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關(guān)鍵詞:人工神經(jīng);網(wǎng)絡(luò)游戲程序;研究和設(shè)計(jì);分析探究
中圖分類號(hào):TP183 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1671-2064(2017)01-0044-01
近年來,在網(wǎng)絡(luò)游戲發(fā)展過程中,圖像的呈現(xiàn)質(zhì)量已經(jīng)提升到了一個(gè)極高的水平,人工智能游戲已經(jīng)成為決定一款游戲成功與否的重要關(guān)鍵,并受到了游戲開發(fā)商的廣泛關(guān)注和高度重視。網(wǎng)絡(luò)游戲作為一種目標(biāo)性、競(jìng)爭性、互動(dòng)性、情節(jié)性的娛樂作品,它的智能水平對(duì)游戲的質(zhì)量和可玩性具有著直接的影響作用。因此,將計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和人工智能有機(jī)的結(jié)合起來,把人工智能中的預(yù)測(cè)、路徑規(guī)劃、搜索、學(xué)習(xí)等技術(shù)有效的應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)游戲的研發(fā)工作中去,不僅能夠提升游戲的質(zhì)量和可玩性,同時(shí)還有利于促進(jìn)游戲開發(fā)企業(yè)的發(fā)展。
1 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析
人腦可以用一套較為獨(dú)特的方法來解決相關(guān)問題,并且還能夠從正反兩面的行為差異中進(jìn)行學(xué)習(xí),經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),人腦是由十萬種類的遺傳因子中的十萬億個(gè)細(xì)胞組合而成,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)就相當(dāng)于模擬人腦功能的一個(gè)數(shù)學(xué)模型。其中神經(jīng)元作為人腦系統(tǒng)中處理基本信息的單元,是人體神經(jīng)器官的重要組成部分,通過軸將各個(gè)神經(jīng)元進(jìn)行有效連接,而其他神經(jīng)元的發(fā)送的信號(hào)能夠使當(dāng)前神經(jīng)元產(chǎn)生相應(yīng)的反映,這一反映如果能夠達(dá)到特定的閾值,就會(huì)逐漸產(chǎn)生一種新的信號(hào),并且沿著軸將信號(hào)傳輸?shù)狡渌窠?jīng)元[1]。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要就是由各種節(jié)點(diǎn)相互連接組合形成的,節(jié)點(diǎn)類似于人腦的各個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞,會(huì)存在一些節(jié)點(diǎn)連接外部環(huán)境,主要負(fù)責(zé)相關(guān)的信息輸出和輸入工作,被稱作是輸出點(diǎn)或者輸入點(diǎn),而另外一些網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的節(jié)點(diǎn),通常被稱作隱藏節(jié)點(diǎn)。隱藏節(jié)點(diǎn)的信息輸出通常是輸出節(jié)點(diǎn)的信息輸入,輸入節(jié)點(diǎn)的信息輸出通常是隱藏節(jié)點(diǎn)的信息輸入。
此外,人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的主要核心思想就是對(duì)人類大腦神經(jīng)系統(tǒng)功能進(jìn)行模擬的機(jī)器學(xué)習(xí)的一種方法,并且通過對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)神經(jīng)元的各種連接參數(shù)進(jìn)行反復(fù)的調(diào)節(jié),使得神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)得到訓(xùn)練,并且在遇到一定情況時(shí)能夠做出最佳的反映[2]??傊窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)作為一項(xiàng)發(fā)展較為成熟的技術(shù),其在解決相關(guān)問題之后,將會(huì)使網(wǎng)絡(luò)游戲的智能化提升到一個(gè)全新的高度。
2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的游戲?qū)W習(xí)設(shè)計(jì)分析
與傳統(tǒng)方法相比,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)解決問題的方式有著明顯的不同,其具有著較強(qiáng)的自主學(xué)習(xí)能力,經(jīng)過不斷的學(xué)習(xí),ANN可以從未知式中的各種復(fù)雜數(shù)據(jù)信息中發(fā)現(xiàn)規(guī)律[3]。這種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法在很大程度上克服了傳統(tǒng)方法在分析中的復(fù)雜性以及各種模型函數(shù)選擇的困難,通過訓(xùn)練對(duì)問題進(jìn)行解答,ANN可以較為快速的建立解決問題的非線性和線性模型。如果想要人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)作,首先就需要讓網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí),不斷的訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò),幫助它獲取更多的知識(shí)信息,最后將這些信息有效的存儲(chǔ)起來。一旦完成相關(guān)的訓(xùn)練和學(xué)習(xí),就可以將知識(shí)有效的存儲(chǔ)在權(quán)值中。在游戲的開發(fā)過程中,將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型看作是人物建模的基礎(chǔ),通過對(duì)玩家將要進(jìn)行的動(dòng)作或者選擇的畫面場(chǎng)景進(jìn)行預(yù)測(cè),運(yùn)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息存儲(chǔ),并且在游戲的運(yùn)行過程中要保證學(xué)習(xí)元素的有效運(yùn)行,進(jìn)而讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)潛移默化的學(xué)會(huì)相應(yīng)的自適應(yīng)技術(shù),最終實(shí)現(xiàn)游戲的可玩性和趣味性,提升游戲的開發(fā)設(shè)計(jì)質(zhì)量和效果,進(jìn)而吸引更多的游戲玩家。
3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)游戲開發(fā)設(shè)計(jì)分析
在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的眾多模型中,BP算法是其中較為常用的一種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),一般分為輸入層、輸出層、中間層等三個(gè)部分,各個(gè)層之間按順序進(jìn)行連接,因?yàn)橹虚g存在隱含層,可以從中發(fā)現(xiàn)一定的學(xué)習(xí)規(guī)律,可以通過對(duì)這種網(wǎng)絡(luò)的有效訓(xùn)練,進(jìn)而形成一種較為復(fù)雜、多樣的決策界面[4]。同時(shí),BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有一個(gè)強(qiáng)大的功能,其主要就是能夠封裝一個(gè)將信息輸入映射到信息輸出的非線性函數(shù)。假如不存在隱含層,那么神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)只能發(fā)現(xiàn)信息輸入與信息輸出之間存在的線性關(guān)系。但是,僅僅是為感知網(wǎng)絡(luò)增添一個(gè)隱含層還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,需要通過非線性激活函數(shù)為網(wǎng)絡(luò)連接提供相應(yīng)的非線性元素。大多數(shù)的非線性函數(shù)基本上都能夠進(jìn)行使用,但是多項(xiàng)式函數(shù)除外。
在游戲中,設(shè)置網(wǎng)絡(luò)作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的基本步驟,可以將特定數(shù)據(jù)當(dāng)做輸入訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò),并且在游戲的具體輸入中進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。在游戲問題的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中,應(yīng)該注意結(jié)構(gòu)、學(xué)習(xí)、神經(jīng)元特點(diǎn)等三個(gè)方面的因素。其中結(jié)構(gòu)主要就是指要進(jìn)行構(gòu)造的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)組織、連接方式以及基本類型。而且在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)數(shù)設(shè)計(jì)要遵循相關(guān)的原則就是越少越好。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)數(shù)越多,那么神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)搜索正確解的空間范圍就越廣闊[5]。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中輸入節(jié)點(diǎn)數(shù)在一定程度上決定著模式匹配或網(wǎng)絡(luò)分類的變量數(shù),例如,籃球類型的游戲中,運(yùn)動(dòng)員投籃命中、灌籃動(dòng)作、球員分布、難度等級(jí)等變量數(shù)。
4 結(jié)語
總而言之,網(wǎng)絡(luò)游戲作為一種新型的娛樂方式,具有著較強(qiáng)的生活模擬性和互動(dòng)性,深受廣大社會(huì)群眾的喜愛。因此,我國應(yīng)該重視游戲產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,不斷加大對(duì)網(wǎng)絡(luò)游戲的開發(fā)和設(shè)計(jì),將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)有效的應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)游戲開發(fā)的實(shí)踐中去,尤其是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),它不僅可以預(yù)測(cè)玩家的行為,及時(shí)提供信息反饋,同時(shí)還能提高網(wǎng)絡(luò)游戲的可玩性和趣味性,提升游戲設(shè)計(jì)的整體質(zhì)量和效果,有利于促進(jìn)我國游戲開發(fā)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。
參考文獻(xiàn):
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關(guān)鍵詞:有機(jī)合成 理論 概念 方法
概述
有機(jī)合成與21世紀(jì)的三大發(fā)展學(xué)科:材料科學(xué)、生命科學(xué)和信息科學(xué)有著密切的聯(lián)系,為三大學(xué)科的發(fā)展提供理論、技術(shù)和材料的支持。新世紀(jì)有機(jī)合成將進(jìn)一步在這三大學(xué)科領(lǐng)域中發(fā)揮作用,并在新的合成理論和方法的深化中開拓新的領(lǐng)域。
1、有機(jī)合成新理論和新概念[1]
1.1 組合合成
組合化學(xué)的概念最初起源于20世紀(jì)60年代,問世的固態(tài)多肽合成法,在固態(tài)多肽合成中,由于采用高分子聚合物固相作載體,產(chǎn)物的分離與純化十分方便;又由于多肽合成中許多反應(yīng)條件都是相同的,從而使各種肽分子能夠在同一反應(yīng)器內(nèi)按照預(yù)設(shè)程序合成出來。上世紀(jì)80年代中期,Geysen用96孔板在高分子鏈上首次合成多肽成功,標(biāo)志著組合合成的開始;此后,Houghten于1985年提出了茶葉袋合成法,是不同序列的肽在同一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行多肽歐聯(lián)反應(yīng),至此組合化學(xué)的雛形初步呈現(xiàn)出來[2]。
1.2不對(duì)稱合成
不對(duì)稱合成是研究對(duì)映體純和光學(xué)純化合物的高選擇性合成,已成為現(xiàn)代有機(jī)合成中最受重視的領(lǐng)域之一。不對(duì)稱合成尤其是過渡金屬催化的不對(duì)稱合成是合成手性藥物的有效手段,因?yàn)椴粚?duì)稱合成必須有手性源才能完成,在當(dāng)量的不對(duì)稱反應(yīng)中必須有當(dāng)量的手性源,而用于手性源的化合物非常昂貴,故在生產(chǎn)中用當(dāng)量的手性源化合物是不合算的。
經(jīng)過近十年的飛速發(fā)展,催化的不對(duì)稱合成取得了很大進(jìn)展。一個(gè)進(jìn)展就是已解決了C―C雙鍵和C一0雙鍵的選擇性氫化問題:Noyori在乙二胺和氫氧化鉀共存下,用RuCl2(PhP)3 為催化劑可以在C―C雙鍵存在下選擇性的氫化C一0雙鍵,這一高選擇性的氫化反應(yīng)已實(shí)現(xiàn)。對(duì)碳一雜原子連接的不對(duì)稱反應(yīng)的研究還處在初級(jí)階段,但對(duì)難于氫化的C―N雙鍵的不對(duì)稱氫化已取得了成功。Buchwald等用C―N雙鍵插入Ti―H鍵而形成Ti―N鍵時(shí)的立體環(huán)境,從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)C―N雙鍵的不對(duì)稱氫化。另一方面,手性中毒(不對(duì)稱活
1.3 綠色化學(xué)[3]
“綠色化學(xué)”的概念在20世紀(jì)90年代初由由美國化學(xué)會(huì)(ACS)提出,十幾年來,綠色化學(xué)的概念、目標(biāo)、基本原理和研究領(lǐng)域等已經(jīng)逐步明確,初步形成一個(gè)多學(xué)科交叉的新的研究領(lǐng)域。當(dāng)前,實(shí)現(xiàn)有機(jī)合成的綠色化,一般從以下方面進(jìn)行考慮:開發(fā)、選用對(duì)環(huán)境無污染的原料、溶劑、催化劑;采用電化學(xué)合成技術(shù);盡量利用高效的催化合成,提高選擇性和原子經(jīng)濟(jì)性,減少副產(chǎn)物的生成;設(shè)計(jì)新型合成方法和新的合成路線,簡化合成步驟;開發(fā)環(huán)保型的綠色產(chǎn)品;發(fā)展應(yīng)用無危險(xiǎn)性的化學(xué)藥品。
