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在多年的教學中,發現學生難以把握有機化學的學科特點,學習中存在諸多障礙。一些學生上課易懂、做題易錯、放了易忘,綜合題的解答,往往難以入門。
一、有機化學學習障礙的形成原因
1.缺乏足夠的思想準備
有機化學開篇時,一些學生習慣全套照搬學習無機化學的經驗,不能適應有機化學的學習,覺得有機化學內容繁雜,毫無規律,漸漸地失去學習興趣和信心。他們沒有把握有機化學學習的下列特點:
①有機化合物通常用結構簡式表示;
②有機化合物性質與結構的關系密切;
③有機化合物空間構型的認識,需要一定的空間想象能力。
學生學習上難以適應得狀況,如果不能調整過來,后續學習就會產生困難。
2.學習基礎、認知水平障礙
學習有機化學,需要學生本文由收集整理具有豐富的空間想象能力。由于學生的空間立體觀念較差,對于分子的立體結構常常想象不出來。
例如,學習同分異構體概念后,總還有不少學生把
二氯甲烷(ch2cl2)分子(如圖所示)的二個平面結構說成是同分異構體。
3.對官能團的結構特征、主要性質掌握不牢
有些學生對許多官能團的意義理解不透,區分不清。在學習或解題時,若不能辨清相關的官能團,就會出現思維障礙,從而導致錯誤。
例如,阿斯匹林的結構簡式為:
則1mol阿斯匹林跟足量的naoh溶液充分反應,消耗naoh溶液的物質的量為多少?
在解題中,學生知道羧基、酯基能與naoh溶液反應,但忽略了水解產物中有酚,酚也能與naoh溶液反應。
4.逆向思維能力差,系統性不強
練習呆板,常常是"照葫蘆畫瓢",缺乏創造性,抑制了學生思維能力的拓展,對掌握的知識難以深化鞏固。
例如,以乙醇為原料設計合成 ,如果缺乏知識的系統性和有機合成常用的解題方法--逆推法,就難以達到合成的目的,這就是正向思維抑制了逆向思維的發展。
二、解決有機化學學習障礙的對策
1.激發和保持學生的學習興趣
俗話說得好,興趣是最好的老師。要想學生能夠學好有機化學,必須使教學能夠吸引學生,讓學生產生興趣,提高學習效果。在有機化學教學中,我們應精心準備、認真安排教學內容,并穿插一些學生頗感興趣的生活知識,特別是在知識的重難點教學中,挖掘能激發興趣的內容,以保持學生的學習興趣。
例如,在同分異構體的命名與書寫教學中,提出"天干"十字的同時,不妨帶出"地支"十二字,學生對"子、丑、寅、卯......"等字是感興趣的,因為在他們的記憶中,這些字是屬于卜卦先生的,這樣他們就容易接受"天干"十字。還有,在同分異構體的書寫訓練時,不妨讓學生練習"碳架"結構書寫,同時可展示"碳架"結構模型,有條件和學校還可讓每一學生配備一套塑料的分子小模型,以增強教學直觀效果,提高學生學習興趣。
2.循序漸進,平穩過渡
在新課的教學過程中,要對學生的整體水平及特點作充分摸底,消除學生的恐懼心理。對初學者也不宜提過高要求,一般以會考標準為宜,不足之處可在練習或單元復習中彌補。
例如,在《乙醇》教學中,要求學生了解乙醇的組成和主要性質及重要應用,而乙醇的化學性質中,與活潑金屬反應只限于鈉,氧化反應限于催化氧化,脫水反應限于分子內脫水成烯。在習題課中深化要求,如消去反應能否發生、哪些醇能被氧化為醛等。作業的布置應注意難度和梯度。這樣,將難點分散到各個階段環節,循序漸進、各個擊破,最后達到完整認識醇的目的,以利于學習過渡。
此外,加強直觀教學,采用掛圖、模型、演
