高等農業(yè)院校有機化學立體教學模式的構建
——以吉林農業(yè)大學為例

洪波，陳元暉，趙淑杰，劉文叢

吉林農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，農業(yè)資源與環(huán)境國家級實驗教學示范中心，長春 130118

從2019年“安吉共識”提出新農科建設的新理念[1]，到“北大倉行動”明確了新農科建設實施方案，為涉農高?；A課程改革指明方向[2]，再至“北京指南”發(fā)布開啟新農科研究與實踐的“百校千項”新項目[3]，“新農科”建設已經進入第4年，高等農林院校在農林人才培養(yǎng)模式、課程建設等方面進行了很多研究和實踐[4–8]。吉林農業(yè)大學在吉林省內率先實施跨專業(yè)門類的大類招生培養(yǎng)改革，在全面推進新農科建設過程中，積極探索實施“一省一校一所”“三融三通”協同育人機制，提出以學科交叉為基礎的復合應用型人才培養(yǎng)目標[9,10]。2021年，全國新農科建設工作推進會在吉林農業(yè)大學召開，全面總結新農科建設新進展、新成效，部署進一步加快推進新農科建設，匯聚全國農林院校合力，助力鄉(xiāng)村全面振興[11]。

有機化學是高等農業(yè)院校一門十分重要的通識課程，為大部分涉農及非農專業(yè)，如農學類、自然保護與生態(tài)類、植物保護類、食品科學與工程類、生物技術類、中藥學類等專業(yè)提供基礎知識和實驗技能[12]。有機化學的教學內容具有反應類型復雜、反應方程式多、立體化學問題抽象性強等特點，是學生們公認的比較難掌握的基礎課程之一[13]。在傳統(tǒng)的課堂授課模式下，有機化學的課程教學面臨著越來越多的挑戰(zhàn)，主要包括：以教師講授為主的教學過程，學生容易疲倦，難以長時間保持學習興趣和狀態(tài)；學生對知識掌握主要靠機械記憶和理解，缺乏感性認識；課程資料主要是書籍、教材等，多年一成不變的平面化的輔助材料不利于學生能力的培養(yǎng)；學生能參與的課程活動較少，缺乏師生、生生等互動活動。

隨著現代科技的發(fā)展，互聯網、大數據、人工智能、5G等信息技術不斷滲透和影響著我們的生活，也一直在潛移默化地影響著教育教學的眾多方面。充分利用網絡環(huán)境，構建三維立體教學模式以解決在教學中遇到的問題，提高課程教學質量，是時代和科技發(fā)展的要求，也是實現“新農科”培養(yǎng)創(chuàng)新型、復合應用型和實用技能型農林人才的重要手段和途徑[14]。在多年的有機化學教學實踐中，我們教學團隊成員堅持與時俱進，積極致力于探索和改進課程教學模式。立體化教學模式是基于網絡環(huán)境，在時空領域進行教學實踐活動，讓有限的課堂向空間發(fā)展。打破單向行進的一維“直線型教學”，構建互動發(fā)展的“多維度教學”“以學生為中心”教學模式。將現代信息技術與教學活動有效融合，以激發(fā)課堂活力、展現教學魅力、提升學生能力，從而促進課程教學質量不斷提高[15]。

本文以吉林農業(yè)大學有機化學課程為例，深入探究以信息技術手段為依托、以強化自主學習為核心、以提升實踐創(chuàng)新能力和進行科學考核評價為導向的立體教學模式的構建策略，從而有效助力有機化學課程建設水平的全面提升，同時也為其他高等農業(yè)院校的有機化學課程改革提供一些參考。

1 有機化學課程建設基礎

吉林農業(yè)大學有機化學課程，2013年建設成為吉林省高等院校“精品課程”。隨著信息技術在教學中的應用和發(fā)展，2017年，教學團隊與時俱進，借助超星集團在線課程平臺，著手進行在線開放課程建設，目前已累計錄制課程視頻74個，總時長606 min，建設測驗和作業(yè)的習題總數1844題，考試題庫總數1174題，另外還有課程課外學習資料229個。課程通過了復旦大學教師教學發(fā)展中心與美國在線教育質量保障機構(Quality Matters)合作開發(fā)的高等教育在線課程質量標準(FD-QM標準)認證。2020年，被評為吉林省本科高?！熬吩诰€開放課程”。目前已有來自吉林農業(yè)大學、西南大學、新疆農業(yè)大學等14所學校的7224名學生參加課程學習。

