“雙一流”背景下高等農業院校有機化學基礎課程教學新模式的構建及實踐

蒲祥，王晗光，鄒平，王廣途，樂貴洲，劉寬，程琍，馮鞠花，張慧賢，黃乾明，饒含兵

四川農業大學理學院，四川 雅安 625014

強國富民，育人為先，農業院校的創新育人與內涵式發展離不開有機化學基礎課程教學。國內近200所高校相繼圍繞國務院印發的“雙一流”建設文件《總體方案》[1]、《實施辦法》[2]、《指導意見》[3]開展教學改革理論與實踐探索。自“雙一流”建設文件印發以來，高等農業院校基礎課教學改革與實踐均基于數、理、化單一學科或單門課程開展[4–6]，啟發式教學[7]、小班授課和“說課”研討[8]以及智慧教室[9]等教學方式逐步融入基礎課教學。而四川農業大學始終秉承大基礎觀，將數理化基礎課程作為一個有機整體，于2011年率先啟動了本科人才分類培養模式改革，構建基礎課分層教學模式與分層綜合考評體系，并成功在我校推廣運用。2017年四川農業大學作物學入選一流學科，作為農林專業創新型人才培養的戰略支撐，如何把握機遇，找準定位，深化有機化學基礎課教學改革，為農林類學科培養基礎扎實、創新意識強的優質生源是我們長期面臨的挑戰。

本研究以一流院校、企業、學生為對象深入調研，制定有機化學基礎課程分層教學改革的實施方案，構建有機化學基礎課程教學資源庫，并探索、試行、評價與推廣“興趣培養–思維開發–自主協作學習”分層教學模式和“基礎技能–綜合應用–探索創新”梯度式實踐教學體系，提升創新型人才培養質量，有效支撐四川農業大學一流學科建設，流程如圖1所示，并取得一定成效。

圖1 有機化學基礎課程教學改革流程圖

1 有機化學基礎課實施性教學方案的制定

為摸清學校、企業、學生對有機化學基礎課程教學的實際需求，以一流學科建設為導向，突出農業應用需求特色，科學調研，制定滿足創新和就業需求的不同教學層次有機化學基礎課程的實施性教學方案。應用化學系自2017年起成立調研組負責課程調研。以一流農林院校、對口企業、畢業生和在校生為調研對象，高校與企業調研以實地考察交流與問卷調研相結合的形式，畢業生和在校生調研則以座談會與問卷調研結合的形式開展。調研內容包含教學大綱設置、教學內容設置與難易、課程師資隊伍、教學資源、學時安排、教學方法與手段、課程考核方式與成績構成。調研組先后完成8所一流院校(雙一流高校：浙江大學、重慶大學；農業院校：南京農業大學、河南農業大學；研究院所：中科院上海有機所、上海醫藥工業研究院；師范院校：陜西師范大學、四川師范大學)和1所職業技術院校(雅安職業技術學院)，對口企業(化學與醫藥類企業9家：四川科倫藥業、四川海思科制藥有限公司、上海合全藥物研發有限公司等)，畢業生(化學生物學、應用化學、藥學、藥物制劑、食品科學與工程、動物醫學等專業68人)和在校生(化學生物學、應用化學、藥學、藥物制劑、生物科學、食品科學與工程以及教育類專業101人)的調研工作。

院校調研結果表明，我校化學類基礎課課程師資、學時安排、課程考核方式與成績構成等設置合理(優秀率 ＞ 70%)，教學內容、教學大綱和課程教學資源、教學方法設置良好(優秀率 ＞ 50%)，教學內容難易則普遍認為中等(80%)，尚有提升的空間。而企業調研結果表明，我校化學類基礎課教學內容和課程師資等設置合理(優秀率 ＞ 70%)，課程教學大綱與教學資源、教學方法與手段、學時安排設置良好(優秀率 ＞ 50%)，教學內容難易普遍認為中等(75%)，課程考核方式與成績構成尚有改進空間。同時整理歸納學校、企業、學生對有機化學課程建議合計 66條，見表 1。其中教學內容 34條，主要集中于增加交叉學科前沿研究實例、化學反應的實際應用案例、農藥或藥物分子合成案例等。教學方法建議25條，主要集中于通過趣味提問誘導學生思考、引導學生提問、精心設計PPT、課堂知識與生活生產和研究實際相結合、用動畫來模擬反應機理、介紹重要反應發展史等。其余建議主要集中在考核方式(1條)，教學學時(6條)，教學大綱(1條)。

