新農科背景下“藥味、農味、工味”三味一體的天然產物化學課程改革與實踐

杜豐玉，肖琳，金玉蘭，張保華，王輝

青島農業大學化學與藥學院，山東 青島 266109

2019年9月，習近平總書記給全國涉農高校書記校長與專家代表回信，要求涉農高校以強農興農為己任，為新時代高等農林人才的培養指明了方向。2019年12月，教育部牽頭全國涉農高校，提出“新農科”建設的“北京指南”，要求推進農業科學與生命科學、工程技術等多學科的教育融合，從而培養農業基礎扎實、兼具多學科交叉背景的復合型及創新型“新農人”[1,2]。而支撐“新農科”建設的關鍵載體在于“推進專業培養體系及課程教學的改革”[3]，其中，化學相關課程作為涉農高校最重要的基礎課程之一，具有先導性與適用性，對“新農人”培養也具有重要意義。因此，圍繞無機化學、分析化學及有機化學實驗等基礎化學相關課程，涉農高校教師從教學內容、教學模式及課程思政等不同維度探討如何更好服務于“新農科”建設。例如：吳秋華等[4]發掘無機及分析化學課程中具有農科特色的教學元素，并將其與化學知識深度融合，應用線上線下混合式教學模式，培養基礎扎實的新型農林人才；崔運梅等[5]講授分析化學課程時，采用教師主導、學生主體的“雙主”模式，加強理科與農科內容交叉，并引入課程思政，培養具備知識、能力、素質、情懷的“四有”農林人才；洪昀等[6]則針對傳統有機化學實驗存在的輕農林特色及輕能力培養等問題，增加“青蒿素的提取、分離與鑒定”等創新性農林特色實驗內容，培養“知農愛農”新型人才。

天然產物化學是運用現代科學技術理論研究自然界的植物、動物與微生物等生命體中活性成分的一門學科，培養學生掌握生物活性成分在醫藥開發、農業及生命科學等領域的應用[7]。天然產物化學是本校應用化學、制藥工程等化工與制藥類專業的必修課程及植物科學、動物藥學等農學類專業的模塊課程。然而，傳統的課程教學體系已經不能滿足“新農人”的培養要求，主要表現為：(1) 課程教學內容受限于教材一般面向醫藥類專業，“藥味”足夠，但一定程度忽視了農學類、化工與制藥類相關專業的需求，即課程的“農味”與“工味”不足；(2) 課程的教學模式沿用“教師講授+學生聽講”的“灌輸式”教學，知識傳授以單向傳遞為主，無法調動學生學習的主動性[7,8]。

本文針對上述傳統天然產物化學教學體系存在的問題，圍繞“新農科”對復合型及創新型“新農人”的培養要求，打造“三味一體”交叉融合的教學內容體系，并運用智慧教學工具“雨課堂”，構建互動式教學模式，從而擴展課程的知識面并提升其創新性，為本校的“新農科”建設及“新農人”培養提供支撐。

1 “三味一體”的天然產物化學課程體系設計

天然產物化學系列課程作為醫藥院校藥學相關專業的核心課程，其課程體系設計重在教學模式更新，例如：翻轉課堂討論式的教學模式[9]及開放自主的學習模式等[10]。近年來，隨著互聯網+背景下“雨課堂”及“騰訊課堂”等智慧教學工具的開發及應用，為進一步構建“教師引導+學生自主”的新型互動式教學模式插上了翅膀，有力提升了課程的教學效果[11,12]。例如：田賽賽等[11]面向醫藥學院的藥學專業講授天然產物化學，應用“雨課堂”提升學生在課前、課中及課后的參與度；高文超等[12]則通過優化教學內容及借助互聯網+教學工具，打造“新工科”背景下適合工科專業學習的天然產物化學課程體系。但天然產物化學作為涉農高校重要的化學課程之一，如何構建“新農科”特色的課程體系仍需深入探索。

本論文圍繞復合型及創新型“新農人”的培養要求，從教學內容融合及教學模式創新等兩方面打造“三味一體”的天然產物化學特色課程體系，見圖1。在教學內容方面，以傳統“藥味”為基礎，根據農學類、化工與制藥類相關專業的培養要求，構建以“農味”為特色，融合“工味”元素的“三味一體”教學內容，拓寬學生的專業知識面。在教學模式方面，教師與學生基于智慧教學工具“雨課堂”，教師發布“微課”引導學生自主學習，進而構建“翻轉課堂”互動式教學模式。創新的教學模式引導學生更好消化吸收“三味一體”的教學內容，達到融會貫通的學習效果。

圖1 “三味一體”的天然產物化學課程體系設計

2 教學內容的多學科交叉融合

構建“三味一體”天然產物化學課程體系的關鍵為實現“藥味+農味+工味”的多學科交叉融合。課程“藥味”是基礎，講解不同類型天然產物的結構特征及“藥味”應用。“農味”是特色，以典型案例為抓手(表1)，面向農學類專業時，有所側重的講解天然產物在防治植物病蟲害方面的應用或藥用植物的人工栽培技術等“農味”內容，并適度擴展介紹典型案例的提取分離工藝等“工味”內容；而面向化工與制藥類專業時，則加強“工味”內容的講解，適度擴展“農味”內容。

表1 天然產物化學各章節“三味一體”的典型案例

以“提取分離”章節中的黃芩苷案例講解為例，見表1與圖2。首先，講解黃芩苷的結構特征及其抗炎降脂的“藥味”應用，并引出黃芩苷提取分離的原理。在此基礎上，面向不同專業各有側重地講解黃芩苷在防治蘋果及黃瓜主要病害方面的“農味”應用，或黃芩苷在實驗室、中試乃至工廠生產中所用的提取分離設備及工藝流程等“工味”內容。通過典型案例的串聯與講解，將抽象內容具體化與形象化，并實現教學內容的“三味一體”融合，從而充分調動學生學習的興趣性與主動性，拓寬其知識面，更好地服務于復合型及創新型“新農人”的培養。

