有機合成協同思政教育的課程體系構建探索

吳亞 ，史俊 ，吳麗

1西安石油大學化學化工學院，西安 710065

2中國科學院大學化學科學學院，北京 100049

習近平總書記在全國高校思想政治工作會議上強調：“把思想政治工作貫穿教育教學全過程，使各類課程與思想政治理論課同向同行，形成協同效應[1,2]。”大學生正處于人生觀、世界觀和價值觀形成的關鍵時期，面對多元化信息和社會重大事件，缺乏理性獨立思考和正確判斷[3,4]。另一方面，隨著自然科學飛速發展，新理論、新方法、新技術、新觀點不斷融入到化學課程中，相關的思政教育知識往往相對滯后，或者在專業教學過程中容易被忽視和遺忘[5,6]。因此，在專業課程中對大學生進行針對性、親和性的思政教育尤為重要。

有機合成作為一門理論性和實踐性都很強的自然科學，它不僅提供密切相關的專門科學原理和科學方法，而且還蘊含著豐富的思政教育元素[7]。在對大學生進行專業教學的同時，有機合成有著潛在的優勢成為切實的載體發揮思政教育功能。基于此，我們課程組牢牢抓住專業課堂這個主渠道，認真研討、集思廣益，精心設計教學過程，精選專業密切相關的德育教學案例，通過精選案例教學探索，推進思政教育融入課程教學的實踐，發揮自然科學課程教學的雙重育人功能，協同科學素養和人文素養訓練，引導青年學生建立正確的科學思維方法，理性思考、正確判斷社會重大問題，樹立正確的人生觀、價值觀，刻苦錘煉本領、堅定理想信念、勇于擔當時代重任、自覺肩負起實現中華民族偉大復興的時代使命。

1 科學教育與價值引領同向同行，以德樹人

專業知識是思想的載體，思想是專業知識的靈魂，而思政教育是專業知識通向思想靈魂的橋梁。“現代有機合成之父”R.B.Woodward把有機合成看作是科學與藝術的融合體[8]。作為一門自然科學，有機合成無論從科學精神還是人文素養方面都蘊藏著深刻的育人功能。面對目前新的教學方式、新的社會任務以及不斷涌入的科學技術，我們緊緊圍繞立德樹人教育理念，將有機合成教學體系凝練出兩條主線：一條科學線，一條育人線，如圖1所示。科學線主要傳授方法原理：圍繞如何關注目標有機化合物的結構以及如何實現目標化合物的結構構建展開，通過有機合成基本原理、逆合成分析及其策略、有機合成新技術訓練，使學生熟練掌握有機化合物的合成技能。另一條育人線：沿著引入合成-初識合成-學習合成-體驗合成-感悟合成的途徑，培養學生推演、分析、解決有機合成問題的能力，激發學生的科學精神和人文素養，實現知識傳授、能力培養、價值引領同步提升。這兩條主線同向同行、協同育人，切實落實立德樹人根本任務。

圖1 有機合成雙重功能育人的兩條主線

沿著兩條教育主線，我們精心優選教學內容，精準設計教學方案，具體問題具體分析，深挖專業知識與育人的結合點，從抽象理論中激發出情景化、具象化和生動化的教學樣本，讓科學教育與社會價值交叉融合，發生“化學反應”。例如多肽化合物的合成，涉及構建碳雜鍵的方法、多官能團化合物的官能團保護與脫保護方法、固相合成技術等知識點，我們在介紹這些知識點時將牛胰島素的合成穿插其中，幫助學生加深對方法、原理、應用和實驗技術的理解，認識基礎原理方法在實際應用中的指導意義，培養學生解決復雜實際問題的意識和能力。在知識傳授、能力培養提升的同時，剖析牛胰島素合成背后的價值內涵。牛胰島素是標志性蛋白質類藥物，用于控制血糖。然而，在20世紀50年代，蛋白質的人工合成還是一塊鮮有人踏入的科學禁地。當時，中蘇關系走向冰點，歐美國家正在全力想把新中國扼殺在搖籃里，絕不可能從這些國家進口到合成胰島素所需的17種氨基酸。要合成這樣極為復雜的多肽難度之大不可想象。然而在那個急需證明中國實力的特殊年代，中國科技先驅從制備這個復雜多肽所需的氨基酸原料開始，摸石頭過河，在極其困難的環境下，于1965年9月在實驗室內首次人工合成了具有全部生物活力的結晶牛胰島素。強烈的民族責任心、高度的國家使命感無疑是驅使科研人員敢于開拓、勇于創新、不懼困難、勇于擔當、不辱使命，以超乎尋常的膽識要為祖國攻下這個科學禁地[9]。同樣，在今天的特殊歷史時刻，疫情當頭，我國的科學家在研發新冠肺炎藥物和疫苗進程中勇擔重任、披荊斬棘、勇于探索、砥礪前行，一步步揭開可怕病毒的神秘面紗[10]。這些重大社會事件激勵著青年學生自覺樹立把國家和民族的事業作為崇高的理想追求，勇擔使命、勇于創新、勇于開拓、勇做時代的弄潮兒。在這兩條教育主線中，有機合成專業知識融入思政教育，專業知識不再枯燥乏味，思政教育有了專業知識作為載體，亦不再空洞。

