质量伴“理”行｜虚拟仿真实验教学一流课程：无水无氧综合化学实验-二氯二茂钛的合成与表征

编者按

课程是人才培养的核心要素，课程质量直接决定人才培养质量。 为贯彻落实习近平总书记关于教育的重要论述和全国教育大会精神，落实新时代全国高等学校本科教育工作会议要求，对照《教育部关于一流本科课程建设的实施意见》，学校积极深化本科教育教学改革，推进 “金课”建设，让课程优起来、教师强起来、让学生忙起来、管理严起来、效果实起来，切实提高人才培养质量。我校21门课程获首批国家级一流课程认定，19门课程获2020年度上海市高等学校一流本科课程认定。

近期华理E教务将陆续推送首批国家一流本科课程介绍，展示课程理念与风采，发挥优秀课程的榜样示范与辐射作用，带动全校课程建设水平的整体提高，打造华理教学的“金课链”。

一

 实验项目简介

在有机化学合成，特别是药物和精细化学品合成中经常会用到无水无氧操作实验；在化学工业应用领域，能掌握无水无氧操作原理和技能的毕业生备受企业青睐。基于此，将化学与分子工程学院金属有机化学教学科研团队研究成果中操作性强、富于启发性与思考性、有工业应用背景的无水无氧实验引入本科化学实验教学课程中。

二

实验项目详解

01

实验方案的设计思路

将科研成果转化的综合化学实验《无水无氧综合化学实验--二氯二茂钛的合成与表征》应用于化学类专业本科实验教学，提高了学生科研的意识和对化学学科的兴趣。但无水无氧实验要求学生能够熟练操作双排管、真空泵及各种不同于常规的专用仪器，以保证敏感反应的顺利进行，具有一定的难度。实验教学中学生通过一次实验较难完全掌握，因此教学团队设计开发了虚拟仿真实验“无水无氧综合化学实验-二氯二茂钛的合成与表征”，学生通过虚拟仿真实验先进行线上多次学习，熟悉操作流程，线下实验教学中由被动变为主动，更好地实现本科教学和科研对接。

02

虚实互补的教学方法

Schlenk操作技术，对于本科生来说比较陌生，实验中会使用到除水除氧柱、双排管及Schlenk反应系统（图1、2），并且需要按特定顺序进行气路调节，学生直接进行实体实验难免会出现操作失误，考虑到所使用的化学试剂如金属钠、环戊二烯和甲苯等也存在一定安全风险，因此有必要使用虚实结合的教学方法。

首先让学生在电脑上进行该实验的虚拟操作，熟悉Schlenk操作技巧，掌握溶剂无水无氧处理、索氏提取及核磁共振仪进行表征，在学生完全掌握虚拟实验中的各项操作要素后，再进行实体实验操作，从而提高实验技能。由于虚拟实验室的成本低、效率高、可扩展性强、操作安全、高度开放和资源共享，同时虚拟实验可无限制、无污染、无浪费、安全高效地重复操作，可以很好辅助线下无水无氧实验，虚实结合，提高教学质量。

图1 虚拟仿真无水无氧操作系统

图2  无水无氧Schlenk瓶及部分配套仪器

03

传统教学的延伸与拓展

(1) 线上虚拟仿真实验与线下实验教学虚实结合（图3），能实不虚，实为主，虚为辅，为传统实验教学引入新的模式；

(2) 虚拟仿真实验补充“无水无氧综合化学实验”仪器数量的不足，减少了危化品的使用风险；

(3) 虚拟实验开发的标准化技术及标准化的接口使虚拟实验开发平台具备良好的扩展性，既能满足本校师生的需求，也能服务于相关学科的科研院所、企业等。

 图3 线下无水无氧操作系统     

三

教学团队

团队所在的化学与分子工程学院化学学科获首批教育部“双一流”学科建设，团队成员中有三位教师是全国高校“黄大年”式教学团队成员，同时承担了包括973、863、国家自然科学基金等国家科研任务和企业合作研究项目，形成了教学与科研并重，本科教育与研究生教育齐进的新格局。

四

课程评价

根据校内外学生、专家对线上和线下实验过程的教学数据与实验的预习情况、操作水平、数据处理、实验报告等环节综合评价，能引导学生深度学习，实现个性化自适应实验教学。

【END】

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文稿/教务处

责编/高泽灿

 

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