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[關鍵詞]研究型大學;有機化學;教學探索;創新能力
在我國工科院校,不論理科方向還是工科方向,有機化學都是相關專業的基礎課,有機化學的教學在學生的知識體系中占據著舉足輕重的地位。同時,有機化學教學的實踐與探索一直在進行,經過幾十年的發展與改革,市面上針對有機化學的教材層出不窮,但萬變不離其宗,歷來有機領域所建立起來的基礎知識、基本原理不變,仍然是我們教學工作者需要講授的基本內容與重點,也是對學生提出的基本要求和研究型大學要求學生所必須理解、掌握與融會貫通的基礎知識。在信息化技術改革與飛速發展的今天,學生獲取知識與信息的手段和方法比以往發生了天翻地覆的變化,這就對我們現在大學課堂的教學模式與方法提出了更高的要求,特別是對于工科專業基礎課的教學,不僅要與時俱進,更要推陳出新,從課程中引導學生的創新能力培養與課本知識學習無縫銜接。但目前存在這樣的問題:一是學生群體用于科學文化知識的學習意識和學習能力發生了較大的質變。近幾年來,高?;旧嫌瓉砹藲v史上獨生子女比例較高的一批批大學生,個性強但獨立性也稍差,用于對課本知識學習的時間不多動力不足[1]。二是先進電子科技的發展,查文獻搜索科技信息以及互相之間的信息交流更加便利和及時,為學生提供了便利的同時卻也給學生帶來了消極的影響,多數學生基本不動手做筆記,而是依賴于教師的課件及希望教師所劃出的考試重點,對化學反應的機理理解不透甚至不理解。三是由于課時的壓縮,系統復習的時間不夠,造成學生復習的倉促和顧此失彼。四是理論教學內容乏味單一,無法與基本的生產生活實際相聯系,引起學生感興趣的新東西新內容太少,教學效果不好[2]。基于這些問題,結合我校實施研究型大學發展模式的啟動,我們從教學內容方面突出工程特點、教學方法方面實踐有效學習、教學手段上引入新式工具及教學目標上注重培養學生創新能力四個方面對有機化學教學進行了初步的探索與實踐,建立了一套適合于工科專業的有機化學教學模式,增強了學生對有機化學的學習興趣,提高了教學質量。
1教學內容上突出工科特點
有機化學就是研究有機化合物的化學,是研究有機化合物的來源、制備、結構、性能、應用及其有關理論和方法的科學。有機化學不僅是化工專業的重要基礎課,也是我校礦物加工專業和環境工程專業的必修基礎課之一。在人類更加關注地球的生存環境和追求無害化生活質量的今天,有機化學的地位已經越來越突出,其原因是多類行業的污染排放控制中毒害最大也是最難處理的那部分有害物質大多與有機結構的物質有關,因此對有機物質的認識、研究與分析是實現可持續環保化發展所必備的知識與技能[3]。有機化學教學已經延續了上百年的歷史,教學內容幾十年不變但工科性不強,因此,對于我校研究型工科大學的特點,在教學內容安排上我們突出工科特點,由基本的有機合成原理引伸出這些原理在最新的科研領域中的應用,即能引發學生極大的課堂興趣,又能拓寬學生的知識面,為后續專業領域的研究奠定一定的基礎。首先,對教學內容進行精簡和側重點劃分式講解。目前,我校有機化學課程選擇的是由徐壽昌主編的高等教育出版社的《有機化學》作為教材,并且根據我校學科特點及調整后的培養方案,將前十七章即從緒論、烷烴至雜環化合物作為教學內容,該教學內容的設置是按官能團分類方式進行安排,從各章的內容結構來看,基本上每章內容分為三大部分,第一部分為含有相同官能團的有機化合物的基礎性質,包括分子結構、構造特征、物理性質和波譜特征等;第二部分為相同類官能團有機化合物的制備方法與反應、化學性質與反應機制,此部分是有機化學的重點內容,也是有機化學教學的核心部分;第三部分為含有此類官能團有機化合物的典型代表。根據這樣一條主線,每章內容都有相同的規律性,便于學生總結歸納,同時把章節之間相互交叉的內容前后滲透著講解,比如后面章節有機化合物制備的化學反應與前幾章節化合物化學性質的反應部分相互重疊,講課時進行了簡化合并,讓學生一目了然。從工科體系對有機化學知識的要求來看,每章的第一部分為物質基礎知識,內容基本雷同,這部分在緒論的有機化合物的分類和命名中系統講解后,后面章節不再累贅,完全可以靠學生自學解決,既能訓練學生的總結歸納能力,又能讓學生學會自己思考得出其中的規律性,有助于對基礎理論的理解、掌握與記憶。而第三部分內容則相對簡單易懂但又有些過時和繁瑣,因此完全可以不放在課堂講解,只作為一種常識留給學生自學,把更多的課堂時間用于擴展第二部分內容并向工科基礎延伸。其次,對重點內容突出工科特色,強化有機化學在實踐中的作用。工科最大的特點在于通過學習化學反應借助于工藝過程不僅僅是解決能得到什么,還要從原材料的來源、工藝路線、條件、以及產率等多方面考慮,而這些工程特點的內容通過引入有機化學最新的科研動態和應用成果體現出來,這也是最能引起學生極大學習興趣的方式之一。大學生的課堂教學,調動學生的學習興趣是教學過程中最為重要的一個方面,在精簡教學內容、適當刪除部分過時和繁瑣部分內容的背景下,將經典有機化學理論與相關學科前沿發展相結合,適當交叉講述與有機化學關系密切學科的新成果、新方法和新技術,如材料、環境、食品、能源等等,讓學生感受到有機化學與我們身邊的生活息息相關,既能激發學生聽課與思考的動力,引發學生的興趣,又能使學生充分體會到所學知識的實用性。