地方院校有机合成化学“三位一体”混合教学模式探索与实践

韩小见

（长治学院 化学系，山西 长治 046011）

有机合成化学在化学学科中具有重要地位，作为化学、化工、医药等专业的必修课程，是相关专业从业者合成新分子的必备基础知识，是一门实践性、应用性、理论性很强的学科［1-6］。通过有机合成化学课程的系统学习，学生可以掌握目标产物的合成路线设计等相关理论。有机合成化学课程是在基础有机化学理论知识的基础上进行目标分子的设计合成，是对基础有机化学理论知识的综合运用。有机化学理论知识内容范围广，具有“多”和“变”的特点：“多”是知识点多，有机物多，反应多，反应机理也多；“变”是变化复杂，变化中可能还有变化。目前的课程教学不能适应社会需要的理论知识与实践能力相结合的综合型、应用型以及创新型人才需求［7-12］。地方院校转型发展背景下，为改善课程教学效果，传统的灌输式的教学模式已经不能适应有机合成化学课程的特点和社会发展的需要，因此有机合成化学教学的改革势在必行。目前，针对有机合成化学教学改革已经有一些尝试，如韦复华［1］、董振华［2］、袁耀锋［5］等。如何科学有效地组织有机合成化学的教学，增进该门课程对学生的吸引力，从而提高课程教学质量，使学生自主设计合成目标分子更加得心应手，培养学生分析问题和解决问题的能力，培养综合型、应用型以及创新型全面人才一直是本课程的重要问题。

文章提出采用“课前-课堂-课后”的模式，使用“预习准备-引导答疑-练习实践”三步走的策略，建立“教学目标-教学手段-实践考核”三位一体混合教学模式，旨在为有机合成化学教学的改革寻找一条行之有效的方法。

1 “三位一体”混合教学模式

在有机合成化学课程教学中采用“课前-课堂-课后”的模式，使用“预习准备-引导答疑-练习实践”三步走的策略，建立“教学目标-教学手段-实践考核”三位一体混合教学模式，通过完善教学目标、丰富教学形式、改革考核方式等多种手段对整个教学过程进行细化。三位一体混合式教学改革总体思路如图1 所示。

图1 三位一体混合式教学模式总体思路

2 “三位一体”混合教学模式探索思路

三位一体混合式教学模式总的思想是课前完善教学目标、发放教学任务，学生完成教学目标和教学任务；课堂中检查、解惑、拓展，深化教学目标和教学任务；课后实践考核、布置作业，巩固教学目标和教学任务。预习准备、引导答疑、练习实践三者有机结合。在教学实践中以教学目标为依据，提纲挈领地指导整个教学过程；以教学手段为措施，灵活多样地实施课堂教学；以实践考核为主，行之有效地检验学生的学习成果，三者相辅相成，相得益彰。三位一体混合式教学模式重在强调学生在教学过程中的主体性，培养其独立思考、自主创新的能力，进而针对性地进行教学改革。

2.1 课前预习准备——完善教学目标、构建合理教学模式

实施过程有两种途径：一是上课前教师将某章节的教学目标或教学内容通过线上/线下方式发放给学生；二是学生总结本章的学习目标或教学内容。此外，学生针对相应的教学内容认真完成学习任务，并准备课堂讲解。课前完善教学目标的具体教学案例见表1。

表1 教学内容具体案例

2.2 课堂引导、答疑—多种教学方法结合，完善学生学习效果

2.2.1 运用多媒体增加课堂容量，提高教学效果

传统教学方式的信息表达方式单一，主要由语言和板书组成，而板书会导致课堂空白时间长，讲授内容少。且部分抽象内容无法直观表达，学生难以理解，而多媒体教学可以弥补其不足。

多媒体教学能够将文字、图形、声音、视频、动画等多种信息表达方式加以综合，从而使抽象内容具体化。比如将有机合成化学中的重点、难点等抽象的内容制作成课件（如图2），用多媒体进行动画视频演示，在提高学生学习积极性的同时提升了教学效果［4］。

图2 采用动画演示SN2 反应机理

2.2.2 适当双语教学丰富课堂形式，拓展学生视野

有机合成领域的新成果、新理论不断涌现。教学中应充分利用信息化资源，引导学生了解有机合成化学新技术、新理论在化工领域的应用，充分调动其学习积极性和学习兴趣［9］。结合课程特点和学生实际，进行分层次双语教学，增加课堂教学形式的同时，也能引导学生对世界前沿有机合成化学成果有进一步的了解和认识。在第四章双官能团化合物的合成教学中，双语教学课件见图3。

图3 双语教学课件

2.2.3 建立网络平台，优化资源、可视化教学

互联网平台与资源可有效提高学生的学习效率［6，7］。一是方便学生预习准备和复习巩固。在网络平台设置预习要点，协助学生完成课前预习，并在授课结束后上传课件和课后练习，方便学生随时复习教学内容、知识框架，完成课后巩固。二是方便学生和教师进行交流。教师在不受时间和空间的制约下帮助学生答疑，同时学生之间也可以随时交流，大大提高了学习效率。三是节省教学时间。教师和学生将课程相关的延伸资料上传到网络平台，既拓展了学生的知识，又弥补了教学时间的不足，同时，学生参与分享获得了学习满足感，进一步激发了学习积极性，提高了自主学习能力。

