“双一流”背景下高等农业院校有机化学基础课程教学新模式的构建及实践

蒲祥，王晗光，邹平，王广途，乐贵洲，刘宽，程琍，冯鞠花，张慧贤，黄乾明，饶含兵

四川农业大学理学院，四川 雅安 625014

强国富民，育人为先，农业院校的创新育人与内涵式发展离不开有机化学基础课程教学。国内近200所高校相继围绕国务院印发的“双一流”建设文件《总体方案》[1]、《实施办法》[2]、《指导意见》[3]开展教学改革理论与实践探索。自“双一流”建设文件印发以来，高等农业院校基础课教学改革与实践均基于数、理、化单一学科或单门课程开展[4–6]，启发式教学[7]、小班授课和“说课”研讨[8]以及智慧教室[9]等教学方式逐步融入基础课教学。而四川农业大学始终秉承大基础观，将数理化基础课程作为一个有机整体，于2011年率先启动了本科人才分类培养模式改革，构建基础课分层教学模式与分层综合考评体系，并成功在我校推广运用。2017年四川农业大学作物学入选一流学科，作为农林专业创新型人才培养的战略支撑，如何把握机遇，找准定位，深化有机化学基础课教学改革，为农林类学科培养基础扎实、创新意识强的优质生源是我们长期面临的挑战。

本研究以一流院校、企业、学生为对象深入调研，制定有机化学基础课程分层教学改革的实施方案，构建有机化学基础课程教学资源库，并探索、试行、评价与推广“兴趣培养–思维开发–自主协作学习”分层教学模式和“基础技能–综合应用–探索创新”梯度式实践教学体系，提升创新型人才培养质量，有效支撑四川农业大学一流学科建设，流程如图1所示，并取得一定成效。

图1 有机化学基础课程教学改革流程图

1 有机化学基础课实施性教学方案的制定

为摸清学校、企业、学生对有机化学基础课程教学的实际需求，以一流学科建设为导向，突出农业应用需求特色，科学调研，制定满足创新和就业需求的不同教学层次有机化学基础课程的实施性教学方案。应用化学系自2017年起成立调研组负责课程调研。以一流农林院校、对口企业、毕业生和在校生为调研对象，高校与企业调研以实地考察交流与问卷调研相结合的形式，毕业生和在校生调研则以座谈会与问卷调研结合的形式开展。调研内容包含教学大纲设置、教学内容设置与难易、课程师资队伍、教学资源、学时安排、教学方法与手段、课程考核方式与成绩构成。调研组先后完成8所一流院校(双一流高校：浙江大学、重庆大学；农业院校：南京农业大学、河南农业大学；研究院所：中科院上海有机所、上海医药工业研究院；师范院校：陕西师范大学、四川师范大学)和1所职业技术院校(雅安职业技术学院)，对口企业(化学与医药类企业9家：四川科伦药业、四川海思科制药有限公司、上海合全药物研发有限公司等)，毕业生(化学生物学、应用化学、药学、药物制剂、食品科学与工程、动物医学等专业68人)和在校生(化学生物学、应用化学、药学、药物制剂、生物科学、食品科学与工程以及教育类专业101人)的调研工作。

院校调研结果表明，我校化学类基础课课程师资、学时安排、课程考核方式与成绩构成等设置合理(优秀率 ＞ 70%)，教学内容、教学大纲和课程教学资源、教学方法设置良好(优秀率 ＞ 50%)，教学内容难易则普遍认为中等(80%)，尚有提升的空间。而企业调研结果表明，我校化学类基础课教学内容和课程师资等设置合理(优秀率 ＞ 70%)，课程教学大纲与教学资源、教学方法与手段、学时安排设置良好(优秀率 ＞ 50%)，教学内容难易普遍认为中等(75%)，课程考核方式与成绩构成尚有改进空间。同时整理归纳学校、企业、学生对有机化学课程建议合计 66条，见表 1。其中教学内容 34条，主要集中于增加交叉学科前沿研究实例、化学反应的实际应用案例、农药或药物分子合成案例等。教学方法建议25条，主要集中于通过趣味提问诱导学生思考、引导学生提问、精心设计PPT、课堂知识与生活生产和研究实际相结合、用动画来模拟反应机理、介绍重要反应发展史等。其余建议主要集中在考核方式(1条)，教学学时(6条)，教学大纲(1条)。

