新農科建設背景下農藥分析化學教學改革實踐

韓麗君，潘燦平，劉豐茂，劉丹，徐彥軍，杜鳳沛

中國農業大學理學院，北京 100193

1 農藥分析化學在農業特色化學人才培養中的地位與作用

隨著我國現代化教育事業的快速發展，與國際接軌、培養新時代復合型及創新型人才的需求成為大勢所趨。我國的現代化建設離不開農業農村現代化，農業農村現代化關鍵在科技、在人才。在新時代強國興農背景下，2019年教育部啟動振興我國高等農林教育的“新農科”建設重大舉措，提出“新農科”建設的目標是面向國家戰略發展需求、培養具有國際競爭力的、具有“知農愛農情懷”和“強農興農本領”的復合型人才，為國家農業綠色高質量發展和鄉村振興服務。

農業與農村事業的發展離不開農藥，農藥學科的發展則離不開化學與應用化學學科的發展。農藥學科是研究農藥設計與合成、農藥分析化學、農藥環境毒理學、農藥制劑學、農藥生產工藝學、農藥使用技術等專業內容的一門綜合性科學，是以有機化學、分析化學、物理化學、高分子化學等內容為基礎的科學。因此，農藥學科研究的很多科學問題是化學與應用化學學科的深化與延伸，它結合了農業院校的專業特點，在化學、應用化學人才培養方面獨具特色。

農藥分析化學是農藥學科的重要研究內容之一，其主要研究內容又分為農藥常量分析與農藥殘留分析兩大部分，其中農藥常量分析是農藥產品化學研究的重要手段，主要包括農藥原藥全組分分析、農藥產品(原藥和制劑)中有效成分的含量分析、理化性質分析，以及雜質的定性定量分析等；農藥殘留分析則主要關注施用于農田的農藥在農田環境及作物中的消解動態及殘留情況以及各種影響因素的研究，主要包括農藥殘留分析方法與檢測技術、農藥標準、農藥田間試驗、儲藏穩定性等內容。農藥分析化學的研究內容涉及到很多分析化學和儀器分析的基礎知識，但農藥分析化學又不止于此，因為它又結合了農藥學的專業特點，是分析化學和儀器分析的科學延伸和具體應用。

農藥分析化學課程的開設情況在國內外有所不同。在對國外的教學體系研究中，經過對國外幾個涉農院校的課程查詢，并沒有查詢到類似農藥分析化學的專門課程。例如，在美國加州大學Davis分校，涉及農藥學的內容分布在植物學和昆蟲學等學科體系中進行講授學習。在我國，各大涉農院校的應用化學、植物保護、農藥學、食品及農產品安全、制藥工程、環境安全等相關學科專業都開設了農藥分析化學相關或類似的課程。中國農業大學在本校化學與應用化學專業創建之初就開設了農藥分析化學課程，隨著農藥學科和化學分析技術的不斷發展，該課程也在不斷更新和發展。目前，農藥分析化學是結合本校專業特色，針對化學、應用化學、農藥學、植物保護、農產品安全、食品科學等專業開設的一門應用面很廣的專業基礎課，理論課與實驗課并行。雖然各個院校設置的課程名稱根據各自的專業特色不盡相同，但相關課程的開設為學生畢業后從事有關農藥質量檢測與監測分析、環境有機污染物分析、食品安全以及農產品安全、進出口檢驗檢疫等相關行業培養了大量的專業人才。

2 我國農藥分析化學課程現狀與存在的主要問題

隨著我國農業現代化建設的不斷深入，我國的農藥行業也突飛猛進。據統計，到2020年，我國農藥生產企業已經達到1705家，我國農藥內需138萬噸，出口239.5萬噸，出口量同比增長29.3%，出口占比超過了60%。“十四五”時期，我國將圍繞農藥產業發展的新目標，著力構建現代農藥生產體系、經營服務體系、安全使用體系、監督管理體系和研發創新體系；“十四五”期間的重點工作將是推動農藥產業生產集約化、經營規范化、使用專業化和管理現代化。在這種持續推進農藥產業綠色創新、高質量發展的時代背景下，2019年教育部提出“面向國家戰略發展需求”培養復合型創新人才的“新農科”建設重大舉措，為各大院校改革人才培養方案、培養新時代化學與應用化學專業人才提出了新的要求，相應的一些專業課程的教學工作也遇到了新的機遇和挑戰。