示實驗和學生分組實驗等手段,培養學生觀察力和想象力,讓抽象的知識形象化,便于學生理解和記憶。
3.總結歸納,掌握學習的一般方法
學生剛接觸到有機化學,興趣很濃。但由于有機化學的顯著特點是:多、雜、亂,其種類繁多、結構復雜、與生產生活聯系密切,使之成為中學化學的難點,會考、高考的熱點,其學習的方法又與無機化學的學習有明顯的不同之處。如果不幫助學生總結有機化學的特點及學習的一般方法,學生將很難入門。
(1)結構決定性質,進行歸納學習
有機化學學習的一般方法是:結構→性質→用途→制法→同類物質。因此,從結構出發,抓住官能團的特性是學好有機化學的關鍵。
例如,醛類物質的官能團為醛基(-cho),由于醛基的特殊結構決定了醛類物質的化學性質為既可以發生還原反應(與h2加成反應)又可以發生氧化反應(銀鏡反應、與新制氫氧化銅的反應)。而含有醛基的物質均可以發生上述反應,如:甲酸、甲酸鹽、甲酸某酯、葡萄糖、麥芽糖等都可以發生銀鏡反應。
(2)加強針對練習,及時總結規律
通過章節學習得來的知識是零散無序的,在一單元或一專題學完之后,幫助學生進行整理,多加強不同類型題的訓練就顯得尤其重要。教師要引導學生在練中找規律,在做中總結經驗,學以致用,觸類旁通,以提高解題速度,培養歸納能力。
①"價鍵守恒"原理即碳四鍵、氧二鍵、氫一鍵,這是推導、書寫結構式的重要依據。
②根據有機物的衍變關系:烴→醇→醛→羧酸→酯,推斷有機物的結構,找出衍變關系中的突破口,然后逐層推導得出結論。
③分子組成為cnh2no的有機物完全燃燒后,生成的二氧化碳和水蒸汽的物質的量相等。
④具有相同最簡式的有機物,無論以何種比例混合,只要總質量恒定,完全燃燒時耗氧量和生成的co2和h2o的量均為定值。
4.認真審清題意,加強解題指導
一、有機化學學習障礙的形成原因
1.缺乏足夠的思想準備
有機化學開篇時,一些學生習慣全套照搬學習無機化學的經驗,不能適應有機化學的學習,覺得有機化學內容繁雜,毫無規律,漸漸地失去學習興趣和信心.他們沒有把握有機化學學習的下列特點:
①有機化合物通常用結構簡式表示;
②有機化合物性質與結構的關系密切;
③有機化合物空間構型的認識,需要一定的空間想象能力.
學生學習上難以適應得狀況,如果不能調整過來,后續學習就會產生困難.
2.學習基礎、認知水平障礙
學習有機化學,需要學生具有豐富的空間想象能力.由于學生的空間立體觀念較差,對于分子的立體結構常常想象不出來.
例如,學習同分異構體概念后,總還有不少學生把二氯甲烷分子的二個形式不同的結構式說成是同分異構體.
3.對官能團的結構特征、主要性質掌握不牢
有些學生對許多官能團的意義理解不透,區分不清.在學習或解題時,若不能辨清相關的官能團,就會出現思維障礙,從而導致錯誤.
例如,阿斯匹林的結構簡式為:[JG(][LJH,S(1,3,5)][JJ3,YS;4]COOHOOCCH3[JG)]
則1 mol阿斯匹林跟足量的NaOH溶液充分反應,消耗NaOH溶液的物質的量為多少?
在解題中,學生知道羧基、酯基能與NaOH溶液反應,但忽略了水解產物中有酚,酚也能與NaOH溶液反應.
4.逆向思維能力差,系統性不強
練習呆板,常常是“照葫蘆畫瓢”,缺乏創造性,抑制了學生思維能力的拓展,對掌握的知識難以深化鞏固.
例如,以乙醇為原料設計合成 ,如果缺乏知識的系統性和有機合成常用的解題方法――逆推法,就難以達到合成的目的,這就是正向思維抑制了逆向思維的發展.