表1 有机化学课程调研报告

(续表 1)

根据一流学科建设期学生不同培养类型和不同专业培养目标，在原有有机化学A、有机化学B、有机化学D三个教学层次基础上，增设有机化学化学类和生物类两个教学层次。化学类面向应用化学专业开设，理论学时120学时，实验学时48学时，生物类面向化学生物学专业开设，理论学时84学时，实验学时48学时，以满足化学专业学术型人才培养要求。A类面向生物科学、生物工程、药物制剂、包装工程等专业开设，理论学时72学时，实验学时36小时，以满足专业学术型人才培养要求。B类面向动物医学、动物科学、农学、林学、食品科学与工程、食品质量与安全、生态学、森林保护等20余个专业开设，理论学时48学时，实验学时36学时，以满足复合型人才培养要求。D类面向食品科学与工程职教类和食品质量与安全职教类学生开设，理论学时 48学时，实验学时36学时，以满足应用型人才培养要求。每学期组织两校区有机化学公共基础课教学研讨会，根据调研结果与不同教学层次的培养目标，更新教学内容和改进教学方法，并结合课程教学案例开展理论与实验教学，以满足新时期不同专业的创新和就业需求。

2 有机化学基础课立体化教学资源库的构建

以满足农林各专业学科的应用需求为指导，组织充足、高质量又能与不同农林专业实践紧密结合的教学内容，编写教材，循序渐进且系统地对学生进行创新原理、方法、思维及能力的培养，并实时更新。积极拓展教学资源，以原有有机化学课程资源为基础，分层次、分阶段更新有机化学化学类、生物类、A、B、D五个层次多媒体教学课件(如文本、动画、图片、案例等)以及课程习题库，完善与更新有机化学课程网站(http：//mooc1.chaoxing.com/course/201640571.html)，同时利用网络教学资源补充现有教学内容。优化各层次综合性实验比例，其中化学类与生物类8/12，有机化学A 4/9，有机化学B 3/9，有机化学D 2/9，以此提升实验教学质量。将虚拟仿真实验建设成果及时投入实验教学实践，实现醇、酚、醛、酮12个性质实验、茶叶中提取咖啡因和乙酰苯胺的合成实验的虚拟仿真教学，如图2所示，已在生物工程、生物科学、食品科学与工程、食品质量与安全、包装工程等专业教学班试点运行3学期，并逐步在全校范围内推广。构建具有四川农业大学特色的有机化学基础课程教学资源库，支撑作物学科建设。

图2 乙酰苯胺的合成虚拟仿真实验

3 “兴趣培养–思维开发–自主协作学习”分层教学模式的构建

3.1 兴趣培养

兴趣能够真正激发学生的求知欲，而兴趣的培养与形成较为复杂。亲其师，信其道，以课间生活为起点，让学生切身体会到尊重和关爱，融洽师生关系，激活学习兴趣；以课堂教学为抓手，把握授课起点，处理好知识衔接，降低坡度，由简衍繁，分散难点，尽量将抽象思维直观化、形象化、生动化，通过降低认知难度激发兴趣；通过组织与生活实践、生产实践和不同专业学科实践相结合的素材与案例，有的放矢地进行教学过程设计与更新，激发学习动机。化学系教师搜集与生命科学、化学化工、药品食品、能源环境、服饰建材等相关的研究与开发、生活实际、生产实践理论课教学案例 40个(表 2)，如我国历史上的化学成就与中国化学家[10,11]，辛烷值的奥秘，运动员的神器——氯乙烷，羰基加成与视觉信号传达，肿瘤细胞中的葡萄糖代谢——Warburg效应[12,13]等教学案例；实验课教学案例14个，如实验事故的预防和处理、血液中葡萄糖含量测定、酒类窖藏酒原理、折射率测定在制药工业中的应用[14]等实验教学案例，并在授课过程中挖掘案例中蕴含的思政元素，激发学生学习兴趣和开展思政教育。

表2 有机化学理论课教学案例设计

(续表 2)

(续表 2)