2、有機(jī)合成新方法和手段[4]
2.1 光、電、微波等物理手段促進(jìn)的有機(jī)合成反應(yīng)
新型物理手段在有機(jī)合成中的應(yīng)用受到化學(xué)家的關(guān)注,這方面的發(fā)展也很快,主要是對(duì)光催化、電催化、微波催化等方面的研究。
光催化反應(yīng),具有潔凈無污染,反應(yīng)速度快等特點(diǎn)。光學(xué)活性的有機(jī)催化劑(不含金屬)的設(shè)計(jì)是當(dāng)今研究的一個(gè)新領(lǐng)域。
電化學(xué)過程是潔凈技術(shù)的重要組成部分,是到達(dá)綠色合成的有效手段,在潔凈合成中有獨(dú)特的魅力
微波輻射技術(shù)在有機(jī)合成有很好的應(yīng)用,微波催化不僅有效地提高反應(yīng)速率、反應(yīng)轉(zhuǎn)化率和選擇性,而且體現(xiàn)出節(jié)能、環(huán)保等諸多優(yōu)點(diǎn),微波在有機(jī)合成中的應(yīng)用已引起人們的興趣。
2.2金屬參與的有機(jī)合成[5]
大致上從上世紀(jì)80年代以來,金屬參與的有機(jī)合成反應(yīng)就一直是有機(jī)合成新反應(yīng)發(fā)現(xiàn)的一個(gè)主要源泉。過渡金屬,尤其鈀催化的碳-碳鍵形成新反應(yīng)是這方面突出的例子。
又如金參與的有機(jī)合成反應(yīng):金(黃金)和其化合物用于有機(jī)合成反應(yīng)是近年的事。2005年Hashmi對(duì)2004年前后的報(bào)道也作了簡單的回顧,而麻生明等則在2006年對(duì)金催化烯炔底物的環(huán)化作了專門介紹。但這兩年又有不少很有意義的工作,顯示出它們?cè)谝恍┓磻?yīng)中有著很高的效率和獨(dú)特的選擇性。
2.4 多組分反應(yīng)
多組分反應(yīng)也是一類高效的有機(jī)合成方法,具有綠色、環(huán)保、節(jié)約資源的特點(diǎn)。這類反應(yīng)涉及至少3 種不同的原料,每步反應(yīng)都是下一步反應(yīng)所必需的,而且原料分子的主體部分都融進(jìn)最終產(chǎn)物中。多組分反應(yīng)目前已成功用于含氮、氧的雜環(huán)化合物及鏈狀化合物的合成以及不對(duì)稱合成。
2.5 固相有機(jī)合成[6]
固相有機(jī)合成涉及的主要反應(yīng)有1 將反應(yīng)物鍵合于高分子載體上2 應(yīng)用所需的反應(yīng)試劑與鍵合于高分子載體上的反應(yīng)物進(jìn)行反應(yīng)3 最后選擇適當(dāng)?shù)脑噭⒛繕?biāo)產(chǎn)物從樹脂上斷裂下來。如下圖示。
固相有機(jī)合成采用的載體除固相多肽合成中使用的聚苯乙烯及二乙炔基苯和苯乙烯共聚物等高聚物的衍生物如氯甲基樹脂Pam 樹脂和氨基樹脂外還有各種專門應(yīng)用于某一特定類型反應(yīng)的新型樹脂如專門應(yīng)用于合成dendrimers 及Michael 加成的Bradley 高載樹脂與馬來酰亞胺樹脂,具有高度交聯(lián)和低溶脹特性的ArgoPore 樹脂適用于親核取代反應(yīng)的Sasrin和Rink 樹脂等以上樹脂大部分已經(jīng)商品化近年還發(fā)展了官能團(tuán)化纖維素載體如紙片和棉花等。下面以一個(gè)實(shí)例證明固相有機(jī)合成的優(yōu)越表現(xiàn)。
3、結(jié)束語
截至目前,有機(jī)合成已在反應(yīng)和設(shè)備技術(shù)方面積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn),取得了很大的成果。已經(jīng)研究清楚的有機(jī)反應(yīng)多達(dá)3000個(gè)以上,其中有普遍應(yīng)用價(jià)值的反應(yīng)也達(dá)200個(gè)之多;國內(nèi)外已商品化的試劑有5萬余種;產(chǎn)率高、條件溫和、選擇性和立體定向性好的新反應(yīng)大量出現(xiàn);元素有機(jī)合成蓬勃發(fā)展;新試劑、新催化劑特別是固相酶新技術(shù)的應(yīng)用能長期穩(wěn)定并使生產(chǎn)連續(xù)化???種種跡象表明,有機(jī)合成一直是近年來化學(xué)領(lǐng)域最活躍的學(xué)科之一,不斷的取得新的成就,縱觀其發(fā)展軌跡,我們完全有理由相信,它的發(fā)展沒有終點(diǎn),化學(xué)學(xué)科是頑強(qiáng)的存在并將持續(xù)地為人類社會(huì)做貢獻(xiàn)。有機(jī)合成以創(chuàng)造物質(zhì)的方式改造世界,它已經(jīng)創(chuàng)造了無數(shù)的奇跡,并必將一如既往的服務(wù)于人類文明的進(jìn)步和致力于創(chuàng)造人類生活更加美好的明天。
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關(guān)鍵詞:有機(jī)合成 逆合成分析 切斷 官能團(tuán)
中圖分類號(hào):G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1673-9795(2014)05(a)-0112-02
1824年,德國化學(xué)家魏勒(Wohler)在蒸發(fā)氰酸銨的水溶液時(shí),意外地得到了一種白色晶體―尿素。這是第一個(gè)人工合成的有機(jī)化合物,開創(chuàng)了有機(jī)化合物人工合成的新紀(jì)元。有機(jī)合成是一個(gè)富有創(chuàng)造性的領(lǐng)域,它不僅要合成自然界含量稀少的有用化合物,也要合成自然界不存在的、新的有意義的化合物。有機(jī)合成的基石是各種類型的有機(jī)反應(yīng)以及組合這些有機(jī)反應(yīng)以獲得目標(biāo)化合物的合成設(shè)計(jì)及策略。
有機(jī)合成是有機(jī)化學(xué)的中心,有機(jī)合成的教學(xué)貫穿于整個(gè)有機(jī)化學(xué)課程的教學(xué)過程中,也是有機(jī)化學(xué)課程的教學(xué)目的所在。在講解各類有機(jī)化合物的制備時(shí),其實(shí)就是進(jìn)行有機(jī)合成,只不過這類合成比較簡單,通常一眼就可以看出由什么原料來制備,由原料到產(chǎn)物所經(jīng)反應(yīng)步驟也不會(huì)太長。但對(duì)于復(fù)雜有機(jī)化合物分子的合成,特別是那些具有特殊結(jié)構(gòu)的新物質(zhì)的合成,就很難看出由哪些原料,經(jīng)過什么反應(yīng)來制備。這就必須從所要合成產(chǎn)物的分子結(jié)構(gòu)著手,通過逆推得到簡單的起始原料,即“逆合成分析”[1]。逆合成分析于20世紀(jì)60年代由哈佛大學(xué)教授科瑞(E.J.Corey)提出的[2],該法是針對(duì)目標(biāo)分子(target molecule,簡寫為TM),通過化學(xué)鍵切斷(disconnection,簡寫為dis,在反應(yīng)式中,切斷用波紋線表示)的方法得到目標(biāo)分子的前體,這些前體用已知的反應(yīng)可重新生成目標(biāo)分子。上述過程反復(fù)進(jìn)行,直至前體為簡單的起始原料(start molecule,簡寫為SM)。逆合成分析用雙線箭頭“”表示。將逆合成分析逆轉(zhuǎn),加上試劑、條件并作適當(dāng)修改,即得合成設(shè)計(jì)方案(圖1)。
由此可見,逆合成分析的關(guān)鍵是如何進(jìn)行化學(xué)鍵的切斷。因?yàn)槿魏斡袡C(jī)化合物分子,特別是復(fù)雜的有機(jī)化合物分子中都含有很多化學(xué)鍵,切斷時(shí),確定如何把它分割成更小的部分以及應(yīng)當(dāng)打破哪一個(gè)化學(xué)鍵是極其重要的。一個(gè)好的切斷應(yīng)同時(shí)滿足三點(diǎn):(1)有合適的反應(yīng)機(jī)理,即切斷后所得的分子碎片(正、負(fù)離子或自由基)有對(duì)應(yīng)的合成等價(jià)物。(2)最大可能的簡化。(3)給出認(rèn)可的原料。除烷烴外,一般有機(jī)化合物都含有官能團(tuán),目標(biāo)分子中的官能團(tuán)是確定切斷位置的最好方法。在逆合成分析的過程中,有時(shí)需要進(jìn)行官能團(tuán)的轉(zhuǎn)換(functional group interconversion,簡寫為FGI,由一種官能團(tuán)轉(zhuǎn)換成另一種或幾種官能團(tuán),包括官能團(tuán)的引入和官能團(tuán)的消除)來達(dá)到實(shí)現(xiàn)好的切斷的目的[3]。筆者根據(jù)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn),總結(jié)了含不同官能團(tuán)化合物的逆合成策略,并運(yùn)用實(shí)例加以闡明,以期學(xué)生能運(yùn)用逆合成分析的方法去進(jìn)行合成設(shè)計(jì),在進(jìn)行合成設(shè)計(jì)的過程中增強(qiáng)運(yùn)用各種有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的能力和技巧。
1 含一個(gè)官能團(tuán)化合物的切斷
對(duì)于單官能團(tuán)化合物通常在官能團(tuán)旁或附近切斷。這里需要強(qiáng)調(diào)的是:醇是有機(jī)合成的重要中間體,醇可通過簡單的反應(yīng)轉(zhuǎn)變成含其他官能團(tuán)的各簇化合物(圖2),而各種結(jié)構(gòu)的醇本身很容易通過格利雅(Grignard)試劑或烷基鋰試劑與含羰基化合物的親核加成或與環(huán)氧化合物的開環(huán)反應(yīng)來合成。因此,對(duì)于只含一個(gè)官能團(tuán)化合物的合成,在可能的情況下我們可以先把它通過FGI,轉(zhuǎn)變?yōu)榇嫉暮铣桑ɡ?)。
例1 如何用苯和不超過兩個(gè)碳的化合物合成(TM 1)
逆合成分析如圖3。
分析:(1)官能團(tuán)轉(zhuǎn)換,把酯基轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的醇,使合成大為簡化。(2)該步的切斷是利用對(duì)稱的二級(jí)醇可以通過Grignard試劑與甲酸酯反應(yīng)來制備。(3)鹵代烴與金屬鎂反應(yīng)可制備Grignard試劑。(4)又是官能團(tuán)轉(zhuǎn)換,鹵代烴的合成轉(zhuǎn)變成醇的合成。(5)環(huán)氧乙烷與Grignard試劑反應(yīng)可以制備多兩個(gè)碳的伯醇。(6)苯通過溴代,再與鎂反應(yīng),很容易制備苯基溴化鎂。因此,制備TM 1所使用的原料有:苯,環(huán)氧乙烷,甲酸甲酯,乙酸。(無機(jī)試劑略去)
2 含兩個(gè)官能團(tuán)化合物的切斷
由于篇幅所限,這里我們只考慮含碳的官能團(tuán)。根據(jù)兩個(gè)官能團(tuán)的位置關(guān)系,又可分為以下幾種。
2.1 1,2-雙官能團(tuán)化合物的切斷
1,2-雙官能團(tuán)化合物常見的有α-氰醇、α-羥基酸、α-羰基酸、α-羥基酮、1,2-二醇、1,2-二酮等。在進(jìn)行逆合成分析時(shí),通常將接有官能團(tuán)的兩個(gè)碳原子之間的鍵切斷。該類切斷運(yùn)用的反應(yīng)有醛酮和HCN的親核加成、苯偶姻(Benzoin)縮合反應(yīng)、酮或酯的雙分子還原、烯烴的部分氧化、環(huán)氧化合物的開環(huán)等。
2.2 1,3-雙官能團(tuán)化合物的切斷
1,3-雙官能團(tuán)化合物常見的有β-羥基醛(酮、酸、酯)、β-羰基酯、1,3-二酮以及α,β-不飽和羰基化合物等。這些化合物可以通過α,β-之間的碳碳鍵的切斷得到合理的合成等價(jià)物。它們的正向合成反應(yīng)主要包括羥醛(Aldol)縮合、克萊森(Claisen)酯縮合、迪克曼(Deckmann)酯縮合、酮酯縮合、瑞弗馬斯基(Reformatsky)反應(yīng)、烯胺的?;⒒钚詠喖谆衔锏孽;?。
2.3 1,4-雙官能團(tuán)化合物的切斷
1,4-雙官能團(tuán)化合物有γ-羰基酸(酯)、1,4-二酮等,逆合成分析主要在中間鍵斷開。乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯等含活性亞甲基的化合物以及酰胺與α-鹵代羰基化合物的反應(yīng)是制備1,4-雙官能團(tuán)化合物的重要方法。
2.4 1,5-雙官能團(tuán)化合物的切斷
典型的1,5-雙官能團(tuán)化合物有1,5-二酮、1,5-酮酸、1,5-酮酯以及1,5-二酸,這類化合物可以對(duì)兩個(gè)中間鍵之一進(jìn)行逆向切斷。含有活潑氫的化合物(如乙酰乙酸乙酯、丙二酸二乙酯等)與α,β-不飽和羰基化合物進(jìn)行的邁克爾(Michael)加成反應(yīng)是構(gòu)建該類分子骨架的重要反應(yīng)。
2.5 1,6-雙官能團(tuán)化合物的切斷
1,6-雙官能團(tuán)化合物的變換常使1,6位逆向連接得到環(huán)己烯或其衍生物,因此環(huán)己烯及其衍生物的氧化是制備1,6-雙官能團(tuán)化合物,尤其是1,6-二羰基化合物的常用反應(yīng),而環(huán)己烯及其衍生物可以由狄爾斯-阿德爾(Diels-Alder)反應(yīng)得到。
綜上所述,對(duì)于雙官能團(tuán)化合物的合成,根據(jù)兩個(gè)官能團(tuán)的位置關(guān)系,我們有不同的合成策略。若所要合成的目標(biāo)分子含有兩個(gè)以上的官能團(tuán),此時(shí)不同的官能團(tuán)之間將有不同的位置關(guān)系,那么在進(jìn)行逆合成切斷時(shí),總是本著最大程度簡化目標(biāo)分子的原則進(jìn)行分析(例2)。
例2:合成目標(biāo)分子
(TM 2)
逆合成分析如圖4。
分析:在目標(biāo)分子TM 2里,共有四個(gè)官能團(tuán):三個(gè)酯基,一個(gè)羰基,它們的位置關(guān)系有1,3-位,1,4-位和1,5-位。經(jīng)過分析,首先考慮1,3-雙官能團(tuán)的切斷,對(duì)應(yīng)的正向反應(yīng)是迪克曼酯縮合;得到的前體A再經(jīng)過1,5-雙官能團(tuán)切斷進(jìn)一步簡化得前體B,此步利用的反應(yīng)是邁克爾加成;前體B經(jīng)1,4-雙官能團(tuán)切斷得最終的簡單的原料,利用的反應(yīng)是丙二酸二乙酯的活性亞甲基與α-溴代酯的反應(yīng)。
有機(jī)分子骨架構(gòu)建、官能團(tuán)的引入和轉(zhuǎn)換以及反應(yīng)的立體化學(xué)控制是有機(jī)合成中的三個(gè)方面的任務(wù),其中有機(jī)分子骨架的構(gòu)建,通常是碳碳鍵的構(gòu)建是最基礎(chǔ)的有機(jī)合成工作。本文主要介紹利用目標(biāo)分子中官能團(tuán)及官能團(tuán)之間的位置關(guān)系對(duì)有機(jī)化合物進(jìn)行碳碳鍵的構(gòu)建的逆合成策略,并總結(jié)了實(shí)現(xiàn)這些策略所需運(yùn)用的基本有機(jī)反應(yīng)。當(dāng)然,學(xué)生要想熟練運(yùn)用這些逆合成策略,除了需要熟練掌握基本有機(jī)反應(yīng)外,還需要加強(qiáng)練習(xí),在不斷練習(xí)的基礎(chǔ)上總結(jié)經(jīng)驗(yàn),最終做到“胸有成竹”。
參考文獻(xiàn)
[1] 巨勇,趙國輝,席嬋娟.有機(jī)合成化學(xué)與路線設(shè)計(jì)[M].清華大學(xué)出版社,2002.