2.2.4 设计典型化合物，对其合成路线进行讨论优化，拓展学生的思维能力

在课堂中设计有代表性的化合物，提出几种合成路线，让学生从切断的合理性、路线的简易、原料的易得等方面评价不同路线的优劣，提高学生评价合成路线的能力。在单官能团化合物的合成教学中，烯烃的合成教学内容案例见图4。

图4 化合物具体合成路线

2.2.5 拓展有机合成新技术、新工艺和新理念在实验和化工中的应用

随着有机合成化学的发展，新的合成技术、合成工艺以及合成理念在有机实验和化工中得到广泛的应用，比如相转移催化反应、微波有机合成、固相合成、绿色合成和、等离子体技术和水相合成等。例如，早期苯甲酸的工业合成以甲苯为原料，用高锰酸钾为氧化剂，经无机酸酸化得到（如图5a）。新工艺采用液相催化氧化法，用醋酸钴催化，甲苯与氧气直接氧化成苯甲酸，原子利用率达86%，对环境无污染，克服了传统方法的废酸废渣问题（如图5b）。

图5 苯甲酸早期（a）和新（b）合成路线

2.3 课后练习实践，改革考核方式，提升能力和教学效果

2.3.1 改变考核方式，促进学生发展

传统考核方式中的试卷考试占据了成绩的绝大比重，易导致学生为考试成绩一味死记硬背。丰富考核方式，可以从多维度考察学生对知识点的掌握，提高学生理论结合实践以及分析解决问题的能力。合理的考核评价方式对学生学习具有积极的促进作用。具体考核方式为：（1）学生出勤情况占10%，目的是保证到课率，不浪费宝贵的课堂时间。（2）课堂表现占20%，分为个人提问和小组讨论表现。教师针对教学的重点和难点设计问题，通过小组讨论或个人提问进行考核，有助于学生认真听讲，提高课堂积极性、思维能力和团结协作能力。（3）课后作业占15%，丰富作业形式，以书面解答、小组多媒体汇报及化工工厂合成路线的调研等多种形式完成课堂内容的巩固，提高学生自主学习和化工实践能力。（4）期中测试占20%，期中测试主要是检验学生在前半段教学过程中的学习效果。考察形式可以结合实际情况多样化，如试卷、论文等，题目可结合生产实际，如对化工厂合成路线的优劣辨析等，这利于学生巩固知识和教师了解学生学习效果，有利于学生多维度能力的提升。（5）期末测试占35%，期末测试是对这门课程整体的考察，应该覆盖较广的知识点，督促学生对有机合成化学形成较为全面和深刻的掌握，同时总结这种教学模式的优缺点。

2.3.2 开设设计型、创新型综合实验，培养学生动手能力

开设综合型、应用型和设计型实验是有机合成化学教学的有效手段，使得有机合成理论在实验中得以应用。当然，把化学工业中的合成反应用到实验室也是行之有效的措施，这样就使实验方法和化工方法得到有机结合。绿色合成则可以将环保思想运用到学习中，对学生提高思维能力、创新能力、环保意识、运用先进的合成技术都有很大帮助。图6 为设计合成苯佐卡因。在这一案例中，鼓励学生采用不同的原料和路线合成，自己查阅文献，提出具体实验步骤，经指导老师审阅后，其在老师指导下进行实验。这种方法可以提高学生对实验的热情，利于学生自主设计实验，进而在实验中灵活运用理论知识，提高其动手能力和查阅文献的能力，有助于培养其科研意识。

3 “三位一体”混合教学模式的效果

以某校2019 和2020 两届学生为教学实践对象，在有机合成化学课程中进行三位一体混合式教学取得了较满意的效果。首先没有学生上课迟到早退；其次，课堂秩序非常良好，学生回答问题的积极性高涨，在讨论课中能积极发表自己的观点与想法；再次，课后许多同学主动找老师交流相关问题。在期末考试中，平均成绩达80 分以上，无不及格学生，学生查阅英文文章水平得到提高，实验的动手能力增强，理论知识更加扎实。有的同学在学术刊物发表文章，多名同学在全国大学生化工实验竞赛中获得二等奖，在“华文杯”全国师范生化学教育教学能力测试赛中获得一等奖，在全国师范生微课大赛中获得二等奖，在学校举行的“未来教师技能”大赛上获得一等奖。十余人获得省级和校级大学生创新训练项目。

通过两届学生的摸索尝试，这种教学方式得到师生的广泛肯定，对有机合成化学教学改革的满意度调查中，满意率达到95%以上。事实上，由于地方型本科院校学生基础差，学习自律性薄弱，再加上有机合成化学是对基础有机化学的进一步综合运用，所以教学效果一直以来不是很满意。教研组从2018 年开始转变教学方式，对有机合成化学逐步改革实践，并不断探索、改进与完善。近几届学生的自主学习意识、综合实践能力与团队合作能力等方面都有较大的提升，教学改革取得了初步的成效。

综上所述，在地方型、应用型本科院校教学中，三位一体混合式教学模式丰富了教学手段，转变了教学理念，提高了教学效率，改变了学生传统的被动接受式的学习模式，开始主动进行初步的科研探索，扩展了教学的意义。这一模式将理论与实践、实验与化工紧密联系，让学习变得更加鲜活有趣，学生在潜移默化中得到锻炼，提高了创新和实践能力，是我们这类本科院校提升教学质量的一种切实可行的教学模式。