近年來，我們在農藥分析化學教學實踐中逐漸意識到，目前各農林院校開設的“農藥分析化學”教學體系存在一些與時代要求脫節的“薄弱環節”和“明顯短板”：

一方面，表現在農藥分析化學的教學實踐存在“重應用輕科學、重殘留輕產品”的薄弱環節，即教學內容以應用技術的學習為主、科學探究的內容較少；農藥殘留分析為主，農藥常量分析(主要針對產品質量分析)的內容涉及較少。這主要是由于以前我國的農藥工業不發達，農藥分析化學方面的應用人才較少，而同時農藥殘留導致的農產品和食品安全問題又較多，因此農藥分析化學與當時的人才需求接軌，側重于培養農藥殘留分析方面的應用化學技能型人才。直到現在，大部分農林院校也只開設農藥殘留分析課程，幾乎不涉及農藥產品質量分析，課堂內容也側重于應用技術；只有少量院校開設了同時涉及農藥質量分析和農藥殘留分析的教學內容。

另一方面，表現在農藥分析化學的教學實踐存在“重技術輕管理、重傳授輕育人”的明顯短板，即教學內容以農藥分析方法和檢測技術為主，與之相關的農藥管理方面的內容涉及很少，而對于當前農藥分析方面的國際形勢更是沒有涉及，無法體現對人才綜合素質的培養。目前傳統的農藥分析化學或農藥殘留分析課程主要針對農藥分析方法和技術作為教學內容，詳細介紹樣品的采集、樣品前處理、有效成分的化學分析、光譜分析、色譜分析及色質聯用等分析技術的基礎理論和實驗技能，對于農藥分析化學有關的實驗室管理、國內外農藥管理體系和農藥登記法律法規、農藥分析及相關標準體系建設、農藥標準相關的農產品貿易壁壘等方面的科學內容幾乎沒有涉及。然而，隨著我國國際地位的不斷提升、農藥生產及出口貿易的快速發展，國家對農藥分析化學相關的人才培養和教學目標提出了更高的要求，傳統的教學體系已無法適應當前農藥分析化學領域的國際化趨勢。

近年來，各兄弟院校也在農藥分析或殘留分析教學方面進行了一些改革探討。例如，西北農林科技大學開設的農藥分析與殘留分析課程[1]、青島農業大學開設的農藥分析與殘留測定課程[2,3]以及河南牧業經濟學院農產品檢測專業的農藥殘留分析課程[4]，在農藥殘留分析的基礎上均適當增加了一些農藥質量標準、農藥有效成分分析方面的內容；另一些教學團隊提出根據應用化學專業特點，提倡產學研結合[5]，提出將科研實踐與教學內容相結合，增加最新研發的農藥殘留分析前處理及檢測技術的介紹，提高課程的實踐性和應用性[6,7]；一些教學團隊也在基于網絡平臺[8]、多媒體技術[9,10]、信息化教學設計[11]等方面提出了采用多媒體信息技術提高教學效果，采用小班授課[12]、提問式和解疑式教學方法[13]、增加討論和實驗課內容、改革教學評價方式[14,15]等方面的建議；另一些團隊則針對植物保護專業的農藥殘留分析課程的實驗教學方法[16,17]提出了改革措施；此外，安徽農業大學在農藥殘留分析課中也開展了雙語教學的改革嘗試[18]。可以看出，一些院校在“重應用輕科學、重殘留輕產品”方面已有一些改革措施，但仍需加強，此外，隨著我國農藥管理、登記及標準體系的逐步建立健全和與國際接軌，“重技術輕管理、重傳授輕育人”方面也十分不足。

針對以上問題，本教研組在農藥分析化學課的教學實踐中，結合本教學團隊多年來在農藥分析、農藥管理、登記及標準制定等方面的科研工作，對相關知識進行歸納總結并寫入教材，同時參考其他院校的教學經驗，在課程內容、教學方法等方面進行了相應的教學改革與教學嘗試，旨在為學生提供一個開拓視野、了解國際發展趨勢、培養全局發展理念的教學平臺，使學生掌握相關專業知識和實驗技能的同時，了解農藥分析化學學科的國際化趨勢，建立科學的世界觀和發展觀，提高學生的歷史使命感和國際競爭力。本文將本教研組在農藥分析化學教學改革探索過程中的實踐體會進行討論和思考，希望為兄弟院校同行們提供參考。