例如,講解“苯酚與羰基化合物的縮合反應”時,這歷來都是學生最難以理解的幾個反應之一,很可能因為難以理解而導致學生逐漸失去了興趣,有些學生甚至放棄了這一部分,造成對這部分內容教師難教、學生難學的局面。為此,我們首先以生活中最新發生的事例——雙酚A事件開始:有機化合物雙酚A是世界上使用最廣泛的工業原料之一,在塑料制品中添加雙酚A可以使其具有無色透明、耐用、輕巧和突出的防沖擊性能等特性,廣泛用于水瓶、奶瓶、牙齒填充物等??墒亲罱l生部明令禁止生產雙酚A塑料奶瓶,而且這個禁令最早由歐盟提出而且已經在歐盟實施半年,但雙酚A依然以其不可替代的優點廣泛應用于其他方面。那雙酚A又是什么呢?雙酚A正是“苯酚與羰基化合物的縮合反應”的一種產物,由此切入這一反應類型機理的講解,將復雜繁瑣的有機反應機制與生產生活實際產品相結合,不但可以激發學生的好奇心,更會讓學生帶著強烈的求知欲在腦海里留下深刻的印象,并為后續課程中雙酚A作為原材料去制備環氧樹脂的工程路線的學習做好了鋪墊。當然,諸如此類的反應機制大多都能與生產生活中的實例相結合,這些突出工科特點的教學內容既能強化基礎又能保證教學內容的科學性和先進性,使學生充分體會到所學知識的可用性。再者,教學過程中滲透綠色化學,增強環保意識。有機化學的基本反應類型中有些化學反應盡管典型但后來在應用過程中綜合考慮環境污染問題,已經過時或基本已被淘汰,對于這些反應,在教學過程中可以適當弱化其地位,只作為了解性內容介紹;同時,結合講授內容適時補充一些綠色有機合成路線,提高學生的環保意識,使其感受到有機化學發展具備良好的應用前景。例如,酯交換反應是有機化學反應中的一大類,如聚碳酸酯的合成,作為一種工程塑料,聚碳酸酯是五大工程塑料中增長速度最快的,有機化學課程中是由雙酚A和光氣(COCl2)的酯交換法來合成,而Tundo報道了一種經酯交換和縮聚反應的綠色合成路線,先用二氧化碳代替光氣生產碳酸二甲酯,然后在固態熔融狀態下由雙酚A和碳酸二甲酯聚合生產聚碳酸酯。此工藝取代了常規的光氣合成路線,并同時實現了兩個綠色化學目標,一是不使用有毒有害的原料,二是不再使用可疑的致癌物——甲基氯化物作為溶劑。通過這樣的實例使綠色化學的概念深入人心,讓學生意識到有機化學反應具備廣闊的可持續化發展的空間,同時也賦予了學生將來從事創新活動的思考空間,學生對此充滿興趣,保證和提高了教學質量。
2教學方法上踐行有效學習
有機化學教學內容多、基本概念和理論復雜,需要記憶的化學反應又多,因此,課堂講解起來顯得比較零散,尤其是講到后面幾章時,學生也失去了耐心,造成了前后混淆或者是學了后面忘了前面的局面,復習的時候也是越復習越沒有信心[4]。但仔細研究發現,按照官能團分類的教學內容安排,章節內及章節之間內容的規律性還是比較明顯的,因此,根據多年教學經驗總結,我們在教學過程中采取了隨時總結歸納的方式,把前后交叉的內容串聯起來,合理科學地安排在有限的課時內,這樣能激發學生課堂學習效果的最優化,引導學生將重要的知識點都能在課堂上最大化地消化與吸收,達到有效學習。例如:(1)對乙烯的氧化反應產物,不同條件下有不同的氧化機制和產物,學生對此總是把握不好。為此,我們在綜合了所有章節內容的基礎上,對烯烴的氧化反應條件及相應的產物進行了歸納,如圖1所示,這張圖就讓學生有了清晰的區別式記憶,不容易混淆而且對知識點的把握更加牢固。(2)有機化學中兩大類型的四種反應貫穿教學內容的始終,包括親電取代、親電加成、親核取代和親核加成四大反應,其反應機理及反應發生的方向與快慢的影響因素這部分知識是教學中的難點,也是最容易讓學生感覺到雜亂無章的內容。為此,我們采取了逐級總結、分步展開的方法進行講解,先對鹵代烷烴的化學反應總結,三類反應:親核取代反應、消除反應和與金屬的反應;再對三類反應進行分類總結,如鹵代烷烴的親核取代反應歸納如圖2所示。這樣的講解與總結方式,很好地梳理了各類型反應特點、機理與影響因素,如圖2所示,對學生理解與掌握難點內容起到了一目了然的作用,不僅記憶起來容易而且能讓學生即時在課堂上把這些內容消化掌握,提高了課堂學習效率。(3)醛酮類的化學反應和β-二羰基化合物的化學反應是有機化學教學的重點,在整個有機體系中占有舉足輕重的地位,其所參與的化學反應是有機工業的基礎與紐帶。但教學過程中研究發現,學生對這部分內容特別容易混淆,分辨不清,甚至無法正確掌握其反應機理和反應產物。為此,我們對醛酮類官能團的羥醛縮合反應和交叉歧化反應與β-二羰基化合物的合成即“三乙合成”反應進行類比式總結歸納,前后對照,找出其中的差異化,使學生對不同類型官能團的反應機理及產物有了明確的辨別與分析,同時記憶,達到了高效地掌握重點記憶重點,學生也在最短的時間內理解并掌握了這一部分即是重點又是最為復雜的內容。通過這種逐級歸納、分類總結及類比式、區別式歸納教學方法,能讓學生對每一部分知識點都一目了然,有助于學生更快更牢固地理清容易混淆的內容,既提高了學生的學習效率,做到了課堂上有效學習,又培養了學生自主的歸納總結能力。