表1 有機化學課程調研報告

(續表 1)

根據一流學科建設期學生不同培養類型和不同專業培養目標，在原有有機化學A、有機化學B、有機化學D三個教學層次基礎上，增設有機化學化學類和生物類兩個教學層次。化學類面向應用化學專業開設，理論學時120學時，實驗學時48學時，生物類面向化學生物學專業開設，理論學時84學時，實驗學時48學時，以滿足化學專業學術型人才培養要求。A類面向生物科學、生物工程、藥物制劑、包裝工程等專業開設，理論學時72學時，實驗學時36小時，以滿足專業學術型人才培養要求。B類面向動物醫學、動物科學、農學、林學、食品科學與工程、食品質量與安全、生態學、森林保護等20余個專業開設，理論學時48學時，實驗學時36學時，以滿足復合型人才培養要求。D類面向食品科學與工程職教類和食品質量與安全職教類學生開設，理論學時 48學時，實驗學時36學時，以滿足應用型人才培養要求。每學期組織兩校區有機化學公共基礎課教學研討會，根據調研結果與不同教學層次的培養目標，更新教學內容和改進教學方法，并結合課程教學案例開展理論與實驗教學，以滿足新時期不同專業的創新和就業需求。

2 有機化學基礎課立體化教學資源庫的構建

以滿足農林各專業學科的應用需求為指導，組織充足、高質量又能與不同農林專業實踐緊密結合的教學內容，編寫教材，循序漸進且系統地對學生進行創新原理、方法、思維及能力的培養，并實時更新。積極拓展教學資源，以原有有機化學課程資源為基礎，分層次、分階段更新有機化學化學類、生物類、A、B、D五個層次多媒體教學課件(如文本、動畫、圖片、案例等)以及課程習題庫，完善與更新有機化學課程網站(http：//mooc1.chaoxing.com/course/201640571.html)，同時利用網絡教學資源補充現有教學內容。優化各層次綜合性實驗比例，其中化學類與生物類8/12，有機化學A 4/9，有機化學B 3/9，有機化學D 2/9，以此提升實驗教學質量。將虛擬仿真實驗建設成果及時投入實驗教學實踐，實現醇、酚、醛、酮12個性質實驗、茶葉中提取咖啡因和乙酰苯胺的合成實驗的虛擬仿真教學，如圖2所示，已在生物工程、生物科學、食品科學與工程、食品質量與安全、包裝工程等專業教學班試點運行3學期，并逐步在全校范圍內推廣。構建具有四川農業大學特色的有機化學基礎課程教學資源庫，支撐作物學科建設。

圖2 乙酰苯胺的合成虛擬仿真實驗

3 “興趣培養–思維開發–自主協作學習”分層教學模式的構建

3.1 興趣培養

興趣能夠真正激發學生的求知欲，而興趣的培養與形成較為復雜。親其師，信其道，以課間生活為起點，讓學生切身體會到尊重和關愛，融洽師生關系，激活學習興趣；以課堂教學為抓手，把握授課起點，處理好知識銜接，降低坡度，由簡衍繁，分散難點，盡量將抽象思維直觀化、形象化、生動化，通過降低認知難度激發興趣；通過組織與生活實踐、生產實踐和不同專業學科實踐相結合的素材與案例，有的放矢地進行教學過程設計與更新，激發學習動機。化學系教師搜集與生命科學、化學化工、藥品食品、能源環境、服飾建材等相關的研究與開發、生活實際、生產實踐理論課教學案例 40個(表 2)，如我國歷史上的化學成就與中國化學家[10,11]，辛烷值的奧秘，運動員的神器——氯乙烷，羰基加成與視覺信號傳達，腫瘤細胞中的葡萄糖代謝——Warburg效應[12,13]等教學案例；實驗課教學案例14個，如實驗事故的預防和處理、血液中葡萄糖含量測定、酒類窖藏酒原理、折射率測定在制藥工業中的應用[14]等實驗教學案例，并在授課過程中挖掘案例中蘊含的思政元素，激發學生學習興趣和開展思政教育。

表2 有機化學理論課教學案例設計

(續表 2)

(續表 2)

