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教學內(nèi)容的調(diào)整
教學內(nèi)容直接反映教學目的和人才培養(yǎng)的目標,是教育創(chuàng)新的核心[3]。有機化學具有內(nèi)容豐富、理論深刻、實踐性強、與多門學科互相交叉滲透的特點,忌面面俱到,必須結(jié)合專業(yè)特色認真挑選教材及授課內(nèi)容。作為工科院校我們培養(yǎng)的是應(yīng)用性的人才,因此,必須充分考慮本專業(yè)實際和教學要求,在查閱大量參考書的基礎(chǔ)上,研究比較各類教材的特點,博采眾長,取其精華,按照科學邏輯和學生的認識特點,精心組織教學內(nèi)容。并且不斷用最新成果充實教學內(nèi)容,與時俱進,把最新的信息及時傳達給學生,使之感覺到目前所學知識的有用性。穿插介紹最新相關(guān)成果和日常生活中的有機化學問題和實例,開闊同學們的視野,拉近學生和有機化學的距離,提高學習興趣,培養(yǎng)研究興趣。增加一些色彩鮮艷的圖片,增加教材的可視性,避免文字敘述的刻板性,增加教材的可讀性,減少學生閱讀中的疲勞感。穿插介紹科學發(fā)現(xiàn)的故事和科學家的科研經(jīng)歷,使學生在學習理論知識的同時感受科學家追求真理的精神,感受科學改變?nèi)祟惿畹木薮罅α俊?/p>
教學手段和方法的改革
傳統(tǒng)的有機化學教學大都以教師講授為主,授課形式呆板、缺少變化,使學生感到枯燥乏味?,F(xiàn)在多媒體技術(shù)的應(yīng)用有效解決了以上問題,但多媒體教學也存在一定弊端,如多媒體顯示的內(nèi)容較多,分散學生注意力;講課速度比板書快,學生接受能力差等。因此,我們在教學方法上采用板書、多媒體教學相結(jié)合的方式,突出學習重點,多媒體使教學更加生動,尤其對分子空間結(jié)構(gòu)的講述和理解更加直觀。另外,教師緊密結(jié)合教學內(nèi)容,提一些與生產(chǎn)生活實際密切關(guān)聯(lián)的化學問題,或者結(jié)合自己的科研實踐,積極創(chuàng)設(shè)開放的教學情景,將會誘發(fā)學生的探索研究動機,調(diào)動學生積極地將理論知識運用于實踐的激情,從而進一步加強學習效果。
1學生參與教學
傳統(tǒng)的教學方式是教師在講臺上講,學生坐在下邊聽,學生是被動學習,積極性不足。如何讓由學生被動學習變?yōu)橹鲃訉W習,讓學生來做課堂的主人?教師可以和學生進行角色互換,比如每次講解新內(nèi)容之前對上節(jié)課講的內(nèi)容進行復習,承前啟后,加強記憶的同時為本節(jié)課新內(nèi)容的講解做準備。這個過程可以讓學生來完成,教師從旁指導。例如化合物的命名,教師可以給出分子結(jié)構(gòu)式,讓學生來給大家講命名的步驟并給出結(jié)果,錯了不要緊,再請下一位同學來更正,這樣反復進行,不僅調(diào)動了學生的積極性,而且記憶深刻。另外,對教學過程中前后呼應(yīng)的內(nèi)容進行反復講解,有助于學生對學過的知識的記憶和理解。同樣,講解的過程也可以鼓勵學生來完成,讓學生參與到教學中來,充分發(fā)揮學生的積極主動性,實現(xiàn)師生互動。
2啟發(fā)教學
教學過程是一個不斷發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的動態(tài)過程。創(chuàng)設(shè)問題情境、渲染課堂氣氛,讓學生置身于特定情境中,學生在教師設(shè)定的情境中所積蓄的激情,必然轉(zhuǎn)化為探索知識的動力。教師可以通過提問、反問、設(shè)問,有針對性地對課堂、課后的教學進行設(shè)計和安排。這種教學方法使教師的教和學生的學達成了統(tǒng)一,通過在一定限度內(nèi)給學生設(shè)置問題,將問題貫穿于整個教學過程,形成良好的師生互動,很好地促進了學生積極思維,增強了學生獨立分析問題、解決問題的能力。創(chuàng)設(shè)問題情境,不僅僅是教師要主動置疑,學生被動回答,教師還應(yīng)有目的地創(chuàng)設(shè)一種促使學生主動提出問題的情境,啟發(fā)學生學會發(fā)現(xiàn)問題,善于提出問題,并組織學生討論,教師適時點撥引導,形成一種學生積極思考、發(fā)言踴躍、思維活躍的課堂氣氛這對培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識,提高學生提出問題和解決問題的能力尤為重要。對于學生學習中發(fā)現(xiàn)的問題,指導學生帶著問題去思考,課外去查閱有關(guān)資料,課上開展對問題的討論,進行分析和綜合,讓學生來回答學生的問題,以此促進學生積極主動地學習,培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和解決問題的能力。
3多媒體輔助教學
多媒體及網(wǎng)絡(luò)輔助教學以其無可比擬的優(yōu)越性正在高等教育和科研中普及。近幾年有機化學多媒體教學課件教學實踐表明,其可激發(fā)學生的學習興趣,調(diào)動學生多種感官的參與,并有助于教學效果的提高。教師要充分利用學校優(yōu)越的多媒體教學條件,將一些抽象的立體異構(gòu)、雜化、分子軌道、原子電子云空間分布、化學鍵的斷裂和形成制作成FLASH動畫,使之形象生動地呈現(xiàn)在學生面前,幫助學生理解和記憶,使課堂教學更加生動。但多媒體教學也存在一定弊端,如多媒體顯示的內(nèi)容較多,分散學生注意力;講課速度比板書快,學生接受能力差等。因此,不能完全借助多媒體教學,要與傳統(tǒng)的板書教學相結(jié)合,優(yōu)勢互補,給學生呈現(xiàn)最好的教學效果。
4實驗教學