“十二五”規(guī)劃中指出,未來五年將是化工行業(yè)發(fā)展的重要戰(zhàn)略機(jī)遇期,將著力調(diào)整結(jié)構(gòu),重點(diǎn)發(fā)展化工新材料、生物化工、專用化學(xué)品等新興產(chǎn)業(yè),因此近年來報(bào)考有機(jī)化學(xué)類專業(yè)的同學(xué)也有增無減。在大眾的眼中,它是一門略帶神秘的學(xué)科。想對(duì)此有更清晰明確的認(rèn)識(shí),不妨從有機(jī)化學(xué)相關(guān)專業(yè)的師生故事中深入了解一下吧。
2011年,我正式成為山東大學(xué)有機(jī)合成專業(yè)的研究生。有機(jī)合成是有機(jī)化學(xué)的分支之一,學(xué)習(xí)課程主要有《高等有機(jī)化學(xué)》、《有機(jī)催化導(dǎo)論》、《有機(jī)化合物光譜分析》、《現(xiàn)代有機(jī)合成》等。學(xué)習(xí)范圍大致分為兩類,一為有機(jī)合成,如化學(xué)工業(yè)原料;二為基本有機(jī)合成,如化學(xué)試劑。此外,我們還必須掌握兩種最基本的分析方法——正向分析法和逆向分析法,前者是從已知原料入手,找出合成所需的直接或間接的中間體,逐步推向合成的目標(biāo)有機(jī)物;后者則剛好相反,將目標(biāo)化合物倒退一步尋找上一步反應(yīng)的中間體,而這個(gè)中間體,又可由上一步的中間體得到,以此類推,最后確定最適合的基礎(chǔ)原料和最終的合成路線。
愛上有機(jī)化學(xué)
一開始,我只是把這個(gè)專業(yè)當(dāng)做一項(xiàng)任務(wù)來學(xué),不管是專業(yè)課還是實(shí)驗(yàn),都感覺有些枯燥乏味,直到在一次有機(jī)化學(xué)課上,看上去有些古板的老師居然給我們講了一個(gè)浪漫的故事。故事是這樣的:有一個(gè)孤獨(dú)的親核試劑一直暗戀著一個(gè)碳原子。他希望有一天,這個(gè)碳原子會(huì)變成碳正離子,自己能夠以SN1的機(jī)理去接近她??墒撬劝〉劝。瑓s什么也沒有發(fā)生。終于有一天,當(dāng)他決定直接以SN2的機(jī)理向碳原子表白時(shí),他卻發(fā)現(xiàn)碳原子對(duì)于已經(jīng)連在她身上面的親核基團(tuán)非常眷戀,于是他退卻了。
時(shí)間一點(diǎn)一點(diǎn)地過去,這個(gè)親核試劑始終無法忘記碳原子??墒撬麑?duì)自己的親核能力沒有信心——他既沒有替代已經(jīng)連著的基團(tuán)的信心,也沒有代替基團(tuán)之后,自己與碳原子形成一個(gè)穩(wěn)定的分子的信心。他忽然覺得,碳原子和那些基團(tuán)在一起更合適。她已經(jīng)習(xí)慣了目前的構(gòu)型了,如果發(fā)生SN2反應(yīng),碳原子的構(gòu)型就必須翻轉(zhuǎn),他覺得不該為自己的那一點(diǎn)執(zhí)著而讓她發(fā)生改變。在接下來的時(shí)間里,孤獨(dú)的親核試劑只是注視著碳原子。有一天,一個(gè)不可抗拒的力量——一個(gè)分液漏斗,將他們永遠(yuǎn)地分開了。親核試劑這才發(fā)現(xiàn),原來機(jī)會(huì)只在方寸之間——逝去了的,永不再來。
萬萬沒想到,化學(xué)粒子身上還隱藏著這么浪漫的愛情故事。在我為親核試劑與碳原子的錯(cuò)過而唏噓不已時(shí),突然發(fā)現(xiàn)換一個(gè)角度看有機(jī)化學(xué),原來很有意思。之前在我眼里那些冷冰冰的概念和實(shí)驗(yàn),似乎在一瞬間都變得有感情了起來。這節(jié)課,讓我開始愛上了有機(jī)化學(xué)。
隨機(jī)應(yīng)變最重要
學(xué)習(xí)有機(jī)合成,就必須做大量有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)。有機(jī)合成實(shí)驗(yàn)是一項(xiàng)系統(tǒng)性、邏輯性很強(qiáng)的實(shí)踐活動(dòng)。雖然實(shí)驗(yàn)本身很有趣,可以親眼見證幾種化合物變成一種全新的化學(xué)物,但實(shí)驗(yàn)背后卻包括了選題、查閱資料、設(shè)計(jì)路線、實(shí)驗(yàn)、檢測(cè)、得出結(jié)論一系列的過程,單純靠書本知識(shí)指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)往往會(huì)失敗,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)遇到的情況是千變?nèi)f化的,所以分析和應(yīng)變能力顯得尤為重要。
記得在做某次實(shí)驗(yàn)時(shí),前幾個(gè)月同樣的實(shí)驗(yàn)都很順利,時(shí)隔數(shù)月再做,反應(yīng)三天仍有原料沒反應(yīng)完。我十分納悶,明明工藝條件是完全一樣的,重復(fù)了幾次為何還是這樣呢。我把書上的實(shí)驗(yàn)步驟又仔細(xì)瀏覽了一遍,確定完全是按照書上的實(shí)驗(yàn)要求做的。思來想去,不得其解。在導(dǎo)師的提點(diǎn)下,我仔細(xì)回憶了前幾個(gè)月做實(shí)驗(yàn)時(shí)的條件,這才發(fā)現(xiàn)雖然實(shí)驗(yàn)都是在室溫條件下反應(yīng),但前幾月的溫度相對(duì)現(xiàn)在要高許多,如果把反應(yīng)溫度升到當(dāng)時(shí)的室溫會(huì)不會(huì)有不一樣的結(jié)果?帶著疑惑,我嘗試了一次,問題果然得到了解決。
還有一次,我接手另一名同學(xué)做了一個(gè)多月都沒做好的項(xiàng)目。他在實(shí)驗(yàn)中的反應(yīng)收率一直做不好(反應(yīng)收率是指在化學(xué)反應(yīng)或相關(guān)的化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中,投入單位數(shù)量原料獲得的實(shí)際生產(chǎn)的產(chǎn)品產(chǎn)量與理論計(jì)算的產(chǎn)品產(chǎn)量的比值)。文獻(xiàn)中所提供的溫度是溶劑沸點(diǎn)溫度約接近200度,雖然這個(gè)同學(xué)也嚴(yán)格控制反應(yīng)溫度,但是溶液回流始終不理想。因?yàn)楫?dāng)時(shí)這個(gè)化合物是比較新的一種類型,文獻(xiàn)上的資料很有限,分析方法需自己建立,且這種化合物在各種溶劑中溶解度都不是很好,研究條件很麻煩。在導(dǎo)師的鼓勵(lì)下,我嘗試自己摸索實(shí)驗(yàn)方法,改變反應(yīng)的條件,發(fā)現(xiàn)提高攪拌轉(zhuǎn)速能增大反應(yīng)收率。再經(jīng)過兩天的深入分析和實(shí)驗(yàn),我最終找到最佳攪拌速度,使反應(yīng)收率提高了近十個(gè)百分點(diǎn)。
菜鳥挑戰(zhàn)高收率
我的第一份實(shí)習(xí)是一家知名的化工公司,協(xié)助技術(shù)研發(fā)工作。在學(xué)校的學(xué)習(xí)時(shí),我一直很自信,而在公司里我卻遇到了很多意想不到的問題,生產(chǎn)流程中,常常遇到壞的項(xiàng)目,壞的路線,常常會(huì)出現(xiàn)顧此失彼的情況,比如先要送個(gè)樣,然后回來接著做反應(yīng),這時(shí)候老員工會(huì)突然問送樣結(jié)果怎么樣了,于是又得放下手頭工作找編號(hào),去辦公室調(diào)圖等等。一開始缺乏經(jīng)驗(yàn),我總是手忙腳亂。實(shí)習(xí)初期,讓我印象最深就是在遇到問題時(shí)要多與組長、老員工、主任溝通,這樣能讓我少走彎路,在總結(jié)錯(cuò)誤經(jīng)驗(yàn)時(shí),就能明白了真正的實(shí)驗(yàn)路線應(yīng)該是怎樣的。
隨著項(xiàng)目越做越多,我接觸到了不同的反應(yīng)類型,很多是學(xué)校里上沒有接觸過的。有一次,我要做一個(gè)中間體工藝放大工作。這個(gè)工作的核心內(nèi)容是技術(shù)攻關(guān),即如何將一個(gè)非常復(fù)雜的化學(xué)反應(yīng)優(yōu)化放大,完成三百公斤旋光性對(duì)映體的生產(chǎn)。對(duì)于有機(jī)合成的研究生來說,這個(gè)工作充滿了未知,不過從另一角度看,但如果能啃下這塊硬骨頭,將是對(duì)我能力的極大提高,于是我毫不猶豫答應(yīng)了與部門技術(shù)指導(dǎo)一起參與這個(gè)項(xiàng)目。
這個(gè)中間體的合成分為三個(gè)步驟,一是高溫(140攝氏度)下進(jìn)行三加二環(huán)加成反應(yīng)得到消旋產(chǎn)物的二聚物,然后再將二聚物轉(zhuǎn)化成消旋性產(chǎn)物,最后將消旋性產(chǎn)物拆分成所需的旋光性對(duì)映體。在我們接手之前,已經(jīng)通過多批次的辦法合成了40公斤的旋光性對(duì)映體,但當(dāng)時(shí)的平均收率比值只有16%左右,技術(shù)人員對(duì)此很不滿意,而這距離300公斤的任務(wù)還有很大的差距,怎么辦?
