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摘 要:有機化學是醫學院校的一門重要基礎課。近年來,隨著教育教學改革發展,使醫學有機化學的教學面臨不少困境,如理論課時的減少,學生人數的擴增,學生基礎參差不齊等。對此,本文作者分別提出了具體解決方法,并在實踐中進行了應用,取得了良好的教學效果。
關鍵詞:有機化學論文
有機化學是一門集理論性、實踐性和系統性為一體的學科。醫學有機化學是醫學、藥學以及生命科學等相關專業的基礎課程之一。它銜接無機化學,并為后續的生物化學、微生物學、免疫學、藥物化學、藥理學和醫學檢驗等課程提供了必備的基礎知識和基本理論。醫學有機化學的內容雖與化學、化工、生物工程等專業的有機化學課程大致相同,但教學的側重點、教學的方法須有所差異,對任課教師也提出了更高的要求。筆者從自身的教學實踐出發,從以下4個方面談醫學有機化學教學實踐中。
一、了解學生化學基礎
筆者所在學校的醫學專業面向全國招生,而現階段各省或地區的高考政策不盡相同,部分新生參加了化學學科的高考,因而具有較為系統的中學化學知識結構,同時對基本的元素、物質以及化學反應有一定的認識,這類學生具備較好的學習醫學有機化學的基礎;另有部分考生,未參加化學學科的高考,在高中階段學業水平測試之后便停止了化學的繼續學習,這部分新生的中學化學基礎薄弱,普遍存在概念模糊,對元素、官能團的認知不清以及對化學反應幾乎一無所知的問題,這些問題導致這部分學生學習困難,課堂參與度低,進一步導致學習興趣和信心的喪失,最終難以順利完成該課程的學習任務。
針對不同生源的中學化學基礎參差不齊的情況,我們不僅需要在合班上課時考慮班級合理編排,更需要在課堂教學中照顧到基礎薄弱的學生,同時滿足基礎較好的學生更高的學習需求。另外,我們嘗試適當安排時間對基礎薄弱的學生單獨進行中學化學的重要知識點的回顧和講解,將有利于這部分學生跟上該課程的課堂教學進度,也有助于他們對后續課程的學習。
二、引導學生系統建立有機化學知識結構
多數有機化學教材,包括該校使用的醫學有機化學教材均按照化合物類型(如烷烴、烯烴、炔烴、芳烴、醛酮、羧酸及其衍生物、糖、氨基酸和蛋白質……)進行章節編排,雖利于學生依據化合物類型建立知識結構,但各章節內容仍稍顯分散,知識點較為繁雜,學生掌握不易。為了學生能夠從最基本的有機化學概念、原理出發建立完善的有機化學知識體系,我們有意識地加強了緒論部分尤其是關于有機結構和有機反應的基本理論的闡述。
比如:緒論中我們介紹有機化學反應包含兩個基本的組成:反應物共價鍵的斷裂以及產物共價鍵的生成。共價鍵的斷裂方式只有兩種:異裂和均裂。前者產生自由基,后者產生離子對,兩者均為有機反應的活性中間體,大多數有機反應與這兩種活性中間體的生成及參與有關,從而派生出有機反應的三個基本類型:自由基反應、離子型反應(親核或親電反應)以及協同反應。
在后續章節的講解中,我們將具體反應歸屬到上述基本反應類型進行講解。比如:講解烯烴的化學性質時,引導學生關注碳正離子如何形成、如何穩定以及如何參與化學反應;講解羥醛縮合時,引導學生關注碳負離子如何形成、如何穩定以及如何參與親核反應。這樣不僅讓學生能夠從根本上理解反應,并且能夠圍繞基本反應的類型及活性中間體,將內容龐雜的知識點進行歸類并逐步建立相應的知識體系。
三、注重有機化學與醫學的學科交叉
有機化學之所以成為醫學專業的基礎課程,不僅因為有機分子是構成動物、植物體的基本單位,體內的物質轉換及能量傳遞也均與有機化學反應息息相關。在醫學有機化學的教學中,我們有意識地引入相關的醫學知識,在強化對知識點理解的同時,闡釋相關的生物學或醫學現象,從而提升學生對有機化學的學習興趣和熱情。例如:在講解立體化學這一章節時,我們開篇即以“反應停”(沙利度胺)事件為例,讓學生認識到確定化合物立體構型的重要性。在20世紀50~60年代,“反應停”在臨床上被普遍用于抑制孕婦的妊娠反應,但隨之而來的大量“海豹畸形嬰兒”的出生使該藥物被禁止使用。后來的研究表明,當時使用的藥物“反應停”實際為一對對映體混合物,即安全的R構型及致畸的S構型的混合物。通過這一實例,學生自然意識到立體化學對于有機化合物結構的重要性,課堂專注度也顯著提高。