人的認識來源于實踐,人在實踐中不斷發(fā)現(xiàn)問題、解決問題,推動著人類科技的進步。在自然教學中,要加強學生的實踐活動。愛因斯坦把科學定義為“具有探究意義的經(jīng)歷”??梢姡瑢嵺`操作在學生認識活動中的作用。無論教師在課堂上講的如何精彩,對學生來說知識總是虛無縹緲的,摸不著,扎不下根。因此,在理論教學的同時進行實驗教學,把課堂上的理論知識及時的和實驗結(jié)合在一起,通過學生的親身實踐,在實驗過程中發(fā)現(xiàn)問題,解決問題,加深對課堂內(nèi)容的理解,同時感受有機化學的神奇所在,提高學生對有機化學的興趣。
一、要有針對性
設(shè)計復習課的練習題,不能簡單地把數(shù)學題堆砌在一起拋給學生,而是要有明確的目的,要圍繞每一節(jié)復習課內(nèi)容的要求、重點、難點進行有的放矢的設(shè)計習題。例如在復習絕對值的概念時,由于學生對絕對值的理解較為模糊,可設(shè)計如下問題:(1) |2|、|0|、|-3|的值分別是多少?并說出理由根據(jù);(2)化簡|a|;(3)x>2時,化簡|1-2x|。這樣有針對性的練習題,能有效地使學生掌握對絕對值的化簡,并深化對概念的認識。又如在復習《方程》時,為了加深學生對方程解的概念的理解和對方程解的判定??稍O(shè)計如下問題:(1) “關(guān)于x的方程(a-1)x=1的解是x=”是否正確,為什么?(2)關(guān)于x的一元二次方程(a-1)x2+x-1=0有兩個實數(shù)根,求a的取值范圍;(3)關(guān)于x的方程(a-1)x2+x-1=0有實數(shù)根,求a的取值范圍;(4)關(guān)于x的分式方程+=1的解是正數(shù),求a的取值范圍。
二、要有發(fā)展性
在復習了概念、公式、定理后,如果緊接著就給學生一些較難的問題,尤其是在班級學生參差不齊的情況下,大部分學生會感到無從下手。這主要是學生以前所學的知識有遺忘,理解不深所致。這時可根據(jù)所復習的內(nèi)容,本著“起點要低、坡度要小、臺階要密”的原則,有序地從易到難設(shè)計練習題。同時,教師應(yīng)注意挖掘知識的縱橫聯(lián)系,將它們有機地串聯(lián)在一起,使前面的問題是后面問題的基礎(chǔ),后面的問題是前面問題的發(fā)展。這樣設(shè)計的練習題,學生做起來既有攀登感,又有成就感,增強了他們戰(zhàn)勝困難的勇氣,以問題來引領(lǐng)學生不斷地超越自我,從而發(fā)展了學生的數(shù)學能力。如:函數(shù)的最值問題也是學生不太容易掌握的內(nèi)容,在復習函數(shù)最值問題時,設(shè)計以下題組:
(1)已知y=x2+2,問當x為何值時,y有最值,并求出最值。
(2)已知y=x2+2,且-4≤x≤0,問當x為何值時,y有最值,并求出最值。
(3)已知y=x2+2,-4≤x≤2,問當x為何值時,y有最值,并求出最值。
(4)已知y=x2+2,-4≤x≤6,問當x為何值時,y有最值,并求出最值。
(5)實際應(yīng)用的問題(略)。
然后變換函數(shù)的關(guān)系式,包括變化拋物線的開口方向、對稱軸位置等,讓學生由淺入深、循序漸進,即設(shè)計一定的思維“臺階”,讓學生按臺階一個一個地“爬”,讓學生在解決問題的過程中不斷得到發(fā)展,最終達到熟練掌握、靈活運用的目的。
三、要有多樣性
設(shè)計課堂練習題要靈活多樣、生動活潑,這樣能使學生有新鮮感,激發(fā)他們的學習興趣。就練習的方式、方法而言,既要有口頭表達的練習題,也要有動手操作的練習題。就練習的題型而言,既要有填空題、判斷題、選擇題,也要有計算題、證明題。就練習的形式而言,既可設(shè)計條件、結(jié)論都完備的常規(guī)題,也可設(shè)計補充條件、或補充結(jié)論的探索題。談?wù)擃}、搶答題、一題多問、一題多解、一題多變等,也要經(jīng)常涉及。這樣動靜交替,張弛錯落,能使學生的思維始終處于興奮狀態(tài),保持學習的積極性,從而提高復習課堂教學的有效性。
四、要有時量性
一般而言,一節(jié)復習課的練習時間約為25~30分鐘,所以設(shè)計練習題要在這有限的時間內(nèi),圍繞復習的內(nèi)容精選習題,當堂練習,當堂完成。設(shè)計時應(yīng)以課本中的習題為本,適量選配填空、選擇、判斷、改錯等類型的習題。要嚴格控制題目的數(shù)量,充分發(fā)揮習題的功能,以小的題量舉一反三、融會貫通。切忌盲目機械重復的練習題,這會增加學生無效的學習負擔,使課堂復習過程變得漫無目的,使師生陷入勞而無功的題海之中。
五、要有互逆性
數(shù)學中的一些定義都有正反兩方面的應(yīng)用,計算公式也有雙向的應(yīng)用。對某些例題、習題,也可將條件、結(jié)論互換位置,研究探討其規(guī)律。因此,設(shè)計練習題時要考慮互逆性,對某個知識點,要從正反兩方面編制習題,深化學生對知識的理解,提高應(yīng)用的靈活性?;ツ嫘允菙?shù)學問題常有的現(xiàn)象,如:乘法公式的應(yīng)用、解方程與按要求構(gòu)造方程、幾何中的定理與逆定理的應(yīng)用問題等等。
六、要有總結(jié)性
因為是總復習課,所以設(shè)計的練習題不能是簡單機械的隨機羅列,要根據(jù)所復習知識方法的特點,有意識地把相關(guān)問題的各種不同方法歸納在一起,讓學生有橫向、縱向的比較,從而拓寬學生的知識面和思維空間,提高學生的解題能力,增強數(shù)學問題本身的趣味性,給學生提供美的體驗。如:在復習《梯形》時,本人根據(jù)有關(guān)梯形問題的靈活多樣性,總結(jié)設(shè)計了八個練習題。
(1)在梯形ABCD中,AD∥BC,∠A+∠B=90?,E、F分別是AB、CD的中點,若AB=a,CD=b,求EF;
(2)梯形ABCD中,AD∥BC,∠B=30?,∠C=60埃珽、M、F、N分別為AB、BC、CD、DA的中點,已知BC=9,MN=4,求EF;
(3)已知梯形的兩對角線長分別是m、n,兩對角線的夾角為60埃蟾錳菪蚊婊?
