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地方应用型本科高校大学生创新能力培养探索的几点思考:以有机化学课程为例

张媛媛 王慧彦 常延姣 王馨 陶传洲
  
富网媒体号
2025年163期
江苏海洋大学 环境与化学工程学院 连云港 222000

摘要:随着社会对高素质人才的需求日益增强,地方应用型本科高校在培养学生创新能力方面面临着新的挑战。本文以有机化学课程为例,探讨地方应用型本科高校在课程设置、教学方法和实践环节中如何有效培养大学生的创新能力,从而为提升学生的综合创新素质提供新思路。关键词:地方应用型本科高校;创新能力;有机化学;教学改革;实践教学

1. 引言

在当前经济社会发展的背景下,创新能力成为衡量大学生综合素质的重要标准。尤其是在地方应用型本科高校,培养学生的创新能力不仅关乎自身的发展,也直接影响到地方经济和社会的进步。然而,传统的教学模式往往以知识传授为主,忽视了学生创新思维的培养。有机化学作为化学类相关专业的重要基础课程,也是本科生入门化学课程中的较难课程之一,该门课程的学习能够有效的提升本科生的创新能力。表现如下:有机化学课程通过实验操作和理论讲解,有效培养学生的创新思维和动手能力;该课程鼓励学生探索未知领域,激发创新潜能,为科研创新奠定基础;有机化学实验设计环节,促使学生独立思考,提升解决复杂问题的创新能力;课程中涉及的最新科研成果,拓宽学生视野,激发创新灵感;通过有机合成实验,学生学会创新方法,培养创新实践能力;有机化学课程强调跨学科融合,促进学生综合创新能力的提升;实验报告撰写和成果展示,锻炼学生的创新表达和沟通能力。因此,探索有效的有机化学教学改革措施以提高学生的自主创新能力尤为重要。

2. 有机化学课程现状分析

作为化学、化工类相关专业的重要基础课程,有机化学对本科学生而言具有挑战性的学科。有机化学课程创新教学改革普遍存在的问题予以着手,目前在教育教学中存在如下问题:

替换性概念

在有机化学课程中,各种各样的替换性概念已经出现,例如在介绍有机结构理论,建立结构与性能的关系的教学内容中,“极性”是一个理解性不足的概念。部分学生认为键的极性仅仅是由在分子中存在电负性原子而导致形成,而不考虑在形成特定键中原子的相对电负性大小。同样,学生们在学习关于有机化学基本概念和基本理论中,对于物质酸碱性的学习表现出了相似的思维方式,认为某些特定官能团具有酸碱性,而不考虑物质呈现酸碱性是由于物质结构本身的多重因素相结合的综合结果。

机械性记忆

对于有机化学知识点的学习,部分学生由于不正确或是不恰当的机械性记忆方法,导致该部分学生对于某些基础知识持有错误的想法或观点。包括:部分学生在学习氢键概念时,由于并未真正理解其形成过程及原因,导致错误记忆氯原子也能够参与形成氢键。他们也会错误认为碳氢化合物也能够诱导形成氢键或者氢键是共价键的一种等。

由于有机化学由一系列章节组成,如烷烃、烯烃、炔烃及具有官能团的化合物。其中,烯烃是一类比较重要的化合物。同样的,诸如此类的错误记忆也出现在笔者要求学生预测烯烃加成产物之中,如:不对称烯烃与氢卤酸发生亲电加成反应时,学生一般只机械性记忆应用马氏规则写出目标产物而忽视反应本质是获得稳定性碳正离子中间体这一事实。这一类型的替换性概念还出现在:三级烷基卤化物在以醇类化合物为溶剂时,与强碱性物质发生反应得到醇类产物,以及在酸存在时烯烃与水反应生成醚、醛、酮产物等诸多知识点中。

有机化学相关概念的正确思维过程,学生并未能做到融会贯通,全部掌握。例如:在讲解有机化合物分子极性这一知识点时,笔者讲解四氯化碳是非极性分子,而当再次举例提及四碘化碳时,学生认为由于四碘化碳中,碳原子空间结构的的原因导致其整个分子的偶极矩在空间上矢量并不为零,所以判断其为极性分子。由此可知,学生在掌握知识点时只是做到知其一,浮于表面,而做不到融会贯通,举一反三。

