提升大学“有机化学”教学效果的探索实践

［摘 要］ “有机化学”是高等学校重要的基础核心课程，是包括材料科学与工程、高分子科学与工程等众多专业的必修基础课，为学生后续的专业课程的学习打下重要基础。针对传统“有机化学”教学内容繁复、概念抽象、章节联系逻辑性不强等特点，以学生为主体，探索“有机化学”课堂教学改革，优化教学内容和方法，从教学方式、教学方法、教学内容、考核体系进行探讨，着力培养学生的学习和解决问题的能力，激发学生的学习兴趣，全面提高本科教学质量。

［关键词］ 有机化学；教学改革；教学方法

［基金项目］ 2023年度中国海洋大学本科教育教学研究重点项目“‘材料科学基础’课程线上线下混合式教学与考评机制创新研究与实践”（2023ZD16）

［作者简介］ 吴敬一（1982—），女，河南郑州人，博士，中国海洋大学材料科学与工程学院教授，主要从事电化学储能电池研究；王焕磊（1983—），男，山东胶南人，博士，中国海洋大学材料科学与工程学院教授，主要从事能源材料研究；陈经纬（1992—），男，湖北鄂州人，博士，中国海洋大学材料科学与工程学院副教授，主要从事电化学储能器件研究。

［中图分类号］ G642.0 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1674-9324（2024）33-0087-04 ［收稿日期］ 2023-08-25

中国海洋大学是一所特色显著、优势突出，理、工、文、经、管等学科门类齐全的教育部直属重点综合性大学。学校始终响应国家号召，遵循“通识为体，专业为用”的本科教育理念，把培养复合型、高素质人才作为培养目标。为适应复合型人才培养需要，材料科学与工程学院不断修改教学方案及课程体系，提升教学质量。

在我国高等教育体系中，“有机化学”是一门重要的专业基础课程，是包括材料科学与工程、高分子科学与工程等众多专业的必修基础课，为学生后续的专业课程的学习打下重要基础［1-3］。“有机化学”一般以官能团推进，以烷烃、烯烃、炔烃、脂环烃、芳烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸展开，教学内容包括有机物的命名、结构特征、物理性质和化学性质、各类官能团的特性、有机反应的反应类型及反应机理等［4-5］。有机化学的特点在于有机化合物数量庞大、立体结构复杂多变、反应机理抽象难以理解，而“有机化学”章节与章节之间相对独立、衔接不紧凑。那么若是教师在授课过程中按部就班、直接讲述各章节内容，学生难以找到学习内容的内在逻辑，只能靠枯燥的死记硬背应付学习，严重抑制了学生的学习兴趣。如何充分调动学生的学习积极性，使学生主动地参与到课堂教学活动中，帮助学生加深对各章节内容之间的逻辑关系的理解，从而达到更好的学习效果，并在此基础上提升学生运用知识和解决问题的能力、全面提高学生综合能力，是“有机化学”教育工作者的目标［6-8］。为实现这一目标，笔者就“有机化学”的教学方式、教学方法、教学内容、考核体系进行了探讨。

一、强调“有机化学”课程对于专业的重要性

“有机化学”课程是高分子科学与工程、材料科学与工程专业的学科基础课。材料学院的本科生进入大学后首先接触的是包括“无机化学”和“有机化学”等在内的化学基础课。一开始，学生并不明白“有机化学”对后续的专业课学习以及在化学专业继续深造的用处是什么，也就会缺乏对“有机化学”学习的兴趣和动力。因此，需要在上课时向学生讲解“有机化学”课程与专业的关联性，让学生认识到“有机化学”课程的重要性，从而提高学生的学习积极性。比如，在给高分子科学与工程专业学生上课时，首先告诉学生学好高分子必须有很好的有机化学基础，才能理解高分子官能团的各种性质、高分子的合成反应，为后续“高分子化学”“高分子物理”“聚合反应工程”等专业课程的知识学习打下基础。对于材料科学与工程专业而言，应告诉学生材料归根到底是化学物质，材料性能是化学物质结构的外在表现，想要理解材料的结构与性能构效关系，首先需要具备良好的有机化学基础，然后才能实现对材料的功能有效验证，并进一步开展功能材料的科学研究。对于新能源材料与器件专业，应告诉学生新能源材料的合成与利用与“有机化学”课程中学习的有机物和反应机制息息相关，比如锂离子电池中的电解液就是碳酸酯类有机物，而锂离子电池隔膜则是聚烯烃，只有掌握了有机化学知识，才能理解新能源器件的储能机理。针对材料学院的这三个专业，可以启发学生寻找其各自专业与“有机化学”的关联性，向学生讲为什么要学习“有机化学”，可以激发学生的学习热情，提升学生学习“有机化学”课程的积极性和主动性。