(4)梯形ABCD的面積為12,求以此梯形的四邊中點為頂點的四邊形的面積;
(5)在梯形ABCD中,AD∥BC,AC、BD交于M,AB=AC,BC=BD,且∠BAC=90?,腔eぃ篊D=CM;
(6)在梯形ABCD中,AD∥BC,∠C=90?,AB=4,CD=3,BC=7,O是AD邊的中點,求O到BC邊的距離;
(7)在梯形ABCD中,AD∥BC,ACBD于O,求證:AB+CD>AD+BC;
(8)在梯形ABCD中,AD∥BC, AB>CD,中位線EF把梯形ABCD分成面積比為3:5的兩梯形,EF=10,求AB。
以上練習題涵蓋八種不同的輔助線作法和解法,包括平移腰、延長兩腰相交、平移對角線、作對角線、作高、利用中點、作中位線等輔助線作法,同時還有利用方程的代數(shù)解法。
論文關(guān)鍵詞:有機化學 實驗教學
論文摘要:通過改革基礎(chǔ)有機化學實驗課教學內(nèi)容,本科生有機化學實驗技能的強化訓練,開設(shè)綜合性實驗—有機化學大實驗的實施與實踐,對高等林業(yè)院校有機化學實驗教學改革進行了初步探索。
教學改革的中心問題之一就是進一步加強學生素質(zhì)和能力的培養(yǎng)。如何通過高等林業(yè)院校的化學教學,特別是實驗教學提高學生的化學素質(zhì)、知識和能力,將“素質(zhì)和能力”培養(yǎng)落到實處,是一個值得探討和研究的課題,也是我們進行有機化學實驗教學改革的目的。有機化學實驗教學的改革,包括實驗教學體系和實驗教學內(nèi)容的改革?!捌呶濉薄ⅰ啊宋濉逼陂g,我們主要致力于實驗教學內(nèi)容的改革,將立足點放在結(jié)合林業(yè)院校的特點,優(yōu)化實驗內(nèi)容,淘汰某些驗證性實驗,增加操作實驗和應(yīng)用性較強的實驗,開放實驗室,強化學生實驗技能,在此基礎(chǔ)上適當開設(shè)綜合性實驗,從而為實驗教學體系的改革奠定了基礎(chǔ)。
1、改革基礎(chǔ)有機化學實驗課教學內(nèi)容
1.1實驗指導書內(nèi)容和實驗方法的改革
(1)基本操作高等林業(yè)院校林學類專業(yè)基礎(chǔ)有機化學實驗課的教學內(nèi)容包括基本操作、有機化合物的制備、有機化合物的性質(zhì)、色譜技術(shù)和天然有機物的提取。基本操作部分對于提高學生實驗技能和培養(yǎng)學生動手能力至關(guān)重要。編人我院有機化學實驗指導書的絕大部分基本操作既有獨立的實驗,又結(jié)合在有機化合物制備和天然有機物提取分離這兩部分內(nèi)容之中,且涉及每項基本操作在生物學科特別是在林業(yè)上的應(yīng)用,強化了學生把基本理論學習、基本技能訓練與林業(yè)科技工作緊密結(jié)合的意識,提高了學生學習的積極性。例如。水蒸氣蒸餾屬重要的基本操作之一,廣泛用于植物中易揮發(fā)成分(香精油等)的提取,與植物資源的利用和開發(fā)關(guān)系密切,而一般的有機化學實驗指導書都是通過含雜質(zhì)苯胺的提純,使學生掌握這一基本操作。實驗人員在查閱大量資料的基礎(chǔ)上,選用含雜質(zhì)的正丁醇作為苯胺的替代物,既解決了安全問題,又適于初學者掌握操作步驟。除此以外,實驗指導書中還安排了供選做的水蒸氣蒸餾的應(yīng)用性實驗:松脂含油量的測定。通過前一個實驗內(nèi)容,對于真正掌握水蒸氣蒸餾這一基本操作的學生,完全能夠借助實驗指導書獨立完成松脂含油量的測定。
(2)色譜技術(shù)色譜技術(shù)對于從植物資源中提取、分離和鑒定天然有機物,是必不可少的實驗手段。其中薄層色譜既可直接用于天然有機物的定性定量分析,又可用于柱色譜選擇洗脫劑和收集流分。而許多天然有機物對紫外光有吸收,所以在薄層色譜中常利用一定波長紫外光照射替代顯色劑進行顯色.。鑒于一般實驗指導書上無此內(nèi)容,任課教師選用蔡、a-茶酚作為試樣,摸索出用硅膠板分離這兩種化合物的展開劑,用紫外光(=254 nm)顯色,檢驗分離效果。經(jīng)過幾年實踐,表明該實驗方法既簡便又省時,效果十分明顯。
(3)天然有機化合物的提取天然有機化合物的提取屬應(yīng)用性較強的實驗內(nèi)容。在掌握基本操作的基礎(chǔ)上,對學生進行這方面的技能訓練,所選實驗項目應(yīng)難度適中,而且要能夠在3學時內(nèi)完成。我院有機化學實驗指導書中天然有機化合物的提取部分共編人了7個實驗,其中兩個實驗分別選自我院和兄弟院校教師科研項目的部分實驗內(nèi)容,但由于條件和實驗學時所限,無法面對本科生開設(shè)二“七五”期間開設(shè)‘、油脂的提取”和、“茶葉中提取咖啡因”,這兩個實驗內(nèi)容綜合性不強,儀器、試劑的投人和消耗量過大,因此在“八五”期間逐漸被另一個實驗“黃楊葉中色素的提取”所替代。該實驗內(nèi)容屬有機化學大實驗“黃楊葉中胡蘿卜素的提取、分離和鑒定”內(nèi)容的一部分,其中包括復習分液漏斗的使用、薄層色譜用薄板的制作及薄層色譜。柱色譜等實驗技能以及初步掌握溶劑提取植物材料中天然有機化合物的方法。該實驗內(nèi)容綜合性較強,試劑、玻璃儀器的消耗量低,而且能夠在3學時內(nèi)完成。