3教學手段上拓展新型科技渠道
信息化技術的應用為各行各業的工作帶來了前所未有的智能化工具,將其充分地應用于教學工作中,也必將使教師的授課方式和學生的學習方式發生深刻的變化,這些變化為我們開創了新的途徑和教學模式。同時,學生對信息化工具的使用已經成為常態,觀看和應用手機、電腦等影像與視頻也越來越方便和快捷,因此,我們所采用的教學手段完全有條件拓展更多更好更新型的信息化科技渠道。首先,電腦多媒體教學手段已經很好地呈現出了其優越性,在有機化學的教學工作中發揮了其不可替代的作用,因為有機化學涉及大量的物質結構、分子構象、反應機理等抽象性的概念,這些空間結構不能只靠平面式的講解和學生的想象力去理解,而是在通過多媒體在教學課件中通過圖片、視頻及動畫的方式,對開拓學生的空間意識、加深學生對抽象知識的理解與掌握起到了至關重要的作用,很大程度上激發起了學生的求知欲,更愿意去思考和提問,活躍了課堂氣氛的同時提高了教學質量。再次,我們將新型的有機化學軟件引入到教學工作中,如ChemDraw、ChemWindow、ChemOffice等,這些桌面化學軟件不僅能更加準確形象地描繪出有機化合物的分子結構,還能夠以動畫和三維Flash的形式展現出分子結構的3D空間及分子軌道形成過程。這些軟件的使用豐富了多媒體教學的內容,使多媒體更加形象生動,由此制作的多媒體課件更加美觀內容更加充實和飽滿。與此同時,教師還引導和鼓勵學生自學使用這些軟件中的一種或幾種,增加學生對電腦的應用技能,學生對此也有濃厚的興趣,因為這對學生將來的畢業論文設計環節和工作環節都頗有幫助。另外,微課是最新發展起來一種教學方式,以其靈活方便、針對性強、教學時間短和與教師隨時互動的特點,深受學生喜歡。在網絡、信息與通訊技術快速發展的時代,微課在大學教學中作為傳統課堂學習的一種重要補充,可以為學生拓展學習資源,實現個性化差異化教學,滿足不同學生對不同知識點的按需學習,幫助學生鞏固課堂學習內容并進行自我查缺補漏,尤其對對學有余力的學生起到了更大的幫助作用。比如我們用微課建立了涉及格利雅(Grignard)試劑的各種合成反應,并把由此建立了一張合成各類有機化合物的網狀散射圖,將各種醇(伯、仲、叔醇)、羧酸及酮的合成方法、合成路線與合成機理呈現得淋漓盡致,微課里的視頻將授課內容大幅濃縮,將簡單易懂的知識點去掉而僅保留難點重點,學生能夠做到專注地記憶與思考;同時附有習題與測試可供學生加以鞏固,這在接下來有機合成題的課堂練習與檢測中明顯地體現出來,以往學生對大部分有機合成題目都感到無從下手,不知道從哪里開始,不知道用哪類簡單有機物質去合成,更不知道用什么方法或路線來合成,而通過這樣的方式授課,既讓學生抓住了課堂內容的主線又讓學生有了充分的獨立思考與分析的時間,針對不同的有機合成題學生能夠做到分步分析,逐步找出正確合理的合成路線,始終保持思路清晰。微課不僅是一種教學模式,更是一種學習方式,即提高了學生的學習效率,又提高了教師的授課效率,它提供了一種可以讓學生自主學習、可以隨時跟授課教師溝通交流、可以讓學生進行探究性學習的平臺。
4教學目標上注重創新能力培養
大學在教育歷史的延展中承擔了育人、科研、服務的職能,研究型大學的本質就是“研究與教學相結合”,其發展目標必然是把研究放在首位,在大學的本科階段即提供全面的學位計劃,寬基礎的學習也是為今后的科學研究打基礎做鋪墊。因此,作為專業基礎課程的有機化學,我們在講授過程別地提出對學生創新能力的培養,這是研究型大學今后發展的必然趨勢,也是為培養多層次人才所必備的教書育人模式。現代社會是個發展突飛猛進、競爭異常激烈的時代,當代大學生不管是將來走向科研領域還是進入社會,其未來的發展前景必將依賴于創新能力,學生創新能力的培養自然而然成為教學工作目標的重要組成部分。我們將有機化學課堂內容、實驗課與大學生創新實驗訓練相結合,針對目前學生在創新實踐過程中出現的問題與不足,在有機化學教學中研究并設計了引導學生創新意識培養其創新能力的教學方式。在教學中注重學生創新能力培養方面,首先,當今大學生想象力豐富、思維活躍,總是想追求新穎的東西,但由于他們的知識面不夠寬、對行業認知不深,無法把所學知識與行業中的發展需求相聯系,從而缺乏創新的源泉和創新性思維的方式。為此,我們在教學過程中及時將所學有機合成反應與相應行業的最新發展相聯系,引導學生結合行業中需要解決的問題自己思考。如“單環芳烴”這一章,在講到單環芳烴的來源時,學生了解到苯及其同系物主要來源于煤的干餾分解產物,為了讓學生更多地了解與之相關的行業發展動向,我們在此引入了目前研究最熱的課題之一——煤燃燒過程中的結焦與結渣問題,這是影響燃煤發電廠的經濟效益和安全運行的嚴重問題,要求學生與課堂內容相聯系,思考如何去研究,同時與前面章節講到的紅外光譜前后呼應去分析結焦與結渣與哪些因素尤其是哪些有機物質有關,可以采取哪些研究方法去發現、分析并解決問題。同樣的例子,我們在講到“羧酸及其衍生物”一章時,其中一部分有機化學反應學生在高中已經學過且有些反應產物已經被淘汰或過時,在此,在精簡課堂教學內容的基礎上我們適時地引入與羧酸衍生物相關的材料科學方面的最新研究動向,即一種新型的超塑化劑——聚羧酸系高性能減水劑(PCE),它是一種新型建筑材料添加劑,以減水率高、保坍性能好、強度增長快等特點被廣泛用于配制超高強混凝土、高流動性及自密實混凝土,其分子結構與合成路線與本章內容息息相關。