新农科建设背景下农药分析化学教学改革实践

韩丽君，潘灿平，刘丰茂，刘丹，徐彦军，杜凤沛

中国农业大学理学院，北京 100193

1 农药分析化学在农业特色化学人才培养中的地位与作用

随着我国现代化教育事业的快速发展，与国际接轨、培养新时代复合型及创新型人才的需求成为大势所趋。我国的现代化建设离不开农业农村现代化，农业农村现代化关键在科技、在人才。在新时代强国兴农背景下，2019年教育部启动振兴我国高等农林教育的“新农科”建设重大举措，提出“新农科”建设的目标是面向国家战略发展需求、培养具有国际竞争力的、具有“知农爱农情怀”和“强农兴农本领”的复合型人才，为国家农业绿色高质量发展和乡村振兴服务。

农业与农村事业的发展离不开农药，农药学科的发展则离不开化学与应用化学学科的发展。农药学科是研究农药设计与合成、农药分析化学、农药环境毒理学、农药制剂学、农药生产工艺学、农药使用技术等专业内容的一门综合性科学，是以有机化学、分析化学、物理化学、高分子化学等内容为基础的科学。因此，农药学科研究的很多科学问题是化学与应用化学学科的深化与延伸，它结合了农业院校的专业特点，在化学、应用化学人才培养方面独具特色。

农药分析化学是农药学科的重要研究内容之一，其主要研究内容又分为农药常量分析与农药残留分析两大部分，其中农药常量分析是农药产品化学研究的重要手段，主要包括农药原药全组分分析、农药产品(原药和制剂)中有效成分的含量分析、理化性质分析，以及杂质的定性定量分析等；农药残留分析则主要关注施用于农田的农药在农田环境及作物中的消解动态及残留情况以及各种影响因素的研究，主要包括农药残留分析方法与检测技术、农药标准、农药田间试验、储藏稳定性等内容。农药分析化学的研究内容涉及到很多分析化学和仪器分析的基础知识，但农药分析化学又不止于此，因为它又结合了农药学的专业特点，是分析化学和仪器分析的科学延伸和具体应用。

农药分析化学课程的开设情况在国内外有所不同。在对国外的教学体系研究中，经过对国外几个涉农院校的课程查询，并没有查询到类似农药分析化学的专门课程。例如，在美国加州大学Davis分校，涉及农药学的内容分布在植物学和昆虫学等学科体系中进行讲授学习。在我国，各大涉农院校的应用化学、植物保护、农药学、食品及农产品安全、制药工程、环境安全等相关学科专业都开设了农药分析化学相关或类似的课程。中国农业大学在本校化学与应用化学专业创建之初就开设了农药分析化学课程，随着农药学科和化学分析技术的不断发展，该课程也在不断更新和发展。目前，农药分析化学是结合本校专业特色，针对化学、应用化学、农药学、植物保护、农产品安全、食品科学等专业开设的一门应用面很广的专业基础课，理论课与实验课并行。虽然各个院校设置的课程名称根据各自的专业特色不尽相同，但相关课程的开设为学生毕业后从事有关农药质量检测与监测分析、环境有机污染物分析、食品安全以及农产品安全、进出口检验检疫等相关行业培养了大量的专业人才。

2 我国农药分析化学课程现状与存在的主要问题

随着我国农业现代化建设的不断深入，我国的农药行业也突飞猛进。据统计，到2020年，我国农药生产企业已经达到1705家，我国农药内需138万吨，出口239.5万吨，出口量同比增长29.3%，出口占比超过了60%。“十四五”时期，我国将围绕农药产业发展的新目标，着力构建现代农药生产体系、经营服务体系、安全使用体系、监督管理体系和研发创新体系；“十四五”期间的重点工作将是推动农药产业生产集约化、经营规范化、使用专业化和管理现代化。在这种持续推进农药产业绿色创新、高质量发展的时代背景下，2019年教育部提出“面向国家战略发展需求”培养复合型创新人才的“新农科”建设重大举措，为各大院校改革人才培养方案、培养新时代化学与应用化学专业人才提出了新的要求，相应的一些专业课程的教学工作也遇到了新的机遇和挑战。