學(xué)生在學(xué)習(xí)《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》時(shí)普遍都感到比較困難。他們認(rèn)為有機(jī)物的種類多,官能團(tuán)多,化學(xué)反應(yīng)多,各反應(yīng)的條件又有所不同,記憶量很大,要把它們逐一背下來非常艱難,即使當(dāng)時(shí)記下來了過一段時(shí)間又忘記了,所以他們認(rèn)為有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)很繁重。另外,學(xué)習(xí)過程中,學(xué)生雖然知道官能團(tuán)決定物質(zhì)的性質(zhì),但只停留在記憶的層面,沒有深入到真正理解層面,比如反應(yīng)時(shí)斷鍵的位置、反應(yīng)的機(jī)理等沒有很好地理解,面對(duì)“換了一種有相同官能團(tuán)的新物質(zhì)”時(shí)就束手無策,面對(duì)“官能團(tuán)的性質(zhì)去進(jìn)行綜合運(yùn)用”就更是紙上談兵了。
學(xué)習(xí)遷移法,主要是指學(xué)生基于原有的知識(shí),通過聯(lián)系、比較、轉(zhuǎn)換、化歸、聯(lián)想,對(duì)新知識(shí)進(jìn)行理解和應(yīng)用,具體表現(xiàn)為學(xué)生個(gè)體主動(dòng)運(yùn)用舊知識(shí)去設(shè)法認(rèn)識(shí)新事物和處理問題的自覺意識(shí)和思維習(xí)慣,達(dá)到自主學(xué)習(xí)。針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》的困難,教學(xué)過程中采用學(xué)習(xí)遷移法,逐步引導(dǎo)學(xué)生利用已有的知識(shí)去理解新的知識(shí),讓學(xué)生形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的思維,讓他們分析問題和解決問題,提高了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。
一、通過原子結(jié)構(gòu)原子性質(zhì)遷移,形成有機(jī)化學(xué)知識(shí)原點(diǎn)
學(xué)習(xí)的遷移,是學(xué)生根據(jù)已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)去辨認(rèn)新的課題,并把新課題納入已有的知識(shí)系統(tǒng)中的過程。有機(jī)化合物是指含有碳的化合物,學(xué)生在學(xué)習(xí)《化學(xué)必修2》時(shí)對(duì)碳原子結(jié)構(gòu)有一定的了解,有機(jī)化合物均含有碳原子。在學(xué)習(xí)的過程中,特別是初學(xué)《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》的時(shí)候,要以碳原子為中心,引導(dǎo)學(xué)生圍繞碳原子的結(jié)構(gòu)、成鍵情況進(jìn)行分析,形成有機(jī)化學(xué)的知識(shí)原點(diǎn),再通過正確的知識(shí)遷移,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其他有機(jī)物的成鍵情況、化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)及分析等,既加深學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,又能讓他們探索有機(jī)物的無窮奧秘。
在《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》第一章第一節(jié)的學(xué)習(xí)時(shí),一方面,先復(fù)習(xí)碳原子的結(jié)構(gòu)示意圖、電子式等,強(qiáng)調(diào)碳原子的最外層有4個(gè)電子,與非金屬結(jié)合時(shí)會(huì)形成4對(duì)共用電子對(duì),結(jié)合碳的價(jià)電子情況分析了C和H結(jié)合為CH4的電子式、結(jié)構(gòu)式等。用模型進(jìn)行演示,還可以組織學(xué)生進(jìn)行“真人演出”,讓學(xué)生明白:碳原子形成單鍵是與其他原子以一對(duì)共用電子對(duì)成鍵。接著根據(jù)上述已有的碳原子4對(duì)共用電子對(duì)結(jié)構(gòu)的知識(shí)進(jìn)行遷移,引導(dǎo)學(xué)生分析C與C相連結(jié)合的情況:可共用一對(duì)電子對(duì)、兩對(duì)電子對(duì)、甚至三對(duì)電子對(duì),但不能形成四對(duì)共用電子對(duì)(單質(zhì)狀態(tài)),即可以形成碳碳單鍵、碳碳雙鍵和碳碳三鍵,但不能形成碳碳四鍵,然后很輕易地讓學(xué)生明白碳碳單鍵是飽和鍵,碳碳雙鍵和碳碳三鍵是不飽和鍵,它們的性質(zhì)將有所不同。另一方面,復(fù)習(xí)已經(jīng)學(xué)過的CO2的成鍵情況和電子對(duì)偏移情況,利用“氧的得電子能力強(qiáng)于碳”這一知識(shí)點(diǎn),對(duì)C和O結(jié)合的情況進(jìn)行知識(shí)的遷移,分析乙醇、乙醛、乙酸、乙酸乙酯的成鍵情況,容易得出碳氧共用電子對(duì)偏向氧原子,使含氧官能團(tuán)起主導(dǎo)作用,導(dǎo)致含氧有機(jī)物的性質(zhì)不同于烷烴。
通過對(duì)碳原子知識(shí)的復(fù)習(xí),引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)進(jìn)行了有效遷移,學(xué)生對(duì)各種有機(jī)物的成鍵情況有著深刻的理解,培養(yǎng)對(duì)有機(jī)物的探索欲望,對(duì)后來學(xué)習(xí)的官能團(tuán)性質(zhì)、反應(yīng)斷鍵位置、同分異構(gòu)等有機(jī)化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解有很大的幫助,起到了知識(shí)原點(diǎn)的作用。
二、通過對(duì)官能團(tuán)知識(shí)遷移,連成有機(jī)化學(xué)的知識(shí)線
學(xué)習(xí)遷移要求在教學(xué)過程中,抓住知識(shí)的共同因素來促進(jìn)遷移,通過知識(shí)規(guī)律增強(qiáng)學(xué)習(xí)效果。有機(jī)化合物種類繁多,不同的有機(jī)物因?yàn)楣倌軋F(tuán)不同性質(zhì)不同,所發(fā)生的反應(yīng)也不同,然而對(duì)于相同的官能團(tuán),雖然它所在的物質(zhì)不同,但表現(xiàn)的性質(zhì)幾乎一樣的(羥基在醇和酚中有區(qū)別)。在教學(xué)過程中,通常需要對(duì)某一種官能團(tuán)的性質(zhì)進(jìn)行詳細(xì)學(xué)習(xí),然后將知識(shí)遷移上升到其同系物的物質(zhì)(甚至具有相同官能團(tuán)的物質(zhì))上,連成有機(jī)化學(xué)的知識(shí)線,讓學(xué)生輕松掌握同一類物質(zhì)的性質(zhì)。
例如在學(xué)習(xí)乙烯的性質(zhì)時(shí),通過學(xué)習(xí),知道乙烯能夠發(fā)生加成反應(yīng)和加聚反應(yīng),理解乙烯能發(fā)生上述反應(yīng)的原因:碳碳雙鍵其中的一個(gè)鍵容易斷裂,與其他共價(jià)化合物結(jié)合。掌握此性質(zhì)和原理后,可以將知識(shí)在同系物中進(jìn)行遷移,讓學(xué)生寫出丙烯、1-丁烯、2-丁烯加成反應(yīng)、加聚反應(yīng)的方程式,學(xué)生就會(huì)較為輕松地完成任務(wù),并加深對(duì)這兩個(gè)反應(yīng)的理解。然后再將知識(shí)進(jìn)行遷移拓展,引導(dǎo)學(xué)生掌握1,3―丁二烯的1,2加成、1,4加成和完全加成等反應(yīng)。又例如學(xué)習(xí)乙醇與乙酸發(fā)生的酯化反應(yīng),理解了羥基斷開O-H鍵、羧基斷開C-O鍵后,可以將知識(shí)在同系物甚至在具有羥基的物質(zhì)中進(jìn)行遷移,讓學(xué)生寫出乙二醇與乙酸、丙三醇與乙酸、乙二醇與乙二酸反應(yīng)的化學(xué)方程式和反應(yīng)原理,學(xué)生完成任務(wù)后,可以讓學(xué)生寫出纖維素制造醋酸纖維反應(yīng)的化學(xué)方程式和反應(yīng)原理。
通過對(duì)某一個(gè)官能團(tuán)知識(shí)的學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí),不僅讓學(xué)生掌握該物質(zhì)的性質(zhì),還可以以此為知識(shí)線,通過正確引導(dǎo)知識(shí)遷移,全方位認(rèn)識(shí)掌握具有相同官能團(tuán)的物質(zhì),使有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)具有“由此及彼”的連接作用,既提高學(xué)生學(xué)習(xí)效率,也能讓他們自主學(xué)習(xí),學(xué)會(huì)分析問題和解決問題,還可以擴(kuò)寬他們的知識(shí)面。
三、通過對(duì)不同官能團(tuán)知識(shí)遷移,構(gòu)成有機(jī)化學(xué)的知識(shí)面
學(xué)習(xí)遷移并不是自然而然地發(fā)生的,實(shí)際上是在新舊兩種事物或情景非常相像的情況下發(fā)生,需要學(xué)生自己通過主觀上的積極努力才能實(shí)現(xiàn)某些知識(shí)的遷移。有機(jī)化合物某些官能團(tuán)之間是有一定的相似性和一定的內(nèi)在聯(lián)系的,可以從組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)等多方面進(jìn)行研究分析,再將知識(shí)遷移到相關(guān)的官能團(tuán),讓學(xué)生對(duì)比著學(xué)習(xí),形成完整的知識(shí)面。
例如在學(xué)習(xí)乙醇的性質(zhì)時(shí),教材給出了對(duì)“一起嚴(yán)重化學(xué)事故”的材料,要求學(xué)生討論“用水還是用乙醇來消除鈉的安全隱患”??梢酝ㄟ^討論得出解決方案,再根據(jù)鈉與水反應(yīng)劇烈、鈉與乙醇反應(yīng)平緩得出結(jié)論:乙醇和水均有O-H鍵,O-H鍵的共用電子對(duì)向氧原子偏移,而水中的H-和乙醇中的CH3CH2-均為供電子基團(tuán),供電子能力CH3CH2-大于H-,所以對(duì)O-H鍵影響結(jié)果不同,導(dǎo)致水中的O-H鍵比乙醇中的H更易電離,所以鈉與水反應(yīng)較乙醇與水反應(yīng)劇烈。通過這知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí),可以進(jìn)行知識(shí)遷移,讓學(xué)生根據(jù)乙?;缺交秒娮幽芰?qiáng)來比較乙酸、苯酚分別與鈉反應(yīng)的劇烈程度,他們會(huì)在水和乙醇的基礎(chǔ)上進(jìn)行分析:苯酚和乙酸均有O-H鍵,苯基和乙?;堑秒娮踊鶊F(tuán),且得電子能力乙?;缺交螅設(shè)-H鍵極性增大,兩者均能電離出H+而顯酸性,且乙酸酸性比苯酚強(qiáng),所以與鈉反應(yīng)的劇烈程度順序?yàn)橐宜?苯酚>水>乙醇,有的學(xué)生經(jīng)過知識(shí)遷移學(xué)習(xí)后,甚至還總結(jié)出“有連在氧上的氫均能被鈉轉(zhuǎn)換出H2”的結(jié)論。同理可以利用學(xué)習(xí)遷移法,比較乙醛、乙酮、乙酸、乙酸乙酯等中的乙?;Y(jié)構(gòu)活潑性的大小,這里就不作詳述了。
通過這樣的遷移,學(xué)生將不同的官能團(tuán)聯(lián)系起來理解,通過對(duì)比找出相同部分和不同部分,真正體會(huì)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的真諦,對(duì)有機(jī)物有更深入的認(rèn)識(shí),構(gòu)成有機(jī)化學(xué)的知識(shí)面,激發(fā)他們學(xué)習(xí)、探索、研究有機(jī)化學(xué)的結(jié)構(gòu)性質(zhì)的熱情。
四、通過對(duì)有機(jī)合成知識(shí)遷移,建立有機(jī)化學(xué)知識(shí)空間
聯(lián)想遷移是較高層面的遷移,它可以使學(xué)生更好地理解某一方法的適應(yīng)性以及在其他情景中更好地遷移和利用。有機(jī)合成,它是利用簡單易得的原料,通過有機(jī)反應(yīng),生成具有特定結(jié)構(gòu)和功能的有機(jī)化合物,具有經(jīng)濟(jì)意義,最能體現(xiàn)有機(jī)化學(xué)的核心價(jià)值。因?yàn)楹铣傻奈镔|(zhì)具有多樣性,所以在學(xué)習(xí)過程中,要通過知識(shí)進(jìn)行聯(lián)想遷移,舉一反三,建立知識(shí)空間。
例如在學(xué)習(xí)有機(jī)合成時(shí),先設(shè)計(jì)簡單的合成路線:任務(wù)(1)乙烯一氯乙烯乙醇乙醛乙酸乙酸乙酯,讓學(xué)生充分討論認(rèn)識(shí)此過程,分析該合成路線中各物質(zhì)的官能團(tuán),合成過程中各個(gè)官能團(tuán)之間的轉(zhuǎn)化情況、斷鍵和成鍵情況、反應(yīng)條件等等,要求學(xué)生寫出每一步的反應(yīng)方程式。在學(xué)生理解掌握后,進(jìn)行知識(shí)聯(lián)想遷移,設(shè)計(jì)合成路線;任務(wù)(2)乙烯1,2-二氯乙烯乙二醇乙二醛乙二酸乙二酸乙二酯或聚乙二酸乙二酯;任務(wù)(3)對(duì)二(一氯甲基)苯對(duì)苯二甲醇對(duì)苯二甲酸對(duì)苯二甲酯或聚對(duì)苯二甲酸對(duì)苯二甲酯。學(xué)生相互討論后發(fā)現(xiàn),對(duì)任務(wù)(1)的知識(shí)遷移即可得到答案,很快就完成了任眨并能理解透徹。