通過這些問題的引入,既能讓學生接觸到了學科發展的前沿,又能為學生的創新思維提供素材與源動力,同時教育學生要善于自己利用和創造條件,充分發揮自己的特長,把握本學科最新發展的動態和相關學科知識的橫向關系,由此學生的創新意識與創新能力才能夠得到進一步發展。再者,創新能力培養光有創新靈感和熱情是遠遠不夠的,還必須學習、掌握并具備相應的創新技能以及持之以恒的信心。為此,我們為充滿創新意識又學生余力的學生提供了實驗平臺,培養學生的動手能力和運用創新科技的方法,比如上面所提到的“羧酸及其衍生物”部分,教學過程中摒棄了過時的和學生高中所學過的部分內容,而將“聚羧酸減水劑的合成”作為這一章節內容的拓展教學,鼓勵并指導大學生發揮其敏捷的思維與創新思想、大膽地去嘗試新的合成工藝路線,不怕失敗還是從失敗中總結規律和經驗,通過學生堅持不懈的嘗試與創新,通過不斷失敗的合成路線的實驗摸索,綜合分析了各種合成工藝條件及對合成的產品的評價后,發現了一種新的合成工藝即低溫合成聚羧酸減水劑的方法。因此,在現有的高等教育體制與教學模式下,學生的創新能力是在學習基礎知識的基礎上,通過教師在教學過程中適當的引導與啟發而培養起來的??傊?,通過多年的有機化學教學經驗體會,我們在教學內容、教學方法、教學手段及教學目標的研究、探索與實踐,很好地結合了我校研究型大學培養工科技術人才的要求,優化了教學內容,改善了課堂教學效果,提高了有機化學的教學質量。當然,有機化學的教學建設與改革仍在不斷地向前發展,需要我們不斷地提高教學水平,使課堂教學更加充滿活力,從而提高教學質量,培養更多的創新型合格化工專業人才。
參考文獻
[1]劉濤,杜榮斌,孔學軍,等.突出工程教育特點的有機化學教學改革-以化學工程與工藝為例[J].廣東化工,2014,41(21):263-264.
[2]張軍,王啟寶,王立艷.礦物加工工程專業有機化學課程建設的探索[J].大學教育,2015(4):164-165.
[3]陳立根,顏秀花,張紅,等.化工專業有機化學教學改革的研究與實踐[J].廣東化工,2014,41(21):268-269.
1.抓住官能團,理解物質性質
有機物有數百萬種之多,在復習中不可能具體到每一種有機物,更不可能逐一認識它們的性質,復習中必須從物質的結構出發,抓住決定各物質特性的官能團。
(1)逐一認識官能團的結構,掌握含有相同官能團的物質的通性,并通過典型物質性質去類推同一類其他物質的性質。如,對“―COOH”的認識,應具體到不論含“―COOH”的有機物有多么復雜,必然都具有酸性和酯化反應的性質。
(2)注意比較含有同種官能團有機物的性質,理解官能團由于受到不同基團的影響而表現出的性質差異。如,“■”與氫原子相連時具有還原性,也有氧化性,但與烴基相連時一般不表現氧化性。
(3)理解官能團所決定的物質性質受外界條件制約,外界條件不同,含同一官能團的物質表現出的性質不同。如,乙醇是含“―OH”的化合物,在140℃和170℃時表現的性質不同。
2.弄清反應部位,領悟反應實質
復習有機化學,對重要物質的性質和反應,不能只停留在單純的記憶上,應明確每個化學反應所發生的部位,弄清每個參加反應的原子或原子團的來龍去脈,化學鍵發生變化的部位。復習中,要通過弄清反應部位:
(1)全面領悟反應的規律。
(2)明確有機反應類型。如,化學反應CH3COONa+NaOHCH4+Na2CO3,只有從反應部位上才可能斷定該反應為取代反應,同理可從反應部位上判定酯化反應與縮聚反應都是取代反應。
(3)判斷反應的可能性。如,從乙醇消去、氧化反應的部位來看,可知CH3OH、■不能發生消去反應,■不能發生氧化反應。
3.理順衍生關系,編織知識網絡
不同類型的有機物之間,不是彼此孤立的,而是有聯系的,它們之間往往存在相互轉化的衍生關系,復習中必須理順常見有機物間的衍生關系,通過編織知識網絡來建立較為豐富的知識體系。
(1)復習中要注意通過性質――制法這條線索,加強有機物聯系。往往一種有機物的性質是另一種有機物的制法,如,乙醇的脫氫氧化,即是工業制乙醛的方法,乙醇與乙酸的酯化反應,即是乙酸乙酯的制備原理。
(2)復習中要掌握一般衍生物關系中的特殊關系,使知識網絡更加明晰。如,醇發生消去反應生成烴,烴與水、鹵化氫加成可以生成衍生物,丁烷可以制乙酸,羥基在鏈端的醇可被氧化為醛等,都是較為重要的特殊衍生關系,復習中要設法挖掘。
4.分析異構方式,認識同分異構現象
同分異構體的書寫或同分異構體數目的確定是有機化學的重難點之一,也是高考必考的基本知識點。如何認識同分異構現象,提高解題能力,在復習中必須注意結合實例分析常見的同分異構體的異構方式,在分析中模仿、創造,總結經驗,學習技巧。
(1)要結合常見的有機物類型,分析同分異構的一般方式,如烷烴只有碳鏈異構,烯、炔、醇、醛、羧酸既有碳鏈異構,還有官能團的位置異構和類別異構等。
(2)要結合具體物質認識幾種特殊的異構方式。
