诺贝尔化学奖与生物专业有机化学教材内容相关性分析

韩　杰

（南开大学化学学院，天津300071）



诺贝尔化学奖与生物专业有机化学教材内容相关性分析

韩杰*

（南开大学化学学院，天津300071）

摘要：结合有机化学教材内容总结了有机化学领域的诺贝尔化学奖情况，分析了诺贝尔化学奖与有机化学及生物科学的关系，并介绍了在生物专业有机化学教学中引入诺贝尔化学奖的方法。将诺贝尔化学奖引入生物专业有机化学的教学实践有利于学生认识课程重要性，激发学习动力，提高综合素质和创新能力。

关键词：诺贝尔化学奖；有机化学；生物学；教学内容

有机化学是化学学科的一个重要分支，也是其他学科，例如生物学、医学、药学、农药学、环境科学、材料科学、生物物理等学科的基础。有机化学作为生物专业的必修课程，本科生应掌握有机化学反应的基本知识和理论，学会分析有机化合物的结构和性能，了解有机化学与生物学科前沿及相关学科的科学研究方法，初步具备有机化学知识的检索、运用和创新能力，为从事相关工作或进一步深造打下良好基础。

有机化学主要包括有机化合物的命名、结构、性能与合成，涉及大量反应类型和多种反应机理，需要理解记忆的内容很多，学生普遍觉得有机化学难学，甚至逐渐失去学习兴趣。因此如何改进教学内容与方法，提高学生学习兴趣，改进教学质量，是有机化学教师需要思考和解决的重要问题之一。诺贝尔化学奖研究成果代表化学领域的重大发现，对科学发展和人类社会进步具有重大影响和贡献，一直受到化学工作者的广泛关注［1-12］。近年来，结合有机化学及生物学的学科特点，我们将与有机化学及生物学领域密切相关的诺贝尔化学奖用于生物专业本科生的有机化学教学实践，创新教学模式，显著提高了有机化学的教学质量。

1　与有机化学相关的诺贝尔化学奖

汪小兰［13］编著的《有机化学》为普通高等教育“十五”国家级规划教材，1999年荣获教育部科技进步一等奖。该教材在内容设计上结合了有机化学和生物学的特点，同时考虑了生物学专业本科生的知识背景、培养目标及学时要求，教材内容合适，难易程度适当，广泛用于作为各类高等院校生物学专业的有机化学教材。首届诺贝尔化学奖始于1901年，至今已颁发106项获奖项目，168人获此殊荣，其中英国生物化学家弗雷德里克·桑格分别在1958年和1980年获得诺贝尔化学奖，是唯一获得两次诺贝尔化学奖的科学家。本文对1901-2015年间的诺贝尔化学奖进行归纳分析，将与有机化学或生物学领域密切相关的奖项分别与有机化学各章节内容相关联，如表1所示。

由表1可知，诺贝尔化学奖有如下特点：

（1）有机化学领域诺贝尔奖项目多。

截至2015年，与有机化学领域密切相关的诺贝尔化学奖已有54项，共97位科学家分享了这些奖项，获奖项目和人数均超过诺贝尔化学奖总数（106项）及人数（168人）的一半以上。这充分说明了有机化学学科的重要性，同时也说明有机化学领域有更多的挑战性前沿科学问题。相比于化学其他学科，有机化学更容易取得突破性研究成果。这些内容用于有机化学教学，能够提高学生的学习兴趣和创新热情。

（2）有机化学与生物学密切相关。

从表1所列举的诺贝尔化学奖的获奖成就可以看出，这些研究成果大部分涉及生物学领域，说明有机化学和生物学在发展过程中相互交叉、相互促进，已经密切相关，很多时候很难区分属于有机化学或生物学领域［14］。2015年化学奖获得者之一阿奇兹·桑卡为美国北卡罗来纳州大学医学院生物化学和生物物理学系教授。桑卡一直认为，自己的研究如果能够获诺贝尔奖，应该是医学奖。当诺贝尔生理学或医学奖公布后，他以为自己当年已经没有获奖的希望了，出乎意料的是他获得了诺贝尔化学奖。有趣的是，2015年我国科学家屠呦呦由于在青蒿素研究中取得的突出成就而获得了诺贝尔生理或医学奖，这是具有中国国籍的科学家首次获得诺贝尔科学奖，此项成果主要是关于青蒿素的分离提取纯化、结构鉴定与应用，属于有机化学相关内容。阿奇兹·桑卡和屠呦呦的研究成果及获奖经历也说明了有机化学和生物学相互交叉，密切相关。将以上事例用于有机化学教学中，可以使学生认识到有机化学是一门重要的专业课，而不是生物专业外的边缘课程，从而在思想上重视有机化学的学习。