在具體章節的講解中,我們還嘗試以常見藥物分子為例來闡釋相關的官能團或者分子片段,做到醫學、藥學知識與有機化學知識點的融合。比如:在羧酸及其衍生物的講解中,我們以青霉素等為例向學生介紹了含特殊結構片段――“β-內酰胺”的一類抗生素,使學生對酰胺的理解得以強化。同時,我們還對青霉素的發現、發展和臨床應用背景進行了介紹,從而一定程度上激發了學生對醫學研究的興趣。如圖1
備課時需針對不同的專業要求,確定講課內容和重點。例如,在給生物制藥專業本科生講授有機化學時,需向學生闡述有機化學在制藥領域中的應用,在藥物合成過程中所用到的有機反應類型和機理,特別是引入綠色化學的概念,以減少在制藥過程中產生的環境污染,達到資源最大化利用。在講到乙烯聚合這一部分內容時,可向學生介紹聚合物在生活中的具體應用。比如說,生活中塑料制品的主要成分大多是聚乙烯,常用藥物純化分離、污水治理領域的膜分離技術,其核心部件膜組件也大多是高分子聚合物,比如聚醚砜超濾膜、聚偏氟乙烯超濾膜、聚氯乙烯微濾膜等。而在膜技術領域,膜污染問題是制約膜技術發展的瓶頸,可以通過對膜表面進行化學改性的方法提高膜的抗污染性能,這些都要用到有機化學相關知識。通過這些事例,進行專業引導,可以提高學生對本門課程的學習熱情。
二、充分利用多媒體,豐富教學形式
有機化學中涉及到大量化學方程式、電子結構、分子構型等抽象概念,而多媒體課件則可以對其進行有效的補充。在講解相關反應機理時,對于化學反應過程最好做成動畫演示,幫助學生理解并且加深印象。例如,在講解碳原子雜化軌道形成過程中,電子躍遷,軌道的雜化過程可通過flas演示,教師應結合每一步動畫講解相應的機理,從而讓學生對抽象的過程有宏觀的認識。同時,在采用多媒體教學過程中,需注意板書與多媒體課件有機地結合,對于一些反應過程必須利用板書進行詳細的講解,過分依賴課件有可能造成細節講解不透徹。在教學過程中,要注意引入生活中的案例,使枯燥的理論生活化。例如,在講授蛋白質化學這一章內容時,可先布置一個有關蛋白質的小課題,讓學生課后查閱相關資料,并在課中進行講解。例如,在生活中,如果誤服了含有大量重金屬的食物,如何采用急救措施,其解毒原理又是什么?兒童重金屬中毒會對其生長發育有什么影響?學生通過對這些問題的查閱,搞清楚相關問題的原理,同時又增加了生活常識,從而達到學以致用。
三、理論聯系實際,重視實驗教學
在實驗教學過程中,可采用階段性實驗教學,首先安排一些趣味性、實驗性較強的驗證實驗,例如,阿司匹林、染料合成、茶葉提取咖啡因等。對于這類實驗,學生往往表現出較大的興趣。另外,結合教師的科研項目,我們還可安排一些開放性實驗,實驗室在特定的時間內向學生開放。例如,本課題組主要從事環境固體廢物處理及資源化研究,對于生物科學專業的學生,可讓他們參加到城市污泥好氧生物發酵的課題研究中,通過對課題的參與加深對本專業知識的理解,并且培養獨立思考和解決問題的能力。
四、完善課程考核體系
課程考核體系對一門課程的順利開展具有重要意義。大學學習中主要在于掌握學習方法,擴大知識面,而不能過分的強調考試分數的高低,不能單純以期末卷面考試成績的高低來考核學生對有機化學這門課的掌握情況。因此,需完善課程考核體系,加大平時成績和實驗操作成績的比重。在教學中可根據教學章節實際內容,布置綜合性知識總結論文,要求學生在查閱大量文獻的基礎上撰寫學習報告,培養學生總結、思考、分析、概括問題的能力,還可以讓個別有能力的學生根據自己的興趣整理設計有機化學小課件,在學生中進行講解,并對相關學生進行加分,以提高其積極性。另外,適當增加課堂提問和設問并給出成績記錄,也能有效地提高和強化學生對課程學習的積極性。結合隨堂小考、課堂提問、綜述論文、課件等平時成績,進行學生成績的綜合考查,并且加大平時成績在總成績中的比重,而不是僅僅以期末考試成績來考察對本門課程的掌握情況。
五、小結與展望