3.2 思維開發

創新思維是進行理論探索與技術創新的思想源泉，也是新時代人才素質的基本要求。課堂教學應以學生為中心，教師在教學實踐中融入教學案例，讓課程教學貼近生活、生產和科研實際。以解決問題為導向，針對教學內容中的重點、難點，如道爾頓的原子說與原子論，環烷烴立體結構的確定，苯環的結構假說，結晶牛胰島素的全合成，借助案例，采用情境創設–引導發現–啟發思考–總結歸納的教學方式開展教學，通過啟發式、探究式、參與式、討論式、案例式的課堂教學實踐開展思維訓練，并及時將當今社會和一流學科創新產生的新事物引入課堂教學，讓學生創新思維緊跟社會發展與一流學科建設。以理論知識和一流學科創新實踐為源泉，以解決問題為導向啟發學生創新思維，掌握分析、歸納、總結和得出正確結論的方法。同時構建利于創新思維培養的考評體系，如在考核題型中適當增加案例分析題型。

3.3 自主協作學習

新媒體新技術日新月異，生動具體、豐富形象的網絡資源平臺建設日趨完備，為自主協作學習模式的開展、輔助和提升課程教學奠定了基礎。以能力培養為核心目標，啟動任務型或項目驅動型的教學和學習模式，把問題或任務留給學生，讓學生通過分工合作，利用網絡資源搜集檢索，思考探究、自主學習、協作討論，通過課堂教學與網絡教學資源相互補充，拓展教學內容和提升學生信息素養。通過踐行以學生為中心的特色“興趣培養–思維開發–自主協作學習”教學模式，促進農林院校學生創新思維開發。

4 “基礎技能–綜合應用–探索創新”梯度式實踐教學體系的構建

實踐是創新的源泉，忽視實踐教學與專業融合，與行業接軌，模式單一的實踐教學模式不能幫助學生提升專業技能與綜合能力，更不能滿足一流學科建設對創新性人才培養的需求。由此我們通過“基礎技能–綜合應用–探索創新”梯度式實踐教學體系來培養與提升學生專業技能和探索創新能力。基礎技能實踐：以培養化學專業基本技能、科學素養和專業知識應用能力為目標，提高基本實驗操作技能訓練要求，通過優化有機化學實驗綜合性、設計性、創新性實驗比例，更新基礎課實驗項目內容，同時將虛擬仿真技術引入化學基礎課實驗教學，強化基礎技能訓練。綜合應用實踐：以激發學生創新意識和培養學生綜合能力為目標，鼓勵學生主動參與，導師個性化指導，開展多維度的創新性實踐訓練。如四川省大學生化學實驗競賽，每年主辦校級化學實驗技能大賽，以提升學生綜合應用技能，學生參與競賽人數達200人/每年，2019年獲得省級和校級獎項16項。探索創新實踐：實行創新實踐導師制，結合大學生創新訓練項目、科研興趣培養項目和導師科研項目，開展多維度的探索創新性實踐訓練。積極鼓勵學生加入各個實驗室，通過院–校–省–國四級科研項目進階式訓練，全面提升學生的綜合素質及創新能力。本年度學生申報立項國省級和校級大學生創新訓練計劃項目13項，結題省校級科研項目9項。本科生姚瑯以共同第一作者發表SCI論文影響因子最高達9.518[15]。通過構建“基礎技能–綜合應用–探索創新”梯度式創新實踐教學體系，有效加強了學生創新實踐能力。

5 結語

有機化學基礎課程教學在農林院校覆蓋面廣，四川農業大學授課對象涵蓋農林動理工 35個專業，年均授課人數達到3180人，為基礎課程教學新模式的試行與推廣奠定了學生基礎。本研究通過調研制定滿足創新和就業需求的不同教學層次數理化基礎課程的實施性教學計劃，突出農業應用需求特色。依托原有有機化學精品課課程建設成果，整合、集成與更新優質教學資源，構建了四川農業大學特色的有機化學基礎課程立體化教學資源庫。踐行以學生為中心的特色“興趣培養–思維開發–自主協作學習”分層課堂教學新模式，提升學生創新思維，踐行“基礎技能–綜合應用–探索創新”梯度式創新實踐教學體系，加強農林學科學生創新實踐能力。目前已在化學生物學和應用化學等專業試行，正逐步在農學、林學、動物醫學等專業推廣，逐步融入一流農林學科創新型人才培養的教學實踐，通過強化基礎教學、突出創新能力培養、拓展農林學科應用，保障一流學科建設工作向前推進。本研究可為同類農林高校有機化學基礎課教學提供參考。