高等农业院校有机化学立体教学模式的构建——以吉林农业大学为例

洪波，陈元晖，赵淑杰，刘文丛

吉林农业大学资源与环境学院，农业资源与环境国家级实验教学示范中心，长春 130118

从2019年“安吉共识”提出新农科建设的新理念[1]，到“北大仓行动”明确了新农科建设实施方案，为涉农高校基础课程改革指明方向[2]，再至“北京指南”发布开启新农科研究与实践的“百校千项”新项目[3]，“新农科”建设已经进入第4年，高等农林院校在农林人才培养模式、课程建设等方面进行了很多研究和实践[4–8]。吉林农业大学在吉林省内率先实施跨专业门类的大类招生培养改革，在全面推进新农科建设过程中，积极探索实施“一省一校一所”“三融三通”协同育人机制，提出以学科交叉为基础的复合应用型人才培养目标[9,10]。2021年，全国新农科建设工作推进会在吉林农业大学召开，全面总结新农科建设新进展、新成效，部署进一步加快推进新农科建设，汇聚全国农林院校合力，助力乡村全面振兴[11]。

有机化学是高等农业院校一门十分重要的通识课程，为大部分涉农及非农专业，如农学类、自然保护与生态类、植物保护类、食品科学与工程类、生物技术类、中药学类等专业提供基础知识和实验技能[12]。有机化学的教学内容具有反应类型复杂、反应方程式多、立体化学问题抽象性强等特点，是学生们公认的比较难掌握的基础课程之一[13]。在传统的课堂授课模式下，有机化学的课程教学面临着越来越多的挑战，主要包括：以教师讲授为主的教学过程，学生容易疲倦，难以长时间保持学习兴趣和状态；学生对知识掌握主要靠机械记忆和理解，缺乏感性认识；课程资料主要是书籍、教材等，多年一成不变的平面化的辅助材料不利于学生能力的培养；学生能参与的课程活动较少，缺乏师生、生生等互动活动。

随着现代科技的发展，互联网、大数据、人工智能、5G等信息技术不断渗透和影响着我们的生活，也一直在潜移默化地影响着教育教学的众多方面。充分利用网络环境，构建三维立体教学模式以解决在教学中遇到的问题，提高课程教学质量，是时代和科技发展的要求，也是实现“新农科”培养创新型、复合应用型和实用技能型农林人才的重要手段和途径[14]。在多年的有机化学教学实践中，我们教学团队成员坚持与时俱进，积极致力于探索和改进课程教学模式。立体化教学模式是基于网络环境，在时空领域进行教学实践活动，让有限的课堂向空间发展。打破单向行进的一维“直线型教学”，构建互动发展的“多维度教学”“以学生为中心”教学模式。将现代信息技术与教学活动有效融合，以激发课堂活力、展现教学魅力、提升学生能力，从而促进课程教学质量不断提高[15]。

本文以吉林农业大学有机化学课程为例，深入探究以信息技术手段为依托、以强化自主学习为核心、以提升实践创新能力和进行科学考核评价为导向的立体教学模式的构建策略，从而有效助力有机化学课程建设水平的全面提升，同时也为其他高等农业院校的有机化学课程改革提供一些参考。

1 有机化学课程建设基础

吉林农业大学有机化学课程，2013年建设成为吉林省高等院校“精品课程”。随着信息技术在教学中的应用和发展，2017年，教学团队与时俱进，借助超星集团在线课程平台，着手进行在线开放课程建设，目前已累计录制课程视频74个，总时长606 min，建设测验和作业的习题总数1844题，考试题库总数1174题，另外还有课程课外学习资料229个。课程通过了复旦大学教师教学发展中心与美国在线教育质量保障机构(Quality Matters)合作开发的高等教育在线课程质量标准(FD-QM标准)认证。2020年，被评为吉林省本科高校“精品在线开放课程”。目前已有来自吉林农业大学、西南大学、新疆农业大学等14所学校的7224名学生参加课程学习。

课程教材为普通高等教育农业农村部“十三五”规划教材，全国高等农林院校“十三五”规划教材，由来自吉林农业大学、东北农业大学、延边大学和沈阳农业大学的教师共同编写。教材充分考虑教学对象的特点，注重体现知识的完整性、独立性和连贯性，加入了学科发展的新成就，使教材紧跟时代发展。教材注重学生的学习体验，作为新形态教材的探索，配有丰富的数字化课程资源，我们将部分抽象内容制作成动画，在书中相应位置设置二维码，学生可实时手机扫码观看，实现平面文字与动画的一体式阅读，而且学生可以登录“学银在线”平台，参与和教材匹配的“有机化学”在线课程学习，实现多维度学习。