近年来，我们在农药分析化学教学实践中逐渐意识到，目前各农林院校开设的“农药分析化学”教学体系存在一些与时代要求脱节的“薄弱环节”和“明显短板”：

一方面，表现在农药分析化学的教学实践存在“重应用轻科学、重残留轻产品”的薄弱环节，即教学内容以应用技术的学习为主、科学探究的内容较少；农药残留分析为主，农药常量分析(主要针对产品质量分析)的内容涉及较少。这主要是由于以前我国的农药工业不发达，农药分析化学方面的应用人才较少，而同时农药残留导致的农产品和食品安全问题又较多，因此农药分析化学与当时的人才需求接轨，侧重于培养农药残留分析方面的应用化学技能型人才。直到现在，大部分农林院校也只开设农药残留分析课程，几乎不涉及农药产品质量分析，课堂内容也侧重于应用技术；只有少量院校开设了同时涉及农药质量分析和农药残留分析的教学内容。

另一方面，表现在农药分析化学的教学实践存在“重技术轻管理、重传授轻育人”的明显短板，即教学内容以农药分析方法和检测技术为主，与之相关的农药管理方面的内容涉及很少，而对于当前农药分析方面的国际形势更是没有涉及，无法体现对人才综合素质的培养。目前传统的农药分析化学或农药残留分析课程主要针对农药分析方法和技术作为教学内容，详细介绍样品的采集、样品前处理、有效成分的化学分析、光谱分析、色谱分析及色质联用等分析技术的基础理论和实验技能，对于农药分析化学有关的实验室管理、国内外农药管理体系和农药登记法律法规、农药分析及相关标准体系建设、农药标准相关的农产品贸易壁垒等方面的科学内容几乎没有涉及。然而，随着我国国际地位的不断提升、农药生产及出口贸易的快速发展，国家对农药分析化学相关的人才培养和教学目标提出了更高的要求，传统的教学体系已无法适应当前农药分析化学领域的国际化趋势。

近年来，各兄弟院校也在农药分析或残留分析教学方面进行了一些改革探讨。例如，西北农林科技大学开设的农药分析与残留分析课程[1]、青岛农业大学开设的农药分析与残留测定课程[2,3]以及河南牧业经济学院农产品检测专业的农药残留分析课程[4]，在农药残留分析的基础上均适当增加了一些农药质量标准、农药有效成分分析方面的内容；另一些教学团队提出根据应用化学专业特点，提倡产学研结合[5]，提出将科研实践与教学内容相结合，增加最新研发的农药残留分析前处理及检测技术的介绍，提高课程的实践性和应用性[6,7]；一些教学团队也在基于网络平台[8]、多媒体技术[9,10]、信息化教学设计[11]等方面提出了采用多媒体信息技术提高教学效果，采用小班授课[12]、提问式和解疑式教学方法[13]、增加讨论和实验课内容、改革教学评价方式[14,15]等方面的建议；另一些团队则针对植物保护专业的农药残留分析课程的实验教学方法[16,17]提出了改革措施；此外，安徽农业大学在农药残留分析课中也开展了双语教学的改革尝试[18]。可以看出，一些院校在“重应用轻科学、重残留轻产品”方面已有一些改革措施，但仍需加强，此外，随着我国农药管理、登记及标准体系的逐步建立健全和与国际接轨，“重技术轻管理、重传授轻育人”方面也十分不足。

针对以上问题，本教研组在农药分析化学课的教学实践中，结合本教学团队多年来在农药分析、农药管理、登记及标准制定等方面的科研工作，对相关知识进行归纳总结并写入教材，同时参考其他院校的教学经验，在课程内容、教学方法等方面进行了相应的教学改革与教学尝试，旨在为学生提供一个开拓视野、了解国际发展趋势、培养全局发展理念的教学平台，使学生掌握相关专业知识和实验技能的同时，了解农药分析化学学科的国际化趋势，建立科学的世界观和发展观，提高学生的历史使命感和国际竞争力。本文将本教研组在农药分析化学教学改革探索过程中的实践体会进行讨论和思考，希望为兄弟院校同行们提供参考。

3 农药分析化学课程建设研究与实践

在适应新时代发展潮流的教学改革中，农药分析化学课程的基本目的是让学生对农药分析化学的学习目的和用途有全局概念，在掌握农药分析化学基本理论知识和实验技能的基础上，了解相关国际组织和世界各国在农药分析化学方面的管理理念和最新实践，提升学生对我国在农药方面的国际影响力和提升国际地位的认识水平，培养学生“知农爱农”的爱国情怀和“强农兴农”的使命感和责任感，为我国的农药工业和农业现代化培养具有国际竞争力的复合型专业人才。基于这样的教学培养目标，针对目前存在的“重应用轻科学、重残留轻产品、重技术轻管理、重传授轻育人”等问题和短板，农药分析化学教学小组以问题为导向，从教学模式、教学内容、教学方法和教材建设等多方面进行了教学研究与改革实践。