3.2 思维开发

创新思维是进行理论探索与技术创新的思想源泉，也是新时代人才素质的基本要求。课堂教学应以学生为中心，教师在教学实践中融入教学案例，让课程教学贴近生活、生产和科研实际。以解决问题为导向，针对教学内容中的重点、难点，如道尔顿的原子说与原子论，环烷烃立体结构的确定，苯环的结构假说，结晶牛胰岛素的全合成，借助案例，采用情境创设–引导发现–启发思考–总结归纳的教学方式开展教学，通过启发式、探究式、参与式、讨论式、案例式的课堂教学实践开展思维训练，并及时将当今社会和一流学科创新产生的新事物引入课堂教学，让学生创新思维紧跟社会发展与一流学科建设。以理论知识和一流学科创新实践为源泉，以解决问题为导向启发学生创新思维，掌握分析、归纳、总结和得出正确结论的方法。同时构建利于创新思维培养的考评体系，如在考核题型中适当增加案例分析题型。

3.3 自主协作学习

新媒体新技术日新月异，生动具体、丰富形象的网络资源平台建设日趋完备，为自主协作学习模式的开展、辅助和提升课程教学奠定了基础。以能力培养为核心目标，启动任务型或项目驱动型的教学和学习模式，把问题或任务留给学生，让学生通过分工合作，利用网络资源搜集检索，思考探究、自主学习、协作讨论，通过课堂教学与网络教学资源相互补充，拓展教学内容和提升学生信息素养。通过践行以学生为中心的特色“兴趣培养–思维开发–自主协作学习”教学模式，促进农林院校学生创新思维开发。

4 “基础技能–综合应用–探索创新”梯度式实践教学体系的构建

实践是创新的源泉，忽视实践教学与专业融合，与行业接轨，模式单一的实践教学模式不能帮助学生提升专业技能与综合能力，更不能满足一流学科建设对创新性人才培养的需求。由此我们通过“基础技能–综合应用–探索创新”梯度式实践教学体系来培养与提升学生专业技能和探索创新能力。基础技能实践：以培养化学专业基本技能、科学素养和专业知识应用能力为目标，提高基本实验操作技能训练要求，通过优化有机化学实验综合性、设计性、创新性实验比例，更新基础课实验项目内容，同时将虚拟仿真技术引入化学基础课实验教学，强化基础技能训练。综合应用实践：以激发学生创新意识和培养学生综合能力为目标，鼓励学生主动参与，导师个性化指导，开展多维度的创新性实践训练。如四川省大学生化学实验竞赛，每年主办校级化学实验技能大赛，以提升学生综合应用技能，学生参与竞赛人数达200人/每年，2019年获得省级和校级奖项16项。探索创新实践：实行创新实践导师制，结合大学生创新训练项目、科研兴趣培养项目和导师科研项目，开展多维度的探索创新性实践训练。积极鼓励学生加入各个实验室，通过院–校–省–国四级科研项目进阶式训练，全面提升学生的综合素质及创新能力。本年度学生申报立项国省级和校级大学生创新训练计划项目13项，结题省校级科研项目9项。本科生姚琅以共同第一作者发表SCI论文影响因子最高达9.518[15]。通过构建“基础技能–综合应用–探索创新”梯度式创新实践教学体系，有效加强了学生创新实践能力。

5 结语

有机化学基础课程教学在农林院校覆盖面广，四川农业大学授课对象涵盖农林动理工 35个专业，年均授课人数达到3180人，为基础课程教学新模式的试行与推广奠定了学生基础。本研究通过调研制定满足创新和就业需求的不同教学层次数理化基础课程的实施性教学计划，突出农业应用需求特色。依托原有有机化学精品课课程建设成果，整合、集成与更新优质教学资源，构建了四川农业大学特色的有机化学基础课程立体化教学资源库。践行以学生为中心的特色“兴趣培养–思维开发–自主协作学习”分层课堂教学新模式，提升学生创新思维，践行“基础技能–综合应用–探索创新”梯度式创新实践教学体系，加强农林学科学生创新实践能力。目前已在化学生物学和应用化学等专业试行，正逐步在农学、林学、动物医学等专业推广，逐步融入一流农林学科创新型人才培养的教学实践，通过强化基础教学、突出创新能力培养、拓展农林学科应用，保障一流学科建设工作向前推进。本研究可为同类农林高校有机化学基础课教学提供参考。