課程教材為普通高等教育農業(yè)農村部“十三五”規(guī)劃教材，全國高等農林院校“十三五”規(guī)劃教材，由來自吉林農業(yè)大學、東北農業(yè)大學、延邊大學和沈陽農業(yè)大學的教師共同編寫。教材充分考慮教學對象的特點，注重體現知識的完整性、獨立性和連貫性，加入了學科發(fā)展的新成就，使教材緊跟時代發(fā)展。教材注重學生的學習體驗，作為新形態(tài)教材的探索，配有豐富的數字化課程資源，我們將部分抽象內容制作成動畫，在書中相應位置設置二維碼，學生可實時手機掃碼觀看，實現平面文字與動畫的一體式閱讀，而且學生可以登錄“學銀在線”平臺，參與和教材匹配的“有機化學”在線課程學習，實現多維度學習。

此外，有機化學課程充分利用吉林農業(yè)大學功能齊備的智慧教室資源，并依托農業(yè)資源與環(huán)境國家級實驗教學示范中心和基礎化學省級實驗教學示范中心，使有機化學課程中翻轉課堂、自主實踐和交叉學習等立體化教學得以順利進行。

2 有機化學立體教學模式的構建

有機化學立體教學模式的構建，主要分為課前、課堂、課后三個層次并結合空間維度進行設計與實施(圖1)。課前部分中，合理利用網絡在線課程，提升在線課程視頻庫、素材庫、知識庫和題庫的建設水平，充分調動學生自主學習的積極性。課堂部分中，基于BOPPPS (Bridge-in，Objective，Pre-assessment，Participatory learning，Post-assessment，Summary)教學模組，實施翻轉課堂教學，以線上資源為基礎，以討論、交互、模仿、實踐等方式代替?zhèn)鹘y(tǒng)的講授法，強化學生在學習過程中的主體地位。課后部分中，積極推進課程評價改革，引入線上學習行為、翻轉課堂學習行為等過程性評價，并建立階段性評價體系。實踐環(huán)節(jié)中，結合新農科建設要求，依托各級“大學生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)”訓練項目支持，充分鍛煉學生的創(chuàng)新性思維和綜合實踐技能水平。

圖1 有機化學立體教學模式

2.1 課前學習——線上學習資源的豐富與完善

2.1.1 優(yōu)化課程資源的形式和內容

在線課程學習資源的優(yōu)化一直在不斷進行。在原有資源的基礎上，近年來主要著力于提升視頻類、圖片類等可視化學習資源占比，增設與課程內容相關的前瞻性、拓展性、應用性的輔助資料，同時減少強制性學習任務的數量。在線課程的題庫建設中，實行梯度、難度分類標準，并根據學生學習情況，動態(tài)調整各難度層級的題目占比，以便學生在進行自主學習時根據自身情況合理安排學習活動。

2.1.2 優(yōu)化課前學習互助和研討活動

鼓勵學生在課前組成學習小組，在超星學銀在線平臺完成課前線上學習，學習小組匯總自主學習成果后，發(fā)現問題并嘗試以組內、組間交流的方式進行解決。教師就重點、難點問題設置主題討論，對學生的自主學習進行合理引導。

2.1.3 優(yōu)化多平臺資源整合和共享

在超星學銀在線平臺完成線上課程建設的基礎上，由教學團隊成員在網易云課堂、騰訊微課堂、中國大學MOOC等其他平臺上廣泛搜集、整理和匯總優(yōu)質的開放課程資源并分享給學生，在拓展學生知識和眼界的同時，實現“教”與“學”的共同進步。