3.1 以学生为教学主体，采用循序渐进的“混合教学模式”

在大部分高校的课程设置中，选修或必修农药分析化学课的学生主要来自化学、应用化学、农药学、植物保护、制药工程、环境科学等不同的专业方向。对不同专业或不同年级的学生，采用循序渐进的“混合教学模式”，有助于因材施教，提高学生科学探究的能力。

如图1所示，“混合教学模式”主要指课堂教学与线上学习平台的有机结合，对于课后练习或交流讨论可以在线下线上结合进行，构建一种灵活多样的多元化教学模式。学校建立的网络教学平台和虚拟实验平台对混合教学的开展很有帮助，教师可借助这些平台建立课程资源共享，学生可以利用这些网络资源进行课前和课后自主学习。教师还可将有关的课程讲义、教学课件和相关的音频视频教学资源上传到网络平台，供学生们进行课前预习和课后复习使用。有一些课程内容会涉及到其他一些基础的原理知识，我们也会把相关的视频资料上传到网络平台，或者提供相关中英文网络资源的网站链接。有一些网站采用动画制作，内容形象生动，有助于激发学生对课堂知识的学习兴趣，对课上的知识内容也是一种适当的补充。

图1 循序渐进的“混合教学模式”示意图

此外，在开始的教学摸索中，我们根据国际上比较流行的教学方法，建立课后小组线上或线下讨论环节，让学生对课后作业及案例分析中的收获、疑问、思考和建议进行讨论和留言，对学生遇到的一些共性问题可进行统一答疑和统一点评，提高了学生进行科学探究的能力和学习效率。

3.2 教学内容的模块化设计

基于目前农药分析化学课程普遍存在的“重残留轻产品”的薄弱环节及“重技术轻管理”的明显短板，在教学体系中补充了农药常量分析及国内外农药登记与管理、农药标准体系、实验室GLP管理等方面的相关知识内容，同时在教学过程中根据农药分析化学各部分内容之间的内在联系与知识特点，将教学内容进行模块化设计(图2)，使学习内容更加系统完整，各模块内容之间的内在联系一目了然，知识体系更能够适应当今时代对学生知识结构的需求。

图2 教学内容的模块化设计

在具体学时分配方面，可在各模块内划分单元，具体分配每个单元学时的课程内容。以本教学团队的课程安排为例，农药分析化学理论课共32学时(另有单独实验课48学时)，划分为四个模块，每个模块大致分为四个单元，每个单元2学时，具体见表1，涵盖了所有教学内容。但不同高校对该课程的学时数安排会各不相同，例如有的学校安排农药分析课程一共48学时(理论18学时+实验30学时)，课时差异很大。因此在教学实践中，还需要任课教师按照实际学时数合理安排，再结合本校专业特色来具体确定教学内容的增减。例如，在农药标准方面的内容，在学时数较少的情况下，可以只介绍标准的参数设置和方法要求，具体标准的详细制定过程就不做介绍。

表1 课程模块、教学单元的内容设计与学时分配(共32学时)

3.3 结合案例分析实现教学内容的融会贯通

从教学内容设计图可以看出，农药登记与管理、农药标准及GLP管理体系等知识内容与农药常量分析及农药残留分析两大块学习内容在各个环节都是相互关联的，为了能够把不同模块的教学内容之间的内在联系清晰表述并灵活运用，在讲授教学单元内容的同时，在课后练习中加入了具体的案例分析与课上课下讨论环节，打破了各个独立教学单元内容之间的界限，让学生按照学习进度选择合适的学习资源进行资料查询、探讨解决问题的方法和建议并展开讨论，在得到相应的教学指导的过程中达到将各单元知识融会贯通的目的。

