翻轉課堂在有機化學實驗的應用

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摘要:《有機化學》是醫藥學專業學生的基礎課程,具有承上啟下的重要作用,有機化學實驗課作為本課程不可或缺的一部分,能夠將理論與實際緊密結合,有利于提升學員的基本實驗技能并培養學員解決問題的能力。為了提高我校有機化學實驗課程的教學質量,以乙酰水楊酸的制備及精制為例,探索了翻轉課堂模式在有機化學實驗教學中的應用。結果表明,翻轉課堂模式大大提高了學員的學習興趣及自主學習能力,培養了學員良好的實驗習慣,并促進了學員創新能力的提升。

關鍵詞:有機化學實驗;翻轉課堂;實驗教學;乙酰水楊酸的制備

《有機化學》是醫學專業本科生的重要專業必修課,它包括理論教學及實驗教學兩部分,二者側重點有所不同,但重要性相當[1]。其中,有機化學實驗更多注重學員的動手能力及對實驗操作的掌握情況,并對后續醫學專業課程的學習具有重要作用[2]。然而,傳統的有機化學實驗教學一般都是按照“教師講授,學生模仿”的講學模式,雖然學生能學會操作方法,但也存在較多的弊端,比如機械的重復實驗操作不能激發學員的學習興趣,也不能真正提升學生的動手能力,更不能培養同學們思考解決問題的能力;此外,灌輸式的課程講解不能使同學們真正理解每一步實驗操作的意義,減少了師生及生生之間的交流,不能發揮實驗教學的應有效果,達不到既定目標,同時嚴重影響教學及人才培養的質量。

1翻轉課堂教學模式及特點

翻轉課堂(flippingclassroom,FC)[3]是近年來比較流行的一種教學模式,它是指利用現代的技術手段,把獲取知識的過程放在課堂外,由被動灌輸式學習變為自主學習,從而確保學員在課前能夠做到真正的深入學習,同時通過重新分配課堂內外的時間,將學習的主動權交還給學員,課堂時間主要用于同學與老師之間的溝通與交流,針對不同觀點進行激烈討論,更加深入的思考問題,真正達到自主學習的目的。早在2000年,美國學者就已經開始將翻轉課堂模式應用于課堂教學,學生可隨時在家看錄制好的視頻進行學習,在課堂上老師主要進行問題的解答,給學員提供可能的幫助[4]。近期特別是疫情發生以來,線上授課的教學模式變得越來越流行,這也使得翻轉課堂有了更為廣泛的應用。翻轉課堂模式做到了轉換師生角色的目的,以學員自主學習為主,老師監督為輔,提高學員學習的主動性;其次,該模式解決了傳統教學在空間與時間上受限的問題,提高學員學習的靈活性;最后,通過借助現代科學技術手段,可為學員提供圖片、視頻等較為生動的教學資源,對于自己感興趣的研究方向可以了解的更加深入,大大激發了學員的學習興趣。

2翻轉課堂的實踐探索

2.1實驗內容的選擇

翻轉課堂的目的是為了提高學員的自主學習、分析解決問題的能力,因此需要學員具備一定的學習能力,海軍軍醫大學作為國家“世界一流學科建設高校”,生源質量較高,且臨床醫學專業是我校的王牌專業,因此選擇臨床醫學專業學生作為授課對象較為合適。同時,他們上學期剛剛學習了基礎化學實驗,具有較為扎實的基礎知識及基本操作儲備,具有較強的動手能力,可以開展一些創新性實驗。我校臨床專業學員開展的有機化學實驗課程內容主要包括:液液萃取與萃取劑的選擇、常壓蒸餾及沸點的測定、重結晶技術及溶劑的選擇、有機化合物的熔點測定、糖類化合物的旋光度測定、生物堿的提取和升華、乙酰水楊酸的制備及精制、各類有機化合物的性質鑒定等。因此,我們選擇了危險性較低、具有一定難度但又具有一定區分度的乙酰水楊酸的制備及精制這一實驗進行翻轉課堂的探索。