理论知识脱离实际

课堂教学中主要强调有机化学的基础理论,学生往往难以将理论知识与实际应用结合。例如:在教学过程中,学生会学习到烯烃与卤素(如 Br2或 Cl2)反应生成 1,2-二卤代烃的反应机制。通常,理论课程上介绍以下几个重要概念:(1) 亲电试剂的形成:卤素分子在接触烯烃的双键后,首先形成一个带正电的卤素阳离子。(2)反应中间体:学生会学到在反应中形成的三元环状中间体(如鎓离子)如何影响反应的立体化学。(3) 产物的生成:学生会了解最终生成的二卤代烃的结构和性质。

事实上,虽然学生能够掌握以上理论知识,但如果没有结合实际案例,可能会导致他们对反应的理解在实际应用中存在缺陷。在实际的化学合成与工业生产与应用中,烯烃的卤素亲电加成反应可能会受到多种因素的共同影响,实现反应的条件和产物复杂性在实际操作中往往无法有效预测。例如:(1) 副反应的发生:在实际反应中可能会生成副产物。如烯烃与氯或溴的过量反应会导致产物选择性降低。如果学生只学到理论模型,而未能接触到相关实验数据,他们可能无法预见这种可能存在的问题。(2) 反应条件的优化:理论上,温度、反应时间、反应介质等因素都会对产物的质量和产率产生很大影响,但学生在实验中可能只使用固定的温度和时间等条件的组合,未能系统地优化条件,导致实际反应效果与理论预期相差甚大。(3) 立体化学的理解:在理论学习中,学生可能无法区分生成产物的不同立体异构体。但在实际应用中,特定的立体化学可能对药物的活性和性质有显著差异性影响。这种理论与实际的脱节,往往导致学生在参与实验或工业生产时缺乏必要的实际经验和解决问题的能力。

缺乏创新性思维训练

传统教学模式的侧重使得学生缺乏进行自主探索和创新学习的机会。例如:在课堂讨论中,往往以关闭式问题为主,学生只需记忆和复述答案,缺乏讨论和探究的机会。学生被引导回答“什么是”或“如何做”这样的问题,而没有机会去问“为什么”或“能否通过其他方式实现”这样的开放性问题。又如:在有机化学的学习中,内容往往要求学生记忆大量的反应机制、化合物的性质和反应条件。这种重视记忆的方式容易使学生在学习时感到枯燥,并且难以深入理解有机化学的内在联系。此外,实践课教学也存在不足之处,如实验课程安排相对单一、集中,学生动手实践的机会有限,难以培养学生的独立解决问题的能力。

3. 创新能力培养的策略

为了解决上述问题,地方应用型本科高校在有机化学课程中可以采用以下策略来促进学生的创新能力。

3.1 更新课程内容,结合前沿研究

在讲述重点内容时,应围绕重点内容配备相应习题,内容拓展以及小结等;对于关键问题的解释需直接板书标注相应的反应式,力求用简单,直观的方式来阐述相关教学内容,便于学生理解与掌握。其次,精简本门课程的教学内容。众所周知,有机化合物结构复杂、种类繁多、应用广泛、研究主要内容包括有机化合物的来源、制备、结构、性能、应用以及有关理论和方法学等多个方面。围绕学科核心素养对所教课程的教学内容进行精选,实现少而精的要求。多而杂的内容体系一方面导致教师满堂灌,另一方面会导致学生死记硬背,不了解学习重点。唯有少而精,才有利于引导学生进行深度通透式学习,并把所学知识升华为学科核心素养。学科前沿知识的加入彰显出基础理论在学科发展中的重要性,引导学生注重理论基础知识体系的构筑;通过相关的科研报道,让学生在学习专业课的同时,了解学科的发展前延、拓展知识面,激发学生对有机化学学习的兴趣和动力,并积极投身到学习和科研中,使潜在的创造力得以发挥内容。鉴于掌握知识本身是基础,学科知识的选择和教学都是为了形成和发展学生的学科核心素养,减少或去除无助于学科核心素养形成的内容,确保学科知识基础性、时代性和专业性,为金课建设提供必要前提。以上内容以双分子亲核取代反应举例如下:

引入思政点CH3-B CH-OHS亲电位点 m速率方程:u= k[CHBr][OH] 5反应速率与两种反应物的浓度都相关!双分子亲核取代反应机理立体化学δHHδ H Walden转化一 Br 手性分子H H H 构型翻转sp²只存在过渡态且为平面构型C10H21 C10H21小结 板书举例:HO HC H CI 构型翻转 SN2 H CH3①一步完成,亲核试剂与卤代烷都参与;②新键生成与旧键断裂同时进行,只有一个过渡态;③存在Walden转化,手性分子发生SN2反应时,构型翻转。 学科前沿介绍

