有機化學協同課程群的矩陣型育人模式探索

王朝霞，羅千福，徐首紅

華東理工大學化學與分子工程學院，上海 200237

課程思政建設是當前專業課程教學改革的重要內容，其核心是在專業課的教學中實現知識傳授、能力培養和價值引領的有機融合，將教學回歸到“教書育人”的初心和本源[1]。

2020年，華東理工大學化學與分子工程學院獲批上海市高校課程思政領航計劃重點改革領航學院，在15門建設課程中，有機化學教研組承擔的有機化學、高等有機化學、糖化學基礎等課程位列其中。盡管課程名稱不同，但都立足于有機化學學科，因此，教研組嘗試以這三門課程為協同課程群構建矩陣型育人模式，探索專業課程的思政教學改革實踐。

1 梳理并重整教學內容，搭建協同課程群的矩陣育人模式

我們知道，所謂矩陣模式，實際是借用了數學的概念，橫向構建協同課程群，縱向進行思政育人設計，使課程思政在協同課程間形成一個知識傳授、能力培養和價值引領自然融合、協同推進的多維體系，有效提高育人效果。

在本課程群中，有機化學是理論基礎，高等有機化學和糖化學基礎課程是對前者的深化與拓展。因此，總體思路首先是以有機化學課程為核心、以高等有機化學和糖化學基礎課程為外延構建一個協同課程群，繼而抓住三門課程的共性，同時又兼顧各自特性，梳理并重整教學內容，統籌安排，將思政元素與專業知識合理對接，構建矩陣型育人模式，有的放矢地進行課程群的思政建設，使這三門專業課同向同行，推動專業教學由知識導向型向能力與素質導向型轉變的同時，完成立德樹人的根本任務。

1.1 重整教學內容，在教學設計中切實推進能力與素質的提升

對化學專業大類的學生而言，有機化學是貫穿大二全學年的基礎必修課；高等有機化學和糖化學基礎分別是開設在大三的專業必修和專業選修課程。高等有機化學偏重于知識的深化，糖化學基礎偏重于知識的拓展，是有機化學的后續課程。對三者組成的協同課程群，首先要進行知識梳理，理順并重整相關教學內容[2]。對各課程間相互關聯的知識點，一定要避免教學內容的簡單重復，縱向注重知識深度的遞進、橫向注重學科間知識的交叉與拓展。落實到實踐上即是明確各課程教學的知識深度與側重點，合理對接，有效實現相同知識、理論在不同課程間的傳承與深化，惟其如此，才能在教學實踐中循序漸進地夯實學生的理論基礎，并通過引導切實推進其專業能力與素質的提升[3]。

典型案例1：碳正離子知識點的矩陣育人模式設計

碳正離子是有機反應中最重要的活潑中間體之一，一直是大學有機化學和高等有機化學課程教學中的一個重點和難點。其穩定性的大小直接影響著反應速率的快慢、反應方向、反應歷程及產物的結構等等[4]，以此為例，教學設計如表1所示。

表1 碳正離子知識點的矩陣育人模式設計

（續表1）

從表1可以看出：雖然都針對碳正離子，但在協同課程群里，一定要避免知識的簡單重復，統籌規劃，從教材編排、教學內容、教學側重等方面重新進行教學設計，并依據學情，設計不同的教學議題，采取不同的教學方法，循序漸進，融入能力與素質培養目標，同時，盡可能把辯證與歷史唯物主義滲透到課程教學中去，并從科學精神、家國情懷等角度進行價值引領。

典型案例2：氫鍵理論

通過有機化學的初步學習，學生已掌握氫鍵的基本概念并能進行簡單的應用，到高等有機化學“有機分子的內外性質”一章，教師要在幫助學生鞏固原有知識的基礎上，結合實例，引導學生分析氫鍵對特定結構化合物的熔點、沸點、溶解度、酸堿性等的影響，同時，鼓勵學生查閱基于氫鍵作用的超分子化學的最新科研成果，拓展學術視野、提高學科素養。盡管1936年科學界就提出了氫鍵的概念，但人們從未真正看見過氫鍵，只能借助X射線衍射、拉曼光譜、中子衍射等技術進行間接分析。2013年，我國科學家裘曉輝教授團隊在超高真空和低溫條件下，利用自有技術改裝原子力顯微鏡，實現了對分子間局域作用的直接成像，首次直接觀察到了8-羥基喹啉分子間氫鍵的高分辨圖像，被《自然》雜志評述為2013年度最震撼的3幅圖片之一，為化學界爭論多年的“氫鍵的本質”問題提供直觀證據。通過我國科學家的這一科研成果案例，可以培養學生家國情懷，增強其文化自信[5]。在糖化學基礎課程中，由于糖類化合物含有大量的羥基、羰基、（半）縮醛（酮）基團，比如環糊精，其溶解度、超分子性質等都與氫鍵密切相關，國內外研究也非常活躍，典型實例層出不窮，因此，更易聯系實際，學以致用。