任務(wù)(4)從目標(biāo)產(chǎn)物聚乙二酸乙二酯出發(fā),逆推每一個(gè)步驟,直至簡單化工原料乙烯為止。學(xué)生能將前面合成路線的知識(shí)用在這小題上,也很快完成任務(wù)。最后,讓學(xué)生完成任務(wù)(5)總結(jié)能夠引入碳碳雙鍵、碳碳叁鍵、鹵素原子、羥基、醛基、羧基、酯基的化學(xué)反應(yīng)有哪些?通過分析上述合成路線,學(xué)生很快就能總結(jié)出來了。
通過對(duì)合成路線的學(xué)習(xí),學(xué)生能熟悉掌握各種官能團(tuán)的性質(zhì)及它們之間的轉(zhuǎn)化要素,通過知識(shí)的聯(lián)想遷移,他們能由此及彼很好地掌握各有機(jī)物的性質(zhì),特別是完成任務(wù)(5)后,學(xué)生能總結(jié)出官能團(tuán)的變化情況,深入理解有機(jī)合成的規(guī)律,使有機(jī)化學(xué)知識(shí)網(wǎng)格化、立體化,形成有機(jī)化學(xué)的知識(shí)空間。
關(guān)鍵詞:思維導(dǎo)圖;有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ);化學(xué)教學(xué)
文章編號(hào):1005C6629(2017)2C0049C04 中圖分類號(hào):G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
思維導(dǎo)圖是由英國心理學(xué)家、教育家托尼?巴贊(Tong Buzan)在20世紀(jì)60年代提出的一種圖解形式記筆記的方法,也是表達(dá)放射性思維的有效圖形思維工具。思維導(dǎo)圖運(yùn)用圖文并重的技巧,把各級(jí)主題的關(guān)系圖相互隸屬與相關(guān)的層級(jí)圖表現(xiàn)出來,將主題關(guān)鍵詞與圖像、顏色等建立記憶鏈接,充分運(yùn)用左右腦的機(jī)能,在思維過程中協(xié)調(diào)運(yùn)作,利用記憶、閱讀、思維的規(guī)律,協(xié)同人們?cè)诳茖W(xué)與藝術(shù)、邏輯與想象之間平衡發(fā)展,從而開啟人類大腦的無限潛能[1]。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展,開發(fā)出來多種思維導(dǎo)圖軟件,并在教學(xué)中發(fā)揮越來越大的作用。思維導(dǎo)圖軟件屬于現(xiàn)代信息輔助教學(xué)(MITAI)的一種形式?,F(xiàn)代信息技術(shù)輔助教學(xué)是計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(CAI)的發(fā)展,現(xiàn)代信息技術(shù)輔助教學(xué)滿足了學(xué)生個(gè)性發(fā)展的需要[2]。筆者經(jīng)過多年使用思維導(dǎo)圖軟件的教學(xué)實(shí)踐,積累了一些對(duì)思維導(dǎo)圖的認(rèn)識(shí)和在化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn),下面以高中化學(xué)《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》模塊為例,對(duì)思維導(dǎo)圖在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用提供有意義的參考和啟示。
1 思維導(dǎo)圖的教學(xué)實(shí)踐研究
1.1 明晰有機(jī)化合物核心概念之間的關(guān)系
有機(jī)化合物種類繁多,很多有機(jī)物的結(jié)構(gòu)看著比較相似,但在性質(zhì)上差異較大,如果能理清各種有機(jī)物核心概念之間的歸屬關(guān)系,就能簡化有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)的容量,降低學(xué)習(xí)的難度,為《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》模塊的學(xué)習(xí)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),思維導(dǎo)圖可以清晰地呈現(xiàn)出有機(jī)化學(xué)核心概念之間的關(guān)系,以烴類化合物為例(見圖1)。
1.2 強(qiáng)化有機(jī)物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系的認(rèn)知結(jié)構(gòu)
J知結(jié)構(gòu)是知識(shí)結(jié)構(gòu)內(nèi)化在學(xué)習(xí)者頭腦里所形成的觀念的內(nèi)容和組織[3]?!队袡C(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》模塊最核心的內(nèi)容是有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系,學(xué)生利用思維導(dǎo)圖中的“聯(lián)系”功能可以很好地強(qiáng)化有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。形成從物質(zhì)的微觀層面理解有機(jī)物的組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的聯(lián)系,形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念,發(fā)展“宏觀辨識(shí)與微觀探析”這一化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng),以有機(jī)物的官能團(tuán)和化學(xué)性質(zhì)的關(guān)系為例(見圖2)。
利用思維導(dǎo)圖的“聯(lián)系”功能,還可以在有機(jī)物的結(jié)構(gòu)(官能團(tuán))與化學(xué)性質(zhì)的連線上添加所需要的反應(yīng)物質(zhì)或反應(yīng)條件(如圖2中酯基、肽鍵和醛基等)。
1.3 直觀展示有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的裝置和化學(xué)原理
1.4 指導(dǎo)有機(jī)物合成路線的修正和信息獲取
有機(jī)物的合成是《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》模塊的重要內(nèi)容,體現(xiàn)在有機(jī)化學(xué)理論的學(xué)習(xí)研究和生產(chǎn)生活實(shí)際的需求兩個(gè)方面,因此有機(jī)物合成路線的考查在高考的考查中是重點(diǎn),也是難點(diǎn)。學(xué)生對(duì)有機(jī)合成路線的設(shè)計(jì),最大的困惑是:(1)正確合理的有機(jī)合成路線的初步構(gòu)想。(2)關(guān)鍵反應(yīng)步驟的反應(yīng)信息。利用思維導(dǎo)圖可以很好地幫助學(xué)生解決有機(jī)物合成中的這兩個(gè)困惑,具體做法是讓學(xué)生把已知的知識(shí)、信息,利用思維導(dǎo)圖做出部分合成路線,這樣的路線雖然是殘缺的或錯(cuò)誤的,但是是直觀的,缺少的或錯(cuò)誤的片段就是問題,而且是指向性非常明確的問題,問題解決是思維活動(dòng)最普遍的形式[5]。因而思維導(dǎo)圖在有機(jī)物合成路線的推導(dǎo)時(shí),對(duì)于激發(fā)學(xué)生思維活動(dòng)作用顯著。下面以2016年江蘇化學(xué)高考第20題(5)為例。
化合物H是合成抗心律失常藥物的一種中間體,可通過以下方法合成:
根據(jù)本題有機(jī)合成給出的原料[甲苯和(CH3CO)2O]和合成的最終產(chǎn)物,大部分學(xué)生利用思維導(dǎo)圖得到下面的初步構(gòu)想(見圖4)。
通過分析構(gòu)想圖,發(fā)現(xiàn)在有機(jī)合成第二步就出現(xiàn)了與已知相矛盾的錯(cuò)誤,且在后面的步驟中也出現(xiàn)了殘缺的部分(在教材中沒有學(xué)習(xí)過的有機(jī)化學(xué)反應(yīng))。錯(cuò)誤的地方需要否定且進(jìn)行修正,即苯甲酸不能在臨位取代上硝基,而甲苯可以在臨位取代上硝基,因此第一步應(yīng)該進(jìn)行修正。殘缺的部分需要繼續(xù)獲取信息,仔細(xì)觀察題目給出的化合物H的合成方法中AB,BC的反應(yīng)條件,即可以解決-NO2最終到-NHCOCH3的問題。兼顧考慮已知1,利用思維導(dǎo)圖的直觀性和遞進(jìn)性可以輕松地得出正確的合成路線(見圖5)。
2 思維導(dǎo)圖有利于培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)品質(zhì)
(化學(xué))學(xué)習(xí)品質(zhì)指能反映學(xué)生自己以多種方式進(jìn)行學(xué)習(xí)的傾向、態(tài)度、習(xí)慣、風(fēng)格等。它不是學(xué)生所要獲得那些技能,而是學(xué)生自己怎樣使自己去獲得各種各樣的技能[6]。托尼?巴贊說圖像才是大腦的語言,思維導(dǎo)圖的直觀性可以幫助學(xué)生更高效地提升學(xué)習(xí)化學(xué)的能力。美國教育家布魯納認(rèn)為,教師必須本著這樣的目的來幫助學(xué)習(xí)者:使學(xué)習(xí)者能夠承擔(dān)起矯正任務(wù)。否則,指導(dǎo)的結(jié)果只是產(chǎn)生了一種永遠(yuǎn)依賴教師知識(shí)的掌握形式[7]。學(xué)生在使用思維導(dǎo)圖進(jìn)行化學(xué)學(xué)習(xí)時(shí),需要有不斷創(chuàng)新的想法和有條不紊的修正、整理,這樣利于學(xué)生的自主學(xué)習(xí)。思維導(dǎo)圖的自由聯(lián)想和頭腦風(fēng)暴,有助于豐富學(xué)生的思維方法(逆向思維法、推理思維法、反證思維法、有序思維法等)和合作學(xué)習(xí)。繪制成功的思維導(dǎo)圖是一個(gè)人面對(duì)問題的一個(gè)全景圖,它涉及該問題的各個(gè)層面,包括該問題的緣由、對(duì)自己的重要性、解決的途徑和困難,可以說涉及到所能想到的一切細(xì)枝末節(jié)。面對(duì)這樣一幅全景圖,極大地提高了學(xué)生的觀察力[8]。
3 在教學(xué)中使用思維導(dǎo)圖的注意事項(xiàng)
3.1 避免與概念圖、知識(shí)網(wǎng)絡(luò)圖等混淆
思維導(dǎo)圖不是靜態(tài)知識(shí)點(diǎn)的總結(jié),是人依據(jù)大腦的思維活動(dòng)描繪出的思維圖,能呈現(xiàn)人思維活動(dòng)的過程,可以看出人思維活動(dòng)的遞進(jìn)性和層次性,可能包含不合理的、甚至是錯(cuò)誤的內(nèi)容。是幫助學(xué)生學(xué)習(xí)過程中不啻蔥潞托拚錯(cuò)誤的工具。
3.2 避免使用時(shí)形式單一枯燥
思維導(dǎo)圖的結(jié)構(gòu)圖非常豐富,例如:平衡圖、組織結(jié)構(gòu)圖、樹狀圖、邏輯圖、時(shí)間軸圖、魚骨圖、矩陣圖等形式,還可以插入標(biāo)注、圖標(biāo)、聯(lián)系、概要、外框、附件和錄音等。展開豐富的思維活動(dòng)并用思維導(dǎo)圖的各種功能呈現(xiàn)出來,這樣的思維導(dǎo)圖是立體的、彩色的、有聲的。
3.3 思維導(dǎo)圖的使用不僅僅是教師還有學(xué)生
思維導(dǎo)圖最大的特點(diǎn)是把思維活動(dòng)通過圖文呈現(xiàn)出來,學(xué)生使用思維導(dǎo)圖對(duì)于教師了解學(xué)情有很大幫助。思維導(dǎo)圖中的頭腦風(fēng)暴特別適合學(xué)生的小組合作學(xué)習(xí),能把所有學(xué)生的所有想法都呈現(xiàn)出來。
化學(xué)是把物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)、宏觀性質(zhì)、實(shí)際應(yīng)用和化學(xué)理論融合的一門自然學(xué)科,思維導(dǎo)圖除了可以在《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》模塊教學(xué)中很好地應(yīng)用,在其他化學(xué)模塊中的教學(xué)同樣能起到很大的作用。
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一、有機(jī)化學(xué)課程內(nèi)容和特點(diǎn)