1.2優(yōu)化實驗內(nèi)容
為了在有限的學時內(nèi)完成教學大綱要求的實驗項目,我們除淘汰一定數(shù)目的驗證實驗外,盡可能優(yōu)化實驗內(nèi)容。首先安排固體有機物的重結(jié)晶。第二次實驗則包括熔點、沸點的測定兩個實驗內(nèi)容,一方面便于用學生以已知標準物為對照,檢驗重結(jié)晶實驗所得樣品的純度;另一方面通過常量法測沸點,又掌握了普通蒸餾這一最基本的操作技能。第三次實驗則安排水蒸氣蒸餾和折光率的測定,除用無水乙醇、蒸餾水為樣品學習阿貝折光儀的使用外,還測定水蒸氣蒸餾分離提純后的正丁醇折光率,并用分析純正丁醇作為對照,既掌握了折光儀的使用方法,也檢驗了水蒸氣蒸餾分離提純的效果。而分液漏斗的使用和液態(tài)有機物的干澡,則是通過水蒸氣蒸餾、乙酸乙醋的制備,以及黃楊葉中色素的提取和分離等三次實驗,使學生得以掌握和鞏固。另外,我們把柱色譜、薄層色譜和紙色譜三個實驗內(nèi)容集中在一次實驗內(nèi)完成,利用柱色譜洗脫樣品的間隙,完成另兩個實驗內(nèi)容。隨后安排的色素提取和分離實驗,又為學生掌握色譜技術(shù)創(chuàng)造了條件。
2、本科生有機化學實驗技能的強化訓練
在指導學生畢業(yè)論文的過程中,我們發(fā)現(xiàn)僅依靠有限的基礎(chǔ)有機化學實驗學時,難以使學生的基本功更加扎實,對基本操作也不可能運用自如。因此,在院教務(wù)處的協(xié)調(diào)下,我們利用課余時間,對本科生的有機化學實驗技能進行強化訓練。把立足點放在操作要點的指導和掌握方面。例如,對蒸餾和合成實驗,反復對學生進行實驗裝置的裝卸和操作要點的訓練。在此基礎(chǔ)上、指定實驗內(nèi)容,對學生進行考核。讓他們根據(jù)實驗指導書獨立列出所需儀器的名稱和件數(shù),自選儀器,完成裝置的裝卸,再由教師指出操作過程的不足,并針對實驗內(nèi)容提出問題讓學生回答,最后根據(jù)各個環(huán)節(jié)給出成績。又如,對糖和蛋白質(zhì)的性質(zhì)實驗,我們則模擬理論考試中的化合物性質(zhì)鑒定,讓學生擬定方案,自己動手鑒定未知物,并寫出鑒定過程和結(jié)果。 以上是強化訓練的第一個環(huán)節(jié),接下來是由教務(wù)處統(tǒng)一安排時間,各系部挑選出5名學生(優(yōu)秀生1名,中等生2名,一般生2名),進行有機化學實驗技能的抽測。由主講教師擔任主考,有關(guān)各系部主任擔任監(jiān)考,教務(wù)處處長擔任巡考,學生持學生證進人實驗室,以抽簽的方式選定實驗內(nèi)容,在3學時內(nèi)完成實驗和實驗報告,主考教師按實驗考核辦法當場評分。6個專業(yè)7個班級的36名學生參加考核,平均成績87.7分、90分以上14人,8D一89分17人,7079分5人。其結(jié)果表明,強化實驗技能訓練獲得了預(yù)期的效果。
第三個環(huán)節(jié)是開放實驗室,利用晚自習和雙休日,讓學生針對自己的操作薄弱環(huán)節(jié),有目的的進行進一步強化訓練。
經(jīng)過以上三個環(huán)節(jié)的強化訓練,使每個學生的基本技能達到合格標準,并對綜合能力的提高起到了循序漸進的作用。
3、開設(shè)綜合性實驗—有機化學大實驗
為了進一步提高本科生的動手能力和綜合實驗技能、在我院林學系和教務(wù)處的支持下,以林學本科為試點,調(diào)整教學計劃,并撥出??睿才乓恢苡袡C化學大實驗的教學實習,從1988一1995年,我們連續(xù)8年承擔了林學本科生的該項教學任務(wù)(表1)。并于1996年開始又推廣到經(jīng)濟林專業(yè)。
關(guān)鍵詞微波技術(shù)輻射化學反應(yīng)機理
自從Gedye[1]和Giguere[2]報道了利用微波輻射技術(shù)(MicrowaveIrradiationTechnology,簡稱MIT)促進有機化學反應(yīng)的研究,才使得微波輻射技術(shù)真正應(yīng)用于化學反應(yīng)中,成為用于加速化學反應(yīng)的一項重要技術(shù);同時也成為不同于傳統(tǒng)加熱方法而應(yīng)用于化學領(lǐng)域中的一項新興的有機合成技術(shù)。利用微波使化學物質(zhì)進行反應(yīng),其反應(yīng)速度較傳統(tǒng)加熱方法快十倍乃至千倍。這種化學反應(yīng)的加速是一種催化過程,完全不同于那些通常使用特定的化學物質(zhì)作催化劑的過程。