二、采用启发式和互动式教学

“有机化学”课程教学内容多、知识量大，同时大多数知识点理论性强、概念抽象。为在有限的课堂教学时间内覆盖大量知识点，传统的“有机化学”课程教学大多数停留在以讲授为主的阶段，学生作为倾听者只是机械地接受知识，整个教学过程是一个单向的知识传递。在这种方式下，学生只记住了知识点，对化学知识的掌握仅停留在“记忆”阶段，无法“理解”与“灵活运用”，也就无法帮助提高学生分析问题和解决问题的能力。为使学生能够做到知识的理解与灵活运用，需要积极调动学生的主观能动性和创新能力，在教学过程中应多采用启发式教学方法，在学生和教师之间建立双向的沟通桥梁，课前采用导入式教学，上课时通过提问、学生讲课等的方式增加互动，激发学生思考。例如《烷烃》一章，以2019年诺贝尔化学奖授予三位科学家，表彰他们在锂离子电池研发领域做出的贡献为例，引入锂离子电池改变了人们的生活，而锂离子电池与有机化学息息相关。例如，聚烃薄膜因具有优异的化学稳定性和电绝缘性，同时兼具良好的工艺性能、综合力学性能等优点而成为锂电池隔膜的主要功能材料，是电池“四大主材”之一，直接决定了电池的安全性能，对成本也有比较大的影响。其化学性质稳定，不容易发生旧键的断裂和新键的生成，由此展开介绍烷烃中碳的杂化形式，引出本章内容，并讲解本章内容的重要性。

在讲解知识点时多提问，多设置讨论环节，让学生积极思考，积极参与到课堂教学中，这样有利于加深学生对本章节内容的理解。例如，在讲述烯烃的加成反应时，依据不同的反应条件，产物可能遵循马氏规则也可能反马氏规则，在学生理解马氏规则部分可以让学生进行分组讨论，每个小组4～6人，每组推选1人为组长，共同讨论后由组长阐述，鼓励学生从反应条件推断出反应机制和反应产物。通过小组讨论，学生对烯烃的亲电加成和自由基加成理解更加深刻，不仅掌握了基础理论知识，还激发了学生的学习兴趣，活跃了课堂气氛，提高了学生的批判性思维和逆向思维。

三、改革教学内容，加强内在逻辑

“有机化学”课程具有化合物数量庞大、立体结构复杂多变、反应机理抽象难以理解、教材章节内容衔接不紧凑等特点，这导致学生难以在短时间内完全掌握课程知识。在现行有限的教学课时条件下，应进行合理的安排，并在此基础上优化教学计划。首先，“有机化学”课程每章节都会涉及有机物的命名、结构、理化性质、反应类型与机理，前后既有内在联系又有对照关系。比如有机物的命名，整体遵循先选主链再编号的规则，官能团优于取代基。学生最早学习的是烷烃的命名，在该章节会学习命名的基础知识，详细介绍如何选取主链的选取和如何进行编号等。在以后的学习章节中，由于官能团的进入对主链选取和编号都有影响，遵循官能团优于取代基的规律，这里对烯烃讲解得详细，后续略微简单些，同时配以课堂练习，达到巩固知识点、节省课堂教学时间的目的。

其次，要让学生对“有机化学”的脉络有更加清晰的认知，可以从有机分子的结构入手，有机分子的结构决定其性质，了解有机化合物结构的异同点有助于串通各章节的知识点，使学生形成完整的有机化学知识地图。以第二章《烷烃》、第三章《烯烃》、第四章《炔烃》为例，烷烃中的碳是SP3杂化，杂化轨道中s轨道占比1/4，杂化轨道呈四面体构型；烯烃中的碳以SP2杂化，杂化轨道中s轨道占比1/3，杂化轨道为平面构型；炔烃中的碳以SP杂化，杂化轨道中s轨道占比1/2，杂化轨道为直线构型。那么烷烃、烯烃、炔烃的物理化学性质如电负性、可极化性等由碳杂化轨道中s轨道所占比例决定。在讲述过程中，把前后涉及结构—性能效应的内容整合到一起作对比，在教学过程中植入比较学习的思维，可以加深学生对知识点的理解，做到触类旁通。