表2列举了在农药质量分析、农药登记与管理、农药标准、风险评价及技术性贸易措施等教学模块中采用的教学案例分析和讨论内容。以技术性贸易措施模块中的农药残留限量(MRL)标准的制定或修订单元为例，这部分课程内容讲授了MRL的概念、查询方法及适用范围，说明了各国MRL制定原则及过程的相似及不同，然后进入案例分析与讨论阶段。该案例是以欧盟于2018年初发出的SPS通报(G/SPS/N/EU/231)为实际案例进行讨论，该案例是关于欧盟对茶叶中高效氯氟氰菊酯的最大残留限量标准进行修订的信息，具体内容是欧盟将茶叶中高效氯氟氰菊酯的最大残留限量(MRL)从之前的1.0 mg·kg−1调整为一律限量0.01 mg·kg−1。这个案例引导学生练习查询茶叶中高效氯氟氰菊酯在我国及欧盟的限量标准及登记情况，并请学生按照图3的分析流程进行查询对比，讨论这一案例会产生什么影响，并提出解决方案。学生在按图3中的步骤练习了资料查询后，发现高效氯氟氰菊酯在我国茶叶中不仅有登记，并且我国的MRL高于欧盟标准(即图3中的“严于我国”)，大家都认识到欧盟的这一变化将对我国向欧盟的茶叶出口贸易产生巨大影响。然后指导教师进一步引导学生从MRL的适用性及制定方面的知识讨论可以采取哪些应对措施，最后提出茶叶中MRL的修订建议及调整茶叶生产用药的建议。通过这种实际案例的分析，学生在课堂上听到的MRL相关理论知识很快得到了具体应用和深入理解，农药残留分析与农药登记管理两方面学习内容之间的内在联系也就变得非常深刻而具体。

图3 茶叶中高效氯氟氰菊酯的限量标准SPS通报案例分析

表2 课程模块、教学内容及案例分析与讨论关系图举例

3.4 积极推进双语教学，培养“国际型”应用化学人才

在与国际接轨的新发展形势下，农药分析化学课程中会有很多课件内容和参考文献来自国际网站和英文资料，因此适当推进双语教学，能够帮助学生更好地理解课堂内容，提高文献查询和阅读能力。目前国内高校教学实践中采用的双语教学模式大多属于两类，一类为“中英混合型”，另一类为“术语引导型”[19]。对于农药分析化学课程来说，采用双语教学的目标是帮助学生更好地了解国内外农药分析方法和技术、农药管理理念、农药标准的制定和实施等方面的知识，学生需要掌握一定的英文专业术语和具有一定的英文阅读能力。因此建议采用“术语引导型”，即基本术语和概念采用中英文混合讲义，教师主要以中文讲授，辅以中英文混合课件和课后材料，要求学生掌握相关的专业术语和词汇，课后能够查询相关的专业资料，帮助学生提高查阅资料方面的能力。

3.5 思政教育贯穿于农药分析化学教学全过程

大学作为国家培养人才的主体，立德树人应当成为教育教学的首要目标。古人云：“师者，传道授业解惑也。”在教学过程中，为学生传授专业知识、答疑解惑十分重要，但传授良好的社会公德意识、道德价值观、科学发展观和社会责任感更是重中之重。

我国是农业大国，随着农药产业的快速发展，我国也成为了农药生产和出口大国。随着我国农药国际地位的不断提升，我国各种农药标准与国际接轨的必要性也日益迫切。在与国际接轨的新农科建设背景下，我国的农药科研、管理单位及农药企业也在积极参与到国际农药管理体系中，为我国的农药事业发展适应国际环境奠定基础[20]。尤其是自2006年7月国际食品法典委员会(CAC)确定我国为国际食品法典农药残留委员会(CCPR)新任主席国以来，我国陆续承办了第39届之后至今每年一度的CCPR会议，参与组织和主持残留试验资料评估及农药最大残留限量标准制定等工作，标志着我国在农药分析化学领域的话语权和国际影响力得到了有力提升。我国农药分析化学领域的很多专家学者都积极参与到了CCPR国际农药管理和农药标准制定等相关领域，促使我们在教学工作中需要紧跟农药分析领域的国际化趋势，亟需培养具有国际竞争力的后备人才。因此，在农药分析化学教学中，要把育人贯穿其中，使学生通过学习和了解我国参与相关国际组织和世界各国在农药分析化学方面的管理和最新实践，提升学生对我国在农药方面的国际影响力和提升国际地位的认识水平，培养学生“知农爱农”的爱国情怀和“强农兴农”的使命感和责任感，提高文化自信，树立为我国农药工业和农业现代化事业添砖加瓦、奉献青春的思想理念。