案例3：葡萄糖的結構

無論含有羥基的醇和酚，還是含有羰基的醛和酮，都是有機化學課程中“含氧化合物”一章的教學重點，但同時含有羥基和羰基的“糖類化合物”一章卻是簡要介紹部分。在糖化學基礎課程的教學中，教師就要抓住課程特點，以葡萄糖為例，從羥基和醛羰基的連接次序、位置、方式和空間關系等處著眼，引導學生反思。將基礎有機及高等有機化學中的基本理論、立體化學、醇、醛等多章知識融會貫通、綜合運用：首先從構造、構型、構象上認識葡萄糖結構，繼而深入認識對其物理與化學性質的影響，逐步培養本科生的科學思維能力[6]。

1.2 統籌安排，靶向性優化課程思政內容，立德樹人

三門課程均立足有機化學學科，因此，教師在備課過程中要注意廣泛收集素材，建設有機化學協同課程群的思政與人文資源庫[7]。對標《普通高等學校本科專業類教學質量國家標準》和《普通高等學校專業認證標準》，課程思政主要包含政治方向、思想品格、科學文化修養、家國情懷、傳承文化、世界觀與方法論、國際視野等7個方面的內容[1]。在教學過程中，一方面把專業知識與具體案例合理對接，實現思政教育與專業知識的自然融合[8]；另一方面，構建矩陣型育人模式時，要因課制宜，突出課程自身特色的同時，避免德育內容的簡單重復，讓思政教育多角度、全方位融入教學實踐中。

典型案例1：有機化學緒論課的德育教育

三門課中，有機化學是最先啟動的課程，緒論課不僅是有機化學、還是協同課程群思政教育的第一環，教師必須重點把握。從有機化合物名稱的由來，到與有機化學密切相關的食品安全、環境污染、化工安全生產等社會關注問題，再到近期提倡的垃圾分類和新冠藥物研發等社會熱點問題，無不蘊含著大量的德育元素[9]，教師在教學過程中要有所取舍，注意點面結合。可以通過舉例闡明化學技術對于人類健康和社會環境的重大意義，培養學生高度的社會責任感。比如，講到垃圾分類時，指出其實質是對廢棄物進行分流處理，提高其資源與經濟價值，物盡其用，避免垃圾被簡易處理或填埋所造成的土壤、水體、空氣等自然資源的嚴重惡化。在這些廢棄物中，有機物占有相當比例，目前的做法是依據其結構特點與性質進行處理，比如蔬菜、果皮等可以通過發酵生產有機肥料，廢舊塑料類有機物可以回煉柴油等等，由此引導學生積極思考：在這場人與垃圾的戰役中，一個化學人該如何正確運用所學有機化學知識去變廢為寶、造福人類？幫助學生明確化學人在知識運用中的責任與擔當，正確的價值引領無疑為后續思政教學的開展打下良好的基礎[10]。

典型案例2：霍夫曼的故事

作為一個古老的姓氏，有機化學史上有多個著名的“霍夫曼”。其中至少有三位與有機化學內容相關，一位與高等有機化學教學內容相關[11]。經綜合考慮，在高等有機化學課程的“周環反應”一章、學習“伍德沃德-霍夫曼規則”時插入這一案例，從Roald Hoffmann的故事自然地引申到有機化學史上的其他幾位霍夫曼。這種教學設計不僅可以幫助學生回顧總結有機化學相關知識，而且還可以幫助他們糾正錯誤認識、明晰每一位霍夫曼的科學貢獻，提高其自身專業文化底蘊和素養。在教學過程中，教師從案例出發，因勢利導，進一步將思政教育提升到更高的哲學層次：August Wilhelm von Hoffmann的成功就是辯證唯物主義認識論在科學研究中的具體體現，即“觀察-發現-分析-研究-驗證”；基于羥基的乙酰化反應，拜耳公司的Felix Hoffmann分別合成了阿司匹林與海洛因，底物不同、結果則大相徑庭，科學研究也需要具體問題具體分析；Albert Hoffmann合成的麥角酸二乙基酰胺（LSD）可以是良藥、也可以是毒品，這正是唯物辯證法中“質量互變”規律的典型表現。綜合協同課程群中幾位霍夫曼的科學故事，從德育的角度還可以讓學生明白一念天堂、一念地獄的道理，從而幫助他們明辨是非，樹立正確的世界觀、人生觀與價值觀，將來更好地服務社會、造福人類。