微波輻射技術(shù)用于有機合成以其反應(yīng)速度快、操作方便、產(chǎn)率高、產(chǎn)品易純化等特點而發(fā)展很快,成為繼熱、光、電、聲、磁效應(yīng)以后開發(fā)的一種新型合成技術(shù)[3]。隨著微波合成技術(shù)的不斷提高,對傳統(tǒng)的化學領(lǐng)域,特別是有機合成領(lǐng)域帶來了沖擊,成為化學領(lǐng)域中一門引人注目的新課題。本文就微波技術(shù)在化學領(lǐng)域中的應(yīng)用進行了綜述,并簡述了其可能的作用機理。
1微波技術(shù)在有機化學中的應(yīng)用
1.1在有機合成中的應(yīng)用
由于極性有機化合物分子受微波作用后可以通過偶極旋轉(zhuǎn)被加熱,所以許多有機反應(yīng)在微波輻射下可以高效率地完成。目前,催化有機合成反應(yīng)的方法有三種:(1)物理催化(2)化學催化(3)生物催化。利用微波技術(shù),通過控制反應(yīng)條件,可以使許多有機反應(yīng)的速度提高數(shù)倍,一些反應(yīng)甚至比傳統(tǒng)加熱方法快上千倍。
目前,已發(fā)現(xiàn)利用微波輻射加熱進行的有機合成反應(yīng)主要有Diels-Alder反應(yīng)、、酯化反應(yīng)、重排反應(yīng)、Knoevenagel反應(yīng)、Perkin反應(yīng)、Reformatsky反應(yīng)、Deckmann反應(yīng)、縮醛(酮)反應(yīng)、、Witting反應(yīng)、羥醛縮合、開環(huán)、烷基化、水解、氧化、烯烴加成、消除反應(yīng)、取代、成環(huán)、環(huán)反轉(zhuǎn)、酯交換、酰胺化、脫羧、聚合、主體選擇性反應(yīng)、自由基反應(yīng)及糖類反應(yīng)等,幾乎涉及了有機合成反應(yīng)的各個主要領(lǐng)域[4]。這些反應(yīng)在微波輻射下均大大提高了反應(yīng)效率。如反式丁烯二酸與甲醇的酯化反應(yīng),微波作用下,回流50min,產(chǎn)率為85,而傳統(tǒng)方法需8h[5];李軍等人研究了微波法合成領(lǐng)異丁烯氧基苯酚方法,常規(guī)加熱回流3h,產(chǎn)率為35,而用微波90s產(chǎn)率達68[6]。
1.2在金屬有機化學反應(yīng)中的應(yīng)用
利用微波爐加熱進行金屬有機化學反應(yīng)也有明顯的效果。一些金屬配合物的合成,傳統(tǒng)方法需數(shù)小時完成,而在微波條件下僅需數(shù)十分鐘即可完成。Mingos[7]利用微波爐通過氫鍵和配位鍵的結(jié)合制備了有機金屬配合物,成功實現(xiàn)了有機金屬配合物的自由組裝,給金屬有機化學反應(yīng)注入了新的活力。Baghurst等人采用微波常壓合成技術(shù)合成了銠和銥的二烯烴化合物和“三明治”型的陽離子化合物,并由此改進了微波常壓反應(yīng)系統(tǒng),使之與有機合成反應(yīng)裝置更接近且具有實用性,可以使大多數(shù)常規(guī)化學反應(yīng)在微波條件下進行[8]。
2微波技術(shù)在高分子化學中的應(yīng)用
微波技術(shù)應(yīng)用于高分子化學領(lǐng)域的研究較多,在聚合物合成、交聯(lián)、固化等方面都有成功的應(yīng)用。如甲基丙烯酸-2-羥乙酯、苯乙烯、甲基丙烯酸甲酯等己烯基類單體的自由基聚合反應(yīng),聚酰胺酸的亞胺化反應(yīng),芳香二胺和芳香二羧酸合成芳香聚酰胺的縮合反應(yīng),引發(fā)聚醚反應(yīng)、聚烯烴的交聯(lián)反應(yīng),聚氨酯的固化反應(yīng)以及聚氨酯的合成反應(yīng)等。這些反應(yīng)除可以顯著縮短反應(yīng)時間,有些性能還明顯優(yōu)于傳統(tǒng)加熱方法。如聚氨酯經(jīng)微波輻射形成膜的硬度較傳統(tǒng)方法有明顯提高,丙烯酸類樹脂在微波輻射下3~8min就可固化出物理性能優(yōu)于傳統(tǒng)方法的樹脂固化物。龍明策[9]等采用以淀粉、丙烯酸為主要原料,開展了以微波輻射合成高吸水性樹脂的工藝研究,合成了吸水率為735g/g的高吸水性樹脂,比傳統(tǒng)加熱方法節(jié)省時間數(shù)10倍以上,操作易于控制且“三廢”排放極少。