3 農藥分析化學課程建設研究與實踐

在適應新時代發展潮流的教學改革中，農藥分析化學課程的基本目的是讓學生對農藥分析化學的學習目的和用途有全局概念，在掌握農藥分析化學基本理論知識和實驗技能的基礎上，了解相關國際組織和世界各國在農藥分析化學方面的管理理念和最新實踐，提升學生對我國在農藥方面的國際影響力和提升國際地位的認識水平，培養學生“知農愛農”的愛國情懷和“強農興農”的使命感和責任感，為我國的農藥工業和農業現代化培養具有國際競爭力的復合型專業人才。基于這樣的教學培養目標，針對目前存在的“重應用輕科學、重殘留輕產品、重技術輕管理、重傳授輕育人”等問題和短板，農藥分析化學教學小組以問題為導向，從教學模式、教學內容、教學方法和教材建設等多方面進行了教學研究與改革實踐。

3.1 以學生為教學主體，采用循序漸進的“混合教學模式”

在大部分高校的課程設置中，選修或必修農藥分析化學課的學生主要來自化學、應用化學、農藥學、植物保護、制藥工程、環境科學等不同的專業方向。對不同專業或不同年級的學生，采用循序漸進的“混合教學模式”，有助于因材施教，提高學生科學探究的能力。

如圖1所示，“混合教學模式”主要指課堂教學與線上學習平臺的有機結合，對于課后練習或交流討論可以在線下線上結合進行，構建一種靈活多樣的多元化教學模式。學校建立的網絡教學平臺和虛擬實驗平臺對混合教學的開展很有幫助，教師可借助這些平臺建立課程資源共享，學生可以利用這些網絡資源進行課前和課后自主學習。教師還可將有關的課程講義、教學課件和相關的音頻視頻教學資源上傳到網絡平臺，供學生們進行課前預習和課后復習使用。有一些課程內容會涉及到其他一些基礎的原理知識，我們也會把相關的視頻資料上傳到網絡平臺，或者提供相關中英文網絡資源的網站鏈接。有一些網站采用動畫制作，內容形象生動，有助于激發學生對課堂知識的學習興趣，對課上的知識內容也是一種適當的補充。

圖1 循序漸進的“混合教學模式”示意圖

此外，在開始的教學摸索中，我們根據國際上比較流行的教學方法，建立課后小組線上或線下討論環節，讓學生對課后作業及案例分析中的收獲、疑問、思考和建議進行討論和留言，對學生遇到的一些共性問題可進行統一答疑和統一點評，提高了學生進行科學探究的能力和學習效率。

3.2 教學內容的模塊化設計

基于目前農藥分析化學課程普遍存在的“重殘留輕產品”的薄弱環節及“重技術輕管理”的明顯短板，在教學體系中補充了農藥常量分析及國內外農藥登記與管理、農藥標準體系、實驗室GLP管理等方面的相關知識內容，同時在教學過程中根據農藥分析化學各部分內容之間的內在聯系與知識特點，將教學內容進行模塊化設計(圖2)，使學習內容更加系統完整，各模塊內容之間的內在聯系一目了然，知識體系更能夠適應當今時代對學生知識結構的需求。

圖2 教學內容的模塊化設計

在具體學時分配方面，可在各模塊內劃分單元，具體分配每個單元學時的課程內容。以本教學團隊的課程安排為例，農藥分析化學理論課共32學時(另有單獨實驗課48學時)，劃分為四個模塊，每個模塊大致分為四個單元，每個單元2學時，具體見表1，涵蓋了所有教學內容。但不同高校對該課程的學時數安排會各不相同，例如有的學校安排農藥分析課程一共48學時(理論18學時+實驗30學時)，課時差異很大。因此在教學實踐中，還需要任課教師按照實際學時數合理安排，再結合本校專業特色來具體確定教學內容的增減。例如，在農藥標準方面的內容，在學時數較少的情況下，可以只介紹標準的參數設置和方法要求，具體標準的詳細制定過程就不做介紹。

表1 課程模塊、教學單元的內容設計與學時分配(共32學時)

3.3 結合案例分析實現教學內容的融會貫通

從教學內容設計圖可以看出，農藥登記與管理、農藥標準及GLP管理體系等知識內容與農藥常量分析及農藥殘留分析兩大塊學習內容在各個環節都是相互關聯的，為了能夠把不同模塊的教學內容之間的內在聯系清晰表述并靈活運用，在講授教學單元內容的同時，在課后練習中加入了具體的案例分析與課上課下討論環節，打破了各個獨立教學單元內容之間的界限，讓學生按照學習進度選擇合適的學習資源進行資料查詢、探討解決問題的方法和建議并展開討論，在得到相應的教學指導的過程中達到將各單元知識融會貫通的目的。