典型案例3：回望《糖霜譜》

《糖霜譜》是宋代王灼撰寫的我國第一部制糖專著，放在糖化學基礎課程“寡糖”一章蔗糖部分中作為育人案例。這一案例的知識點與有機化學實驗相關聯，一方面可以讓學生了解我國蔗糖的制作工藝與發展史，提升專業文化底蘊、增強文化自信；另一方面，聯系我國制糖術發展史[12]，讓學生認識到：我國古代制糖技術的提升，尤其是關鍵技術的進步，更多的是碰巧、是受偶然性控制的，而不是主動作為的結果！教學過程中緊扣這一案例，以學生為主體、教師為主導，進一步推廣至國人引以為傲的四大發明，繼而引用美國著名物理學家Henry Augustus Rowland在1883年所作的“為純科學呼吁”的著名演講，引用科技日報原總編輯劉亞東先生2018年6月在中國科技會堂的演講，引導學生思考科學與技術之間的辯證關系，明了技術背后的科學根源，清楚地認識到：我們只有技術是遠遠不夠的，必須要用科學理論來指導、掌控我們的技術。在此基礎上，聯系我國華為芯片供應、北斗導航等核心技術問題及解決方案，激發學生民族危機與社會使命感，鼓勵學生學好理論知識，用理論知識思考科學實踐問題，實現學以致用、知行合一的同時，勇于擔當，科技報國。

2 以學生為中心、教師為主導，不斷改進教學教法，確保教育教學效果

課堂教學是開展思政教育的主渠道。在教學過程中，教師一定要轉換角色，“以學生為中心、教師為主導”，教學可以通過微視頻、學生閱讀、好書推薦、課堂討論、讀書報告等形式，靈活多樣，易于被學生接受。目前我們已錄制完成有機化學和糖化學基礎課程思政的微課視頻，高等有機化學課程也在積極準備中。新冠疫情下，開啟了2020年的春季學期，筆者以此為契機，結合我國各行各業的典型抗疫事跡，以書信形式殷切寄語，鼓勵學生感恩并珍惜當下，好好學習，明確自己當前的責任與未來的擔當。

在教學過程中，我們還不定期通過課程小論文、問卷調查以檢查思政育人效果。比如，當講到格氏試劑與格氏反應時，筆者分組布置學生查閱格林尼亞的相關資料。當多數同學在微信群里分享諸如“從浪子到科學家”“被罵醒的格林尼亞”等閱讀心得時，一篇“‘被勵志’的格林尼亞”激起了同學們極大的興趣，全文8頁，詼諧幽默、文采飛揚，對“浪子回頭”的故事進行了大膽質疑，并附13頁資料進行嚴謹考證，最后還原了格林尼亞的真實形象。該文作者認為“對于文獻或百度百科，我們也不能不假思索、全盤接受。如果仍然盲目傳播這種‘遠古雞湯’，那么這將不僅是傳播它們的人們缺乏批判性思維的證明，也是對真實歷史的歪曲、對科學巨匠的不敬。”這一案例通過文獻的查閱、思考、撰寫與分享，在所有學生的心中留下了一個很深的印記，無形中培養了他們的批判性思維能力、科學探究精神與科學人文素養，收到意想不到的思政育人效果。

在有機化學協同課程群的思政教學中，一方面，授課教師需重視并提煉出各課程的育人功能，對課程的育人目標進行系統設計和定位。另一方面，還要進一步在相關課程群間構建矩陣型育人模式，形成專業課程與思政課程、專業課程與專業課程間的協同效應。只有這樣，才能真正將專業課打造成承載“立德樹人”使命的金課，造就適應并引領國家戰略發展需要的研究性、復合型與應用型化學人才。