微波技術(shù)在高分子合成中的應(yīng)用研究是基于微波輻射有優(yōu)良的“內(nèi)加熱”效應(yīng),但在聚合反應(yīng)中的機理、熱效應(yīng)及非熱效應(yīng)對聚合反應(yīng)的影響均受儀器的限制而無法開展。近年來出現(xiàn)的脈沖微波輻射,用電磁波在沒有明顯的熱效應(yīng)的情況下引起化學反應(yīng),這一方法的運用將為高分子合成提供有力的手段。
3微波技術(shù)在其它化學領(lǐng)域中的應(yīng)用
在無機材料方面,用微波輻射技術(shù)可以進行沸石分子篩的合成,為制備新型的功能材料與催化劑提供了快捷的途徑和方法[10,11],用微波等粒子技術(shù),制備了金剛石膜、鈷薄膜等金屬膜。
在分析化學方面,用微波輻射技術(shù)進行了樣品溶解、蛋白質(zhì)水解等方面的研究,開辟了一條高效、快速的新實驗方法。
在生物化學方面,微波技術(shù)應(yīng)用較早,利用微波技術(shù)可以快速對蛋白質(zhì)及肽進行水解,并且可以控制裂解部位,極大的提高酶催化反應(yīng)的效率。
在藥物化學方面,利用微波技術(shù)通過短壽命的示蹤原子快速、高產(chǎn)率的合成了同位素標記藥物,拓展了藥物化學的合成領(lǐng)域,具有廣泛的應(yīng)用前景。
4微波輻射技術(shù)的機理探討
微波在電磁波譜中介于紅外輻射(光波)和無線電波之間,又稱超高頻,其波長在1mm~1m之間,頻率在300MHz~300GHz。用于加熱技術(shù)的微波波長一般固定在12.2cm或33.3cm。關(guān)于微波加熱的原理,一般認為:微波振動同物質(zhì)分子偶極振動有相似的頻率,在快速振動的微波磁場中,物質(zhì)分子的偶極振動盡力同微波振動相匹配,而分子的偶極振動通常落后于微波磁場,這樣物質(zhì)分子吸收電磁能以數(shù)十億次的高速振動產(chǎn)生熱能,因此微波對物質(zhì)的加熱是從物質(zhì)分子出發(fā)的,稱為“內(nèi)加熱”。而傳統(tǒng)的加熱方法如回流則是靠熱傳導和熱對流來實現(xiàn)的,即“外加熱”。內(nèi)加熱的優(yōu)越性在于加熱快,受熱均勻,能顯著提高有機反應(yīng)的速度。當然,微波對反應(yīng)物的加熱速率、溶劑的性質(zhì)、反應(yīng)體系等都能影響其反應(yīng)的速率。
微波技術(shù)除具有熱效應(yīng)外,還存在微波的特殊效應(yīng)。微波作用于反應(yīng)物后,加劇了分子間的運動,提高了分子的平均能量,即降低了反應(yīng)的活化能,大大增加了反應(yīng)物分子的碰撞頻率,使反應(yīng)迅速完成,這就是微波提高化學反應(yīng)速度的主要原因。
5結(jié)語
隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展,越來越多的交叉學科正在形成,微波輻射技術(shù)擴展到化學領(lǐng)域就形成了一門新的交叉學科-微波化學,無論是在理論上,還是在應(yīng)用技術(shù)上,都無疑是化學領(lǐng)域中的一大新進展。當然微波化學還存在著許多有待解決的問題,絕大多數(shù)還停留在實驗研究階段。但有理由相信,隨著微波技術(shù)的發(fā)展,,微波輻射技術(shù)在化工領(lǐng)域?qū)⒂懈鼮閺V泛的應(yīng)用前景。
參考文獻
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Abstract: This paper introduced the practice of penetrating creative ability training into the experimental teaching of organic chemistry, elaborated specific reform methods to increase the comprehensive experiment, design experiments, study experiment, and open experiment in organic chemistry experiments, and the approch of participating teachers' scientific research for students, which improved the innovative ability and the preliminary research ability of students.