二、解決有機化學學習障礙的對策
1.激發和保持學生的學習興趣
俗話說得好,興趣是最好的老師.要想學生能夠學好有機化學,必須使教學能夠吸引學生,讓學生產生興趣,提高學習效果.在有機化學教學中,我們應精心準備、認真安排教學內容,并穿插一些學生頗感興趣的生活知識,特別是在知識的重難點教學中,挖掘能激發興趣的內容,以保持學生的學習興趣.
例如,在同分異構體的命名與書寫教學中,提出“天干”十字的同時,不妨帶出“地支”十二字,學生對“子、丑、寅、卯……”等字是感興趣的,因為在他們的記憶中,這些字是屬于卜卦先生的,這樣他們就容易接受“天干”十字.還有,在同分異構體的書寫訓練時,不妨讓學生練習“碳架”結構書寫,同時可展示“碳架”結構模型,有條件和學校還可讓每一學生配備一套塑料的分子小模型,以增強教學直觀效果,提高學生學習興趣.
2.循序漸進,平穩過渡
在新課的教學過程中,要對學生的整體水平及特點作充分摸底,消除學生的恐懼心理.對初學者也不宜提過高要求,一般以會考標準為宜,不足之處可在練習或單元復習中彌補.
[HJ0.95mm]例如,在《乙醇》教學中,要求學生了解乙醇的組成和主要性質及重要應用,而乙醇的化學性質中,與活潑金屬反應只限于鈉,氧化反應限于催化氧化,脫水反應限于分子內脫水成烯.在習題課中深化要求,如消去反應能否發生、哪些醇能被氧化為醛等.作業的布置應注意難度和梯度.這樣,將難點分散到各個階段環節,循序漸進、各個擊破,最后達到完整認識醇的目的,以利于學習過渡.
此外,加強直觀教學,采用掛圖、模型、演示實驗和學生分組實驗等手段,培養學生觀察力和想象力,讓抽象的知識形象化,便于學生理解和記憶.
3.總結歸納,掌握學習的一般方法
學生剛接觸到有機化學,興趣很濃.但由于有機化學的顯著特點是:多、雜、亂,其種類繁多、結構復雜、與生產生活聯系密切,使之成為中學化學的難點,會考、高考的熱點,其學習的方法又與無機化學的學習有明顯的不同之處.如果不幫助學生總結有機化學的特點及學習的一般方法,學生將很難入門.
(1)結構決定性質,進行歸納學習
有機化學學習的一般方法是:結構性質用途制法同類物質.因此,從結構出發,抓住官能團的特性是學好有機化學的關鍵.
例如,醛類物質的官能團為醛基(-CHO),由于醛基的特殊結構決定了醛類物質的化學性質為既可以發生還原反應(與H2加成反應)又可以發生氧化反應(銀鏡反應、與新制氫氧化銅的反應).而含有醛基的物質均可以發生上述反應,如:甲酸、甲酸鹽、甲酸某酯、葡萄糖、麥芽糖等都可以發生銀鏡反應.
(2)加強針對練習,及時總結規律
通過章節學習得來的知識是零散無序的,在一單元或一專題學完之后,幫助學生進行整理,多加強不同類型題的訓練就顯得尤其重要.教師要引導學生在練中找規律,在做中總結經驗,學以致用,觸類旁通,以提高解題速度,培養歸納能力.
①“價鍵守恒”原理即碳四鍵、氧二鍵、氫一鍵,這是推導、書寫結構式的重要依據.
②根據有機物的衍變關系:烴醇醛羧酸酯,推斷有機物的結構,找出衍變關系中的突破口,然后逐層推導得出結論.
③分子組成為中碳氫原子個數比為1∶[KG-*2]2的有機物完全燃燒后,生成的二氧化碳和水蒸汽的物質的量相等.
④具有相同最簡式的有機物,無論以何種比例混合,只要總質量恒定,完全燃燒時耗氧量和生成的CO2和H2O的量均為定值.