（3）诺贝尔化学奖获得者的国籍分布。

陆泉芳［15］、樊敏［16］等对1901-2007年间的诺贝尔化学奖获得者的地区分布等进行了统计分析。按照国籍所属区域进行分析，诺贝尔化学奖获得者集中在欧洲和北美，获奖最多的国家是美国、德国和英国。获奖者的国籍分布随时间发生变化，第二次世界大战后逐步由欧洲国家向美国转移；进入21世纪后，获得诺贝尔化学奖的日本科学家开始增多，这种格局和趋势与表1一致。近年来，我国化学及生物学领域的科研水平不断提高，但具有中国国籍的科学家目前还没有获得诺贝尔化学奖。在有机化学的教学中，我们要突出这一事实，更要鼓励学生勇于创新，敢为天下先，努力实现我国在该领域的突破。

2　教学实践

将诺贝尔化学奖运用于生物专业有机化学实践，需要按照有机化学教学大纲要求，结合教材每一章的具体内容，同时考虑与每章内容相关的诺贝尔化学奖分布及学时分配，进行课堂教学的合理设计。具体做法如下：

（1）合理运用诺贝尔化学奖事例，培养学习兴趣。

在教学实践中，合理运用诺贝尔化学奖事例，能够有效提高学生对有机化学的学习兴趣，从而提高教学质量。绪论课作为有机化学的第一堂课，通常要介绍有机化学的发展史、有机化合物的特点和分类、基本价键理论、有机反应类型、研究有机化学的方法以及学习有机化学课程的方法。除此之外，绪论课对培养学生对有机化学这门课的学习兴趣具有重要作用。在绪论课中，偶极矩和电负性的概念是价键理论的重要内容，这些基本概念比较抽象，学生很难理解记忆。在教学实践中，简要介绍与此相关的诺贝尔获奖者荷兰化学家彼得·约瑟夫·威廉·德拜及美国化学家莱纳斯·鲍林的学术成就，并在课件中附上相关图片，能够活跃课堂气氛，使抽象的概念生动具体，易于理解掌握。此外，在绪论课中，我们还集中介绍与有机化学或生物学有关的诺贝尔化学奖，把表1的内容展示给学生。当学生发现有机化学及生物领域内的诺贝尔化学奖项如此之多，感到震撼的同时，会认识到有机化学与生物专业密切相关，二者都是非常重要的学科，从而激发学习兴趣。

表1　诺贝尔化学奖与有机化学教材相对应的内容

表1　诺贝尔化学奖与有机化学教材相对应的内容（续）

表1　诺贝尔化学奖与有机化学教材相对应的内容（续）

表1　诺贝尔化学奖与有机化学教材相对应的内容（续）

从表1可知，与有机化学教材内容相关的诺贝尔化学奖分布很不均匀，有些章节很多，如第十五章氨基酸、多肽与蛋白质有17项；而一些章节则很少，如第十章羧酸及其衍生物，这一章的知识点很多，但却没有与此密切相关的诺贝尔化学奖，考虑到这一章涉及较多的有机合成设计，需要介绍逆合成分析策略，因此将1990年诺贝尔化学奖获得者有机合成大师美国化学家艾里亚斯·詹姆斯·科里放在此处介绍比较合适。另外，有些奖项可以放在不同的章节，如1979年诺贝尔化学奖获得者德国化学家格奥尔格·维蒂希的事例可以根据讲课需要用于第九章醛、酮、醌，也可以用于第十三章含硫和磷有机化合物。因此，要根据各章节内容、学时分布及学生学习情况，合理运用诺贝尔化学奖。