2.2 課堂設計——基于BOPPPS+翻轉課堂

2.2.1 利用信息化技術實現核心知識點的講授

對于難度較大、系統(tǒng)性較強或自主學習階段難以掌握的課程內容，采用案例視頻播放和點評的方式，實現交互討論學習，提升學習效果。對于抽象性較強的課程內容，采用虛擬仿真和模型實操的方式，加強學生對于相關理論概念的直觀感受。對于應用性較強的課程內容，以圖像、視頻的方式向學生展示相關的實驗操作或生產流程，進一步激發(fā)學生的學習興趣。

2.2.2 利用BOPPPS+翻轉課堂實現學生的參與式學習

教學過程采用BOPPPS+翻轉課堂相融合的形式組織教學。教師對學生在課前互助研討活動中的完成情況和無法自行解決的難點問題進行總結，提出講解綱要。各學習小組進行分工，每個課堂選取3–5個學習小組匯報學習成果，參考講解綱要對重點問題進行重點講解。采用“生講生評”的方式，鼓勵學生自主地對講授效果和學習效果做出評價，教師引導學生對關鍵知識點進行組間討論。對于學生在自主學習過程中無法深入理解的知識點和無法解決的問題，教師進行補充性講解，使學生在積極參與過程中提升學習能力，同時確保學生對于重點難點知識的理解和掌握。

2.2.3 對教學效果進行實時跟蹤和動態(tài)調整

在教學過程中，教師通過線上學習平臺管理端可以實時地對學生的學習效果進行分析，收集學生對于課程教學的反饋和意見，結合學生的專業(yè)特點和能力水平，對講授法和翻轉課堂教學的覆蓋范圍、內容形式、評價標準進行動態(tài)調整，以實現有效的教與學，提高有機化學課程教學質量。

2.3 課后活動與評價——多樣化實踐活動的探索和多層次評價體系的建立

2.3.1 拓展多樣的課程教學組織形式

開展與課程內容相關的學習交流、熱點辯論、文獻報告等多種形式的拓展學習活動，幫助學生盡快脫離高中階段形成的應試學習模式，注重培養(yǎng)學生運用所學知識解決實際問題的能力。

2.3.2 開展多方面的實踐活動

依托教學團隊所在資源與環(huán)境學院的農業(yè)資源與環(huán)境國家級實驗教學示范中心和基礎化學省級實驗教學示范中心的技術條件以及各級“大創(chuàng)”項目的支持，鼓勵學生盡早進入實驗室或教學實習基地，基于所學的理論知識進行驗證性和探索性實驗，提升學生的實驗技能，培養(yǎng)初步的科學研究能力，為實現復合應用型人才的培養(yǎng)目標奠定基礎。

2.3.3 建立多層次的考核評價體系

破除原有的以期末試卷為主的考核體系，重視學習過程中的考核，建立過程性評價和終結性評價并重的成績評價體系(表1)。過程性評價主要基于學生課前學習、課堂互動、期中測驗、翻轉課堂表現等，以系統(tǒng)評分+生生互評+教師評閱作為主要依據，過程性評價和終結性評價在總成績中各占50%。

表1 學業(yè)考評方式

與傳統(tǒng)教學模式和線上教學模式相比，我們的評價方式更加重視過程性評價，評價形式和評價方法也更全面、更豐富多樣(表2)。

表2 有機化學立體教學模式與其他教學模式學業(yè)考評方式比較

3 有機化學立體教學模式實施和效果

3.1 有機化學立體教學模式實施——以旋光異構為例

我校有機化學教學模式一直在不斷進行構建、實踐、推進和完善，目前已基本建立完成了線上線下有機融合的立體教學模式。有機化學中旋光異構部分對理解有機化合物結構和性質、研究有機化學反應機理、設計不對稱合成路徑、闡明天然產物結構和生理功能的關系等都起著重要作用，在醫(yī)藥、農藥、香料、染料、功能材料和生命科學的研究領域都具有十分重要的意義。但是，立體化學部分內容抽象，不好理解，一直是學生學習本門課程的重點和難點。下面基于旋光異構部分的一個教學案例，介紹立體教學模式的具體實施過程。