此外，有机化学课程充分利用吉林农业大学功能齐备的智慧教室资源，并依托农业资源与环境国家级实验教学示范中心和基础化学省级实验教学示范中心，使有机化学课程中翻转课堂、自主实践和交叉学习等立体化教学得以顺利进行。

2 有机化学立体教学模式的构建

有机化学立体教学模式的构建，主要分为课前、课堂、课后三个层次并结合空间维度进行设计与实施(图1)。课前部分中，合理利用网络在线课程，提升在线课程视频库、素材库、知识库和题库的建设水平，充分调动学生自主学习的积极性。课堂部分中，基于BOPPPS (Bridge-in，Objective，Pre-assessment，Participatory learning，Post-assessment，Summary)教学模组，实施翻转课堂教学，以线上资源为基础，以讨论、交互、模仿、实践等方式代替传统的讲授法，强化学生在学习过程中的主体地位。课后部分中，积极推进课程评价改革，引入线上学习行为、翻转课堂学习行为等过程性评价，并建立阶段性评价体系。实践环节中，结合新农科建设要求，依托各级“大学生创新创业”训练项目支持，充分锻炼学生的创新性思维和综合实践技能水平。

图1 有机化学立体教学模式

2.1 课前学习——线上学习资源的丰富与完善

2.1.1 优化课程资源的形式和内容

在线课程学习资源的优化一直在不断进行。在原有资源的基础上，近年来主要着力于提升视频类、图片类等可视化学习资源占比，增设与课程内容相关的前瞻性、拓展性、应用性的辅助资料，同时减少强制性学习任务的数量。在线课程的题库建设中，实行梯度、难度分类标准，并根据学生学习情况，动态调整各难度层级的题目占比，以便学生在进行自主学习时根据自身情况合理安排学习活动。

2.1.2 优化课前学习互助和研讨活动

鼓励学生在课前组成学习小组，在超星学银在线平台完成课前线上学习，学习小组汇总自主学习成果后，发现问题并尝试以组内、组间交流的方式进行解决。教师就重点、难点问题设置主题讨论，对学生的自主学习进行合理引导。

2.1.3 优化多平台资源整合和共享

在超星学银在线平台完成线上课程建设的基础上，由教学团队成员在网易云课堂、腾讯微课堂、中国大学MOOC等其他平台上广泛搜集、整理和汇总优质的开放课程资源并分享给学生，在拓展学生知识和眼界的同时，实现“教”与“学”的共同进步。

2.2 课堂设计——基于BOPPPS+翻转课堂

2.2.1 利用信息化技术实现核心知识点的讲授

对于难度较大、系统性较强或自主学习阶段难以掌握的课程内容，采用案例视频播放和点评的方式，实现交互讨论学习，提升学习效果。对于抽象性较强的课程内容，采用虚拟仿真和模型实操的方式，加强学生对于相关理论概念的直观感受。对于应用性较强的课程内容，以图像、视频的方式向学生展示相关的实验操作或生产流程，进一步激发学生的学习兴趣。

2.2.2 利用BOPPPS+翻转课堂实现学生的参与式学习

教学过程采用BOPPPS+翻转课堂相融合的形式组织教学。教师对学生在课前互助研讨活动中的完成情况和无法自行解决的难点问题进行总结，提出讲解纲要。各学习小组进行分工，每个课堂选取3–5个学习小组汇报学习成果，参考讲解纲要对重点问题进行重点讲解。采用“生讲生评”的方式，鼓励学生自主地对讲授效果和学习效果做出评价，教师引导学生对关键知识点进行组间讨论。对于学生在自主学习过程中无法深入理解的知识点和无法解决的问题，教师进行补充性讲解，使学生在积极参与过程中提升学习能力，同时确保学生对于重点难点知识的理解和掌握。

2.2.3 对教学效果进行实时跟踪和动态调整

在教学过程中，教师通过线上学习平台管理端可以实时地对学生的学习效果进行分析，收集学生对于课程教学的反馈和意见，结合学生的专业特点和能力水平，对讲授法和翻转课堂教学的覆盖范围、内容形式、评价标准进行动态调整，以实现有效的教与学，提高有机化学课程教学质量。

2.3 课后活动与评价——多样化实践活动的探索和多层次评价体系的建立

2.3.1 拓展多样的课程教学组织形式

开展与课程内容相关的学习交流、热点辩论、文献报告等多种形式的拓展学习活动，帮助学生尽快脱离高中阶段形成的应试学习模式，注重培养学生运用所学知识解决实际问题的能力。