有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)化合物的化學(xué),是-N研究有機(jī)化合物的來源、制備、結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用及其有關(guān)理論和方法的科學(xué)目,可以使人們從分子水平上探索未知的世界。它既是一門內(nèi)容豐富,理論性、社會(huì)應(yīng)用性強(qiáng)的課程,又是-f3重視實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐性強(qiáng)的課程。其內(nèi)容主要分為三大部分:第一部分為有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論,包括有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)、立體化學(xué)、波譜化學(xué)等;第二部分為各類有機(jī)化合物的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),有機(jī)化合物是按其分子中包含的官能團(tuán)類型分類,官能團(tuán)對(duì)化合物的性質(zhì)起決定性作用,這一部分是整個(gè)有機(jī)化學(xué)的重點(diǎn)也是難點(diǎn),要求學(xué)生能夠運(yùn)用有機(jī)化學(xué)基本原理去認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律,掌握各類反應(yīng)及應(yīng)用;第三部分為天然有機(jī)物化學(xué),包括糖、氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸等內(nèi)容,也被稱為生物有機(jī)化學(xué)。對(duì)于材料科學(xué)專業(yè)學(xué)生來說,需要重點(diǎn)掌握的是第一、二大部分內(nèi)容,而且,第二大部分中不同類型的有機(jī)化合物的重要程度也不同,例如,不飽和烴、芳香烴、醇酚、醛酮等是重中之重。這些重點(diǎn)內(nèi)容可以歸納為:1個(gè)理論(電子理論)、2個(gè)效應(yīng)供軛效應(yīng)、誘導(dǎo)效應(yīng))、2種試劑(親電試劑、親核試劑)、3類6大反應(yīng)(自由基取代、加成反應(yīng),親電取代、加成反應(yīng),親核取代、加成反應(yīng))等01。
二、材料學(xué)專業(yè)有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革的必要性
材料科學(xué)專業(yè)既是本科教學(xué)中最為重要的專業(yè)之一,同時(shí)也是最難學(xué)習(xí)的專業(yè)之一,它要求學(xué)生全面地掌握化學(xué)、物理、材料學(xué)等方面的基礎(chǔ)知識(shí)。專業(yè)課程數(shù)量的巨大,使得專業(yè)課程的設(shè)置課時(shí)緊、任務(wù)重。對(duì)于有機(jī)化學(xué)這門課程來說,材料科學(xué)專業(yè)的授課課時(shí)由化學(xué)專業(yè)的大于120學(xué)時(shí)縮短為小于64學(xué)時(shí),實(shí)驗(yàn)課時(shí)也相應(yīng)地大大減少,這就容易造成學(xué)生對(duì)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)掌握膚淺,實(shí)驗(yàn)技能相對(duì)匱乏,嚴(yán)重影響后續(xù)課程的學(xué)習(xí)。同時(shí),相對(duì)于其他專業(yè),材料科學(xué)專業(yè)有著自身的特點(diǎn),并不是有機(jī)化學(xué)中所有的內(nèi)容都必不可少,即材料科學(xué)專業(yè)對(duì)有機(jī)化學(xué)教學(xué)側(cè)重點(diǎn)需求不同,精選有機(jī)化學(xué)中針對(duì)材料科學(xué)專業(yè)十分重要的內(nèi)容,既能完成大綱規(guī)定的教學(xué)任務(wù),又能保證教學(xué)質(zhì)量。另外,由于招生人數(shù)的增加,學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)水平有下降趨勢(shì),并且參差不齊。這些都對(duì)材料科學(xué)專業(yè)教學(xué)的正常進(jìn)行造成嚴(yán)重的影響。所以,材料科學(xué)專業(yè)有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革勢(shì)在必行。
三、材料學(xué)專業(yè)有機(jī)化學(xué)教學(xué)改革方法
1.教材的改革。教材是教學(xué)內(nèi)容的載體,優(yōu)秀的教材是高教學(xué)質(zhì)量的保證。由于有機(jī)化學(xué)的重要性,各類教材數(shù)量繁多,內(nèi)容豐富,但本校材料科學(xué)專業(yè)特點(diǎn)鮮明,直接沿用現(xiàn)有的有機(jī)化學(xué)教材無法在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)使本專業(yè)學(xué)生完善地掌握其必需的化學(xué)方面基礎(chǔ)知識(shí)。為此,我們根據(jù)本校材料科學(xué)專業(yè)學(xué)科特點(diǎn),參考現(xiàn)有優(yōu)秀有機(jī)化學(xué)教材,精選本專業(yè)學(xué)生必需之基礎(chǔ)知識(shí),秉承遵循思維規(guī)律組織教學(xué)的原則,編寫適合本專業(yè)有機(jī)化學(xué)教學(xué)的校內(nèi)講義。相對(duì)于一般的有機(jī)化學(xué)教材,我們新編的講義內(nèi)容精練,篇幅縮減,既加強(qiáng)了對(duì)學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng),又適應(yīng)了學(xué)時(shí)較少的需求。主要以上文所述的有機(jī)化學(xué)教學(xué)主要內(nèi)容的第一、二大部分為主,新編講義共分為十一章,第~章:結(jié)構(gòu)與性能概論,重點(diǎn)內(nèi)容為價(jià)鍵理論、共振論、誘導(dǎo)和共軛效應(yīng)、反應(yīng)類型和試劑分類、酸堿理論、溶劑化作用等;第二章:立體化學(xué),重點(diǎn)內(nèi)容為構(gòu)造、構(gòu)象、幾何、對(duì)映4大異構(gòu)現(xiàn)象;第三章:結(jié)構(gòu)表征化學(xué),重點(diǎn)內(nèi)容為紅外光譜、核磁共振譜、紫外光譜及質(zhì)譜。以上內(nèi)容為有機(jī)化學(xué)基本理論,是以下各章學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。第四章:脂肪烴及其衍生物,包括飽和烷烴、烯烴、炔烴、鹵代烴的物理性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng);第五章:芳香烴,重點(diǎn)內(nèi)容為芳烴親電取代反應(yīng);第六章:醇酚,重點(diǎn)內(nèi)容為醇酚的共性和特性;第七章:醛酮,重點(diǎn)內(nèi)容為羰基親核加成反應(yīng);第八章:羧酸及其衍生物,包括羧酸、酰氯、酸酐、酯、酰胺的物理和化學(xué)性質(zhì);第九章:有機(jī)含氮化合物,包括硝基化合物、胺、重氮及偶氮化合物、雜環(huán)化合物的物理和化學(xué)性質(zhì)。以上內(nèi)容幾乎涵蓋全部對(duì)本專業(yè)后繼課程十分重要的有機(jī)化合物,知識(shí)要點(diǎn)就重避輕側(cè)重點(diǎn)鮮明,為整個(gè)講義的重點(diǎn)內(nèi)容。第十章:有機(jī)合成基礎(chǔ),重點(diǎn)為有機(jī)合成路線控制;第十一章:有機(jī)化學(xué)資源,包括常用軟件、期刊檢索、網(wǎng)絡(luò)化學(xué)資源等。以上為選學(xué)內(nèi)容。用以開拓學(xué)生視野,加深學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。新編有機(jī)化學(xué)講義在內(nèi)容上精練有序,既涵蓋了與材料科學(xué)專業(yè)息息相關(guān)的基礎(chǔ)理論,也包括了有益于后續(xù)課程學(xué)習(xí)的幾大類重要有機(jī)化合物。主線清晰,內(nèi)容展開層次感強(qiáng),保證了在少學(xué)時(shí)的基礎(chǔ)上使學(xué)生能完整的了解重要的知識(shí),強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng),著重有機(jī)化合物的共性與特性,給學(xué)生思考的空間,培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力。另外,我們充實(shí)了新的內(nèi)容,使學(xué)生了解有機(jī)合成的手段和最近研究熱點(diǎn),輔以材料科學(xué)研究方向?qū)n}的建立,擴(kuò)寬了學(xué)生的知識(shí)面,增強(qiáng)了學(xué)生的興趣,適應(yīng)新時(shí)代材料科學(xué)專業(yè)有機(jī)化學(xué)教學(xué)。
2.課堂教學(xué)的改革。教材是教學(xué)的根本,而課堂教學(xué)則是教學(xué)實(shí)施的天地。通過課堂教學(xué),不僅要使學(xué)生掌握新知識(shí),更重要的是教會(huì)學(xué)生獲取新知識(shí)的方法。有機(jī)化學(xué)理論性強(qiáng),內(nèi)容比較抽象,為了使學(xué)生盡快地掌握有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)方法,更好地理解有機(jī)化學(xué)的內(nèi)涵,極大地提升學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的興趣,我們本著“以學(xué)生為主體,以教師為主導(dǎo)”的指導(dǎo)思想,借鑒他人的經(jīng)驗(yàn),總結(jié)自己的教訓(xùn),采用豐富的教學(xué)手段,提高有機(jī)化學(xué)課堂教學(xué)的效率。
(1)教學(xué)方式:多媒體教學(xué)?!肮び破涫?,必先利其器”。有機(jī)化學(xué)涉及大量的分子結(jié)構(gòu)式、化學(xué)反應(yīng)式,傳統(tǒng)的教學(xué)方式即使輔以掛圖和模型演示,也無法在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)完成巨大的教學(xué)任務(wù)。借助多媒體手段,可以將有機(jī)化學(xué)中比較抽象的問題生動(dòng)形象地展示給學(xué)生,而且可將圖、文、聲、像并茂,將“講”課演變?yōu)椤把菔尽闭n,既擴(kuò)大了單位學(xué)時(shí)內(nèi)的授課內(nèi)容,又可以節(jié)省出學(xué)生上課時(shí)記筆記的時(shí)間,大大地提高了教學(xué)效率151。我們根據(jù)大綱的要求,以PowerPoint為主要制作工具,輔以Flash(制作動(dòng)畫)、ChemOfice(畫有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)式及反應(yīng)方程式)、Photoshop(處理圖像)、3DMax(制作立體動(dòng)畫)等軟件,開發(fā)了侑機(jī)化學(xué)》CAI課件,使課堂的教學(xué)面貌煥然一些,課堂氛圍輕松愉快,課堂質(zhì)量極大提高。
(2)教學(xué)方法:運(yùn)用開放式教學(xué),采取列表比較法、系統(tǒng)歸納法等展開課堂教學(xué)。在有機(jī)化學(xué)的課堂教學(xué)中,針對(duì)學(xué)科及學(xué)生的特點(diǎn)選擇正確的教學(xué)方法,對(duì)教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)至關(guān)重要。我們以開放式教學(xué)作為貫穿整個(gè)課堂教學(xué)的基礎(chǔ),不僅要求學(xué)生聽老師的講解,還要求學(xué)生帶著問題去思考,指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)去解決問題,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。介紹與材料科學(xué)專業(yè)密切相關(guān)的前沿課題,讓學(xué)生提出自己感興趣的方向,組織專題討論,豐富學(xué)生相關(guān)的知識(shí),做到真正的開放、啟發(fā)式教學(xué)。輔以系統(tǒng)歸納、列表比較等合理的教學(xué)方法,取得更好的教學(xué)效果。
(3)教學(xué)方針:采用“啟發(fā)、引導(dǎo)”的教學(xué)方針,更好地體現(xiàn)老師的“主導(dǎo)”作用。雖然在課堂教學(xué)上,老師應(yīng)主要向?qū)W生講授系統(tǒng)的知識(shí),但學(xué)生自己獨(dú)立思考、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)亦尤為重要。課堂教學(xué)中老師應(yīng)充分發(fā)揮“主導(dǎo)”的作用,使學(xué)生從積極地聽從老師的講授,過渡到獨(dú)立思考,有所創(chuàng)新。對(duì)于學(xué)生在思考、創(chuàng)新過程中遇到的問題、困難,老師應(yīng)給予學(xué)生幫助。不僅僅是鼓勵(lì)和支持,更重要的是給予學(xué)生解決問題、困難的知識(shí)、經(jīng)驗(yàn),通過問題的提出和解決,使學(xué)生體會(huì)到創(chuàng)新的,從而產(chǎn)生更大的興趣和熱情。