（2）理论联系实际，注重基础知识学习。

将诺贝尔化学奖引入有机化学教学，使学生了解化学领域的重大研究成果及学科前沿知识，更要注重理论联系实际，加强基础知识学习。格氏试剂的制备是卤代烃的基本反应之一，在讲授此反应时，介绍1912年诺贝尔化学奖获得者法国化学家维克多·格林尼亚的学术贡献的同时，还可通过图片展示格林尼亚由一个好高骛远的纨绔子弟浪子回头，从头开始，勤奋学习，发奋工作取得巨大成功的励志故事，鼓励学生在学习有机化学过程中，要重视基础，联系实际，避免打开书本感觉一切都懂，合上书本做题无从下手的眼高手低现象。

（3）重视诺贝尔化学奖化学史，培育科学素养。

在讲授专业知识的同时，培养学生的科学素养也是本科教育的重要内容。良好科学素养的培养是一个潜移默化的过程。不仅仅体现在实验教学或学生参与的创新研究课题中，也应该贯穿于理论课教学过程中。获得诺贝尔化学奖的科学家一般都有极高的科学素养和人格魅力，将他们的事迹引入有机化学教学有利于培养学生良好的科学素养，为今后从事科研及相关工作奠定基础。可用于此教学目的的事例很多，例如，1965年诺贝尔化学奖获得者罗伯特·伯恩斯·伍德沃德合成维生素B12时，共做了近千个复杂的有机合成实验，历时11年，终于完成全合成工作。在有机合成中，伍德沃德以惊人的毅力夜以继日地工作，经常每天只睡4个小时。此外，伍德沃德谦虚和善，不计名利，善于与人合作。这些都是值得学习的科学素养。另一个典型的事例是2015年诺贝尔化学奖获得者桑卡，他从事DNA修复研究已经35年，经历了很多的失败和挫折，他认为研究成功的关键要挑选重要、有意义的研究课题，努力工作，并持之以恒。这也是良好科学素养的体现。

（4）了解学科前沿，提高创新能力。

有机化学是一门发展很快的学科，不断涌现出大量新反应、新方法及新理论，知识更新很快，但教材内容往往不能及时更新。与《有机化学》第十五章氨基酸、多肽与蛋白质相关的诺贝尔化学奖很多，而且这一章内容与生物学专业密切相关。在教学实践中，我们要求学生结合本章特点，通过文献查阅了解学科发展前沿，并写出文献报告或小论文，作为学生平时成绩的依据之一，极大调动了学生对有机化学以及生物学专业的学习热情。此项教学内容使学生了解学科发展前沿的同时，还提高了学术论文的分析、写作技能及科研创新能力。

3结语

将诺贝尔化学奖引入生物专业有机化学教学实践中，不仅能够培养学生对有机化学学习兴趣，还能够激发他们对生物学专业课的学习热情，有利于培养学生严谨求实、勤奋努力、持之以恒、勇于挑战、善于与人合作等良好的科学素养。这种新的教学模式也可用于化学专业及医学、药学、环境科学等非化学专业的有机化学教学实践中。

参考文献

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［2］李兴武.化学教育，2015，No.2，77.

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［13］汪小兰.有机化学.第4版.北京:高等教育出版社，2005.

［14］王悦，彭蜀晋，周媛，张丹，游晓莉.大学化学，2011，26（5），88.

［15］陆泉芳.化学教育，2008，No.11，10.

［16］ 樊敏，濮江.化学教育，2010，No.7，95.

中图分类号：O6；G64

doi:10.3866/PKU.DXHX201510019

*通讯作者，Email:hanjie@nankai.edu.cn

基金资助：国家基础科学人才培养基金（J1103306）；南开大学2015年教学改革项目

Introducing Nobel Prizes in Chemistry into the Organic Chemistry Course for Undergraduates Majoring in Biological Sciences

HAN Jie*
（College of Chemistry，Nankai University，Tianjin 300071，P.R.China）

Abstract:The relationship between Nobel Prizes in organic chemistry and organic chemistry and biological sciences has been discussed.Nobel Prizes in Chemistry have been introduced to the organic chemistry course in the teaching practices，which can highlight the importance of the course，motivate students，and improve the comprehensive quality and the innovation ability of the students.

Key Words:Nobel Prizes in chemistry；Organic chemistry；Biological sciences；Teaching content