關(guān)鍵詞:有機化學實驗;教學;創(chuàng)新;能力培養(yǎng)
Key words: organic chemistry experiment;teaching;innovation;ability training
中圖分類號:G42文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2011)02-0006-02
0引言
一切真理都來自于實踐。我國著名化學家傅鷹教授說過:“化學是一門以實驗為基礎(chǔ)的學科,只有實驗才是最高法庭”。而科學實驗是認識的實踐過程,是知識的源泉,是推動社會進步及科學發(fā)展、人類進步的主要動力[1],科學實驗更是人類認識自然及最終改造自然的最直接的活動,只有不斷的在實踐經(jīng)驗中建立起較強的科技開發(fā)能力和科研創(chuàng)新能力,才能不斷創(chuàng)造新知識,推動人類文明和社會進步。高等學校的實驗教學是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力、創(chuàng)新意識和動手能力的重要環(huán)節(jié),在實驗教學中,不僅要使學生掌握觀察實驗現(xiàn)象、分析實驗數(shù)據(jù)、熟悉實驗操作、總結(jié)實驗結(jié)果去驗證所學知識,而且更是一個積極啟發(fā)學生創(chuàng)新能力的過程。我們在長期的有機化學實驗教學中,從培養(yǎng)學生的動手能力、創(chuàng)新能力和初步的科研能力出發(fā),主要進行了下述改革,并收到了良好的教學效果。
以前的實驗教學大綱中安排的驗證性實驗內(nèi)容較多,綜合性實驗較少,設(shè)計性實驗為零。為了培養(yǎng)學生綜合設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和初步的科研能力,我們首先對實驗教學大綱進行修訂,優(yōu)化和重組了實驗教學的內(nèi)容和結(jié)構(gòu),從“基礎(chǔ)、綜合、設(shè)計、開放”等四個層次上全面培養(yǎng)學生的動手能力和創(chuàng)新意識。
1增加綜合實驗的學時比例,為培養(yǎng)創(chuàng)新能力奠定基礎(chǔ)
實驗內(nèi)容是傳授實驗知識,培養(yǎng)學生能力素質(zhì)的重要手段,實驗內(nèi)容應(yīng)該具有與時俱進的先進性,應(yīng)該緊跟科學技術(shù)的發(fā)展水平。新的實驗內(nèi)容的選擇主要以新知識、新技術(shù)、新方法和新手段為主,同時滲透綠色化學思想,盡可能使實驗教學綠色化,在掌握知識和能力的同時為人類創(chuàng)造一個更為潔凈的環(huán)境。如在有機合成實驗中我們安排了由6個合成實驗組成的一條龍綜合實驗,即前一個合成實驗的產(chǎn)品為后一個合成實驗的原料而連鎖進行。如苯硝基苯苯胺乙酰苯胺對乙酰氨基苯磺酰氯對氨基苯磺酰胺;又如:由乙酰苯胺對氨基苯磺酸甲基橙。這樣既節(jié)約了化學試劑、實現(xiàn)了綠色化,又使學生把理論上學過的不同章節(jié)的知識系統(tǒng)化掌握,達到了事半功倍的良好效果。在綜合性實驗中,我們還安排了超越化學二級學科的一些內(nèi)容,如在進行復雜的有機合成實驗后,還對產(chǎn)物進行表征,即固體產(chǎn)物測熔點,液體產(chǎn)物測折光率,并用IR和UV測結(jié)構(gòu)。用柱色譜和薄層色譜、紙色譜進行產(chǎn)品的分離鑒定等。我們在實驗中先后完成了①安息香醚的合成及表征[2];②二苯基乙醇酸的合成及表征;③陽離子交換樹脂催化合成二甲氧基甲烷;④配合物幾何異構(gòu)體的制備、異構(gòu)化速度常數(shù)測定。為了理論聯(lián)系實際,提高學生的學習興趣,我們還安排了一些應(yīng)用性綜合實驗,如①從黃連中提取黃連素;②槐米中蘆丁的提取與分離;③植物中黃酮類化合物的提取及表征;④熒光增白劑―1,3,5―三苯基吡唑的合成及表征;⑤甲基橙的制備及棉布染色;⑥高分子化合物的合成及聚乙烯醇粘合劑的制備;⑦有機分析及奶粉中三聚氰胺的檢測等。全國問題奶粉出現(xiàn)后,由市質(zhì)監(jiān)局牽頭,2008年組織學生利用課余時間及節(jié)假日對寶雞高新區(qū)蒙牛奶業(yè)集團進行三聚氰胺檢測達半年之久,這樣既做到服務(wù)社會、學以致用,還為學院和系上共創(chuàng)收300余萬元。這樣的實驗題目新穎實用,貼近科研、生產(chǎn)和生活實際,極大的調(diào)動了學生的學習興趣。同時由于實驗加強了有機理論知識及操作技能的縱橫聯(lián)系和綜合應(yīng)用,營造了創(chuàng)造空間,使學生在實驗中獲得知識的同時,始終處于積極思維與主動探討狀態(tài),培養(yǎng)和發(fā)展了學生廣闊和多向思維,誘發(fā)其創(chuàng)新意識。
2進行設(shè)計實驗,引發(fā)學生創(chuàng)新能力
在安排學生完成跨二級學科進行綜合實驗的基礎(chǔ)上,讓學生進行設(shè)計實驗,即在不同的學習階段引入不同知識層面的設(shè)計性實驗,并由學生獨立完成。在蒸餾、分餾、減壓蒸餾、萃取、重結(jié)晶等有關(guān)基本操作實驗完成后,開設(shè)了“有機混合物的分離純化”這一方面設(shè)計實驗,如要求學生設(shè)計完成:①一定量的苯甲醚、苯甲酸和苯酚混合物的分離;或②丁酸、苯酚、環(huán)己酮和丁醚混合物的分離純化;或③苯甲醇、苯甲醛和苯甲酸混合物的分離純化。同理,在完成多種化合物的制備等綜合性實驗之后,引入設(shè)計性實驗:①異丙醚的制備;或②香料乙酸環(huán)己酯的制備;或③乙酰丙酸的制備。我們的具體做法是,教師首先提前兩周公布題目,在老師提示后,要求學生按設(shè)計實驗題目獨立完成實驗方案的設(shè)計。學生通過查閱文獻資料,設(shè)計出完整規(guī)范的實驗方案,并經(jīng)教師審閱簽字后方可進行實驗操作。最后學生和教師再一起討論實驗現(xiàn)象和結(jié)果。在酯的合成中,我們還在不同的實驗小組分別以濃硫酸、對甲苯磺酸、六水合三氯化鐵、十二水合硫酸鐵銨、一水硫酸氫鈉、甲磺酸、固體超強酸和雜多酸等分別作催化劑,讓學生進行類比分析,找出最佳條件。通過上述改革,師生合作撰寫出論文,有3篇分別發(fā)表在《貴州化工》、《應(yīng)用化工》和《化工時刊》雜志上。設(shè)計實驗的引入,引發(fā)了學生的創(chuàng)新能力,激發(fā)了學生的學習興趣,挖掘了學生的潛能,培養(yǎng)了學生的初步科研能力。