2.3.2 开展多方面的实践活动

依托教学团队所在资源与环境学院的农业资源与环境国家级实验教学示范中心和基础化学省级实验教学示范中心的技术条件以及各级“大创”项目的支持，鼓励学生尽早进入实验室或教学实习基地，基于所学的理论知识进行验证性和探索性实验，提升学生的实验技能，培养初步的科学研究能力，为实现复合应用型人才的培养目标奠定基础。

2.3.3 建立多层次的考核评价体系

破除原有的以期末试卷为主的考核体系，重视学习过程中的考核，建立过程性评价和终结性评价并重的成绩评价体系(表1)。过程性评价主要基于学生课前学习、课堂互动、期中测验、翻转课堂表现等，以系统评分+生生互评+教师评阅作为主要依据，过程性评价和终结性评价在总成绩中各占50%。

表1 学业考评方式

与传统教学模式和线上教学模式相比，我们的评价方式更加重视过程性评价，评价形式和评价方法也更全面、更丰富多样(表2)。

表2 有机化学立体教学模式与其他教学模式学业考评方式比较

3 有机化学立体教学模式实施和效果

3.1 有机化学立体教学模式实施——以旋光异构为例

我校有机化学教学模式一直在不断进行构建、实践、推进和完善，目前已基本建立完成了线上线下有机融合的立体教学模式。有机化学中旋光异构部分对理解有机化合物结构和性质、研究有机化学反应机理、设计不对称合成路径、阐明天然产物结构和生理功能的关系等都起着重要作用，在医药、农药、香料、染料、功能材料和生命科学的研究领域都具有十分重要的意义。但是，立体化学部分内容抽象，不好理解，一直是学生学习本门课程的重点和难点。下面基于旋光异构部分的一个教学案例，介绍立体教学模式的具体实施过程。

3.1.1 教学内容

主要包括两方面内容，分别是：(1) 什么是对映异构体；(2) 分子结构与旋光性的关系，判断分子是否具有旋光性。

3.1.2 学习目标

知识目标：(1) 记忆和理解对映异构体的概念；(2) 辨析分子结构与旋光性的关系，根据分子结构判断分子是否具有旋光性。

能力目标：(1) 通过小组讨论，提高学生分析和解决立体化学问题的能力；(2) 提高学生的表达能力，加强团队合作意识。

情感目标：(1) 学习科学家对科学研究的积极探索、默默坚守和勇于创新的科学精神，了解中医药对人类的贡献，培养学生的民族自豪感和文化自信；(2) 引导学生发挥自己的专业特长，“学农爱农”为“强农兴农”打下坚实基础，树立造福社会的人生理想。

3.1.3 教学重点和难点

教学重点：使学生能够理解什么是对映异构现象。解决的策略主要是通过学生自主学习在线课程，观看课程视频、观看动画、AI视频等，可基本理解对映异构现象，并通过绘制主要知识点思维导图建立起知识点间的逻辑关系，章节测验可以帮助教师和学生了解学生对知识点的理解情况。

教学难点：如何根据分子结构判断分子是否具有旋光性。解决的策略除学生自主学习在线课程中的课程视频、观看动画、AI视频等，线下课堂教学中主要采用研讨式教学手段，通过小组讨论、举例、测试等方式，逐步引导学生正确地根据分子结构判断分子是否具有旋光性。

3.1.4 教学过程

(1) 课前：教师向学生推荐关于对映异构体的AI视频等资料，学生自主学习在线课程5.0、5.1、5.2 (图2)，预习并绘制思维导图。

图2 第五章旋光异构的在线课程目录

(2) 课堂：以屠呦呦教授发现具有旋光性的青蒿素为例，引出具有旋光活性物质的重要性。在学习通中发起主题讨论，请学生举例说明生活中哪些物质具有旋光性，教师收集主题词，总结学生们的回答。激发学生的学习兴趣，引导学生主动思考，引出本节课对映异构现象的学习，并启发学生学习优秀科学家的科学品质。在学习通中发起投票，请学生就肌肉运动产生的乳酸和牛奶发酵产生的乳酸是否相同进行投票。分别采用AI视频和球棍模型演示两种乳酸的结构，说明对映异构的概念。请学生判断甲烷是否有旋光性，使学生知道不是所有的有机化合物都有旋光活性，引出如何判断分子是否具有旋光性这一关键问题。比较乳酸和甲烷结构上的区别，总结根据分子结构判断分子是否具有旋光性的方法。将学生分组，每组发1张写有4个化合物结构式的图片，让学生讨论图片中的分子是否具有旋光性，每组选1名代表讲述讨论结果和理由，学生间的研讨有利于对知识点的深入理解，同时可以培养学生的团队合作精神和训练学生的语言表达能力。学习通里发布随堂测验，进一步了解学生的掌握情况，强化学生对根据分子结构判断分子是否具有旋光性的掌握。最后，教师对本单元学习的主要内容进行总结，布置作业，请学生课后小组讨论如何标记两种不同结构的乳酸。