(3)要通過分析各種異構方式,將積累的經驗遷移運用到實際中去。
5.研究實驗過程,學會實驗分析
有機化學系列實驗經常出現在各類考試題中,考核的內容往往以實驗分析為主,分析產物種類,特別是副產物的產生,分析實驗現象,特別是實驗異?,F象分析,還有失敗原因分析,過程異常分析等。因此,高考有機化學實驗復習,不能孤立于有關的實驗過程之外,要認真研究實驗過程,通過全面分析實驗過程,來提高實驗分析能力。
(1)要注意捕捉實驗過程中的異常,并設法解釋異常。如實驗室制乙烯過程中往往有兩個異常,一是濃硫酸與乙醇混合后,溶液由無色變棕色;二是加熱不到170℃便有可使溴水褪色的氣體產生,顯然第一個異常是由于乙醇的炭化,第二個異常是因為產生了SO2氣體。
(2)要對實驗條件的選擇、反應物的加入方式、裝置的裝配以及副產物的出現等,多想多思,多問為什么。
6.培養自學習慣,提高解題能力
高考有機化學試題多數是以信息給予題(又稱材料題)形式出現的,信息給予題則要求考生通過“現場自學”有關信息,結合舊有知識而實現解題,它是考核考生自學能力的一類重要題型。由于高考有機信息題多與現代科技成果相聯系,“信息”也是一年一新,因此,高考有機化學復習不能也沒有必要將所有“信息”一一掌握,更不能做遍每一個信息給予題,必須注重培養良好的自學習慣,不斷提高自學能力。
有機化學復習過程中,良好自學習慣的培養,往往是通過解答典型有機信息題來實現的。在解題中:
(1)穩定情緒,懷著一顆平常心認真研讀題給信息,不能因一時的“丈二和尚摸不著頭腦”而緊張恐慌,因為新信息要么與解題無關,要么通過自學可以學會。
(2)要結合題給要求,分析信息,加工信息,并對信息進行去偽存真的思維處理,并將有價值的信息迅速準確地遷移到要解決的實際問題中去。
7.立足典型計算,總結計算規律
有機化學計算與無機化學計算相比,有許多特殊性:很少依據特定的化學方程式解題;往往對邏輯思維能力要求較高;計算題型多,計算量小。因此,在有機化學復習過程中,要安排一定的時間去見識典型的計算題型,在解題過程中總結有關規律,這是有機化學計算復習省力又省功的方法。
(1)在一題多解中選擇最優化方法,總結出適用于一類題的解題規律,并加以應用。
關鍵詞:綠色化學理念;化工專業;有機化學;實驗教學
綠色化學也可以稱為環境無害化學或者是清潔化學,其對有害人類健康、生態環境的原料、溶劑及副產物等盡量少用或者是不用,綠色化學理念是不再使用有毒、有害物質,也不產生廢物等等,從源頭上阻止污染。有機化學實驗教學與綠色化學關系緊密,許多高校的有機化學實驗室教學存在一些問題,排放較多的污染物,污染了生態環境,應及時解決好這個問題,使綠色化學理念滲透其中。
1化工專業有機化學實驗教學貫徹綠色化學理念的必要性
實驗是化學教學學習的基礎,對于有機化學教學來說更是如此,有機化學實驗中常常會用到一些酚類、芳香烴及醛等一些有害、有毒物質。學校的有機化學實驗室空間較小,而做實驗的學生較多,因此在其做實驗時會產生并擴散較多的有害物質,這些物質會污染教學環境,不僅危害師生健康,也不能很好地培養學生的環境意識。此外,有機化學實驗過程中會產生大量廢氣、廢水及廢渣,這些污染物如果不及時處理好就直接排放到自然環境中,會造成環境污染,實驗室就會成為一個污染源,因此教師進行有機化學實驗教學時應積極給學生滲透綠色化學思想,培養有綠色化學意識、理念的人才[1]。
2基于綠色化學理念的化工專業有機化學實驗教學模式
2.1精選實驗內容,突出綠色化學思想
以往教師開展有機化學實驗教學時,通常會考慮實驗內容的典型性、代表性及高復現性等等,并不重視實驗是否會對環境產生污染。教師應以綠色化學理念開展教學,優化有機化學實驗內容,選擇實驗時,最好選那些圍繞基本原理、基本實驗操作內容展開。實驗用品最好使用無毒原料、溶劑及催化劑,化學物質合成路線也應是綠色的。對化學反應中反應物的需求量進行精確計算,確保能產生實驗結果前提下,盡可能地減少試劑用量,促進反應物盡量全部轉變成產物,將綠色化學的“原子經濟性”精神體現出來?;瘜W實驗項目選擇過程中,應堅持低能耗、低毒篩選原則,例如實施“己二酸的制備”實驗時,最好能使用高錳酸鉀氧化法,不用硝酸氧化法,這樣就能防止有機化學實驗中出現大量有毒氧化物氣體、或者是產生強腐蝕性,這樣化學實驗安全性就得到了有效提高。還有就是合成硝基苯甲酸乙酯時,一般使用濃硫酸做催化劑進行合成,這種催化劑價格低廉、活性高,但是其反應比較復雜、產生的副產物也較多,濃硫酸具有腐蝕性,會腐蝕設備、污染環境[2]。因此可以使用價格低廉、容易得到的苯磺酸作為催化劑進行化學合成,能夠有效地克服這些缺點與不足,并具有較高的產率。
2.2改進實驗裝置,設計合理關聯實驗
有機化學實驗中占比較大的內容是制備有機物實驗,而且多數有機物都是有毒物質,傳統常規實驗操作方法在通風櫥中實施,這減少了對實驗室的環境污染,但是產生的有毒化學物質還會排放到空氣中。因此可以改進實驗裝置,例如制備乙酸乙酯實驗過程中,將一個干燥管與反應裝置相連接,并在碳酸鈉溶液中插入細口這樣就能防止倒吸,也能防止乙酸、乙醇等氣體進入空氣中,并且減少了一半以上的反應物用量,達到了較好的減少污染的目的。教師進行化學有機實驗教學時,應研究并理順各個實驗間的關系,對實驗次序進行合理安排,設計實施相關實驗,將一個實驗產物作為另一個實驗原料,構成鏈接關系,從而互相循環利用輔助劑、產物及剩余物等等。例如實施苯甲酸合成實驗時,可以將反應合成的苯甲酸粗品作為“重結晶”的實驗材料,之后得到的苯甲酸純品又能夠作為“熔點測定”的實驗材料,這樣不僅節省了實驗時間及原料,也能通過實驗測定學生化學實驗生成的產品是否合格。
