“植物資源化學”課程教學改革初探

(北京林業(yè)大學材料科學與技術學院，北京 100083)

隨著資源短缺和環(huán)境污染等問題的日益突出，可再生生物質資源的開發(fā)利用迫在眉睫。植物資源作為來源豐富的可再生資源，與生物質產業(yè)的發(fā)展密切相關，生物質能源、材料及化學品已經(jīng)成為林產化學加工專業(yè)重要的研究方向之一。該方向的拓展對“植物資源化學”課程的依存度較高，“植物資源化學”課程教學是其研發(fā)及技術革新的源泉。

此外，“植物資源化學”課程對準備在本專業(yè)繼續(xù)深造的學生亦有重要的科研入門指導作用，北京林業(yè)大學林產化學加工專業(yè)將該課程列為研究生入學考試的專業(yè)課程。由此可見，“植物資源化學”課程在整個林產化學加工專業(yè)課程體系中具有舉足輕重的作用。

一、“植物資源化學”課程的特點及教學現(xiàn)狀

“植物資源化學”是輕化工程、林產化學加工專業(yè)的一門基礎理論課程，主要研究植物纖維原料的生物結構及其所含各組分，特別是纖維素、半纖維素和木素三種主要組分的化學組成、化學結構、物理和化學性質[1]。作為一門理論性和實踐性均較強的課程，“植物資源化學”課程以有機化學、分析化學、儀器分析、物理化學、植物學為基礎，涉及制漿造紙、樹木提取物、香料與色素、天然高分子等眾多領域，是學生學習“制漿原理與工程”“生物質能源利用原理與技術”和“植物纖維高值化利用”等后續(xù)專業(yè)課程的基礎和支撐[2]。

然而，由于“植物資源化學”課程教學內容繁雜，涵蓋了大量的抽象概念和零碎的知識點，且無法通過推理獲取，導致很多學生反映該課程難于掌握，影響學生學習的積極性。因此，如何激發(fā)學生的學習興趣，提高教學質量，是該門課程授課教師所面臨的挑戰(zhàn)。

筆者認為，須從如下幾方面進行改革探討：引導學生克服畏難心理，激發(fā)學生學習興趣；梳理教學內容，突出教學重點；改進教學模式，培養(yǎng)學習習慣；改革考核方式，注重能力考查。

二、“植物資源化學”課程教學改革的實踐

(一)引導學生克服畏難心理，激發(fā)學生學習興趣

德國教育家第斯多惠曾經(jīng)指出，教學的藝術不在于傳授而在于激勵、喚醒和鼓勵?！爸参镔Y源化學”課程與基礎化學有緊密的聯(lián)系，通常對基礎化學學習感興趣的學生對該門課程學習的積極性較高；而對基礎化學課程內容掌握欠佳的學生往往會產生畏難情緒。因此，教師應從“植物資源化學”課程特點入手，充分利用該課程涉及到的新概念，巧妙引導學生逐步消除畏難情緒，緊跟教師的思路，掌握好新知識。在此基礎上，查漏補缺，逐步擊破，最終消化所有知識難點。教師在講授“植物資源化學”課程時，可穿插講授相關的基礎知識。比如，在進行纖維素和半纖維兩章內容學習之前，教師可帶領學生簡要復習糖化學的一些概念，包括糖的分類、糖和苷的定義，單糖的結構、構型、構象等內容。這樣由簡入繁、由淺入深過渡到纖維素和半纖維素的內容，既淡化了知識的跳躍性，又降低了學習的難度，使得學生沒有知識脫節(jié)的感覺，有利于學生克服畏難心理、建立自信心。

有研究表明，當學生有學習興趣時，會帶著一種自覺自愿的心理進行學習，更有利于實現(xiàn)學習目標，甚至達到事半功倍的教學效果[3]。筆者在授課伊始，通過播放與所授內容緊密相關的視頻，激發(fā)學生學習的好奇心和求知欲望。視頻中平常隨處可見的廢棄玉米芯，經(jīng)一定的工藝處理和機械化生產后，可加工成具有高附加值的功能糖產品、纖維素乙醇及木素高分子材料。這種和生產生活緊密相關的玉米芯“吃干榨凈”的綜合利用，在學生看來是既陌生又奇妙的。

另外，“植物資源化學”課程中有大量的知識點可以挖掘，可以激發(fā)學生的學習興趣。例如，從人們所穿衣服的材質入手，講解纖維素的酯化反應，目的是加深學生對黏膠纖維的主要成分、生產所用原料、原理、方法及注意事項的理解；從纖維素做人工組織構架、化妝品配料、手術顯影紗布、藥物包衣材料等角度出發(fā)，激發(fā)學生學習功能化纖維素材料的興趣。