2.2翻轉課堂應用案例———乙酰水楊酸的制備及精制

乙酰水楊酸的制備及精制實驗依托海軍軍醫大學藥學系化學實驗教學中心平臺開展,該實驗是我校臨床專業本科生有機化學實驗中最為重要的實驗之一,具有一定的代表性。通過該模式的探索實踐,有效改變了以往傳統教學帶來的盲目學習的問題,增加了師生之間的交流,激發了學員的學習興趣和積極性,教學效率明顯提升。下面以該實驗為例,介紹翻轉課堂在有機化學實驗教學中的實踐應用。2.2.1準備學習資料,學習任務乙酰水楊酸的制備及精制實驗是在有機化學實驗課程的后期開展,因此可在上次實驗結束時給大家介紹一下本次實驗內容,同時提出一些實驗相關問題。然后對班級學員進行分組,共分為5組,每組5-6人,并根據課程實施計劃制定出以下相關問題:【問題1】該反應是何種反應類型,反應機理是什么?乙酸酐的作用是什么,是否可以選擇其他酰化劑,每種酰化劑的優缺點各是什么?【問題2】反應過程中用到了濃硫酸,其作用是什么?是否可以換成其他試劑?反應對于溫度有無特定要求,為什么本次實驗設定在85~90℃,溫度過高是不是反應更快?溫度過低又會對該反應有什么影響?【問題3】產物的的純化方法都有哪些?本次實驗采用了重結晶的方法,其原理是什么?操作過程中有何需要注意的事項,重結晶的溶劑該如何選擇?如果重結晶實驗過程中無晶體析出應如何處理?【問題4】該反應要求實驗儀器和試劑都是干燥無水的,但是反應后又要加水,二者的目的分別是什么?【問題5】該實驗用到三氯化鐵溶液對產物的純度進行檢驗,其原理是什么?實驗過程中有什么注意事項?每個小組選出一名小組長,負責選擇題目以及組內成員任務分工,如,哪些同學負責查閱文獻及資料、哪些同學負責資料整理及PPT制作、哪些同學負責PPT匯報等。同時在準備過程中遇到難以解決的問題還可以通過QQ或者微信等線上方式聯系老師,在線求助。2.2.2課堂教學活動的開展在翻轉課堂模式的課堂教學中主要是師生及生生之間的交流互動。首先,由教員主持,做簡單的開場介紹,然后每個小組有一名成員上臺介紹本小組對于所提問題的解答,每組介紹時間5分鐘,其他小組的同學進行提問。整個討論過程非常激烈,如,第一小組的同學介紹了酰化反應的原理以及在酰化劑的選擇時要充分考慮原料來源以及反應速率等問題;第二小組的同學認為硫酸是一種催化劑促使反應向正向進行,其他的質子酸也可以作為催化劑進行反應;第三小組的同學認為反應溫度不能過高,否則副反應過多影響化合物收率;第四小組的同學詳細介紹了化合物分離純化的具體方法,并對重結晶如何進行溶劑篩選進行了詳細介紹;第五小組的同學認為性質鑒定主要是通過酚羥基與三氯化鐵溶液顯紫色來實現的。在所有小組同學介紹完畢之后,由老師進行總結,并通過播放視頻的方式向同學們直觀生動的展示該次實驗操作細節,讓同學們在真正理解的基礎上再去完成各項操作。在進行充分的討論之后,學生按照分組進行實驗操作,老師在實驗室中巡查并觀察學生的操作來進行打分,學員有問題時也可以及時指導,實驗結束時老師根據實驗操作情況進行總結。2.2.3課后總結與考核實驗課結束后,教員根據本次實驗的重點內容從布置的問題中選擇3個作為課后思考題,讓大家回去統一整理總結,將具體內容體現在實驗報告上一并上交。例如思考題可設置為:(1)反應容器及溶劑為什么要求無水,若有水存在會對實驗產生什么影響?(2)減壓過濾操作需要注意哪些問題?(3)重結晶過程為什么要選擇自然冷卻析晶?通過對大家實驗報告的分析發現,大部分學員都能對本次實驗有了更加深刻的了解,對于課后思考題的回答也都能切入要點,比未開展翻轉課堂模式的學員成績有著明顯的提高。

3翻轉課堂教學效果評價

有機化學實驗作為醫學專業學生課程體系中的重要組成部分,通過開展翻轉課堂模式,可使學員對于實驗內容有更加深刻的理解。而且本次翻轉課堂受到了廣大學員的一致好評,為翻轉課堂在后續其他實驗課程中的開展提供了依據。通過對本次參與的學員進行問卷調查發現,高達百分之九十以上的學員都認為此次翻轉課堂模式能有效提高學習的效率,而且真正意義上提高了自我的動手能力,增加了師生之間的深入交流,希望在以后的課程中還能繼續開展翻轉課堂教學模式。

4總結

在翻轉課堂這種教學模式下,充分利用了現代先進的科學技術手段,構建了良好的更具個性化的學習環境,學生可以不再只是“填鴨式”的聽老師的課堂授課,而可以更多地與老師同學之間展開更深入的交流。翻轉課堂進一步突出了學生的自主學習,提升了學生對有機化學實驗的興趣,提高了學生發現解決問題的能力,對于學員科研思維的鍛煉、學習效率的提升以及綜合實力的改善都起到了至關重要的作用。當然翻轉課堂模式在實際教學中也還面臨一些問題,如需要同學們課下花費一定的時間進行充分的準備,個別學生不適應新的教學模式等,這就要求我們在教學實踐中不斷完善和發展新的翻轉課堂模式,從而培養出更加優秀的醫學專業畢業生。

參考文獻

[1]譚曉紅,董曉華,楊輝,等.藥學專業有機化學實驗教學的實踐與思考[J].2017,33(2):54-56.

[2]王紅,曾秀瓊,劉秋平,等.基礎化學實驗翻轉課堂教學模式的研究和實踐[J].實驗技術與管理,2015,32(5):196-199.

[3]張金磊,王穎,張寶輝,等.翻轉課堂教學模式研究[J].遠程教育雜志,2012(4):46-51.

[4]王紅,趙蔚,孫立會,等.翻轉課堂教學模型的設計———基于國內外典型案例分析[J].現代教育技術,2013,23(8):5-10.

作者：陳樹強 武善超 黃亞輝 董國強 涂杰 劉娜 盛春泉 單位：海軍軍醫大學藥學系