在相关有机化学的知识点的教学中,可适当增设一些与基本内容相关的新反应、新试剂、新方法方面的内容或研究进展,引入最新的研究成果和应用实例,如绿色化学、新型反应机制等。通过将课程内容与实际科研前沿相结合,提高学生的兴趣和参与度,使其了解合成化学在现实生活中的应用。

3.2 强化实践教学,鼓励学生探索

图一 课程内容更新与学科前沿相结合

适当增加实验课程的比例,设计多样化的实验项目,鼓励学生进行自主研究。例如,可以设置以 SN2 亲核取代反应为主题的小组实验,要求学生在指导老师的帮助下,设计并独立实施实验方案。这样的探究式学习模式不仅能够提升学生的动手能力,还能激发他们的创造性思维。例如:以基于上述课堂讲解的 SN2 亲核取代反应为基础, 要求学生们设计相关实验以提高学生的实验技能,同时加深对理论反应的理解与掌握。

3.3 鼓励跨学科合作与交流

通过组织各类型有机化学相关的科研项目(如:大学生创新训练项目)、创新竞赛等活动,鼓励不同学科、专业的学生进行交流合作。例如,让化学、化工专业的学生与材料、环境等相关专业的学生组成团队,共同探讨有机化学在实际问题中的解决方案。这种跨学科合作能够拓展不同专业学生的知识面视野,从而有助于提高学生的创新能力,从而可以培养具备多学科背景的复合型人才。

图二 课程内容相关的有机化学反应的自主探索

3.4 实践案例教学

在地方应用型本科高校的有机化学理论课程中,加入企业教师授课案例。企业教授可选取部分实际生产中的案例对于部分课程内容进行针对性的讲解。并增加相关内容的课堂讨论部分,这样不仅能够增加学生的学习兴趣与参与度,而且通过相似案例的学习,可大大提高学生在毕业之后对于相应工作岗位的适应性和分析问题与解决的问题的能力。其次,鼓励学生多进行有机化学实践的训练,多参与有机化学相关的竞赛。二者相互结合,学生们能够在实践中,明确问题与任务,从而设计相关实验方案,可以将思维转化为真正的实践,在交流分享中获得知识的强化与创新,从而加强学生自身创新能力的培养。此外,还可以在学校定期举办学术交流会,邀请在有机化学领域有成就的校友和企业相关专家分享经验,也可促进学生的学习创新能力。

图三 实验与竞赛相结合共同促进学生的创新能力

4. 结论

有机化学课程不仅传授了丰富的化学知识,更在潜移默化中培养了学生的创新能力。通过系统的理论学习,学生掌握了有机化合物的结构、性质及反应机理,为创新思维奠定了坚实基础。实验教学中,学生亲自动手进行合成、分离、表征等操作,锻炼了实践能力和问题解决能力。课程还鼓励学生参与课题研究,激发探索精神,培养独立思考和团队合作能力。总之,有机化学课程通过多维度教学,有效提升了学生的创新能力,为其未来发展奠定了坚实基础。因此,在地方应用型本科高校中,有机化学课程的对于学生的创新能力培养更加至关重要。通过更新课程内容、强化实践教学和鼓励跨学科合作,能够有效提升学生的创新能力,培养其独立思考和解决实际问题的能力。这不仅有利于学生个人的成长,也为地方经济和社会的发展提供了有力支持。希望更多高校能够借鉴这种探索与实践,为创新型人才的培养贡献力量。

参考文献

[1] 贾欢欢, 张珉. 有机化学前沿进展融入课堂教学改革与实践* 化学教育(中英文) 2024, 45(4): 42-46.

[2] 赵万祥, 李滔刘, 刘强, 王玉枝. 以活动为导向的有机化学知识图谱构建与实践* 化学教育(中英文) 2024, 45(4): 113-120.

作者简介

第一作者兼通讯简介:张媛媛(1990.01 — ),女,汉族,吉林长春人,博士,讲师,研究方向:有机小分子绿色合成方法学。

常延姣,女(1993.10),汉,山东邹城,博士研究生,讲师,研究方向:多孔材料的设计合成及应用传洲,男(1980.10),汉,安徽淮南,博士,教授,研究方向:有机药物小分子合成及应用

王慧彦,女(1975.12-),汉,河北元氏,博士研究生,副教授,研究方向:有机合成方法学,药物中间体的合成,精细有机合成

王馨,女,汉,内蒙古呼伦贝尔市,博士,讲师,研究方向:分析化学

基金项目:本科教育教学改革项目:“两性一度”视域下有机化学金课建设研究与实践。(项目号:JGX2024023)

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