3.1.1 教學內容

主要包括兩方面內容，分別是：(1) 什么是對映異構體；(2) 分子結構與旋光性的關系，判斷分子是否具有旋光性。

3.1.2 學習目標

知識目標：(1) 記憶和理解對映異構體的概念；(2) 辨析分子結構與旋光性的關系，根據分子結構判斷分子是否具有旋光性。

能力目標：(1) 通過小組討論，提高學生分析和解決立體化學問題的能力；(2) 提高學生的表達能力，加強團隊合作意識。

情感目標：(1) 學習科學家對科學研究的積極探索、默默堅守和勇于創(chuàng)新的科學精神，了解中醫(yī)藥對人類的貢獻，培養(yǎng)學生的民族自豪感和文化自信；(2) 引導學生發(fā)揮自己的專業(yè)特長，“學農愛農”為“強農興農”打下堅實基礎，樹立造福社會的人生理想。

3.1.3 教學重點和難點

教學重點：使學生能夠理解什么是對映異構現象。解決的策略主要是通過學生自主學習在線課程，觀看課程視頻、觀看動畫、AI視頻等，可基本理解對映異構現象，并通過繪制主要知識點思維導圖建立起知識點間的邏輯關系，章節(jié)測驗可以幫助教師和學生了解學生對知識點的理解情況。

教學難點：如何根據分子結構判斷分子是否具有旋光性。解決的策略除學生自主學習在線課程中的課程視頻、觀看動畫、AI視頻等，線下課堂教學中主要采用研討式教學手段，通過小組討論、舉例、測試等方式，逐步引導學生正確地根據分子結構判斷分子是否具有旋光性。

3.1.4 教學過程

(1) 課前：教師向學生推薦關于對映異構體的AI視頻等資料，學生自主學習在線課程5.0、5.1、5.2 (圖2)，預習并繪制思維導圖。

圖2 第五章旋光異構的在線課程目錄

(2) 課堂：以屠呦呦教授發(fā)現具有旋光性的青蒿素為例，引出具有旋光活性物質的重要性。在學習通中發(fā)起主題討論，請學生舉例說明生活中哪些物質具有旋光性，教師收集主題詞，總結學生們的回答。激發(fā)學生的學習興趣，引導學生主動思考，引出本節(jié)課對映異構現象的學習，并啟發(fā)學生學習優(yōu)秀科學家的科學品質。在學習通中發(fā)起投票，請學生就肌肉運動產生的乳酸和牛奶發(fā)酵產生的乳酸是否相同進行投票。分別采用AI視頻和球棍模型演示兩種乳酸的結構，說明對映異構的概念。請學生判斷甲烷是否有旋光性，使學生知道不是所有的有機化合物都有旋光活性，引出如何判斷分子是否具有旋光性這一關鍵問題。比較乳酸和甲烷結構上的區(qū)別，總結根據分子結構判斷分子是否具有旋光性的方法。將學生分組，每組發(fā)1張寫有4個化合物結構式的圖片，讓學生討論圖片中的分子是否具有旋光性，每組選1名代表講述討論結果和理由，學生間的研討有利于對知識點的深入理解，同時可以培養(yǎng)學生的團隊合作精神和訓練學生的語言表達能力。學習通里發(fā)布隨堂測驗，進一步了解學生的掌握情況，強化學生對根據分子結構判斷分子是否具有旋光性的掌握。最后，教師對本單元學習的主要內容進行總結，布置作業(yè)，請學生課后小組討論如何標記兩種不同結構的乳酸。

(3) 課后：學生在課后研究討論教師布置的討論問題，鞏固課堂學習內容，同時也是下一個知識點的學習目標。此外，教師定期鼓勵學生參加線上和線下多種形式的各種學術講座和會議，推薦學生閱讀文獻或者指導學生自行查閱文獻，了解科學研究前沿和熱點問題，并適當進行分享。同時，借助我校已經實行的本科生導師制模式，支持本科學生進實驗室參與指導教師的科研工作。教學團隊成員每年都參加指導國家級、省級、校級“大學生科技創(chuàng)新基金項目”，在提升學生的實驗操作技能的同時，進一步培養(yǎng)學生嚴謹的態(tài)度和科學的作風，以及從事科學研究的思路和能力，為復合應用型人才的培養(yǎng)目標奠定基礎。課程總的學業(yè)考評按照表1中各項內容進行。小組討論考核成績?yōu)槎啻慰己顺煽兊钠骄?。以本次小組討論為例，考評方式包括組間互評占50%、組內互評占30%、教師評分20%，其中組間互評和組內互評制訂了詳細的評價量規(guī)與評分表一起發(fā)給學生，作為評分的依據。組間互評的評價內容包括匯報內容、PPT制作(如有)、匯報過程、答疑環(huán)節(jié)、平時表現等，組內互評的內容包括個人任務完成情況、合作態(tài)度、對小組學習貢獻、創(chuàng)新情況、合作效果等。