(二)梳理教學內容，突出教學重點

著名的教育學家陶行知先生說，教師的責任不在教，而在教學，在教學生學?！爸参镔Y源化學”課程知識點雜多，且具有較強的抽象性，致使該課程具有較大的講授難度，要使學生能更好地掌握和理解這些知識，授課教師要不斷鉆研教材內容并結合最新科研進展和成果對教學大綱和教學任務進行全面把握，做到輕車熟路、融會貫通。在此基礎上理順知識的關聯(lián)點，尤其是要加強基本概念與基礎理論知識之間的聯(lián)系，對各部分知識點進行歸類和結構的劃分，將零散的知識點模塊化[4]。

筆者在半纖維素概述的講授中，有效結合了纖維素的相關知識，從半纖維素和纖維素的大分子形狀、化學構造、超分子結構及理化性質入手，對比講授二者的區(qū)別及聯(lián)系，如纖維素是一種線型、直鏈的結構，而半纖維素具有主鏈和側鏈，呈現(xiàn)出分枝結構。在化學構造方面，從糖基組成角度出發(fā)，講授纖維素是由一種糖基構成，是均一的高聚糖；而半纖維素是由兩種或兩種以上的糖基構成。從糖基連接角度，講授纖維素由β-(1→4)苷鍵連接，而半纖維素有1→2、1→3、1→4、1→6，α或β-苷鍵等多種連接。這種模塊化的對比歸納學習，有效避免了知識的孤立化，有利于學生對知識點的理解和記憶，對建立完備且富有邏輯的知識框架體系具有積極的作用。

此外，將較為繁雜的內容梳理簡化亦有助于學生掌握“植物資源化學”課程的內容。例如，對“半纖維素的命名”知識的學習，可以把較長的命名規(guī)則總結成簡單的口訣，如“先枝后主、先少后多、詞首加聚”等，再輔以相應的課堂練習，學生可以輕松掌握。在梳理好教學內容的基礎上，如何突出教學重點，對學生學習也是至關重要的。一是合理分配時間，對于重點、難點內容多分配時間，將難點知識講清、講透，才能使學生徹底理解知識；而對于簡單內容則少分配時間，即所謂的“只有輕其所輕，才能重其所重”。二是用比較通俗易懂的語言將特定的知識點形象化，如“植物纖維細胞壁組分分布”內容的學習，可將細胞壁比喻成一個“鋼筋混凝土的結構”，纖維素作為細胞壁的骨架結構起到了鋼筋的作用；半纖維素纏繞在纖維表面，起到了沙子的作用；木素則起到了水泥的作用。這種形象的教學，使得原本抽象的概念直觀化、形象化，有利于學生的理解，還可以舉一反三，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力。

(三)改進教學模式，培養(yǎng)學生良好的學習習慣

古語有云“授人以魚，不如授人以漁”，教學的目的不僅僅是將理論知識單一的傳授給學生，更重要的是使學生學會獨立思考、自主學習。改變傳統(tǒng)填鴨式的教育方式、改善傳統(tǒng)課堂師生的關系、培養(yǎng)學生主動學習的習慣，一方面有利于創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，另一方面可為學生今后的學習和發(fā)展打下良好的基礎[5-6]。

華盛頓大學Scott Freeman與同事[7]在《美國科學院院刊》(PNAS)上發(fā)表論文認為，在理工科教學中采用“主動學習”理念，即讓學生自主參與討論的授課形式能夠提高學生的學習成績。實際上，早在1946年美國學者、著名學習專家埃德加·戴爾(Edgar Dale)[8]就提出了類似的“學習金字塔(cone of learning)理論”，該理論用金字塔模型和具體數(shù)字直觀地展示了不同的學習方式或教學方式，以2周后學生學習內容的平均留存率來評判學習效果。研究發(fā)現(xiàn)，聽講、閱讀、視聽和示范等傳統(tǒng)個人學習或被動學習方式，學習效果的留存率都不超過30%；而學習效果平均留存率在50%以上的，都是團隊學習、主動學習和參與式學習方式[8]。因此，筆者認為主動的、團隊的、參與式學習效果優(yōu)于被動的、個體的學習。所以，在涉及應用領域學習的課程章節(jié)中，筆者采用了討論課的教學模式進行授課。具體步驟如下：①將學生分組，以小組為單位圍繞課程重點及科研熱點等主題搜集資料、查閱文獻，并對其進行整理消化；②小組成員通力合作，精心準備演示文稿PPT，在規(guī)定的時間內完成展示，并對其他學生的提問進行解答。這不僅促使學生由被動學習向主動學習轉變，激發(fā)學生的求知欲，而且能培養(yǎng)學生探究式學習的習慣，提高學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，為后續(xù)學習、大學生創(chuàng)新計劃項目及畢業(yè)設計奠定基礎。

