天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用研究生課程教學(xué)改革及探索

韋星船 蔡衛(wèi)權(quán) 黨成雄＊

（廣州大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，廣東 廣州 510006）

0 引言

社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展，造成全球范圍的資源和能源短缺、環(huán)境惡化、污染加劇，化學(xué)工業(yè)面臨嚴峻考驗。發(fā)展綠色化工是保護地球、維護人與自然和諧共處的重要舉措。綠色化工的關(guān)鍵詞為“綠色、環(huán)保、可持續(xù)發(fā)展”，其中，開發(fā)可再生的天然產(chǎn)物或其衍生物替代日漸枯竭的化石能源，以期實現(xiàn)資源的生態(tài)化可持續(xù)利用，成為當(dāng)今化學(xué)化工研究的熱點。天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用作為化工專業(yè)研究生的一門專業(yè)選修課程，對于深化和鞏固專業(yè)理論知識，促進相關(guān)專業(yè)的交叉融合，拓寬學(xué)生的專業(yè)素養(yǎng)，培養(yǎng)研究生天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用能力及提升創(chuàng)新能力具有重大意義[1]。因此，有必要對化工專業(yè)研究生課程天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容進行整合優(yōu)化，對傳統(tǒng)的課堂教學(xué)模式進行改革及探索。

1 課程內(nèi)容重整

高等院校化工專業(yè)研究生有關(guān)天然產(chǎn)物方面的選修課程通常選用天然產(chǎn)物化學(xué)作為授課教材。天然產(chǎn)物化學(xué)是以各類生物為研究對象，以有機化學(xué)為基礎(chǔ)，以化學(xué)和物理方法為手段，研究生物二次代謝產(chǎn)物的提取、分離、結(jié)構(gòu)、功能、生物合成、化學(xué)合成和用途的一門科學(xué)，是生物資源開發(fā)利用的基礎(chǔ)。它的成果可廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品、輕工、化工等領(lǐng)域[2，3]。對于化工專業(yè)研究生，在掌握天然產(chǎn)物相關(guān)知識、了解天然產(chǎn)物在化工領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀的前提下，具備進一步開發(fā)、應(yīng)用天然產(chǎn)物的實驗室條件及技術(shù)優(yōu)勢，很有必要開設(shè)天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用課程。但常見的天然產(chǎn)物化學(xué)教材對于天然產(chǎn)物在化工領(lǐng)域的應(yīng)用則敘述不多。

目前國內(nèi)出版的有關(guān)天然產(chǎn)物方面的教材或?qū)Ｖ?，在京東購書平臺上出現(xiàn)的在售信息數(shù)見表1[4]：

表1 有關(guān)天然產(chǎn)物書籍在售種類

表1可知，目前國內(nèi)出版的有關(guān)天然產(chǎn)物的教材、專著，主要面向的學(xué)習(xí)對象是生物類專業(yè)或藥學(xué)類專業(yè)學(xué)生，缺乏面向化工專業(yè)學(xué)生的天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用教材。

化工專業(yè)為化學(xué)工業(yè)培養(yǎng)人才，而化學(xué)工業(yè)涵蓋多種行業(yè)，在國民經(jīng)濟中占據(jù)重要地位，我國化學(xué)工業(yè)涵蓋的領(lǐng)域可概括于表2[5]。

表2 我國化學(xué)工業(yè)的分類

化學(xué)工業(yè)是以天然物質(zhì)或其他物質(zhì)為原材料，利用這些物質(zhì)的性質(zhì)或形態(tài)變化，或以這些物質(zhì)組合、加工為對國計民生有價值的化學(xué)產(chǎn)品的一種工業(yè)。可見，化學(xué)工業(yè)與天然物質(zhì)密切相關(guān)，大量化學(xué)品以天然產(chǎn)物為原料，大量天然產(chǎn)物應(yīng)用于化學(xué)工業(yè)眾多行業(yè)，化學(xué)工業(yè)與天然產(chǎn)物化學(xué)相互促進，共同發(fā)展。天然產(chǎn)物在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用不斷得到拓展，為化學(xué)工業(yè)的綠色化發(fā)展發(fā)揮越來越重要的作用。因此，在化工專業(yè)研究生教學(xué)中，需要在天然產(chǎn)物化學(xué)基礎(chǔ)上，整合、增加天然產(chǎn)物的開發(fā)及其在化工領(lǐng)域的應(yīng)用理論及實例，拓寬學(xué)生視野，培養(yǎng)學(xué)生天然產(chǎn)物開發(fā)及實際應(yīng)用能力。

為此，天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用的課程教學(xué)內(nèi)容可整合如下：

（1）強化各種天然產(chǎn)物化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)、物化性質(zhì)、生物活性、在生物及醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用。

（2）簡化天然產(chǎn)物化學(xué)成分的提取、分離、波譜分析、結(jié)構(gòu)鑒定，因為化工專業(yè)的學(xué)生經(jīng)過有機化學(xué)課程學(xué)習(xí)及有機化學(xué)實驗操作訓(xùn)練，已獲得相關(guān)理論知識及實驗研究操作技能。