為了培養礦物分選加工和礦產資源綜合應用領域的工程技術人才,有機化學的教材內容應以培養學生的科學思維方法,分析問題、解決問題的能力和創新能力為目標,突出礦物加工工程專業特點,著力拓寬學生知識面。據此,本課程選擇的是獲得第三屆國家教委優秀教材一等獎,由徐壽昌主編的《有機化學》,該教材按照官能團系統分類,每一個章節介紹一類有機化合物,而每一章節又按照結構、制備方法、物理和化學性質為主線,便于學生歸納總結和綜合應用。但是在2011年我校在本科生培養方案的調整中,將礦物加工工程專業有機化學的教學課時由64學時縮減為48學時,有機化學的教學內容必須做出相應的調整。首先,我們貫徹“少而精”的原則,對教學內容進行了優化處理,在縮減課時的情況下,精選本學科中最基本、最重要、最精華的部分作為重點教學內容。例如,教材中烷烴、烯烴、炔烴、脂環烴、芳烴、鹵代烴、醇和醚、酚和醌、醛和酮、羧酸、胺、雜環化合物等每一個章節都包含有機化合物的分類和命名,而很多學生在高中階段對這些內容略有掌握,因此我們在第一章有機化合物的分類中,補充有機化合物的命名,將有機化合物按照官能團命名方法進行歸納和總結,后面的章節中就不再介紹。教材中某種有機化合物的制備反應和另一種有機化合物的化學反應前后重復介紹,可以將這一部分內容合并簡化。以醇制備鹵烴為例,教材第九章鹵烷的制備方法中介紹了醇與氫鹵酸作用,而第十章醇的化學性質又詳細介紹了鹵烴的生成,將這兩部分內容整合有助于學生的理解,避免了重復。教材中立體化學的內容比較抽象,對學生的空間想象力有一定的要求,而立體化學和礦物加工的專業知識關聯較少,我們將其內容適當簡化刪減。其次,為了強調礦物加工專業特色,激發學生對專業的興趣,有機化學的教學內容必須重點講授一些和專業相關的內容。例如,我們學校的礦物加工專業主要是面對煤炭行業,學生必須對煤的相關知識了解透徹。煤是由有機質和礦物質組成,煤中的有機質又是由苯環、脂環、雜環和一系列的含氧、硫、氮的官能團組成,要認清煤的大分子結構,必須掌握好有機化學中芳烴、環烷烴、酚和雜環化合物這些章節的內容,另外煤經常發生的一些化學反應,如氧化反應、裂解反應、芳構化反應、加氫反應、縮聚反應、脫氧反應和磺化反應等也滲透在有機化學各章節中。煤的浮選過程中浮選藥劑分為捕收劑、起泡劑和調整劑三種,這些藥劑大多是有機化合物。捕收劑主要是煤油、輕柴油等,它們是石油裂解的餾分產品,主要是C11-C16的烷烴,在有機化學烷烴的學習中可以介紹;起泡劑包含天然起泡劑松醇油(α-萜烯醇),工業副產品起泡劑雜醇和仲辛醇,人工起泡劑醚醇類化合物,在有機化學萜類、醇類和醚類化合物的講授中介紹;調整劑主要是一些乳化劑和絮凝劑,涉及有機化學中高分子聚合物的知識。水煤漿是一種新型的煤基流體燃料,由煤70%、水30%和少量添加劑經一定工藝流程加工而成,添加劑起著關鍵作用。水煤漿添加劑中主要是分散劑和穩定劑,分散劑是磺酸鹽、羧酸鹽、聚烯烴類化合物,穩定劑是高分子表面活性劑、聚丙烯酸鹽類化合物,這些涉及羧酸和高分子聚合物的相關知識。目前,多學科交叉、滲透、融合,以基礎知識與專業知識密切結合為切入點,將相互具有內在聯系的有機化學、煤化學、選礦學的教學內容融合,將打破過去有機化學、煤化學和選礦學在課程設置上過于獨立、缺乏聯系的局面,整合原有課程內容,拓展學生知識結構。
二、有機化學教學方法的改革
傳統教學方法以教師在課堂上的“填鴨式”教學模式為主,往往忽略了學生的主體性,不利于學生自主學習和創新能力的培養。為了培養學生的自學能力和思考能力,提高教學效率和質量,我們在教學中采用了靈活多樣的教學方法,通過啟發式、互動式和討論式等多種教學方法,引導學生課堂上積極思考,獨立解決問題。在教學過程中我們增加一些教科書上沒有列出的反應及其具體應用實例,將同類型的反應隨時進行總結,既可提高學生的學習興趣和積極性,又可開拓學生的視野和擴大知識面。例如,水煤漿添加劑中普遍用到的分散劑是萘磺酸鹽,在萘磺酸鹽的制備過程中涉及我們所學有機化學中萘的磺化反應,萘在165℃時與濃硫酸反應的主要產物是β-萘磺酸,β-萘磺酸經過與甲醛發生縮合反應后與堿中和即可得到我們所需的產品萘磺酸鹽。學生通過這個實例的學習,將會加深對萘的磺化反應的認識,同時拓寬了知識面,還與所學的專業知識也聯系起來。FS-201作為一種浮選劑在很多選煤廠使用,它的藥劑用量比煤油低30%左右。這種藥劑的主要成分是輕質烷基苯。這種藥劑的合成涉及有機化學中最著名的傅克烷基化反應。它的合成是烯烴與苯在三氯化鋁的催化作用下進行傅克烷基化反應,反應物經堿洗、水洗再經脫苯、精餾,截取255℃以前的餾分。課本中一個普通的化學反應在工業上得到應用,學生將會印象深刻。通過這些實例的學習,學生發現有機化學課程并不是完全和自己所學的專業沒有關系,專業知識也并不是深奧難懂,基礎課程和專業課程相輔相成,融會貫通。
三、有機化學教學手段的更新