4.認真審清題意,加強解題指導
關鍵詞:高等師范院校;有機化學;教學團隊;建設
本科教學質量不僅是高等教育的重要內容,也是衡量一所學校辦學水平和能力的重要指標。高校專業教學團隊建設作為開展教學和科研活動的根本和基礎,是提高教學水平和質量的必要保證[1-3]。近年來,河南師范大學有機化學專業充分認識到加強教學團隊建設的重要意義和作用,在提高教學質量、提升教師素質、進行教育教學改革和“產、學、研”等方面進行了有益探索和實踐,團隊結構明顯優化,團隊成員的教學水平和科研能力明顯提高,尤其是在科研成果轉化為生產力、服務于中原經濟區建設方面成果顯著,走出了一條具有師范院校特色的教學團隊建設新路。2010年獲批國家級教學團隊
一、注重教學與科研能力提高,不斷優化團隊結構
我校有機化學教學團隊在近百年的建設中,在不同時期均有自己的特點和特色。特別是20世紀50年代以來,以留蘇博士蔡昆教授、葛洪教授為代表的有機化學團隊,在教學、科研、教材建設等方面取得了較好成績,走在了全國師范院校的前列。
進入新時期,我們在汲取和傳承老一輩教授優良傳統的同時,采取有力措施,不斷推進有機化學專業建設。
一是鞏固和提高現有教師的教學與科研能力。對于在職的已經有博士學位的年輕教師,積極推薦他們到國外知名高校或研究所師從名家做博士后研究;對于沒有博士學位的年輕教師,想辦法給他們騰出時間,讓他們去攻讀博士學位,以完成團隊成員學歷層次的提升。對堅持在教學科研崗位辛勤工作的教師,壓擔子、給項目、加大獎勵和資助力度,鼓勵他們多出成果,最大限度地調動其工作積極性。
二是下大力氣引進高水平優秀創新人才。并充分發揮他們科研水平高的優勢,在科研環境、隊伍配備、項目申報等方面給予大力支持,最大程度為他們營造良好的科研氛圍,讓他們全身心投入科研與教學之中。
三是組建與整合科研團隊,發揮團隊優勢開展科研工作。我們把有機化學教學團隊分成若干個小科研團隊,合理分工,利用各自特長,使得所有成員都能參與科研之中,快速產出高水平科研成果,提高團隊成員的整體水平。
目前本團隊已經形成一個老、中、青相結合的教學梯隊。團隊的學位結構、學緣結構、年齡結構、職稱結構均趨于合理,具備了較高的教學與科研水平。
二、積極參與教學改革,重視教學內容與教材建設
我校有機化學教學團隊面向化學專業本科生所開設的課程有:“基礎有機化學”、“有機化學實驗”、“波譜分析及實驗”、“有機合成化學”、“高等有機化學”等6門經典的專業課程(另外還有面向全院及全校開設的多門公共選修課)。多年來,大家一直致力于這些課程的教學改革,力爭使教學內容更貼近學生實際需要,更能服務于科技前沿新發展[4]。
課程要想建設成為精品課程,關鍵之一在于要有優秀的教材作為保障。近年來我們間隔選用胡宏紋院士主編和邢其毅院士編寫組編寫的《有機化學》,二者各有特色[5-6]。選用過程中我們根據教學計劃的時間安排和學生的需求進行了合理的節選,并在早期就為該教材配套編寫了習題解答。與此同時,我們根據學生需要和團隊教學風格,克服已有教材的編排體系與內容較為單一而又缺少適合學生入門學習的必備知識的缺陷,自主編寫了新教材。
我們每年在給本科生講課時都用這些自編的國家級規劃教材,并在使用過程中及時將國際前沿新發展增加進去,一是提高學生的學習興趣,二是隨時為第三次再版做準備,體現教材建設的連續性。
三、以基礎研究與應用研究并舉的特色科研促進教學,提高學生培養質量
教學與科研是相互促進的,一個高校教師如果不進行科學研究,他將很難把本學科的知識講深講透[7]。因此,我們特別注重教學與科研的緊密結合,要求教師要將自己的科研成果與全世界本領域的科研動態迅速引入本科生與研究生教學中,使教學內容盡早盡快地體現學科的前沿性與時代性,以科研促進教學,提高團隊成員的整體水平。