表2列舉了在農藥質量分析、農藥登記與管理、農藥標準、風險評價及技術性貿易措施等教學模塊中采用的教學案例分析和討論內容。以技術性貿易措施模塊中的農藥殘留限量(MRL)標準的制定或修訂單元為例，這部分課程內容講授了MRL的概念、查詢方法及適用范圍，說明了各國MRL制定原則及過程的相似及不同，然后進入案例分析與討論階段。該案例是以歐盟于2018年初發出的SPS通報(G/SPS/N/EU/231)為實際案例進行討論，該案例是關于歐盟對茶葉中高效氯氟氰菊酯的最大殘留限量標準進行修訂的信息，具體內容是歐盟將茶葉中高效氯氟氰菊酯的最大殘留限量(MRL)從之前的1.0 mg·kg?1調整為一律限量0.01 mg·kg?1。這個案例引導學生練習查詢茶葉中高效氯氟氰菊酯在我國及歐盟的限量標準及登記情況，并請學生按照圖3的分析流程進行查詢對比，討論這一案例會產生什么影響，并提出解決方案。學生在按圖3中的步驟練習了資料查詢后，發現高效氯氟氰菊酯在我國茶葉中不僅有登記，并且我國的MRL高于歐盟標準(即圖3中的“嚴于我國”)，大家都認識到歐盟的這一變化將對我國向歐盟的茶葉出口貿易產生巨大影響。然后指導教師進一步引導學生從MRL的適用性及制定方面的知識討論可以采取哪些應對措施，最后提出茶葉中MRL的修訂建議及調整茶葉生產用藥的建議。通過這種實際案例的分析，學生在課堂上聽到的MRL相關理論知識很快得到了具體應用和深入理解，農藥殘留分析與農藥登記管理兩方面學習內容之間的內在聯系也就變得非常深刻而具體。

圖3 茶葉中高效氯氟氰菊酯的限量標準SPS通報案例分析

表2 課程模塊、教學內容及案例分析與討論關系圖舉例

3.4 積極推進雙語教學，培養“國際型”應用化學人才

在與國際接軌的新發展形勢下，農藥分析化學課程中會有很多課件內容和參考文獻來自國際網站和英文資料，因此適當推進雙語教學，能夠幫助學生更好地理解課堂內容，提高文獻查詢和閱讀能力。目前國內高校教學實踐中采用的雙語教學模式大多屬于兩類，一類為“中英混合型”，另一類為“術語引導型”[19]。對于農藥分析化學課程來說，采用雙語教學的目標是幫助學生更好地了解國內外農藥分析方法和技術、農藥管理理念、農藥標準的制定和實施等方面的知識，學生需要掌握一定的英文專業術語和具有一定的英文閱讀能力。因此建議采用“術語引導型”，即基本術語和概念采用中英文混合講義，教師主要以中文講授，輔以中英文混合課件和課后材料，要求學生掌握相關的專業術語和詞匯，課后能夠查詢相關的專業資料，幫助學生提高查閱資料方面的能力。

3.5 思政教育貫穿于農藥分析化學教學全過程

大學作為國家培養人才的主體，立德樹人應當成為教育教學的首要目標。古人云：“師者，傳道授業解惑也。”在教學過程中，為學生傳授專業知識、答疑解惑十分重要，但傳授良好的社會公德意識、道德價值觀、科學發展觀和社會責任感更是重中之重。

我國是農業大國，隨著農藥產業的快速發展，我國也成為了農藥生產和出口大國。隨著我國農藥國際地位的不斷提升，我國各種農藥標準與國際接軌的必要性也日益迫切。在與國際接軌的新農科建設背景下，我國的農藥科研、管理單位及農藥企業也在積極參與到國際農藥管理體系中，為我國的農藥事業發展適應國際環境奠定基礎[20]。尤其是自2006年7月國際食品法典委員會(CAC)確定我國為國際食品法典農藥殘留委員會(CCPR)新任主席國以來，我國陸續承辦了第39屆之后至今每年一度的CCPR會議，參與組織和主持殘留試驗資料評估及農藥最大殘留限量標準制定等工作，標志著我國在農藥分析化學領域的話語權和國際影響力得到了有力提升。我國農藥分析化學領域的很多專家學者都積極參與到了CCPR國際農藥管理和農藥標準制定等相關領域，促使我們在教學工作中需要緊跟農藥分析領域的國際化趨勢，亟需培養具有國際競爭力的后備人才。因此，在農藥分析化學教學中，要把育人貫穿其中，使學生通過學習和了解我國參與相關國際組織和世界各國在農藥分析化學方面的管理和最新實踐，提升學生對我國在農藥方面的國際影響力和提升國際地位的認識水平，培養學生“知農愛農”的愛國情懷和“強農興農”的使命感和責任感，提高文化自信，樹立為我國農藥工業和農業現代化事業添磚加瓦、奉獻青春的思想理念。