3.實(shí)驗(yàn)教學(xué)的改革。有機(jī)化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)性較強(qiáng)的課程。實(shí)驗(yàn)教學(xué)是有機(jī)化學(xué)教學(xué)的組成部分,也是培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力和創(chuàng)新精神的重要環(huán)節(jié)。但一般的材料科學(xué)專業(yè)對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)安排的課時(shí)較少,甚至不安排,不利于學(xué)生動(dòng)手能力的培養(yǎng)。為了在有限的學(xué)時(shí)內(nèi)達(dá)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)最大的效果。我們經(jīng)過探索,采用如下思路和方法:采用階段性實(shí)驗(yàn)教學(xué),首先安排一些趣味性、實(shí)用性強(qiáng)的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn),例如,結(jié)合日常生活實(shí)際,安排阿司匹林、染料合成、茶葉提取咖啡因等。既讓學(xué)生掌握有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的基本操作方法和技能,又讓學(xué)生在實(shí)踐中體會(huì)到自己的學(xué)習(xí)是有用的,提高學(xué)習(xí)興趣,激發(fā)主觀能動(dòng)性。在此基礎(chǔ)上,根據(jù)材料科學(xué)專業(yè)特色,逐步增加綜合性、創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)。在這一階段中主要培養(yǎng)學(xué)生綜合性能力,讓學(xué)生提出自己感興趣的課題,指導(dǎo)學(xué)生查閱文獻(xiàn)一設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案一擬定合成路線一完成產(chǎn)物合成一分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果一提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告。由學(xué)生自己設(shè)計(jì)合成路線,分析、總結(jié)合成過程中的收獲和不足,可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考,綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能的能力。另外,我們還安排一些開放性實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)室在特定的時(shí)間內(nèi)向?qū)W生開放,使得對(duì)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)感興趣的學(xué)生在業(yè)余時(shí)間可以到實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。這樣,既彌補(bǔ)了實(shí)驗(yàn)課時(shí)少、學(xué)生意猶未盡的不足,又可開拓學(xué)生的視野,使學(xué)生提前感受到科研的氛圍,對(duì)學(xué)生實(shí)驗(yàn)水平的提高起到較大的促進(jìn)作用。
關(guān)鍵詞:風(fēng)格;倪瓚;逸氣
中圖分類號(hào):J205 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1005-5312(2010)18-0021-01
一、平淡天真的質(zhì)樸畫風(fēng)
在元代繪畫體系中以山水畫最為興盛,主要代表是 “元四家”,即黃公望、王蒙、倪瓚、吳鎮(zhèn)。他們的畫大多表現(xiàn)隱居、高隱、小隱、漁隱,以“出世成仙”的態(tài)度表達(dá)一種士大夫階層的孤傲、空虛的情感。他們?cè)谒囆g(shù)上提倡“高雅”、 “天真幽淡”,理論上主張“逸筆草草”、“不求形似”、“聊寫胸中逸氣”等。
倪瓚,其生長地隔著太湖正對(duì)著趙孟\的故鄉(xiāng)吳興,所以他受到了趙孟\的某些影響。然而倪、趙兩者的藝術(shù)風(fēng)格,從心理意義與社會(huì)意義兩個(gè)方面都顯示出涇渭分明的不同方式。但可以確定的是倪瓚懷著對(duì)黃公望的敬意作畫,其著名作品《六君子圖》用筆很像黃公望的代表作《富春山居圖》,兩圖畫石方法都是學(xué)董源的披麻皴。松靈的皴筆一層壓一層積筑,直到石形顯現(xiàn)。用黃公望的話來說,個(gè)性化用筆就是“糊突其筆”,用以提示空間的氤氳氣象;樹枝與苔點(diǎn)都是以三維式進(jìn)退的。十分寫實(shí)的樹木與斜坡,寫實(shí)的空間結(jié)構(gòu):遠(yuǎn)近因子構(gòu)成的視像都沿著一個(gè)連續(xù)后退的地面伸展。倪瓚用中鋒“寫出的”樹石形象就好似篆書和草書。與趙孟\的《雙松平遠(yuǎn)圖》相比,倪瓚的中鋒用筆“平淡天真”。他那種徐緩平靜的草書筆畫,卻飽含著感情和內(nèi)心激情,與保持外在的靜態(tài)與平衡相對(duì)峙,執(zhí)著地體現(xiàn)出一個(gè)信念:“屋里須教有主人”。
所以,倪瓚的繪畫風(fēng)格貌似平淡無奇,實(shí)際上卻無從模仿。沈周(1427-1509)畢生服膺倪瓚,但是根據(jù)一則故事說,他每次提筆仿倪,他的老師就在一邊呼叫:“又過矣又過矣!”倪瓚的畫每一筆都能保持著一種微妙的均衡和張力,傳達(dá)給他人的是內(nèi)心自足的感覺與毫無夸張的真誠交流。
二、聊以寫胸中逸氣
倪瓚的山水畫面貌不僅在元代,就是在整個(gè)山水畫發(fā)展史上也是比較奇特的。后世鑒賞家阮元對(duì)倪瓚的山水畫評(píng)價(jià)為:“他人畫山水使真有其地皆可游賞。其畫面給人以靜謐、空曠、蕭索、荒寒的感受。這種畫面構(gòu)成和筆墨情調(diào)被反復(fù)運(yùn)用,形成了一種倪瓚所特有的模式。所謂“有意無意,若淡若疏”,形成了荒疏蕭條一派。但就是這樣一種看似平淡無奇、簡之不能再簡的藝術(shù)樣式,不但使倪瓚在生前就贏得了極高的聲譽(yù),而且折服了明清兩代眾多的畫家。
倪瓚的創(chuàng)作在某種意義上給人們提供了一個(gè)有意味的形式,使一向以刻畫為能事,習(xí)慣于表現(xiàn)和欣賞丘壑之美的人們?cè)谀攮懙暮喌翗O的風(fēng)格樣式面前,既感到新奇又感到玄奧。而蘊(yùn)涵于倪瓚作品的形式中的意味,又使惟知在筆墨上逞強(qiáng)使氣、急功近利的畫家,無論怎么努力卻總是把握不住倪瓚畫中的精髓。
三、小結(jié)
總而言之, “華林散清月,寒水淡無波……”這些詩句我們從兒時(shí)便背的朗朗上口,而詩中所寫之景正是我們所熟悉的屢屢出現(xiàn)在倪瓚畫幅中的那種蕭寥簡淡之景。其畫面效果所呈現(xiàn)的蕭寥簡淡的意境不是一蹴而就的,而是經(jīng)過長期探索,在藝術(shù)道路上,從早期到晚期所走過的歷程,由繁到簡,由實(shí)到虛,有執(zhí)著到超脫的歷程。他只想用簡單的墨,通過簡練的形象,寄寓無限的意趣。
觀賞倪瓚的作品,可以感受到他不僅描寫的是千變?nèi)f化的自然景色,更是描繪了他胸中的風(fēng)景,他把微妙的墨調(diào)變化與簡略的構(gòu)圖融為一體。用“斫冰”、濁中取凈,以及“寒”、“瘦”、“清”、“情”和“珊瑚鐵網(wǎng)”、“仙草齋房”等比喻解讀倪瓚的畫,多少道出了倪瓚畫的一些特質(zhì)。但倪瓚的藝術(shù)又不僅僅是這些,或者說實(shí)際上是這些特質(zhì)的有機(jī)合成,而這種合成的最終體現(xiàn)是“如燕舞花飛,揣摸不得,又如美人橫波微盼,光彩四射,觀者神驚意喪,不知其所以然”。正是這一藝術(shù)品格使人感到“無處著筆,覺矜才使氣一輩,未免有慚德”,這才是倪瓚用“平淡”、“素凈”、“逸氣”、亦即個(gè)人的生命體驗(yàn)和審美追求所鑄就的藝術(shù)風(fēng)格之所在。
關(guān)鍵詞:工程認(rèn)證;精細(xì)化工;教學(xué)改革;實(shí)踐能力;教學(xué)理念
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào): 1674-9324(2017)04-0130-03
一、我國工程教育認(rèn)證的發(fā)展歷程
為了提高我國高等工程教育質(zhì)量,構(gòu)建我國高等工程教育質(zhì)量保障體系,進(jìn)一步深化高等工程教育改革,建立高校工程專業(yè)與社會(huì)企業(yè)所需人才培養(yǎng)的雙贏機(jī)制,規(guī)范與注冊(cè)工程師制度相銜接的高等工程教育專業(yè)認(rèn)證體系,促進(jìn)工程教育國際化,實(shí)現(xiàn)國際互認(rèn),提升我國高等工程教育國際競(jìng)爭力,教育部于2006年正式啟動(dòng)高等工程教育專業(yè)認(rèn)證試點(diǎn)工作。10年來,我國工程教育專業(yè)認(rèn)證工作逐漸在全國相關(guān)高校中得到了重視和積極開展。
2013年6月,國際工程聯(lián)盟大會(huì)在韓國召開,大會(huì)表決通過中國為《華盛頓協(xié)議》預(yù)備會(huì)員,成為該協(xié)議組織第21個(gè)成員。《華盛頓協(xié)議》是世界上最具影響力的國際本科工程學(xué)位互認(rèn)協(xié)議,1989年由美國、英國、加拿大、愛爾蘭、澳大利亞、新西蘭6個(gè)國家的工程專業(yè)團(tuán)體發(fā)起成立,旨在建立共同認(rèn)可的工程教育認(rèn)證體系。該協(xié)議提出的工程專業(yè)教育標(biāo)準(zhǔn)和工程師職業(yè)能力標(biāo)準(zhǔn),是國際工程界對(duì)工科畢業(yè)生和工程師職業(yè)能力公認(rèn)的權(quán)威要求。截至2013年8月,中國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)已對(duì)我國高校的373個(gè)專業(yè)點(diǎn)開展了認(rèn)證工作,之后經(jīng)過3年的不懈努力,我國工程教育專業(yè)認(rèn)證協(xié)會(huì)分別受理了137個(gè)專業(yè)的2014年認(rèn)證申請(qǐng)(其中105個(gè)專業(yè)通過認(rèn)證)、156個(gè)專業(yè)的2015年認(rèn)證申請(qǐng)和200個(gè)專業(yè)的2016年認(rèn)證申請(qǐng),我國工程教育水平得到了長足而顯著的提高,其質(zhì)量獲得國際社會(huì)的一致認(rèn)可。可喜的是,2016年6月,《華盛頓協(xié)議》全票通過中國科協(xié)代表我國由《華盛頓協(xié)議》預(yù)備會(huì)員轉(zhuǎn)正,成為該協(xié)議第18個(gè)正式成員,表明我國工程教育專業(yè)認(rèn)證與國際實(shí)質(zhì)等效,標(biāo)志著我國工程教育質(zhì)量實(shí)現(xiàn)了國際化互認(rèn)。
二、工程教育認(rèn)證背景下我校精細(xì)化工工藝課程教學(xué)改革的必要性
華僑大學(xué)地處海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū)的心臟地帶,為了更好地服務(wù)于地方區(qū)域經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,為企業(yè)人才市場(chǎng)輸送合格的工程類專業(yè)人才,工程教育專業(yè)認(rèn)證已列為我校提高辦學(xué)質(zhì)量的主要舉措之一,校領(lǐng)導(dǎo)高度重視。與此同時(shí),隨著福建省沿海四大石化基地和重大項(xiàng)目的加速推進(jìn),帶動(dòng)了合成材料、有機(jī)化工和精細(xì)化工等配套開發(fā),石化產(chǎn)業(yè)集群效應(yīng)顯現(xiàn),化工類專業(yè)人才需求增大[1]。為了培養(yǎng)合格的化工工程師,我?;W(xué)院積極申請(qǐng)化學(xué)工程與工藝專業(yè)的工程教育專業(yè)認(rèn)證。2016年2月,中國工程教育認(rèn)證協(xié)會(huì)正式受理了我?;W(xué)院化學(xué)工程與工藝專業(yè)工程教育認(rèn)證的申請(qǐng),這是我校第一個(gè)被受理的工科專業(yè),得到了校、院兩級(jí)領(lǐng)導(dǎo)的高度重視和全系教師及其他相關(guān)院系的大力支持和配合。
中國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)是基于產(chǎn)出的教育評(píng)價(jià),滿足華盛頓協(xié)議互認(rèn)要求?;趯W(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式(OBE)最早出現(xiàn)于美國和澳大利亞的基礎(chǔ)教育改革,是以預(yù)期學(xué)習(xí)產(chǎn)出為中心來組織、實(shí)施和評(píng)價(jià)教育的結(jié)構(gòu)模式[2,3]。國內(nèi)部分高校實(shí)施基于OBE教育理念的人才培養(yǎng)模式的綜合改革,規(guī)范教學(xué)活動(dòng),樹立教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)意識(shí),建立教學(xué)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),最終取得了顯著的效果,并順利通過我國工程教育認(rèn)證。眾所周知,《精細(xì)化工工藝》是化學(xué)工程與工藝(精細(xì)化工方向)專業(yè)的主干專業(yè)課之一,該課程具有工程性、應(yīng)用性和綜合性等特點(diǎn)。在我校化學(xué)工程與工藝專業(yè)開展工程教育認(rèn)證的背景下,基于“以學(xué)生為本,以學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)出為導(dǎo)向”的教育理念和思路開展精細(xì)化工工藝課程教學(xué)改革勢(shì)在必行。
