轻化工程专业的有机化学实验教学改革探索

刘世文，胡小赛，史 超，李子银，葛元宇

(盐城工学院纺织服装学院，江苏 盐城 224051)

教育部在关于一流本科课程建设的实施意见中指出“课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才的培养质量”，可见，如何提升课程教学质量，增强学生学习兴趣，使学生融入教学实践当中，是教学改革的重要指引方向，也是建设一流本科课程的指导思路。轻化工程是一门以化学化工、纺织服装、材料等学科为基础，以实践应用为主的交叉应用专业[1]，主要包括纺织化学与染整工程、皮革工程、制浆造纸工程、添加剂化学与工程。当前，轻化工程领域严重受到资源与环境的制约，创新发展新技术、提高产品产品附加值是本专业亟需解决的问题。轻化产业结构转型升级，调整改革轻化专业人才的培养模式是行业发展的必经之路[2]。有机化学实验是轻化工程专业的一门核心基础课，通过实践操作,了解有机化学的研究方式，使学生掌握不同有机化学反应的操作技能，掌握有机物的分离、纯化、结构鉴定的方法，培养学生分析、解决实际问题的能力，进而提升学生的创新思维，增强学生的创造意识[3]。因此，开设有机化学实验课程，可以为学生提供一个在实践中检验理论知识，提升化学综合能力，转化理论为科技产业创新应用的平台。然而，当前有机化学实验教学往往是以教师讲授示范，学生按部就班地操作，根本无法激发学生大胆创新、积极探索的教学目标。因此，必须根据学生的基本情况，结合轻化工程专业的未来发展趋势，对有机化学实验课程进行深入、广泛的改革与创新，以满足学生对教学的预期，达到社会发展的需求。本文结合近年来在有机化学实验课程教学中发现的不足，以及在教学实施过程中的改进措施，从课程的教学内容、教学模式、教学考核等方面进行阐述。

1.1 缺乏安全教育

大学化学实验室是安全事故多发地。实验教学的前提是保障学生安全，在学生进入实验室之前，没有进行系统、全面、专业的培训与考核，是导致安全事故频发的主要原因之一，也对学生生命安全造成潜在威胁[4]。因此，为了避免或消除化学实验事故，必须要对学生进行全面、严格、深入、系统的化学安全教育与培训，达标者才能进入实验室开展实验学习任务。

1.2 机械式教学

有机化学实验课本应是一门生动有趣、充满探索未知乐趣的课程，然而，当下的实验课程要求学生上课之前把实验原理、实验流程、实验结果基本理解；
在进行实验操作时，完全按照教师的说教与演示，按部就班地重复。虽然能够掌握操作规程，但是学生已经知道结果，了解了原理与过程，在整个实验教学过程中，学生都是被动、机械地重复操作，很少有学生问为什么这样做。因此，这样的教学方式几乎无法引起学生对实验的好奇与兴趣，更无法激发学生的探索欲与创新精神[5]。

1.3 作业式考核

有机化学实验课程的考核方式基本上都是根据实验报告完成情况以及课堂活跃度给出综合成绩[6]，这种评价考核方式不能够完全反应学生对课程真实掌握程度。在实验操作过程中，学生往往会有操作不当的行为，然而教师无法及时发现，而学生则认为是正确的操作方式，影响后续的实验结果，甚至是产生安全事故，也就不能客观地给出成绩。另外，由于课程考核非常容易通过，学生对课程的重视程度不够，甚至可以浑水摸鱼，敷衍了事，极大地浪费了教学资源。

2.1 加强安全教育

有机化学实验室中发生的安全事故的数量相对于其它类型实验遥遥领先。国内高校、企业每年都会发生多起化学化工实验室起火、爆炸、伤亡的事故。例如，2015年12月8日，某大学化学系一间实验室发生爆炸事故;2021年3月31日，某化学研究所，1名研究生因操作不当导致反应釜爆炸;2022年4月20日，某知名大学材料科学与工程学院一名博士在做实验时由于高温金属粉末进入气管和食道，覆盖全身80%以上的皮肤持续燃烧，导致伤者皮肤大面积烧伤。造成这些事故的原因主要是缺乏系统、全面、专业的培训与考核[1]。

对于轻化工程专业的学生，大部分学生将从事化学染整、助剂工程、皮革工程、印染、添加剂化学工程等涉及有机化学品生产与管理的行业，因此，有机化学实验对于轻化工程毕业生十分重要。然而，对于毫无基本实验常识与操作技能的学生来说，有机化学实验室处处充满危险。传统有机化学理论教学与实验教学都没有系统性地进行化学实验安全教育，这对学生直接进入实验室开展化学实验埋下安全隐患。针对这些问题，可以从以下几点尝试改革：首先，教师需将安全教育作为一个章节，对不同类型的有机物与发生的安全事故以及紧急处置措施相结合，重点讲述、重点掌握、重点考核，使学生意识化、条件反射化。其次，教学方式多样化，讲授与视频播放相结合。学生对于教师教授的内容习以为常，难以全面接受，但对于视频播放的安全事故所呈现的震撼场面容易记忆深刻。另外，还可以定期播放3D实验室安全教育影片，使学生身临其境，感同身受，通过这些教学方式启发学生深入思考讨论，强化学生的安全意识。最后，在学生进入实验室之前，进行虚拟仿真操作，使学生对将要接触的化学物品的物理化学性质、化学仪器的基本使用方法、实验操作步骤的合理性，以及发生事故时的紧急处置措施进行全面、深入、彻底的了解、熟悉并掌握；
虚拟仿真操作不合格者严禁进入实验室进行化学实验。通过以上措施，使学生在进入化学实验室前深化安全意识，掌握实验室安全知识与技能，面对突发情况能够沉着冷静对待、从容处理。