3.6 注重教材建設，新編新穎全面的專業教材

農藥分析化學課程存在“重殘留輕產品”及“重技術輕管理”等短板的另一個制約因素，就是我們的教材也存在同樣的短板，即大部分農藥分析化學相關的教材都偏重于農藥殘留分析及分析方法與檢測技術的知識介紹，缺少農藥產品分析及農藥管理方面的知識內容，缺乏緊跟時代步伐的內容全面的專業教材。

在“新農科”建設背景下，我校“大國三農”系列規劃教材建設項目同時開展，本著農藥分析化學教學適應國家農業發展戰略的改革思路，本教研組與國內各大農林院校的專家學者一起對《農藥分析化學》教材進行了重新編寫。新編的教材重視分析技術與國際化管理相結合，基礎理論知識和最新研究成果相結合，采用了諸多國內外最新研究案例，以提升學生的理論實踐結合能力為主旨，教材內容不僅涵蓋了農藥質量分析與殘留分析的基本理論、方法技術及最新進展，補充了農藥常量分析與農藥殘留分析所涉及到的樣品采集與儲藏、樣品前處理方法和檢測技術、農藥理化性質分析、農藥殘留快速檢測、農藥標準、分析方法確認等方面的新方法與新技術，還增加了農藥分析實驗室的GLP質量管理、國內外農藥登記和管理中的農藥產品化學與殘留化學、農藥登記資料要求中的農藥化學分析與殘留分析、農產品技術性貿易措施、國內外農藥殘留限量標準的建立制定與應用、國際通行的農藥殘留膳食攝入風險評估等其他農藥分析教材很少涉及到的內容。《農藥分析化學》新教材[21]的出版，為各高校開展農藥分析化學教學提供了更多的教材選擇，并將進一步推進農藥分析化學課程改革思路的推廣，為課程建設的進一步提高和完善提供堅實的實踐基礎。

4 農藥分析化學課程建設的成效

本教研組根據自身的專業特點，按照上述農藥分析化學課程體系的教學內容與教學模式，面向本校應用化學專業的大學二、三年級學生進行了連續3年的教學改革實踐，取得了良好的教學效果。

首先，學生學習的主動性和參與討論的積極性明顯提高。尤其是對于案例分析和與實踐結合的討論過程中，學生們能夠積極地提出問題，在老師引導下進一步思考和踴躍發言；同時，學生提出的問題能夠得到老師和同學們的即時反饋和積極評價，學生進行課堂討論的積極性越來越高，教學氣氛十分活躍，學習成績也明顯提高。

其次，改革后的教學方法得到了學生的認同和好評。我們在網絡平臺上開辟了一個學生評價專欄，建議學生對每個學習單元的教學效果給出自己的評價和建議。學生們針對案例分析的留言最多，他們也認為這種基礎知識結合案例分析的互動式學習方式能夠充分調動他們主動學習的積極性，對不同模塊和不同單元的知識關聯和融會貫通也非常有幫助。

最后，學生參與到農藥分析化學相關科研創新活動中的興趣也明顯提高。可以看出，這種線上線下互動學習、結合案例分析的教學方式充分激發了學生的好奇心和學習興趣，在小學期實習過程中主動來到實驗室參與農藥分析化學創新實踐的學生人數逐年增加，很多學生選擇進入農藥分析化學教研室開展畢業實習，今年又有8位學生主動來到農藥分析化學教研組參與創新實驗競賽。這些都說明農藥分析化學教學改革實踐提高了學生的學習興趣，開拓了學生的知識視野，取得了良好的教學效果。

5 結語

任何課程的教學改革不可能一蹴而就，農藥分析化學教學改革也是循序漸進、逐漸完善的實踐過程。在今后的教學工作中，繼續積累經驗，不斷開拓創新，開發適應本校教學環境和學科特點的教學方式和教學內容，向高層次高水平的教學模式發展。農藥分析化學教學要實現長期穩定的發展和完善，還需要繼續堅持理論聯系實際，結合化學學科的快速發展，緊跟當前農藥工業和國際發展形勢，加強教學資源的建設，不斷更新教學內容和教學理念，激發學生的學習興趣，由學科知識本位走向學生發展本位，將立德樹人與培養獨立自信、開放包容的創新型、國際型人才作為人才培養目標，在傳統的教學方法的基礎上引入國際化新元素，使學生在學習過程中與時俱進，幫助學生加深對專業內容的理解和學習，同時體現本校或本學科特色的教學優勢和教學特點，培養更多的農業特色的化學人才，為我國“新農科”建設添磚加瓦。