2.3借助多媒體技術,模擬化學仿真實驗
以往實施的化學有機實驗常常要使用消耗大量的藥品及水資源,尤其是那些要使用昂貴試劑、容易發生爆炸的實驗,那些必須使用有毒有害試劑、化學反應后會在實驗室中排放較多有毒氣體的實驗也都會消耗許多藥品及大量水資源,因此這樣看來有機化學實驗的綠色化有一定限度,課本教材中的一些經典實驗并不符合綠色化條件,對此教師應積極利用現代化多媒體技術作為實驗教學的輔助手段,借助多媒體技術對化學仿真實驗進行模擬,將各種化學實驗模擬出來,這種技術下的實驗現象也呈現地非常明顯,操作起來方便快捷,基本上沒有污染。教師應使用多媒體技術仿真有機化學實驗原理、裝置、流程等等,通過文字、聲音及圖像等方式生動形象地展示給學生,讓其身臨其境好像真地置身于實際化學實驗操作中,并在一旁適當地進行講解、引導,幫助學生體會總結出較準確的實驗結果,促進化學有機實驗的綠色化。
3結語
綠色化學理念符合現代社會發展趨勢,是可持續發展觀的重要內容,當代化工專業學生應樹立起這種理念,并積極將其應用至實際生活、學習中。綠色化學理念對保護生態環境、節約能源資源意義重大,教師在有機化學實驗教學中,讓學生明確綠色化學理念的重要性,并積極探索有機化學實驗的綠色化模式,培養學生的綠色化學理念、逐步樹立起環保意識,為環保工作作出貢獻。
作者:馬光路 單位:內蒙古化工職業學院
參考文獻:
[關鍵詞]化學反應;選擇規律;官能團鍵性
[DOI]1013939/jcnkizgsc201615058
化工研究人員一直致力于有機化學反應研究,就是希望能夠早日掌握其反應規律,做好化工研究和生產工作。尤其是有機合成設計,能夠準確把握其反應規律,使其在特定位置產生特定反應,進而實現化學反應的優化設計,更好地完成目標分子合成。
1有機化學反應選擇性規律的內容
反應選擇性指的是在特定條件下,同一底物分子在不同位置或是方向上所發生的反應產物往往存著好幾種可能性。而當某反應產物的實際生產率較高時,那么它的反應選擇性勢必也更高。同理可證,反應產物生產率低,反應選擇性更低。有機化學反應選擇性可概括為化學選擇性、官能團鍵選擇性、區域選擇性和例題選擇性等內容。鑒于立體選擇性規律受到諸多因素的影響,在此本文就不多加贅述。結構決定性質可以理解為物質結構決定其性質,這已經是公認的化學選擇性規律。本文僅針對有機反應區域性選擇及官能團鍵選擇,這兩項內容進行分析。
2有機化學反應選擇性規律研究
有機反應共價鍵開裂方式,主要包括:均裂、異裂,而這兩種反應所產生的結果也有所不同,但都是離子反應,自由基由均裂產生,正負離子由異裂生成。如若按試劑進行區分又可將離子型反應分為:親核反應、親點反應,其中,能夠在離子反應中接受電子的試劑則成為親點試劑或親電體,在反應過程中給出電子的試劑則被稱為親核體或親核試劑。實際上離子型反應就是親核體和親電體間的相互作用,根據親電反應實例共同遵循的原則,電性相異作用成鍵,能夠快速發生反應的,電性差一定很大,親核反應同樣如此。
從以上化學反應公式可以看出,同一底物的兩個不同基因,能夠與同一試劑進行作用,且與不同試劑進行相互反應時得到的產物也不盡相同。
為了驗證以上說法的正確性和真實性,筆者做了不同環境下的反應底物也就是上圖中的―NH2和―OH所表現出來的親核性,該反應證實了不同環境下擁有不同基因的一個底物親核性存在一定的差異。
在吡啶中,吡啶的PKb=88,與三乙胺相比堿性較弱,鄰氨基苯酚在吡啶環境中電離性減小,而親核性較強的氨基與對甲苯磺酞氯反應性增大。因而得出以上結論。我們將親核性排序為0―>NH2>OH。
而總結上述化學反應公式,我們可以看出,不論是親電反應還是親核反應都能夠直接與帶正電或者負電的底物、試劑相互之間作用成鍵。所以,筆者將其反應規律總結為:遵循這異電相吸引成鍵的原理。而該原理驗證了有機反應的區域性選擇規律,可將其運用到離子型有機反應的考察和分析當中,并作為區域選擇性規律進行大面積的廣泛推廣。
3官能團鍵性選擇規律
在親電反應、親核反應及一些氧化還原反應中,我們可以利用異電相吸成鍵這一規律。但也并不是所有的反應都能夠應用異電相吸成鍵這一規律,也有極性反應,這就不是異電相吸規律能夠解釋和說明的了。例如LIAIH4、NaBH4等能夠實現羰基的還原,但對于的還原卻無能為力。如:
我們可以用聯亞氨進行還原烯和炔中的物質的還原,但是對于羰基或羚基還原就不適用了。聯亞氨是一種極不穩定的化合物,在以肼類化合物為原料的化學反應當中,我們就可以適當添加氧化劑制備,而不經分離直接反應。也就是。我們可以將聯亞氨還原烯烴過程如下:
當肼發生氧化反應時會成為聯亞氨,而聯亞氨又與烯共同構成了一個非極性過渡態的中間體。當氫轉移到不飽和鍵上時,會放出氮氣并完成還原反應。