最后，“有机化学”课程一般以官能团推进，以烷烃、烯烃、炔烃、脂环烃、芳烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸展开，各章节看似独立，但内容上存在联系。例如，卤代烃可发生亲核取代反应生成醇。在讲述《醇》这一章时，我们发现醇的反应类型与卤代烃相近，也可发生亲核取代生成卤代烃。在学生对概念有所认识和理解后，可通过提问的方式引导学生思考，加深对知识点的理解。例如，提问“这两个反应有何不同？”为解答这个问题，学生需要思考已学的卤代烃、醇的内容，并注意反应条件及具体反应历程，如醇的亲核取代要先进行质子化，因此要在酸性条件下进行，这与卤代烃亲核取代的反应条件有所不同。并且教师可以适当提到前面学到的烯烃，让学生知道醇可由烯烃水合或者硼氢化氧化制得，从而达到加强章节与章节内容联系的目的，同时并借此复习马氏规则与反马氏规则产物，达到让学生回顾旧知的目的。

四、优化教学手段，抽象概念可视化

对于有机物质的命名、性质等知识点，一般的PPT课件即可达到教学效果，但对于立体结构、反应机理等内容而言，动画等多媒体技术可将抽象的几何立体可视化，强于学生单纯的空间想象，提升教学效果。比如，环己烷的椅式构象、船式构象及构象翻转，仅凭结构式和纽曼投影式学生很难想象其三维空间构象，而采用多媒体技术可以充分展示分子的空间结构，加深学生对构象异构体的理解。此外，化学反应历程是连续的动态过程，仅凭图片无法充分展示，如亲核取代SN1、SN2的反应历程可用动画进行呈现，学生能更直观地看到具体过程，从而加深对知识点的印象。现在网络资源十分丰富，可以搜集到的资料众多，可将一些视频资料运用到实际教学中，将抽象概念可视化，提升教学效果。

五、采用多种考核方式，有效评价学习效果

在教学过程中，科学合理的考核方式有利于学生养成主动学习的习惯，从而提高教学质量。目前“有机化学”课程的教学大多采用平时成绩和考试成绩综合评定的方式，容易导致学生为应试而学习，不利于培养学生解决问题的能力。因此，有必要结合“有机化学”课程的特点及教学团队的授课方式探索更合适的考核方式，将过程性评价和终结性评价相结合：（1）期末闭卷考试占60%，主要考查学生对本学期“有机化学”课程知识点的掌握和灵活运用，考核分析问题和解决问题的能力。（2）随堂测试占10%，检验学生对章节概念的理解，并通过合成应用题考查学生对知识的运用。（3）课堂讨论教学占10%，以小组形式展开讨论，评测学生学习主观能动性。（4）课程小论文10%，围绕有机化学内容的相关案例或最新进展撰写课程小论文，考查学生运用知识的能力和收集、整理和总结文献的方法。（5）平时作业占10%，包括课前预习、网络答题、课后作业。通过综合评价期末考试、随堂测试、课堂讨论、课程小论文、平时作业等各项内容决定学生的最终成绩。这种综合评定成绩的考核方式能够促使学生加强对平时学习的重视和自我约束，也可在一定程度上激励学生的学习积极性，使学生主动掌握“有机化学”课程中的知识和技能。

结语

有机化学是化学相关领域至关重要的学习内容和研究方向。本文针对我校材料学院学生在学习“有机化学”课程中存在的问题，提出强调“有机化学”课程对于专业的重要性以激发学生学习兴趣；在教学过程中采用启发式和互动式教学、改革教学内容并加强内在逻辑、优化教学手段使抽象概念可视化，提升教学效果；采用多种考核方式有效评价学习效果，培养学生学习能力和解决问题能力，提升学生综合素质，为国家和社会输送更多优秀人才。

参考文献

［1］黄国保，桂岑林，李芸，等.从三大框架出发学好大学有机化学课程［J］.广东化工，2022，49（2）：141-142.