石油化工院校有机化学综合设计实验教学

摘 要 ：对石油化工院校的有机化学综合设计实验教学进行探索.实验内容选择有代表性的有机化学反应类型及实验装置,大部分实验都将合成、分离、提纯、物性的测定和波谱鉴定等环节串联成一体.从注重研究方法,重视实验预习指导,提高学生实验技能几个方面改进合成实验教学,取得了良好的教学效果,有效地培养和提高了学生独立分析问题和解决问题的能力,锻炼了动手能力,训练了思维能力.

关 键 词 ：石油化工；有机化学；综合设计实验；教学探索

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 我校是一所以石油化工为特色的省属综合性大学,有机化学实验是我校化学化工类专业的必修专业基础实践课之一,每学年全校有14个专业40多个班级开设此课程.有机化合物的合成是有机化学实验教学内容的重点,属于综合性实验,目的是使学生掌握并熟悉基本操作与典型的实验制备方法,学会一些难度较大的新的合成方法与实验技术,培养学生独立工作的能力,实事求是的科学态度,以及认真、细致、敏捷的工作作风,养成保护环境等意识.设计性实验,只给出实验目的与要求,学生必须通过查阅参考文献,撰写实验方案,经指导老师审查通过后独立开展实验,对于实验过程中发现的问题尽可能自行解决.该类实验完全摒弃了在以往实验教学中常用的保姆式教育,放手让学生去设计、思考,独立自主地解决实际问题,动手能力得到显著提高.我校学生开设的综合性与设计性实验的课时数占总有机化学实验课时数之比达到80%以上.教师和学生普遍反应该课程体系设计科学,学生在基础理论和实践技能培训方面得到全面、系统地训练.

一、课程的目的及要求

综合与设计性实验目的是训练学生对基本操作和理论知识灵活的综合运用,掌握有机化合物的合成、分离、提纯及鉴定方法；培养学生严谨的科学态度和良好的实验习惯.以有机合成为主,教师给定目标产物,学生按照老师给定的实验要求,运用所学知识,通过查阅资料,独立（或在教师指导下）撰写实验方案,拟定实验步骤,准备实验所需物品,完成实验并写出完整的实验报告.

二、实验内容的选择

1.实验的类型.在选择实验内容时,实验的类型基本分为两类：（1）有机化合物的制备及表征.（2）植物中提取与分离天然有机物.有机化合物的制备,在课时数不多的情况下尽可能做到两个兼顾.首先是兼顾有代表性的有机化学反应类型,例如：（1）酰基化反应（乙酰苯胺的制备,阿司匹林的制备）.（2）酯化反应（乙酸正丁酯的制备,苯甲酸乙酯的制备）.（3）亲核取代反应（1-溴丁烷的制备）.（4）氧化反应（苯甲酸的制备）.（5）康尼查罗反应（苯甲醇和苯甲酸的制备）.其次是兼顾各种重要的合成装置及操作,涵盖了分别带分馏柱、带气体吸收、带电动搅拌、带分水器的回流装置；水蒸气蒸馏装置（从肉桂皮中提取肉桂油及其主要成分的鉴定）,索氏提取装置（茶叶中咖啡因的提取）,蒸馏装置,薄层色谱（薄层色谱法分离绿色植物天然色素）.有机物的鉴定既有物理常数测定（熔点、沸点,折光率）,也有采用化学方法鉴定,有机波谱分析（红外光谱,质谱）.大部分实验都将合成、分离、提纯、物性的测定和波谱鉴定等环节串联成一体.

2.实验微量化.改变了部分实验的投料量,进行微量或半微量实验,降低实验成本,节约实验时间,大大减少实验污染,潜移默化地培养学生利用资源、绿色环保的科学发展观.

3.根据低毒的原则选择原料及溶剂.鉴于实验室的条件不太完善及实验班数及人数多的特点,在不影响实验效果的前提下,尽量选择低毒性的原料及低毒易回收再用的溶剂.如苯甲酸的制备我们采用苯甲醇替代甲苯；苯甲醇和苯甲酸的制备萃取剂我们采用石油醚替代；酯化反应的带水剂、茶叶中咖啡因的溶剂的种类也是基于这个原则去选择.

三、改进合成实验教学

合成实验教学安排在基本操作的教学之后,学生已具备了一定的技能,但不能熟练掌握,动手能力和独立解决问题的能力较差.以往的教学是教师先讲实验目的要求,分析实验原理和可能出现的问题,学生进行操作实验,教师巡视指导.此方法虽然使学生的基本操作得到训练,但仅仅是完成实验内容,缺乏良好的思维训练.学生在实验中遇到问题不会分析思考,动手解决,创造性得不到发挥,这在以后的毕业论文实践中充分暴露出来.针对教学实际,我们逐渐摸索出解决问题的方法.把科学的思维方法贯穿于教学中,形成“以学为主,以教为辅,思维训练为主线”的教学原则.

1.建立有机合成反应研究的基本思路.在合成与制备实验中,应培养他们树立以实验为基础的科学研究思想及设计实验的能力,逐步学会化学研究的实验方法.例如：由乙酸和正丁醇制备乙酸正丁酯的实验,通过分析可知为平衡反应历程,根据平衡反应的知识,采用过量的醇,或除去反应生成的水的方法提高产率.

2.加强对学生实验预习的指导,提高预习效果.对学生预习要求认真阅读教材,独立思考,发现问题,提出问题,能够预知实验成败的关键.教师根据学生的讲解给学生判定预习成绩.一个有机反应能否进行反应条件（外因）的选择与应用十分重要,例如：由正丁醇、溴化钠和硫酸制备1-溴丁烷的实验.浓硫酸用量的大小.学生通过思考得出反应速度取决于两物质的浓度,这就要求有更高浓度的氢溴酸,因此需要过量的硫酸；硫酸的浓度和用量是否越多越好?引导学生进一步讨论,最后小结对硫酸量的要求：适当过量,浓度适中.

3.提高学生实验技能.我们把基本操作技能的训练摆在提高学生实验能力的首要位置,实验中耐心指导,严格要求,细心观察每一个学生的操作,发现不规范的及时纠正并给予示范.通过一些相关联（理论、装置、操作）但又有差别的实验进行反复练习,强化训练,达到规范化的要求.如制备实验做到装置合理,操作规范,台面整洁有序,实验习惯好,知道废物回收处理,防止有机物的挥发和毒性,认真操作,及时记录.积极互动、合作的实验也培养了学生的协作能力.实验过程中学生实验时间有时会相差到一个小时,教师应帮助他们分析原因,鼓励他们“胆大心细”,在做好预习工作的前提下,大胆实验,提高实验技能的目的.

四、教学效果

上述教学方法的实施极大地调动了学生做好实验的积极性和主动性,有效地培养和提高了学生独立分析问题和解决问题的能力,锻炼了动手能力,训练了思维能力.在实验的过程中,学生积极主动地动手操作,对出现的问题认真思考,分析原因想办法动手解决.一些实验结果不理想的同学,能在教师的指导下分析失败的原因.从实验报告来看,思路清晰较为严谨,个别同学还有独到之处,已初步学会了有机合成反应研究的基本方法,并使自身的科学素养得到一次系统的训练,这在以后学生课外科技创新及毕业论文设计中表现出良好的教学效果.