加成為順式加成,聯亞氨本身具有較好選擇性,只還原CC和C=C不影響其他易還原的等。比如:
同時以上兩個例子還可以看出反式烯比順式烯易被還原,我們還可作出如下驗證:
由上述反應可以看出,1、3位上的雙鍵在作用之下產生了還原反應,2位上的雙鍵則沒有被還原,而從位置上我們能夠看出,1、3位的雙鍵屬于反式烯烴,2位上的烯烴則是順式烯烴。因此,通過上述眾多的反應示例,我們還能夠分析出一個反應原理,即:極性試劑與官能團能夠進行極性鍵反應,非極性試劑與官能團能夠進行非極性鍵反應。反式烯比順式烯更容易被還原,這也進一步說明了聯亞氨對極性小的官能團極易進行還原。因為分子的極性是:順式>反式。而本文則選擇性的將官能團鍵性與試劑鍵性相結合,則可歸納規律為:鍵性相匹配。
4結論
通過一系列的實例驗證,可以將有機反應選擇性規律總結如下,即:區域性選擇規律,也就是異電相吸成鍵規律與官能團鍵性選擇規律二者不僅是實驗規律,同時也是真實客觀存在的規律。筆者希望通過官能團鍵性和試劑鍵性二者相結合的研究,能夠為有機反應合成的深入研究提供一點意見和建議。
參考文獻:
關鍵詞:有機化學;安全教育;實驗教學
教育部部長陳寶生同志指出:本科不牢,地動山搖。人才培養是大學的本質職能,本科教育是大學的根與本,在高等教育中是具有戰略地位的教育、是綱舉目張的教育。世界一流大學,首先要有一流的本科教育。高質量本科人才培養,無論是文科、還是理科,實驗教學都是大學教學的重要組成部分,因此各高校必須高度重視實驗室的安全運行。在以化學為基礎的相關專業的實驗課程中,有機化學實驗是必修的專業基礎課程。通過有機化學實驗課程學習,學生不僅能夠擴展有機化學基礎理論知識,增強理論聯系實際的能力,而且能夠培養學生嚴密的科學思維方式、嚴肅認真的工作作風[1]。如果要上好有機化學實驗課程,并達到預期的教學目的,需要學生清楚地了解整個實驗的內容、步驟,不僅要掌握有機化學實驗的一般知識,而且要深入了解整個實驗過程中的安全注意事項、儀器設備的性能與安全使用方法。有機化學實驗所使用的試劑與無機、分析、物化等實驗有很大程度的區別。有機化學實驗所用試劑大多為易揮發、易燃燒、易爆炸、有毒性,反應物、產物及副產物均為有機化合物,均為化學危險品,特別是副產物是未知的化學物質,具有不確定的安全隱患[2-3]。因此,在整個教學過程中,從課前預習、實驗過程到課后實驗報告的撰寫都必須貫穿安全教育,強化學生的安全意識。通過將安全教育貫穿有機化學實驗教學的全過程,要求學生掌握實驗原理,精選實驗方案,優化實驗步驟,完善實驗裝置,深入實驗思考,從而達到實驗教學目的,提高實驗教學質量[4]。
1安全意識貫穿有機化學實驗教學全過程
有機化學是一門實踐性很強的學科,有機實驗對有機化學的發展起著至關重要的作用,有機化學實驗課與有機化學理論課是學生培養計劃中兩門平行的獨立課程。有機化學實驗與無機化學實驗、分析化學實驗與物理化學實驗相比,其特點之一是在實驗過程中容易出現安全事故,如實驗試劑具有刺激性、腐蝕性、毒性或者易燃易爆,實驗裝置組裝比較繁瑣,實驗操作涉及高溫加熱、加壓、減壓,實驗過程中容易引發火災和傷害事故等。學生在工作中只有形成了良好的安全意識及強烈的責任心,才能減少安全事件,防止安全事故發生。有機化學實驗室正是培養學生具有這種意識的有效場所[5-9]。因此,提高學生安全意識,加強學生的安全教育是有機化學實驗教學的必要任務。1.1強化學生安全意識。在本科人才培養方案中,有機化學實驗課程覆蓋化學、應用化學、材料、藥學、食品、醫學、生物、海洋科學等幾十個專業,而有機化學實驗課一般安排在大學一年級的第二學期。由于在中學時受實驗條件的限制,有機化學實驗課開設很少,多數學生幾乎沒有親手做過有機化學實驗。在大學時期進入有機化學實驗室時,許多學生面對有機化學實驗室和有機化學實驗的特點,有些不知所措,更缺乏安全意識,稍不注意就有可能發生安全事故。因此,有機化學實驗開始之前必須強化學生的安全意識,如進入實驗室必須養成穿實驗服和戴護目鏡的習慣,不許將食品及飲料帶入實驗室,實驗過程中要戴手套,保持實驗室通風良好,離開實驗室要洗手及關掉水閘、電閘、氣閘等。1.2強化實驗教學安全意識。大學基礎化學實驗分為無機化學實驗、有機化學實驗、分析化學實驗、物理化學實驗與高分子化學實驗等5大基礎實驗課程。有機化學研究的對象為有機化合物,具有種類較多、結構復雜、性質特殊(易燃、穩定性差、有毒、一般難溶或不溶于水等)、反應復雜(反應慢、非單一反應)等特點,這些特點必然導致有機化學實驗在開展的過程中會遇到如下問題:(1)具有一定安全隱患;(2)試劑消耗量大;(3)訓練的操作程序多,且多為連續操作;(4)需要的時間長;(5)使用大量有機溶劑等。有機化學實驗的一些安全隱患已經涵蓋無機化學實驗、分析化學實驗、物理化學實驗及高分子化學實驗所存在的安全隱患,因此在有機化學實驗教學中必須強化學生的安全意識。1.3安全意識融于有機化學實驗教學中。在有機化學實驗的整個過程中始終存在不安全因素,因此有機化學實驗課程教學自始至終要提醒學生注意安全,稍不小心,就會發生燒傷、割傷或被試劑灼傷,嚴重的可能出現爆炸、傷人致命?;A有機化學實驗課程的內容分為3大模塊,有機化合物分離、有機化合物合成與有機化學性質。有機化合物的分離基本實驗包含蒸餾、分餾、萃取、柱色譜、薄層色譜、重結晶與水蒸汽蒸餾等。有機化合物性質實驗包含烷烴性質、芳烴性質、鹵代烴性質、醇酚醚性質與醛酮羧酸性質。從以上有機化學實驗的內容可以看出,有機化學實驗無論是原料,還是產物都屬于危化品,屬于易燃、易爆類化合物,存在不安全因素。因此,在有機化學實驗教學整個過程中都要貫穿安全教育。如開始稱取化學樣品時,要告訴學生針對試劑(樣品)不同的化學性質,采用不同取樣器皿;實驗結束后,所有的試劑及實驗中產生的廢棄物,要針對其化學性質,采用不同的回收器具,用不同的辦法進行保存,確保安全。