我校有機化學教學團隊的科研特色是基礎研究與應用研究并舉,教學特色是科研成果及時向教學內容轉化。
在基礎研究方面,有機化學教學團隊主要在各類藥物及其藥物中間體的合成、天然產物的分離提取與全合成以及化學合成方法學研究等方面下工夫。近5年來,我們團隊成員在國際SCI源期刊與國家核心期刊發表學術論文300多篇,其中在國際本學科領域影響因子4以上的學術期刊上發表50余篇,完成國家發明專利8項。2011-2012年我們連續2年每年拿到5項國家自然科學基金。2011年我們承擔的科研項目,包括“973計劃”前期專項、教育部創新團隊項目、教育部新世紀優秀人才支持計劃項目、國家自然科學基金項目以及河南省的杰出人才基金、杰出青年基金等縱向項目基金共計830萬元,再加上380萬元的橫向研究經費,可以達到團隊成員人均60萬元,這在全國師范院校的有機學科中名列前茅。通過這些科研項目所取得的科研成果又反饋到本科生與研究生的教學課堂,極大地豐富了教學內容,使學生受益匪淺。
在應用研究方面,我們主要進行創新藥的研制與開發、仿制藥物的研發、藥物中間體的生產新工藝研究等。前期我們已經獲得2個三類新藥的新藥證書,并均進行產業化應用于臨床。目前我們正在進行“治療腸炎與結腸炎的二類新藥——5-氨基水楊酸鋅”的研究,即將完成二期臨床,有望近期獲得國家新藥證書,另外還有一批仿制新藥的工藝正在研究中。這些藥物研究成果已經成為新鄉市三生藥業有限公司的主要技術支撐。另外我們團隊成員與新鄉拓新生化科技有限公司進行“產、學、研”聯合進行核苷類化合物生產新工藝研究,已經有15項生產核苷類化合物的新工藝被同行專家鑒定為國際領先水平或國際先進水平,為中原經濟區建設、地方經濟力量的提升作出了貢獻。與此同時,這些應用研究成果也保證了本科生的實習實踐。很多本科生由于基礎扎實、動手能力強,在實習期間就與企業簽訂了就業協議,免去了試用期;有的學生還提前利用高校文獻資料、儀器設備的優勢參與了企業的研發與技術改革項目,極大提升了我院學生的就業競爭力。
教學帶動科研、科研促進教學是高校教育模式的重心[8]。我們團隊以科研促教學的實際例子很多:
1.利用有機化學教學團隊成員擁有應用研究方面的系列成果,我們在大三下學期開設“有機合成品的產業化”選修課。主要講授多種有機合成品的用途、合成原理、國內外的合成方法對比分析、創新工藝的形成思路與實施過程、產業化的條件等。由于我們積累了大量的有機合成品實際產業化的例子,又有很多從事產業化的本學院校友的成功經驗,所以該課程講起來生動、有趣,選修率連年提高,學生就業觀念不斷轉變。
2.將科研成果轉化為本科生的綜合實驗。團隊成員在做國家新藥基金課題“裂葉苣荬菜的研究”時發現裂葉苣荬菜中含有大量的黃酮(槲皮素、鼠李素、蘆丁等),其中蘆丁的水溶性較好,又加上其具有抗炎、抗過敏、利尿、鎮咳、降血脂、抗癌、降低毛細管通透性與脆性等多種藥理活性,既可以作為藥物又可以作為保健品[9];并且多種植物中均含有蘆丁,槐米中蘆丁含量相當高,并且每年的7月份很多城市的黑槐樹上掛滿了槐米,資源豐富。所以我研究了從裂葉苣荬菜或從槐米中提取蘆丁的綠色工藝,并把它轉化為本科生的綜合實驗。實驗中用超聲波進行細胞破壁,用石灰水做提取溶劑,用水做重結晶溶劑,用高效液相色譜做含量分析,用紫外光譜、紅外光譜及核磁共振譜做結構分析[10]。整個實驗綜合了有機化學、分析化學、波譜學等多種知識,并且該實驗無毒、無害,完成實驗后滿屋清香,產品有益于人類且易于回收,實驗貼近生活,很受學生歡迎。