在整個過程中，教師首先應注意討論課主題的選擇，要注重知識性、趣味性和科學性的結合，并控制好題目的難易程度。在學生展示過程中，教師要肯定正確的觀點、糾正錯誤的觀點、補充不全面的觀點；學生如能得到認可，會產生心理滿足感，形成良好的心境。因此，準確、合理、富有鼓勵性的評價更能調動學生學習的積極性，增強學生的自信心，使學生處于興奮、主動、積極的學習狀態(tài)中。久而久之，學生就養(yǎng)成了良好的學習習慣。

(四)改革課程考核方式，注重學生能力的考查

著名教育家克龍巴赫(Cronbach L.)和斯塔費爾比姆(Stuffebeam D.L.)強調，考核最重要的意圖，不是為了證明，而是為了促進。課程考核是教學活動的重要環(huán)節(jié)，是依據(jù)教學目的對學生學習情況以特定的形式進行檢查的過程，是檢驗教學效果的重要途徑，亦是提高學生學習動力的有效方式[9]。但是，現(xiàn)階段“植物資源化學”課程考核的方式主要是結課后的期末閉卷考試，而閉卷考試多以教材及課件上的基本理論知識為核心，考核形式、內容單一，致使學生臨時抱佛腳的現(xiàn)象時有發(fā)生，造成相當一部分學生短時記憶一些知識應付考試，考試之后立馬把知識拋到九霄云外，一問三不知的情況屢見不鮮。因此，筆者改革“植物資源化學”課程的考核方式，將過程考核貫穿于整個教學環(huán)節(jié)中，如課堂提問、課堂討論、課后作業(yè)、階段性小測驗、文獻查閱、討論課PPT展示等，都要占一定比例。

所謂“多一把衡量的尺子，就會多培養(yǎng)出一批優(yōu)秀的學生”：多元且從始至終的考核可提高學生學習的主動性，從而有助于激發(fā)學生學習該課程的興趣，避免平時學習不認真、考前突擊考后忘記的現(xiàn)象發(fā)生；有助于學生及時地認識到自己的不足，查漏補缺，亡羊補牢；有助于學生及時調整學習計劃，找到更適合自己的學習方法；有助于教師有針對性地強化訓練，達到夯實專業(yè)基礎、培養(yǎng)創(chuàng)新能力的目的。

三、“植物資源化學”課程教學改革的效果

(一)活躍了課堂教學氣氛

在“植物資源化學”課程授課過程中，筆者結合該課程教學內容的特點，由淺入深、化繁為簡，淡化了專業(yè)知識的跳躍性，有效減少了學生的畏難情緒。同時，通過播放與所授內容緊密相關的視頻，生動有趣、形象地展現(xiàn)了相關知識點，提高了學生學習該課程的興趣，活躍了課堂氣氛，為教學效果的提升奠定了堅實的基礎。

(二)提升了學生學習的主動性

對于教學活動，教師是主導，學生是主體。在營造了濃厚的課堂教學氛圍、激發(fā)了學生學習興趣的基礎上，進一步通過討論課的形式，加強了學生學習的主動性。學生先后制作了纖維素和生活、纖維素在紡織及水處理工業(yè)中的應用、纖維素基傳感器、半纖維素-殼聚糖基生物功能材料在醫(yī)療領域的應用等一系列圖文并茂、生動有趣的PPT演示，這些PPT演示不僅僅有課堂教學所涵蓋的知識點，甚至涉及到相關領域國內外的研究熱點，對學生探究式學習習慣的養(yǎng)成及創(chuàng)新思維的培養(yǎng)起到了積極的作用，為后續(xù)大學生創(chuàng)新計劃項目的實施及畢業(yè)設計奠定了良好的基礎。

(三)提高了學生課程學習的效果

“植物資源化學”課程教學改革后，學生對該課程的滿意度越來越高，從近3年的教學評價成績看，學生的平均成績有了較大提升。2016級林產化工班的29名學生中，有1人申請到國家級大學生創(chuàng)新計劃項目、3人申請到北京市級大學生創(chuàng)新計劃項目。

總之，教學是一門藝術，是教師“教”與學生“學”共同作用的過程，缺一不可。只有行之有效、優(yōu)質的教學模式，才能激發(fā)學生學習的興趣，培養(yǎng)學生良好的學習習慣和科學的思維能力。

資助項目：北京林業(yè)大學2018年教育教學研究項目——基于學習金字塔理論的“植物資源化學”教學模式研究，項目編號BJFU2018JY065。