2安全知識融于有機化學實驗教學各個環節
有機化學實驗課是一門重要的基礎課,起到理論與實踐結合的橋梁作用,培養學生獨立操作與動手的能力。由于有機化學實驗具有一定的不可預測性,可能會出現不同的實驗狀況,需要靈活面對、臨機處置,這就要求學生掌握好有機化學的基礎理論知識,同時要求教師通過有機化學實驗課程幫助學生掌握好這些知識與技能。本文把有機化學實驗課程教學分為4個教學階段,即課前預習、課程講解、實驗操作和撰寫報告[10-12]。為了培養學生的安全意識,把安全知識融于有機化學實驗教學的每個階段。對于教師來說,該課程不僅是有機化學實驗知識的教學,而且是有機實驗安全知識的教學。對于學生來說,通過該課程的學習,學生不僅獲取有機化學實驗知識、提高實驗操作能力,同時也學到了有機化學安全知識,達到了培養學生的目的。2.1課前預習——評估安全風險。如果要達到有機化學實驗課程的教學目的,確保實驗課程的教學質量,必須要求學生做好課前預習,以及指導學生如何進行課前預習,同時把實驗過程中的安全事項融于預習之中。為了提高實驗效率,把學生將要在課堂上進行操作的實驗,全部制作成多媒體課件,供學生課前預習。如在預習“乙醇蒸餾”實驗時,課件告訴學生如何選擇熱源,如何控制蒸餾時不能將燒瓶中液體蒸干,避免發生火災或爆炸危險。另外,從安全角度考慮,學生一定要學會安全風險評估,對實驗課程中的每一個步驟、每一個環節,都要做好風險評估,確保每次實驗課的安全。通過預習實驗步驟,學生要牢記如何安裝儀器、將要用到哪些儀器、實驗過程會出現什么現象等。同時通過預習,學生要了解在每一步操作中會遇到哪些安全風險、如何避免、如何解決;一旦出現安全事件,如何采取應急措施,立即解決。如在預習“熔點測定”實驗時,該實驗要防止如下安全事件,如溫度計打破、水銀散落,溫度計套管上的小洞不能指向旁邊的學生,防止酒精燈起火,防止燙傷、燒傷,b形管必須干燥,防止有水,以免甘油外濺。為了有效防止以上安全事故的發生,必須進行風險評估,采取相應的應急預案。如在預習“四氫呋喃除水”實驗時,該實驗最大的風險是產生氫氣,氫氣見光容易爆炸。針對這一安全風險,必須采取相應的措施消除安全隱患,如必須具備良好的通風設施,先要在敞口容器里,鈉反應一段時間,必須使用微小的鈉粒,使反應緩慢。此外,在預習階段,師生還要準備好應對可能出現的安全事故的應急預案。2.2課程講解——注重安全細節。課程講解階段是在學生動手實驗操作之前,教師對本次實驗內容進行系統講解的過程。在該教學階段,教師應告訴學生實驗目的、實驗原理、實驗方法,明確所需儀器設備、藥品的種類和用量,講明實驗條件、實驗中將出現的情況等,特別是讓學生了解在實驗操作中、實驗反應中的安全知識。在該教學階段,培養學生在實驗開始之前掌握好相關的安全知識,避免安全事故的發生,以此提高實驗教學質量。如在講解乙酰苯胺重結晶實驗時,該實驗掌握的安全知識包括如何避免沸水外濺燙傷、趁熱過濾時燙傷、玻璃打破的刮傷等安全知識。2.3實驗操作——警惕安全事件。實驗操作是有機化學實驗的關鍵環節,能夠培養學生的觀察能力以及規范的實驗操作能力。此外,實驗成敗的關鍵直接關系到學生實驗課程的成績,關系到學生是否對有機化學實驗課程感興趣。在此階段,由于學生獨立操作,以及有機化學實驗的獨特性,可能因學生操作流程發生的變化、化學藥品數量的稱量不準確等,都會導致化學反應發生變化,引發安全事故。因此,學生在實驗操作中,要特別警惕安全事件的發生。如在“正丁醚的制備”實驗操作中,為了確保實驗安全,警惕以下事項:實驗裝置必須規范,三口瓶與冷凝管夾子必須固定在同一鐵架臺上形成一個整體,搖動時避免玻璃斷裂,使正丁醚著火;濃硫酸取用必須按規程操作,否則容易灼傷;反應前在三口瓶中加入沸石,防止反應暴沸;檢查分水器是否漏液體,以免正丁醇燃燒等。2.4實驗報告——扎牢安全意識。有機化學實驗教學的最后教學環節——撰寫實驗報告,也就是實驗總結。基于實驗安全的角度,要求學生在撰寫實驗報告時,一定認真分析此次實驗要注意哪些安全事項,使學生的安全知識、安全意識得到升華,潛移默化地培養學生的綜合素養。如在撰寫“正溴丁烷的制備”的實驗報告時,一定要總結該實驗的安全知識,如使用濃硫酸,要如何避免發生意外事故;反應中生成酸性氣體溴化氫,除用吸收裝置外,應在通風條件下進行操作,防止中毒事件發生;正丁醇及副產物正丁醚和1-丁烯都易燃燒,要防止著火事件發生;因此,對實驗產物正溴丁烷應全部回收,登記入賬管理等。
3結語