新农科背景下“药味、农味、工味”三味一体的天然产物化学课程改革与实践

杜丰玉，肖琳，金玉兰，张保华，王辉

青岛农业大学化学与药学院，山东 青岛 266109

2019年9月，习近平总书记给全国涉农高校书记校长与专家代表回信，要求涉农高校以强农兴农为己任，为新时代高等农林人才的培养指明了方向。2019年12月，教育部牵头全国涉农高校，提出“新农科”建设的“北京指南”，要求推进农业科学与生命科学、工程技术等多学科的教育融合，从而培养农业基础扎实、兼具多学科交叉背景的复合型及创新型“新农人”[1,2]。而支撑“新农科”建设的关键载体在于“推进专业培养体系及课程教学的改革”[3]，其中，化学相关课程作为涉农高校最重要的基础课程之一，具有先导性与适用性，对“新农人”培养也具有重要意义。因此，围绕无机化学、分析化学及有机化学实验等基础化学相关课程，涉农高校教师从教学内容、教学模式及课程思政等不同维度探讨如何更好服务于“新农科”建设。例如：吴秋华等[4]发掘无机及分析化学课程中具有农科特色的教学元素，并将其与化学知识深度融合，应用线上线下混合式教学模式，培养基础扎实的新型农林人才；崔运梅等[5]讲授分析化学课程时，采用教师主导、学生主体的“双主”模式，加强理科与农科内容交叉，并引入课程思政，培养具备知识、能力、素质、情怀的“四有”农林人才；洪昀等[6]则针对传统有机化学实验存在的轻农林特色及轻能力培养等问题，增加“青蒿素的提取、分离与鉴定”等创新性农林特色实验内容，培养“知农爱农”新型人才。

天然产物化学是运用现代科学技术理论研究自然界的植物、动物与微生物等生命体中活性成分的一门学科，培养学生掌握生物活性成分在医药开发、农业及生命科学等领域的应用[7]。天然产物化学是本校应用化学、制药工程等化工与制药类专业的必修课程及植物科学、动物药学等农学类专业的模块课程。然而，传统的课程教学体系已经不能满足“新农人”的培养要求，主要表现为：(1) 课程教学内容受限于教材一般面向医药类专业，“药味”足够，但一定程度忽视了农学类、化工与制药类相关专业的需求，即课程的“农味”与“工味”不足；(2) 课程的教学模式沿用“教师讲授+学生听讲”的“灌输式”教学，知识传授以单向传递为主，无法调动学生学习的主动性[7,8]。

本文针对上述传统天然产物化学教学体系存在的问题，围绕“新农科”对复合型及创新型“新农人”的培养要求，打造“三味一体”交叉融合的教学内容体系，并运用智慧教学工具“雨课堂”，构建互动式教学模式，从而扩展课程的知识面并提升其创新性，为本校的“新农科”建设及“新农人”培养提供支撑。

1 “三味一体”的天然产物化学课程体系设计

天然产物化学系列课程作为医药院校药学相关专业的核心课程，其课程体系设计重在教学模式更新，例如：翻转课堂讨论式的教学模式[9]及开放自主的学习模式等[10]。近年来，随着互联网+背景下“雨课堂”及“腾讯课堂”等智慧教学工具的开发及应用，为进一步构建“教师引导+学生自主”的新型互动式教学模式插上了翅膀，有力提升了课程的教学效果[11,12]。例如：田赛赛等[11]面向医药学院的药学专业讲授天然产物化学，应用“雨课堂”提升学生在课前、课中及课后的参与度；高文超等[12]则通过优化教学内容及借助互联网+教学工具，打造“新工科”背景下适合工科专业学习的天然产物化学课程体系。但天然产物化学作为涉农高校重要的化学课程之一，如何构建“新农科”特色的课程体系仍需深入探索。

本论文围绕复合型及创新型“新农人”的培养要求，从教学内容融合及教学模式创新等两方面打造“三味一体”的天然产物化学特色课程体系，见图1。在教学内容方面，以传统“药味”为基础，根据农学类、化工与制药类相关专业的培养要求，构建以“农味”为特色，融合“工味”元素的“三味一体”教学内容，拓宽学生的专业知识面。在教学模式方面，教师与学生基于智慧教学工具“雨课堂”，教师发布“微课”引导学生自主学习，进而构建“翻转课堂”互动式教学模式。创新的教学模式引导学生更好消化吸收“三味一体”的教学内容，达到融会贯通的学习效果。

图1 “三味一体”的天然产物化学课程体系设计

2 教学内容的多学科交叉融合

构建“三味一体”天然产物化学课程体系的关键为实现“药味+农味+工味”的多学科交叉融合。课程“药味”是基础，讲解不同类型天然产物的结构特征及“药味”应用。“农味”是特色，以典型案例为抓手(表1)，面向农学类专业时，有所侧重的讲解天然产物在防治植物病虫害方面的应用或药用植物的人工栽培技术等“农味”内容，并适度扩展介绍典型案例的提取分离工艺等“工味”内容；而面向化工与制药类专业时，则加强“工味”内容的讲解，适度扩展“农味”内容。

表1 天然产物化学各章节“三味一体”的典型案例

以“提取分离”章节中的黄芩苷案例讲解为例，见表1与图2。首先，讲解黄芩苷的结构特征及其抗炎降脂的“药味”应用，并引出黄芩苷提取分离的原理。在此基础上，面向不同专业各有侧重地讲解黄芩苷在防治苹果及黄瓜主要病害方面的“农味”应用，或黄芩苷在实验室、中试乃至工厂生产中所用的提取分离设备及工艺流程等“工味”内容。通过典型案例的串联与讲解，将抽象内容具体化与形象化，并实现教学内容的“三味一体”融合，从而充分调动学生学习的兴趣性与主动性，拓宽其知识面，更好地服务于复合型及创新型“新农人”的培养。