三、工程教育認(rèn)證背景下精細(xì)化工工藝課程教學(xué)改革的幾點(diǎn)思考
CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果,它以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的生命周期為載體,讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)工程。CDIO培養(yǎng)大綱將工科專業(yè)畢業(yè)生的能力分為工程基礎(chǔ)知識(shí)、個(gè)人能力、認(rèn)識(shí)團(tuán)隊(duì)能力和工程系統(tǒng)能力四個(gè)層面,大綱要求以綜合的培養(yǎng)方式使學(xué)生在這四個(gè)層面達(dá)到預(yù)定目標(biāo)[4,5]。為了使學(xué)生在學(xué)習(xí)精細(xì)化工工藝課程過程中達(dá)成這個(gè)目標(biāo),必須同時(shí)從教學(xué)的兩個(gè)主體――學(xué)生和教師入手,轉(zhuǎn)變教育理念,改革教學(xué)方式方法,以符合我國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。
(一)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)
精細(xì)化工工藝是一門實(shí)踐和理論并重的課程,在培養(yǎng)高素質(zhì)的精細(xì)化工工程技術(shù)人才過程中,精細(xì)化學(xué)品開發(fā)、設(shè)計(jì)及合成的實(shí)驗(yàn)與實(shí)踐起著重要作用。對(duì)于學(xué)生而言,借鑒CDIO成功的教育經(jīng)驗(yàn),在工程教育認(rèn)證背景下精細(xì)化工工藝課程教學(xué)改革過程,一定要特別注重和加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力的培養(yǎng)。
1.加強(qiáng)校企合作。根據(jù)《中國工程教育質(zhì)量報(bào)告》的調(diào)查,工業(yè)界認(rèn)為高校培養(yǎng)工程專業(yè)人才過程中存在通用能力評(píng)價(jià)高,工程能力培養(yǎng)不足;傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)明顯,緊跟時(shí)代需求不足;工業(yè)界參與深度和規(guī)范化不足等問題。因此,在精細(xì)化工工藝課堂教學(xué)過程中積極邀請(qǐng)精細(xì)化工相關(guān)企業(yè)高級(jí)工程師走入課堂參與教學(xué),有利于學(xué)生深入了解所學(xué)知識(shí)在將來所要從事的精細(xì)化工行業(yè)中的實(shí)踐應(yīng)用。
2.搭建校內(nèi)精細(xì)化工實(shí)踐平臺(tái)。實(shí)踐平臺(tái)是大學(xué)生進(jìn)行實(shí)踐活動(dòng)的陣地,校內(nèi)可以通過設(shè)立實(shí)驗(yàn)示范中心、學(xué)科重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、科研成果轉(zhuǎn)化平臺(tái)以及本科生課外科創(chuàng)活動(dòng)平臺(tái)等舉措,不斷提高學(xué)生的精細(xì)化學(xué)工程實(shí)踐能力和創(chuàng)造力。
3.設(shè)立精細(xì)化學(xué)品制作工坊。根據(jù)精細(xì)化工工藝課程需求開設(shè)特色實(shí)驗(yàn)室,對(duì)課程中所學(xué)主要精細(xì)化學(xué)品種類及其典型產(chǎn)品的制備工藝開展實(shí)驗(yàn),比如手工肥皂、洗滌劑和膠黏劑等常規(guī)精細(xì)化學(xué)品的制作。與此同時(shí),增加綜合型、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)的比例和深度,充分調(diào)動(dòng)學(xué)生對(duì)精細(xì)化工工藝的學(xué)習(xí)積極性。比如在手工肥皂制作過程中設(shè)計(jì)透明多彩的新型多功能肥皂,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、動(dòng)手操作能力和團(tuán)隊(duì)合作精神,提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力和創(chuàng)造力,讓學(xué)生以主動(dòng)的、實(shí)踐的、課程之間有機(jī)聯(lián)系的方式學(xué)習(xí)精細(xì)化工工藝這門專業(yè)主干課程。另外,精細(xì)化工工藝特色實(shí)驗(yàn)室在全校范圍內(nèi)也可以共享實(shí)驗(yàn)資源和設(shè)備,這不僅可以增加學(xué)校對(duì)實(shí)驗(yàn)室的經(jīng)費(fèi)投入,而且可以顯著提高精細(xì)化工專業(yè)的知名度,大大增加學(xué)生對(duì)本專業(yè)的認(rèn)可度和歸屬感。
4.建立多元化考核標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)工科教學(xué)的突出問題是理論知識(shí)學(xué)習(xí)比重遠(yuǎn)大于工程能力培養(yǎng)比重,這是單一筆試考核模式導(dǎo)致的必然結(jié)果?;诠こ探逃J(rèn)證中所要求的學(xué)習(xí)產(chǎn)出的教育模式,將學(xué)生在精細(xì)化工工藝課程學(xué)習(xí)過程中參加課外精細(xì)化工實(shí)踐平臺(tái)和精細(xì)化學(xué)品制作工坊等活動(dòng)的表現(xiàn)形成可量化的考核標(biāo)準(zhǔn),與傳統(tǒng)考核標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合,建立以加強(qiáng)學(xué)生工程實(shí)踐能力培養(yǎng)為目標(biāo)的多元化課程考核標(biāo)準(zhǔn)。
(二)教師課程教學(xué)理念的轉(zhuǎn)變
基于OBE工程教育模式,工程教育認(rèn)證將推動(dòng)工科教學(xué)由“經(jīng)驗(yàn)型”轉(zhuǎn)向“科學(xué)型”、由“內(nèi)容為本型”轉(zhuǎn)向“學(xué)生為本型”。這就要求高校教師徹底擯棄傳統(tǒng)的“教無定法”的教學(xué)理念,而是基于學(xué)習(xí)結(jié)果的教育模式,形成一種規(guī)范、團(tuán)隊(duì)、持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)方式,實(shí)現(xiàn)教學(xué)行為及活動(dòng)的標(biāo)準(zhǔn)化與規(guī)范化,從而達(dá)到工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn),持續(xù)為工業(yè)界輸送合格的化工工程師人才。
1.建立課程目標(biāo)與畢業(yè)要求的對(duì)應(yīng)關(guān)系,規(guī)范和細(xì)化教學(xué)大綱及內(nèi)容。《精細(xì)化工工藝》是一門介紹精細(xì)化工產(chǎn)品生產(chǎn)原理與工藝的專業(yè)課程,其課程知識(shí)體系非常零散且龐大,規(guī)范地組織教學(xué)內(nèi)容和選擇教學(xué)方法對(duì)于有效實(shí)現(xiàn)預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果至關(guān)重要。精細(xì)化工工藝課程的教學(xué)目標(biāo):一是讓學(xué)生能夠根據(jù)市場(chǎng)需求的不斷變化,設(shè)計(jì)新型精細(xì)化工產(chǎn)品;二是讓學(xué)生運(yùn)用精細(xì)有機(jī)合成化學(xué)及工藝學(xué)理論,根據(jù)精細(xì)化學(xué)品的功能特點(diǎn)及研究目的,選擇適宜的研究路線,設(shè)計(jì)可行的有機(jī)合成單元反應(yīng)實(shí)驗(yàn)方案;三是讓學(xué)生熟悉與精細(xì)化工行業(yè)相關(guān)的產(chǎn)品技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、知識(shí)產(chǎn)權(quán)、法律法規(guī)、產(chǎn)業(yè)政策及發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì),能識(shí)別、分析精細(xì)化工新產(chǎn)品、新技術(shù)、新工藝的開發(fā)和應(yīng)用對(duì)社會(huì)、健康、安全、法律以及文化的潛在影響,深刻理解精細(xì)化工在國民經(jīng)濟(jì)中的重要地位和作用。以上課程目標(biāo)分別對(duì)應(yīng)于我國工程教育認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)中化學(xué)工程與工藝專業(yè)學(xué)生應(yīng)達(dá)到的十二條畢業(yè)要求中“設(shè)計(jì)/開發(fā)解決方案”、“研究”和“工程與社會(huì)”等方面的能力要求。在對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)果有了清晰的認(rèn)識(shí)后,教師通過細(xì)化教學(xué)大綱來規(guī)范教學(xué)內(nèi)容和控制教學(xué)進(jìn)度,從而保證課程目標(biāo)的達(dá)成。
2.整合教學(xué)資源,避免課程間教學(xué)內(nèi)容的低水平重復(fù)。對(duì)于化學(xué)工程與工藝專業(yè)(精細(xì)化工方向)的學(xué)生而言,在開設(shè)《精細(xì)化工工藝》課程的同時(shí),還開設(shè)了《精細(xì)化學(xué)品》和《高分子化工工藝》等相關(guān)課程。過去,這些課程在教學(xué)內(nèi)容上存在部分重復(fù),比如有機(jī)合成反應(yīng)基礎(chǔ)知識(shí)的介紹,學(xué)生對(duì)此也提出了意見和看法。OBE工程教育模式客觀上要求整合各類教學(xué)資源,明確不同課程對(duì)達(dá)成畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)(預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果)的貢獻(xiàn)及程度。這就需要各專業(yè)教師之間進(jìn)行有效地交流與合作,協(xié)調(diào)相關(guān)課程的教學(xué)大綱及內(nèi)容,避免教學(xué)資源的浪費(fèi)。
3.建立課程教學(xué)質(zhì)量跟蹤調(diào)查及反饋機(jī)制,形成持續(xù)改進(jìn)的教學(xué)理念。工程教育認(rèn)證要求建立畢業(yè)生質(zhì)量跟蹤調(diào)查機(jī)制,形成科學(xué)有效的畢業(yè)生評(píng)價(jià)體系,為學(xué)校更好地培養(yǎng)工程人才提供重要依據(jù)。顯而易見,畢業(yè)生質(zhì)量與課程教學(xué)質(zhì)量緊密相關(guān),只有建立后者的跟蹤調(diào)查及反饋機(jī)制,才能保障前者的水平。除了校院兩級(jí)對(duì)精細(xì)化工工藝課程教學(xué)主要環(huán)節(jié)進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)控外,教師一方面于課程教學(xué)結(jié)束后在所授班級(jí)召開座談會(huì),聽取學(xué)生對(duì)所學(xué)課程內(nèi)容及授課方式、進(jìn)度等方面的看法和意見,教師對(duì)所提問題與學(xué)生進(jìn)行交流并提供合理化建議;另一方面,針對(duì)從事精細(xì)化工行業(yè)的畢業(yè)生進(jìn)行跟蹤調(diào)查,靈活運(yùn)用現(xiàn)代通訊及聯(lián)絡(luò)工具、調(diào)查問卷等多種形式,開展關(guān)于學(xué)生在校期間所學(xué)精細(xì)化工工藝課程對(duì)其職業(yè)發(fā)展的影響以及其對(duì)該門課程設(shè)置、教學(xué)內(nèi)容及方法等方面的建議和意見的調(diào)查,另外還可以展開畢業(yè)生所在單位對(duì)所需精細(xì)化工工程人才知識(shí)架構(gòu)要求的調(diào)研。授課教師對(duì)以上信息收集整理后進(jìn)行歸納總結(jié),形成反饋整改意見,并在下一次的課程教學(xué)過程中有效體現(xiàn),形成良性互動(dòng)循環(huán),促進(jìn)精細(xì)化工工藝課程教學(xué)質(zhì)量的持續(xù)改進(jìn)。
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Teaching Reform on Fine Chemical Engineering Technology According to Engineering Education Accreditation Background
GAN Lin-huo
(College of Chemical Engineering,Huaqiao University,Xiamen,F(xiàn)ujian 361021,China)
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