2.2 开展“开放式”教学模式

以往，有机化学理论与实验教学都是单向灌输式传递理论知识，在进行实验操作过程中，学生实际上毫无思考，更不会主动分析、探索、解决问题，仅是简单机械地重复模仿，完成课程任务，交差了事。这种教学方式不仅是对教学资源的浪费，更是对学生、对教育事业的极大伤害。因此，基于提升学生主观能动性，开发学生的思维创造性，加强师生间的互动性，对于化学实验课程可采取“开放式”教学模式。在有机化学理论课程结束后，教师可以将学生分成多个小组，并给每个小组制定不同的具备前瞻性的实验课题[7]。小组成员分工合作，包括前期的文献查阅，了解熟悉课题背景、现状、研究意义，分析课题存在的问题，结合所学知识以及深入文献调研、小组成员的积极思考，提出合理恰当的解决方案，并制定详细的研究路线，并对制定的研究方案进行答辩汇报。教师对研究方案存在的不足与问题，给出合理的改进措施，并启发学生积极思考。随后，学生根据制定的实验方案，小组成员合作完成课题。在实验操作过程，教师应当充分、全面地对相关试剂、仪器的正确使用规范给学生做出的操作示范，并在实验操作过程中发挥学生的能动性、创造性，积极改进实验操作方法，创建更简洁、更高效的有机化合物分离、纯化、鉴定方法。最后，根据文献调研、课题分析、方案制定、实验操作、数据结果分析、结论总结等过程完成一篇研究性论文，并由教师批改完善，根据实际情况进行论文发表。通过这种“开放式”教学模式极大地发挥学生能动性、创造性，调动学生对于理论与实践的兴趣，最终很好地提升了学生独立思考、发现问题、分析问题、解决问题的能力。

2.3 进行“模块化”教学考核方式

传统有机化学实验课程考核仅是完成对应的实验报告，事实上，这种考核方式不够全面、准确地考察学生对于相关技能的掌握情况。有机化学实验课程考核应包括安全理论教育模块、基本实验操作技能模块、实验方案设计模块，因此，需要从实验基本理论、实验基本操作技能到实际设计实验路线方案，综合考核学生对实验课程的掌握情况，并建立分模块评分标准。每一模块必须达到相应的分数，才能通过，且必须通过每一模块考核，才能通过整体实验课程考核，每一模块考核均需要严格把关，严进严出。安全理论教育模块考核可采取模拟考试与案例分析相结合的方式，考察学生对安全教育的掌握情况。基本实验操作技能模块要求学生熟练地掌握各种玻璃仪器的使用方法与注意事项，能够独立准确地完成固体与液体的量取、加热回流、减压(常压)蒸馏与过滤、多相萃取、干燥处理、熔点测点、重结晶、柱色谱等基本操作，进而掌握不同类型化合物的制备、分离纯化、结构鉴定方法与机理。实验方案设计模块则是在学生掌握基本实验操作技能的基础上进一步加强学生主动思考、探索未知、提升学生创新能力的环节。这一模块由教师提出相关具有一定前沿性的课题，由学生分组独立完成，同时教师监督指导，这一环节主要是考察学生的综合能力，如文献检索能力、团队合作能力、问题分析解决能力、实验方案设计能力、创新创造能力、实验操作能力。通过学生对课题的分析、方案的设计新颖性、实验操作的规范性、产物结构鉴定结果、结论总结等进行综合评价[8]。通过以上分模块的方式对学生进行综合、客观、相对准确的考核，不仅能够使学生真正掌握知识、学以致用，更能够激发学生探索欲望、创新精神。

轻化工程专业的毕业生将来走向相关工作岗位后，无论是产品研发还是产品的生产，都将不可避免地涉及到有机化学相关实验操作。因此，有机化学实验是轻化工程专业毕业生必须掌握的一门实践性课程。通过教学内容强化安全教育、教学方式开放化、教学考核模块化等改革方式，既提高学生对课程的重视程度，又能增加学生学习的热情，使学生掌握有机化学基础知识、基本理论、基本安全常识、基本实践技能，同时增强学生自主学习能力、探求未知的思维能力和思维习惯以及分析归纳、总结的意识，进而为毕业生获得轻化类专业技能奠定基础，为染整工程、皮革工程、制浆造纸等轻化工程领域培养专业应用型人才。