(3) 课后：学生在课后研究讨论教师布置的讨论问题，巩固课堂学习内容，同时也是下一个知识点的学习目标。此外，教师定期鼓励学生参加线上和线下多种形式的各种学术讲座和会议，推荐学生阅读文献或者指导学生自行查阅文献，了解科学研究前沿和热点问题，并适当进行分享。同时，借助我校已经实行的本科生导师制模式，支持本科学生进实验室参与指导教师的科研工作。教学团队成员每年都参加指导国家级、省级、校级“大学生科技创新基金项目”，在提升学生的实验操作技能的同时，进一步培养学生严谨的态度和科学的作风，以及从事科学研究的思路和能力，为复合应用型人才的培养目标奠定基础。课程总的学业考评按照表1中各项内容进行。小组讨论考核成绩为多次考核成绩的平均分。以本次小组讨论为例，考评方式包括组间互评占50%、组内互评占30%、教师评分20%，其中组间互评和组内互评制订了详细的评价量规与评分表一起发给学生，作为评分的依据。组间互评的评价内容包括汇报内容、PPT制作(如有)、汇报过程、答疑环节、平时表现等，组内互评的内容包括个人任务完成情况、合作态度、对小组学习贡献、创新情况、合作效果等。

3.2 有机化学立体教学模式实施效果

我校有机化学立体教学模式的构建，一直在不断进行实践、推进和完善。线上/线下立体教学模式所需的平台和资源建设、翻转课堂体系下所需的教学效果评价和反馈机制建设以及多样化课堂组织形式和实践活动所需的软硬件建设已基本完成，教学团队的教师结合各授课专业的培养方案和学情信息，反复研讨，以教学执行大纲的形式各自分别制订有针对性的有机化学立体教学模式的实施细则。在教学实践中前期首先在应用化学、环境科学与工程类、自然保护与生态类等专业的有机化学课程教学中，开展立体教学模式试点。重点考察学生在课前学习互动研讨活动中的积极性及完成情况，以及学生在翻转课堂中的“讲”的表现和“学”的效果，并初步引入多层次评价机制。及时收集整理学生、教学团队成员、教学督导对于创新教学模式的反馈和意见，并就教学效果和学生满意度等与传统教学模式进行对比分析，及时解决立体教学模式构建中产生的问题。根据各专业的专业特点和人才培养方案，在全校范围内的有机化学课堂进行立体教学模式的推广。进一步研究巩固课前学习研讨和翻转课堂教学取得的成果，完善线上-线下教学同步交叉的运行机制，引入多样的创新教学组织形式与实践活动，加强与“大创”项目的融合，全面提升学生的知识和能力水平。教学团队成员也在实践中不断总结教学模式构建中的成功经验和研讨现存问题，并及时反思与调整。

以学生学习为中心建立的有机化学立体教学模式，改变了传统的教师讲授为主的教学方式，极大地提高了学生参与度，提升了学习效果，受到学生好评。学生在持续不断的多次自主学习、绘制思维导图、小组讨论等学习活动过程中，逐步提高了学习主动性和积极性、独立思考能力、分析问题和解决问题的能力。一些本科生通过“大创”项目参与团队教师的科研工作，发表多篇研究论文，指导的多名本科学生获全国“挑战杯”大赛、吉林省大学生环境创新大赛、吉林省创新创业大赛等奖项，体现教学与科研的深度融合，为后续课程学习打下良好的知识基础的同时，也为培养符合新农科建设所需的新型人才奠定了基础。

4 结语

本文结合吉林农业大学新农科建设和大类招生培养的实际情况，深入分析了面向复合应用型人才培养目标构建有机化学立体教学模式的可行性和必要性，提出了一套以线上学习、BOPPPS+翻转课堂、培养实践能力和多层次评价为主要内容的有机化学立体教学模式的实施路径，构建了课前、课堂、课后全过程有效参与教学的资源与管理。基于网络和多媒体技术的立体教学模式的构建，极大地提升了学生学习有机化学课程的兴趣和效率，强化了学生在课程学习中的主体地位，有效改变了长期以来有机化学课程在学生心目中枯燥、死板的固有印象，支撑了学生创新实践能力的培养，同时也助力了教师教学水平的提升。在未来的教学实践中，我们还将与各专业课教学团队进行密切协作，提升有机化学立体教学模式与专业课课程改革的契合度，以期更好地服务于新农科建设背景下的农林人才培养目标。