图2 “三味一体”的黄芩苷教学案例设计

3 互动式的教学模式

传统“灌输式”的单向教学模式已经无法匹配多学科交叉融合的“三味一体”教学内容体系。因此，依托“互联网+”背景下的智慧教学工具“雨课堂”，有机串联“课前预习”“课堂互动”及“课后复习”三个维度，打造“教师引导+学生自主”的“翻转课堂”互动式教学模式(图3)，从而更好地满足复合型及创新型“新农人”的培养要求。

图3 “翻转课堂”的互动式教学模式

3.1 雨课堂有机串联“课前–课堂–课后”

雨课堂为“互联网+”背景下由清华大学及学堂在线共同推出的智慧教学工具，其让智能手机变为学习的工具，有机串联“课前–课堂–课后”三个教学维度，并通过全维度立体化的实时教学数据，实现“教师-学生”的全方位互动[11,12]。

在“课前预习”阶段，教师制作预习微课，并通过雨课堂推送给学生。微课时长3–5 min，形式“微”但内容“精”，引导学生带着思考与问题进入课堂学习；而教师则根据学生反馈的问题，及时调整教学重点[13,14]。在“课堂互动”阶段，教师讲解教学重点后，也通过雨课堂对学生进行课堂测试，测试结果实时反馈。这种“教与学”的实时互动既便于教师深入浅出地讲解重点与难点，也利于学生及时消化与吸收。在“课后复习”阶段，教师通过雨课堂发布章节重点测试，要求学生在规定时间内作答；进一步通过雨课堂的大数据分析，制作针对性的章节微课推送给学生，引导其温故知新。

3.2 “翻转课堂”进一步加强“课堂互动”

“翻转课堂”为教师将简单易懂的教学内容移至“课前–课后”，而在课堂中加强“教师-学生互动”的教学模式[9]。在雨课堂有机串联“课前–课堂–课后”的基础上，进一步围绕各章节“三味一体”的典型案例，实施探究式“翻转课堂”教学(图3)。教师在“课前”发起若干讨论课题，学生组成兴趣小组在“课前”进行资料查询与研读，“课堂”进行报告展示与问答，实现教学内容的深度与广度扩展[9,15]。

继续以黄芩苷教学案例进行说明。在“课前”阶段，教师根据“新农科”背景下不同专业的培养要求，针对性地发起与课堂学习紧密相关又适当扩展的讨论课题。例如：农学类专业布置黄芩药材种植与黄芩苷含量的关系、黄芩苷防治不同植物病害的方法等课题；而化工与制药类专业选择黄芩苷提取分离的现代工艺、分析方法等课题。一般3名学生组成一个兴趣小组，围绕一个课题分工合作，查阅相关文献并制作课件。在“课堂”阶段，首先，各个小组展示并讲解课件内容。随后，采用雨课堂随机点名的方式选择学生提问，小组成员回答。这也充分调动了讲者与听者的积极性，促使其认真讲解报告与主动思考问题。最后，由教师进行点评。点评以鼓励为主，并针对不足提出改善建议，以增强学生的兴趣与自信。在整个过程中，教师担当学生的“引路人”，提出讨论课题并及时回答学生在准备过程中的问题；而学生成为学习的“主导者”，选择课题并分工合作，积极完成课件的制作与汇报。这种探究式的“翻转课堂”教学，既促进了“三味一体”教学内容的深度与广度扩展，又调动了学生学习的兴趣性与主动性，较好地培养了学生的创新能力与综合素质。

4 “三味一体”天然产物化学课程体系的教学效果

笔者按照上述“三味一体”天然产物化学课程体系的教学内容与教学模式，面向本校农学类的茶学18级、化工与制药类的制药工程18级学生进行教学改革，取得了较好的教学效果。首先，学生学习的参与度与主动性显著提高。18级学生作为成长于移动互联网时代的“00后”，更容易也更乐于接受依托“互联网+”雨课堂教学平台的互动式教学模式。学生的课前预习及课后复习课件的查阅率100%，课堂签到率超过98%。其次，学生的期末考试成绩明显提升，见表2。与17级相比，在试卷难度及评分标准基本相同的情况下，18级茶学及制药工程专业的平均成绩较17级分别提高9.1%及9.3%。其中，得益于各章节“三味一体”典型案例的讲解，过去难度较大且失分较多的提取分离综合题得分率分别上升至62.4%及65.7%。最后，学生的创新能力与综合素质得到提升。“翻转课堂”学生报告评分的平均值茶学18级为79.4分，制药工程18级为82.6分。其中，18级制药工程的两个兴趣小组还围绕报告所选课题进行了更加深入的实验验证与探究，分别获批校级及国家级大学生创新创业项目各一项。

表2 期末考试成绩比较

5 结语

围绕“新农科”建设培养复合型及创新型“新农人”的要求，以天然产物化学课程为载体，面向本校农学类、化工与制药类的不同专业，建立以“药味”为基础，“农味”为特色，并融合“工味”元素的“三味一体”教学内容体系。在此基础上，构建依托于雨课堂的“教师引导+学生自主”的“翻转课堂”互动式教学模式，从而充分调动学生学习的兴趣性与主动性，引导其自主学习与创新学习。通过本课程的改革与实践，拓宽了学生的知识面，增强了其创新能力与综合素质，为本校的“新农科”建设及“新农人”培养提供支撑。