3.本科生進入教師的科研課題做畢業論文。經多次教學計劃的修訂之后,本科生在大二時就可以進入教師的科研課題進行實際動手操作。他們在業余時間進入實驗室,結合大學生創新實驗項目,很多本科生在畢業前就發表了學術論文,完成了高水平的畢業論文。此舉極大地提高了本科生的培養質量。
四、關注青年教師與師范生教學技能的培養,提高學生就業競爭力
加強對本科生教學技能的培養是師范院校的特色教育,而要想提高學生的教學技能首先要提高教師的教學技能。
對于新入校的青年教師,我們進行教學崗培訓,并指定老教師進行傳、幫、帶,快速提高青年教師的教學質量和科研水平。我們首先組織團隊成員集體聽三次課:第一次聽課教他如何備課、如何做PPT課件、如何板書設計;第二次聽課主要教他如何講好一節課,怎樣把學生教會;第三次聽課教他怎樣提高教學質量,怎樣調動學生的學習積極性和學習興趣,如何打造一節優質課。進入實際課堂教學后,指派一名老教師跟蹤聽課指導,直到該青年教師有能力參加全校、全省的青年教師教學技能大賽,并拿到優異的成績。目前我們有機化學教學團隊的成員中已經有11位先后獲得過校級與省級的教學技能競賽獎。
學生教學技能的提高依賴于高水平的教師指導與教育實習環節。我校對師范生8周的教育實習由原來的8周全到中學去實習改為“2、5、1”實習模式,即前2周在本校,中間5周到中學,最后1周回到本校的三階段模式。該模式已經在全校推廣并應用至今。實習過程中前2周在本校分成小組,由教師具體指導,學生從備課的方法、教案的寫法、板書要求、課件制作、知識點分析等著手,每1個學生選1節課,完成備課教案后,面對本小組的同學與指導教師講課,教師與同學評課,2周時間可以使同學們初步學會備課與講課。中間5周到中學后,在中學教師的指導下,真正面對中學生講課,使他們講課水平提高很快。最后1周回到本校總結與講課比賽,同時選出參加全校和全省講課比賽的學生。我們團隊所指導的本科生曾多次獲得校級與省級教學技能大賽獎,其中曾連續3年獲得河南省師范生教學技能大賽一等獎。2011年我們指導的本科生又在“第四屆‘東芝杯’中國師范高校理科師范生教學技能創新大賽”中獲得全國第二名的好成績。
在學校外部政策引導和教學團隊自我激勵下,河南師范大學有機化學教學團隊著重在優化團隊結構、加強課程建設、提高學生培養質量、提升教師教學與學生就業競爭力等方面進行了有益的探索和實踐,在“產、學、研”方面取得較為顯著成果。在未來專業教學團隊建設和發展中,我們將繼續堅持統籌規劃、科學管理、團結協作、共同推進,發揮國家級教學團隊的示范作用,真正實現提高教育教學質量的目標。
參考文獻:
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[2] 王正斌,汪濤. 高校教學團隊的內涵及其建設策略探討——西北大學教學團隊建設的探索與思考[J]. 中國大學教學,2011(3):75-77,86.
[3] 蔣建平,劉文白,吳相豪等. 本科生課程教學團隊建設的必要性分析[J]. 科技資訊,2012(4):226.
[4] 郭海明,王曉兵,渠桂榮等. 基于市場需求和個性培養 構建高師本科化學專業分類別培養模式[J]. 中國大學教學,2010(2): 22-24.
[5] 胡宏紋. 有機化學(第3版)[M]. 北京:高等教育出版社,2006.
[6] 邢其毅,裴偉偉,許瑞秋. 基礎有機化學(第3版)[M]. 北京:高等教育出版社,2005.
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