圖2 “三味一體”的黃芩苷教學案例設計

3 互動式的教學模式

傳統“灌輸式”的單向教學模式已經無法匹配多學科交叉融合的“三味一體”教學內容體系。因此，依托“互聯網+”背景下的智慧教學工具“雨課堂”，有機串聯“課前預習”“課堂互動”及“課后復習”三個維度，打造“教師引導+學生自主”的“翻轉課堂”互動式教學模式(圖3)，從而更好地滿足復合型及創新型“新農人”的培養要求。

圖3 “翻轉課堂”的互動式教學模式

3.1 雨課堂有機串聯“課前–課堂–課后”

雨課堂為“互聯網+”背景下由清華大學及學堂在線共同推出的智慧教學工具，其讓智能手機變為學習的工具，有機串聯“課前–課堂–課后”三個教學維度，并通過全維度立體化的實時教學數據，實現“教師-學生”的全方位互動[11,12]。

在“課前預習”階段，教師制作預習微課，并通過雨課堂推送給學生。微課時長3–5 min，形式“微”但內容“精”，引導學生帶著思考與問題進入課堂學習；而教師則根據學生反饋的問題，及時調整教學重點[13,14]。在“課堂互動”階段，教師講解教學重點后，也通過雨課堂對學生進行課堂測試，測試結果實時反饋。這種“教與學”的實時互動既便于教師深入淺出地講解重點與難點，也利于學生及時消化與吸收。在“課后復習”階段，教師通過雨課堂發布章節重點測試，要求學生在規定時間內作答；進一步通過雨課堂的大數據分析，制作針對性的章節微課推送給學生，引導其溫故知新。

3.2 “翻轉課堂”進一步加強“課堂互動”

“翻轉課堂”為教師將簡單易懂的教學內容移至“課前–課后”，而在課堂中加強“教師-學生互動”的教學模式[9]。在雨課堂有機串聯“課前–課堂–課后”的基礎上，進一步圍繞各章節“三味一體”的典型案例，實施探究式“翻轉課堂”教學(圖3)。教師在“課前”發起若干討論課題，學生組成興趣小組在“課前”進行資料查詢與研讀，“課堂”進行報告展示與問答，實現教學內容的深度與廣度擴展[9,15]。

繼續以黃芩苷教學案例進行說明。在“課前”階段，教師根據“新農科”背景下不同專業的培養要求，針對性地發起與課堂學習緊密相關又適當擴展的討論課題。例如：農學類專業布置黃芩藥材種植與黃芩苷含量的關系、黃芩苷防治不同植物病害的方法等課題；而化工與制藥類專業選擇黃芩苷提取分離的現代工藝、分析方法等課題。一般3名學生組成一個興趣小組，圍繞一個課題分工合作，查閱相關文獻并制作課件。在“課堂”階段，首先，各個小組展示并講解課件內容。隨后，采用雨課堂隨機點名的方式選擇學生提問，小組成員回答。這也充分調動了講者與聽者的積極性，促使其認真講解報告與主動思考問題。最后，由教師進行點評。點評以鼓勵為主，并針對不足提出改善建議，以增強學生的興趣與自信。在整個過程中，教師擔當學生的“引路人”，提出討論課題并及時回答學生在準備過程中的問題；而學生成為學習的“主導者”，選擇課題并分工合作，積極完成課件的制作與匯報。這種探究式的“翻轉課堂”教學，既促進了“三味一體”教學內容的深度與廣度擴展，又調動了學生學習的興趣性與主動性，較好地培養了學生的創新能力與綜合素質。

4 “三味一體”天然產物化學課程體系的教學效果

筆者按照上述“三味一體”天然產物化學課程體系的教學內容與教學模式，面向本校農學類的茶學18級、化工與制藥類的制藥工程18級學生進行教學改革，取得了較好的教學效果。首先，學生學習的參與度與主動性顯著提高。18級學生作為成長于移動互聯網時代的“00后”，更容易也更樂于接受依托“互聯網+”雨課堂教學平臺的互動式教學模式。學生的課前預習及課后復習課件的查閱率100%，課堂簽到率超過98%。其次，學生的期末考試成績明顯提升，見表2。與17級相比，在試卷難度及評分標準基本相同的情況下，18級茶學及制藥工程專業的平均成績較17級分別提高9.1%及9.3%。其中，得益于各章節“三味一體”典型案例的講解，過去難度較大且失分較多的提取分離綜合題得分率分別上升至62.4%及65.7%。最后，學生的創新能力與綜合素質得到提升。“翻轉課堂”學生報告評分的平均值茶學18級為79.4分，制藥工程18級為82.6分。其中，18級制藥工程的兩個興趣小組還圍繞報告所選課題進行了更加深入的實驗驗證與探究，分別獲批校級及國家級大學生創新創業項目各一項。

表2 期末考試成績比較

5 結語

圍繞“新農科”建設培養復合型及創新型“新農人”的要求，以天然產物化學課程為載體，面向本校農學類、化工與制藥類的不同專業，建立以“藥味”為基礎，“農味”為特色，并融合“工味”元素的“三味一體”教學內容體系。在此基礎上，構建依托于雨課堂的“教師引導+學生自主”的“翻轉課堂”互動式教學模式，從而充分調動學生學習的興趣性與主動性，引導其自主學習與創新學習。通過本課程的改革與實踐，拓寬了學生的知識面，增強了其創新能力與綜合素質，為本校的“新農科”建設及“新農人”培養提供支撐。