3開設(shè)研究性實驗,使學生創(chuàng)新能力得到提升
我國著名科學家戴安邦教授一直倡導,化學實驗是實施全面化學教育的一種最有效的教學形式。20世紀90年代以來,我國高等教育思想發(fā)生了重大改革,其突出的特點是推行素質(zhì)教育,樹立人才質(zhì)量意識,培養(yǎng)人才創(chuàng)新能力。為適應(yīng)化學專業(yè)建設(shè)以素質(zhì)教育為中心的大口徑專業(yè)教學體系,我們以“厚基礎(chǔ)、寬口徑、強能力、求創(chuàng)新”為宗旨[3],采用的重要措施之一就是取消原來的二級學科設(shè)立的專業(yè)教育和專業(yè)實驗課程,消除有機實驗“照方抓藥“傳統(tǒng)單一的實驗教學方法,代之以全方位的基礎(chǔ)實驗、綜合實驗、設(shè)計實驗、開放實驗、研究性實驗,以提高學生的綜合素質(zhì)、創(chuàng)新能力。在研究性實驗中,我們?yōu)閷W生開設(shè)了:①山梨酸的合成;②扁桃酸的合成與拆分;③分子篩的制備及其物性測定;④草酸根合鐵(Ⅲ)酸鉀的制備及組成確定;⑤從越橘中提取花青素;⑥SDDC的合成等。通過上述實驗的開設(shè),使學生掌握了有機實驗的新技術(shù)、新方法、新手段,并增強了實用性,培養(yǎng)了學生的創(chuàng)新能力和初步的科研能力,其綜合素質(zhì)顯著提高,彰顯了教學改革的生命力。
4在高年級安排開放實驗,培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決問題的能力
開放式實驗是一種有利于培養(yǎng)學生獨立分析問題和解決問題、培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力非常好的教學方法,它實現(xiàn)了時間和內(nèi)容的開放,在一定范圍內(nèi)為學生提供自主選擇實驗的機會和條件。同時可滿足不同水平和不同層次學生對學習知識的渴望和要求。授人以魚不如授人以漁,為此我們?yōu)閷W生提供內(nèi)容前沿新穎、難度大的研究性實驗內(nèi)容,指導學生完成設(shè)計及實驗,如:①大環(huán)化合物冠醚的合成;②中草藥有效成分半衰期的測定;③中草藥有效成分的分離提取純化;④固體超強酸催化合成酯類物質(zhì);⑤納米材料研究等內(nèi)容。在如此開放式的教學環(huán)境中,培養(yǎng)了學生自主學習、獨立思考的能力,從而提高了他們的創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力,使人才培養(yǎng)與社會需求與時俱進。
5讓學生參與教師的科研項目,教學科研相得益彰
高等學校對本科生能力的培養(yǎng)就是使學生綜合素質(zhì)得到全面發(fā)展,科研能力、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)則是其重要的組成部分。十余年來,我們有機化學教研室鼓勵具有講師以上職稱,并有科研項目的教師每人帶3~5名二年級以上本科生的方式,將教師科研室全面向二年級以上學生開放,使學生參與到教師科研實驗中來,從中學到實驗知識和能力,同時有利于教師完成科研任務(wù)。該制度實施以來,得到了廣大師生的歡迎。通過該活動的開展,打破了高校一般由教授、講師、助教和研究生組成研究隊伍這一局面,把思維活躍、理解能力強的本科生也吸收到隊伍中來,給研究團隊注入了新鮮活力。通過學生參加教師科研實驗,使學生將課堂所學知識用于實踐,極大地激發(fā)了學生的學習熱情,并提高了教師教學效果。學生在進入教師實驗室參與科研實驗之前,帶教老師一般會要求其對所做課題的研究文獻進行綜述。學生通過深入網(wǎng)絡(luò)和圖書館查閱資料,進行文獻的歸納總結(jié),鍛煉了自己應(yīng)用文獻的能力,使被動學習變?yōu)橹鲃訉W習??傊ㄟ^上述工作,培養(yǎng)了學生綜合素質(zhì),提高了學生的科研能力和創(chuàng)新能力。
綜上所述,我們通過在有機實驗教學中增加必修課和選修課內(nèi)容:即綜合實驗、設(shè)計實驗、研究性實驗、開放性實驗等,一是突出了綜合素質(zhì)培養(yǎng),進一步鞏固和加深學生在基礎(chǔ)化學實驗中已得到訓練操作和技能,同時也增加基礎(chǔ)化學實驗中學生未接觸的實驗操作的訓練,其中主要是苛刻條件的合成技術(shù);二是打破二級學科界線,拓寬了學生的知識面,培養(yǎng)了學生綜合應(yīng)用基礎(chǔ)化學實驗技能去解決實際化學問題的能力、查閱文獻資料的能力、設(shè)計實驗的能力以及操作使用近代儀器和圖譜解析的能力;三是在綜合化學實驗、設(shè)計實驗、開放實驗、研究實驗等中融入專業(yè)教育功能,選擇精細化學、應(yīng)用化學、材料化學、環(huán)境化學及前沿學科的內(nèi)容,并注重化學多學科的交叉和應(yīng)用等特點,為培養(yǎng)具有創(chuàng)新能力、初步科研能力的復合型人才奠定了基礎(chǔ),這也是時代所召喚和期待的結(jié)果。
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