2 傳道授業與思維培養同向同行，博學多思

耶魯大學校長理查德萊文曾說：“真正的教育，是批判性的獨立思考、時時刻刻的自我覺知、終身學習的基礎。”哈佛大學教授也認為：“教育的目的不是學會一堆知識，而是學會一種思維的覺醒。”當今時代的教育任務不再是單純的傳授知識，更重要的是激活學生的心智，最大限度地挖掘學生的潛能，提高創新思維能力。然而，創造性思維與能力往往不是與生俱來的，是可以通過后天的訓練有意識地培養的。有機合成是邏輯性和創造性很強的一門自然科學，有機合成路線設計原理、方法和應用及有關理論知識的學習與理解的訓練能夠幫助學生建立正確的科學思維方法，因而是理想的思維訓練載體。

如圖2所示，在有機合成學習中，要設計合成出所需化合物，需要識記、理解分子骨架的形成、官能團的轉化、保護等方法原理，積累相關基礎知識，通過“量”的積累實現“質”的飛躍，達到有機合成應用之目的。在知識傳授層面，有機合成經歷了“識記-理解-應用”低階思維的培養過程。在此基礎上，進一步經過審慎的思考，歸納、分析分子形成、轉化方法，凝練出逆合成分析策略，利用此策略具體指導實踐，創造出所需化合物。這后一過程則上升到高階思維的訓練。正如《禮記·中庸》云：“博學之，審問之，慎思之，明辨之，篤行之。”通過強化整個過程的思維訓練，學生的邏輯思維、辯證思維和創新意識獲得同步提升，潛在思維創新能力得到激發。

圖2 有機合成課程思維培養設計

逆合成分析理論的誕生可以說是邏輯思維激發創造性思維的活范本。20世紀后半期，E.J.Corey教授在總結前人和他自己對復雜分子合成的基礎上提出了合成路線設計及邏輯推理方法，創立了由合成目標逆推到合成原料的邏輯方法——逆合成分析，并在此基礎上開發了計算機輔助合成設計程序，并被授予1990年諾貝爾化學獎[11]。時至今日，逆合成分析理論已然成為有機合成的重要策略。

有機合成的思維訓練應沿循學生的認知成長過程，尊重認識自然的規律，使學生從思維培養中體悟科學之道、科學之美。在初識有機合成時，盡管學生會有“昨夜西風凋碧樹，獨上高樓，望盡天涯路”的彷徨，然而經過“衣帶漸寬終不悔，為伊消得人憔悴”的刻苦錘煉，最終到達“眾里尋他千百度，驀然回首，那人卻在，燈火闌珊處”的幸福巔峰。

3 科技創新與綠色發展同向同行，和諧共生

生態文明綠色發展，化學首當其沖。進入21世紀，“化學的綠色化”已成為世界各國化學發展的主要目標和方向。在我國，習近平總書記近來也多次強調：“同筑生態文明之基，同走綠色發展之路[12]。”要突破環境瓶頸，根本出路在于創新，關鍵要靠科技力量。有機合成迎接綠色發展的挑戰，仍需發揮其強勁的自然科學和技術優勢。歷史證明，有機合成從萌芽時期發展到繁榮的藝術期再到近代化學生物期，每一個歷史轉折都激發著有機合成的創新，其創新成果都承載著重要的歷史重任，推進人類文明的進步。