3.6 注重教材建设，新编新颖全面的专业教材

农药分析化学课程存在“重残留轻产品”及“重技术轻管理”等短板的另一个制约因素，就是我们的教材也存在同样的短板，即大部分农药分析化学相关的教材都偏重于农药残留分析及分析方法与检测技术的知识介绍，缺少农药产品分析及农药管理方面的知识内容，缺乏紧跟时代步伐的内容全面的专业教材。

在“新农科”建设背景下，我校“大国三农”系列规划教材建设项目同时开展，本着农药分析化学教学适应国家农业发展战略的改革思路，本教研组与国内各大农林院校的专家学者一起对《农药分析化学》教材进行了重新编写。新编的教材重视分析技术与国际化管理相结合，基础理论知识和最新研究成果相结合，采用了诸多国内外最新研究案例，以提升学生的理论实践结合能力为主旨，教材内容不仅涵盖了农药质量分析与残留分析的基本理论、方法技术及最新进展，补充了农药常量分析与农药残留分析所涉及到的样品采集与储藏、样品前处理方法和检测技术、农药理化性质分析、农药残留快速检测、农药标准、分析方法确认等方面的新方法与新技术，还增加了农药分析实验室的GLP质量管理、国内外农药登记和管理中的农药产品化学与残留化学、农药登记资料要求中的农药化学分析与残留分析、农产品技术性贸易措施、国内外农药残留限量标准的建立制定与应用、国际通行的农药残留膳食摄入风险评估等其他农药分析教材很少涉及到的内容。《农药分析化学》新教材[21]的出版，为各高校开展农药分析化学教学提供了更多的教材选择，并将进一步推进农药分析化学课程改革思路的推广，为课程建设的进一步提高和完善提供坚实的实践基础。

4 农药分析化学课程建设的成效

本教研组根据自身的专业特点，按照上述农药分析化学课程体系的教学内容与教学模式，面向本校应用化学专业的大学二、三年级学生进行了连续3年的教学改革实践，取得了良好的教学效果。

首先，学生学习的主动性和参与讨论的积极性明显提高。尤其是对于案例分析和与实践结合的讨论过程中，学生们能够积极地提出问题，在老师引导下进一步思考和踊跃发言；同时，学生提出的问题能够得到老师和同学们的即时反馈和积极评价，学生进行课堂讨论的积极性越来越高，教学气氛十分活跃，学习成绩也明显提高。

其次，改革后的教学方法得到了学生的认同和好评。我们在网络平台上开辟了一个学生评价专栏，建议学生对每个学习单元的教学效果给出自己的评价和建议。学生们针对案例分析的留言最多，他们也认为这种基础知识结合案例分析的互动式学习方式能够充分调动他们主动学习的积极性，对不同模块和不同单元的知识关联和融会贯通也非常有帮助。

最后，学生参与到农药分析化学相关科研创新活动中的兴趣也明显提高。可以看出，这种线上线下互动学习、结合案例分析的教学方式充分激发了学生的好奇心和学习兴趣，在小学期实习过程中主动来到实验室参与农药分析化学创新实践的学生人数逐年增加，很多学生选择进入农药分析化学教研室开展毕业实习，今年又有8位学生主动来到农药分析化学教研组参与创新实验竞赛。这些都说明农药分析化学教学改革实践提高了学生的学习兴趣，开拓了学生的知识视野，取得了良好的教学效果。

5 结语

任何课程的教学改革不可能一蹴而就，农药分析化学教学改革也是循序渐进、逐渐完善的实践过程。在今后的教学工作中，继续积累经验，不断开拓创新，开发适应本校教学环境和学科特点的教学方式和教学内容，向高层次高水平的教学模式发展。农药分析化学教学要实现长期稳定的发展和完善，还需要继续坚持理论联系实际，结合化学学科的快速发展，紧跟当前农药工业和国际发展形势，加强教学资源的建设，不断更新教学内容和教学理念，激发学生的学习兴趣，由学科知识本位走向学生发展本位，将立德树人与培养独立自信、开放包容的创新型、国际型人才作为人才培养目标，在传统的教学方法的基础上引入国际化新元素，使学生在学习过程中与时俱进，帮助学生加深对专业内容的理解和学习，同时体现本校或本学科特色的教学优势和教学特点，培养更多的农业特色的化学人才，为我国“新农科”建设添砖加瓦。