3.2 有機化學立體教學模式實施效果

我校有機化學立體教學模式的構建，一直在不斷進行實踐、推進和完善。線上/線下立體教學模式所需的平臺和資源建設、翻轉課堂體系下所需的教學效果評價和反饋機制建設以及多樣化課堂組織形式和實踐活動所需的軟硬件建設已基本完成，教學團隊的教師結合各授課專業(yè)的培養(yǎng)方案和學情信息，反復研討，以教學執(zhí)行大綱的形式各自分別制訂有針對性的有機化學立體教學模式的實施細則。在教學實踐中前期首先在應用化學、環(huán)境科學與工程類、自然保護與生態(tài)類等專業(yè)的有機化學課程教學中，開展立體教學模式試點。重點考察學生在課前學習互動研討活動中的積極性及完成情況，以及學生在翻轉課堂中的“講”的表現和“學”的效果，并初步引入多層次評價機制。及時收集整理學生、教學團隊成員、教學督導對于創(chuàng)新教學模式的反饋和意見，并就教學效果和學生滿意度等與傳統(tǒng)教學模式進行對比分析，及時解決立體教學模式構建中產生的問題。根據各專業(yè)的專業(yè)特點和人才培養(yǎng)方案，在全校范圍內的有機化學課堂進行立體教學模式的推廣。進一步研究鞏固課前學習研討和翻轉課堂教學取得的成果，完善線上-線下教學同步交叉的運行機制，引入多樣的創(chuàng)新教學組織形式與實踐活動，加強與“大創(chuàng)”項目的融合，全面提升學生的知識和能力水平。教學團隊成員也在實踐中不斷總結教學模式構建中的成功經驗和研討現存問題，并及時反思與調整。

以學生學習為中心建立的有機化學立體教學模式，改變了傳統(tǒng)的教師講授為主的教學方式，極大地提高了學生參與度，提升了學習效果，受到學生好評。學生在持續(xù)不斷的多次自主學習、繪制思維導圖、小組討論等學習活動過程中，逐步提高了學習主動性和積極性、獨立思考能力、分析問題和解決問題的能力。一些本科生通過“大創(chuàng)”項目參與團隊教師的科研工作，發(fā)表多篇研究論文，指導的多名本科學生獲全國“挑戰(zhàn)杯”大賽、吉林省大學生環(huán)境創(chuàng)新大賽、吉林省創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽等獎項，體現教學與科研的深度融合，為后續(xù)課程學習打下良好的知識基礎的同時，也為培養(yǎng)符合新農科建設所需的新型人才奠定了基礎。

4 結語

本文結合吉林農業(yè)大學新農科建設和大類招生培養(yǎng)的實際情況，深入分析了面向復合應用型人才培養(yǎng)目標構建有機化學立體教學模式的可行性和必要性，提出了一套以線上學習、BOPPPS+翻轉課堂、培養(yǎng)實踐能力和多層次評價為主要內容的有機化學立體教學模式的實施路徑，構建了課前、課堂、課后全過程有效參與教學的資源與管理。基于網絡和多媒體技術的立體教學模式的構建，極大地提升了學生學習有機化學課程的興趣和效率，強化了學生在課程學習中的主體地位，有效改變了長期以來有機化學課程在學生心目中枯燥、死板的固有印象，支撐了學生創(chuàng)新實踐能力的培養(yǎng)，同時也助力了教師教學水平的提升。在未來的教學實踐中，我們還將與各專業(yè)課教學團隊進行密切協作，提升有機化學立體教學模式與專業(yè)課課程改革的契合度，以期更好地服務于新農科建設背景下的農林人才培養(yǎng)目標。