜合應用了回流提取、蒸餾、減壓蒸餾、重結晶和柱色譜等有機化學實驗的基本操作,而且查閱資料,受古醫術上一句話的啟發,創造性的使用低沸點的乙醚作為提取溶劑,經過大量的試驗、失敗、再試驗,終于成功提取到了青蒿素,為后續的研究奠定了堅實的物質保障。可見掌握有機化學實驗基本操作和技能是可以大有作為的,以此點燃學生學習有機化學實驗的好奇心,激發學習有機化學實驗的興趣,感悟科學研究的求真、嚴謹、創新、勤奮不懈、樂于協作的精神品德。

2提升學習有機化學實驗興趣

做好有機化學實驗,作一個懂化學會生活的人。某個具體操作和生活情景類比,啟發引導學生大膽的提出想法和創意,探索如何實踐應用,從而調動學生學習積極性,提升學習有機化學實驗的興趣。與學生探討如何做好有機化學實驗?與生活情景的燒水煮飯具有相通性。如何做才能既煮了飯,又煮成可口的飯?用什么容器、加熱的工具、煮多少水、用多少米、如何把水燒開、何時將米加入水中、需要多長時間、燒水煮飯過程中需要怎么操作,若有特殊情況怎么處理?等等一系列的事項,如何統籌考慮?飯后如何處理容器和器具等。燒水煮飯的過程需要認真準備,仔細勞作,全身心的投入方可成功煮出可口的飯菜。做好有機化學實驗亦然。做好一個實驗,要知道做什么實驗、需要什么試劑和器材,涉及哪些基本操作、實驗步驟如何、如何做好每一步、如果出現意外如何處理、實驗結果如何、實驗的收獲如何、得到什么樣的認識、如何處理實驗中遇到了什么的困難(困惑)、對自己的啟發是什么等?具體實驗的具體問題,一環緊扣一環,使得學生在實驗中獨立操作,積極思考,提高學生的實驗興趣和注意力。實驗過程中培養了獨立思考能力,持之不懈形成習慣。重結晶實驗中熱過濾使用的菊花形濾紙折疊較不容易,但生活中紙扇子的折疊方法眾人皆知。關于濾紙的折疊方法,書中描述方法較繁瑣,不易學習,將紙扇子的折疊方法遷移到此處,輕松解決。具體操作為:先將圓形濾紙折成半圓形,沿著半徑折疊約15°的小扇形,正折一次,反折一次,直至半圓形濾紙變為一個小的折疊扇子,此時將雙層濾紙從中間撐開,即為類似于菊花形的濾紙。干燥劑的用量多少為最合適?由于在合成、分離洗滌、分液操作時的個性化差異,導致每人的產品中含水量不同,加干燥劑的量也就不同,如何準確判斷所加干燥劑的量合適與否?類比于檫黑板時,粉筆灰落在手上,如果手是干燥的則拍拍手,手就干凈了;如果手是濕潤的,則需要洗手,手才會干凈。邊加干燥劑邊搖晃瓶子,直到瓶壁上不再粘附干燥劑即可。通過類比生活情景,將生活小技巧遷移到繁雜的操作技能中化繁為簡、化難為易。學生在實踐過程中,將生活技巧遷移到實驗中,不僅掌握基本操作,而且操作中加入了自己的創意,使得自己小有成就感,有了繼續探索的好奇心,提升了學習有機化學實驗的興趣。實驗結束,我們將學生的小創意、經驗進行總結在并微信群署名公布,學生的成就感和自豪感油然而生。

3生活情景綜合應用培養創新能力

在綜合性實驗中綜合應用多種生活情景技巧,開創性的完成實驗的各個環節,得到完美的結果。在生物堿提取實驗的兩個環節:提取和升華操作。提取操作中,類似于煮粥時防止粥糊鍋底。提取的過程中,學生發現圓底燒瓶內出現固體附著在瓶壁上,隨著實驗的進行,固體會越來越多而且會炭化,造成提取得到的產品減少,燒瓶也不易洗干凈。怎么辦?通過觀察發現,附著的固體為提取物,第一次虹吸前,瓶壁上沒有附著物,第二次虹吸過程中,瓶壁上開始出現附著物,隨著實驗的進行,瓶內乙醇的量的減少附著物逐漸增多,并且會逐漸炭化。進一步的分析探索發現,開始析出的附著物,很容易通過輕微晃動裝置使得燒瓶內的液體旋轉(學生能夠把握好晃動瓶子的力度和頻率進而使溶液順時針或者逆時針旋轉,也會有小小的成就感)而溶解下來,所以,提醒學生在第一次虹吸完成以后,注意觀察燒瓶內液體和瓶壁上附著物的變化,及時的晃動燒瓶,避免產品附著在瓶壁上進而碳化,影響產率和燒瓶洗滌的困難。

升華操作中,有一段過程類似于一個常見的水坑的水分揮發過程。室外下雨后形成的小水坑,雨停后水分逐漸蒸發,渾濁的水逐漸變成泥糊狀、餅狀、粉狀,這個自然過程可能需要幾天時間。而升華實驗的蒸餾濃縮成糊狀、烘焙成粉狀,大約兩個小時左右。模擬自然過程的發生,學生有了從事科學研究的感覺,進而積極主動的參與到學習實踐和創新實踐中。

總之,將生活情景與有機化學實驗基本操作相類比,減少了實驗的陌生感,降低了學習的難度,增強了學習的信心,好奇心的驅動下,對有機化學實驗的興趣得以提升,潛移默化的得到了科學訓練,了解了科學研究方法,提高了科研和創新思維能力。最終有效的提高了有機化學實驗教學質量!

參考文獻

[1]戴安邦.全面的化學教育和實驗室教學[J].大學化學,1989,4(1):1-7,30.

[2]戴安邦.實驗教學是實施全面化學教育的有效形式[J].實驗室研究與探索,1994,3:1-5.

[3]陳榮三,楊震.戴安邦先生的化學教育思想[J].中國大學教學,2018,6:44-46,70.

[4]李厚金,陳六平.有機化學實驗教學方法探索與實踐[J].大學化學,2018,33(1):7-11.

[5]曾和平.有機化學實驗[M].北京:高等教育出版社,2014第四版.

作者:朱瑞濤 王松 王慧輝 趙云 李好樣 韓紅斐 郭愛玲 單位:1.太原師范學院 2.山西中醫藥大學