當今時代，探尋高效、高選擇性、高原子經濟性的合成反應，發展能夠保護環境的化學技術，并考慮節能、節省資源、減少廢棄物排放已經成為合成化學的發展戰略。美國科學家威廉·諾爾斯、巴里·夏普萊斯與日本科學家野依良治挑戰高效立體選擇性，創造了有機合成反應中的高效手性催化劑并建立了立體選擇性的反應方法，可以高效方便地合成單一異構體的手性分子，避免了復雜的手性化合物分離，其成果促進了化學工業和制藥工業的發展，這三位科學家因此獲得2001年度諾貝爾化學獎。2005年三位科學家Y.Chauvin、R.H.Gmbbs和R.R.Schmck對烯烴復分解反應的發展貢獻突出，因此被授予諾貝爾化學獎。烯烴的復分解反應代表著有機合成方法學中一種新穎、有效的形成碳-碳骨架的方法，反應體系簡單易行，在常溫和常壓下可以有效實施催化；可使用無害溶劑，并產生低毒廢物，其應用可減少合成步驟，降低資源的消耗和浪費。這些成果代表著向綠色化學目標的邁進，還體現了應用科學與技術開發對于環境和整個社會的發展產生了積極影響[13]。2010年諾貝爾化學獎因在“鈀催化交叉偶聯有機合成反應”方面創造性的貢獻授予E.Negishi、R.F.Heck、A.Suzuki三位科學家。他們創造的一類更加方便、高效、準確地構建碳-碳鍵的方法被稱為有機合成中的“焊接技術”，該研究成果突破了傳統制藥和電子材料等領域繁雜的合成瓶頸。2018年，F.H.Arnold因發明了定向進化制造的酶用于合成包括生物燃料、藥品的各類產品被授予諾貝爾化學獎，這一成果促進了更環保的化學工業的發展。目前，F.H.Arnold仍然活躍在綠色化學和替代能源領域，開發高活性酶和微生物，將可再生生物轉化為燃料和化學品等研究領域。為了減少碳排放，我國科學家在二氧化碳轉變為有機化工產品及工業化方面獲得的重要突破，例如2019年9月上海有機所成果轉移轉化項目——世界首個CO2合成DMF千噸級中試項目獲得成功[14]。此科技創新成果的應用推動我國綠色低碳環保事業健康發展。總之，綠色發展激發了科技創新，科技創新推動了時代文明。科技創新與綠色發展只有同向同行和諧共生，綠色發展之基才能深入人心，科技創新之路才能行穩致遠。

4 專業知識與思政教育交叉融合，精準施策

要切實落實專業課程思政教育，不馳于空想、不騖于虛聲，行之有效的方法是多角度、全方位建設有機合成設計課程思政教育素材資源庫。國家總書記習近平提出：“做好高校思想政治工作，要因事而化、因時而進、因勢而新[1]。”在有機合成設計的課程學習過程中，我們不斷地深挖專業知識與育人的結合點，凝練思想性、人文性和實踐性更強的教學內容，精準施策，確保良好的教學效果。以下列舉了有機合成設計課程教學實踐中各章節內容與思政教育融合點，見表1。

表1 有機合成課程思政教學典型案例匯編

（續表1）

5 結語

通過強化課程思政在有機合成課程專業教育教學中的實踐，優化思政教育融合有機合成課程教學體系，專業課程的思政教育功能得到充分發揮和切實實踐。有機合成課程的思政教育實踐對于培養學生勇于擔當時代重任、自覺肩負起實現中華民族偉大復興使命的社會責任感，加強課程教學中的創新思維和辯證思維訓練，增強人與自然環境和諧共生意識，推進有機合成課程與思政教育同向同行、協同育人具有舉足輕重的作用。通過深挖思政教育融合有機合成課程的結合點，精準施策，培養既具備豐富專業知識，又具有拼搏奮進、探索創新精神的當代大學生，切實落實立德樹人根本任務。

當然“課程思政”教育是一項系統化、長期化的工作，在具體的教學過程中，還可以及時補充更加新穎、感染力更強的思政案例以融入到有機合成教學中，完善教學體系設計，推進全程全方位育人實踐。