（3）探討天然產(chǎn)物活性成分的構(gòu)效關(guān)系，學(xué)習(xí)以天然產(chǎn)物為先導(dǎo)化合物的衍生化合成或類似物合成，以達到高效率合成及篩選活性更高的化合物。例如，屠呦呦團隊開發(fā)的高效抗瘧藥物就是青蒿素的乙醚衍生物。

（4）學(xué)習(xí)新型高效的合成方法學(xué)，以實現(xiàn)天然產(chǎn)物的簡潔與大量制備。高活性天然產(chǎn)物在自然界中含量很低，全合成或半合成是天然產(chǎn)物實現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)及應(yīng)用的前提。

全合成是有機合成皇冠上的明珠，是高水平合成技能的綜合體現(xiàn)，眾多全合成發(fā)表在如Angew、JACS等一類高水平期刊中，研讀全合成文獻可以很好地鍛煉有機合成思維，對設(shè)計合成路線，優(yōu)化合成反應(yīng)有很大的幫助。

（5）挖掘各類天然產(chǎn)物在化工領(lǐng)域各行業(yè)的應(yīng)用，關(guān)注天然產(chǎn)物的開發(fā)及應(yīng)用前沿研究。廣泛收集各種應(yīng)用案例，拓寬學(xué)生視野，啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)新意識。例如，改性淀粉可應(yīng)用于廢水處理中用作污水微粒捕集劑。聚乳酸已大規(guī)模應(yīng)用于制備各種可生物降解材料。

2 構(gòu)建“翻轉(zhuǎn)課堂＋探究式”教學(xué)模式，提高學(xué)生創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力

傳統(tǒng)的天然產(chǎn)物化學(xué)教學(xué)，以教師單一講授為主，學(xué)生被動聽課，屬于灌輸式教學(xué)模式，難以發(fā)揮學(xué)生的主體能動性，不利于培養(yǎng)研究生發(fā)現(xiàn)問題、設(shè)計研究方案以及解決問題的能力，不利于培養(yǎng)研究生的研究意識和探究精神。此外，隨著多媒體技術(shù)的發(fā)展，多媒體工具大量應(yīng)用于天然產(chǎn)物化學(xué)教學(xué)。多媒體工具的豐富的音、色、圖、動畫變化能給學(xué)生帶來特別的視覺和聽覺感受，大大增加課堂教學(xué)容量[6]。但知識的學(xué)習(xí)、掌握及綜合應(yīng)用需要經(jīng)過一個認識、吸收、消化，進而轉(zhuǎn)化為個人所理解所掌握的知識的過程，特別是理、工科課程，因此，教學(xué)中需掌握好教學(xué)節(jié)奏，注重個體學(xué)習(xí)效果，引導(dǎo)個體自主學(xué)習(xí)，激發(fā)個體自主學(xué)習(xí)的積極性。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，是隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、交互式信息技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的一種創(chuàng)新式教學(xué)模式，是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，強調(diào)學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)，能充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體作用，是對傳統(tǒng)課堂教學(xué)模式的逆序創(chuàng)新。學(xué)生在課前或課外根據(jù)教師教學(xué)進度及要求，觀看相關(guān)網(wǎng)絡(luò)視頻課程，自主學(xué)習(xí)[7]。教師在課堂上不再是全程授課，而是作為組織者、引導(dǎo)者、參與者出現(xiàn)，課堂變成教師與學(xué)生之間和學(xué)生與學(xué)生之間互動的場所，答疑解惑、討論辯論、完成作業(yè)及考核等，進一步提升課程教學(xué)效果。它不是以在線視頻取代教師教學(xué)，也不是學(xué)生孤立、無序的學(xué)習(xí)過程，除了課前通過在線自主學(xué)習(xí)活動外，還強調(diào)師生面對面的交流與互動。

探究式教學(xué)模式，是指學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，教師只是給出一些事例和問題，引導(dǎo)學(xué)生自己通過閱讀、觀察、思考、討論、聽講等途徑去獨立探究，自行發(fā)現(xiàn)并掌握相應(yīng)的原理，推導(dǎo)出相應(yīng)的結(jié)論的一種學(xué)習(xí)方法。探究式教學(xué)是在教師的指導(dǎo)下，以學(xué)生為主體，讓學(xué)生自覺地、主動地探索，掌握認識和解決問題的方法和步驟，研究客觀事物的屬性，發(fā)現(xiàn)事物發(fā)展的起因和事物內(nèi)部的聯(lián)系，從中找出規(guī)律，形成自己的概念和結(jié)論[8]。

翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式與探究式教學(xué)模式結(jié)合，能豐富教學(xué)形式，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)主動性和探究精神，強化學(xué)生創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力培養(yǎng)，取得良好的教學(xué)效果。

3 “翻轉(zhuǎn)課堂＋探究式”教學(xué)模式在天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用課程教學(xué)中的實施

天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用課程是廣州大學(xué)化工專業(yè)研究生的專業(yè)選修課，該課程的開設(shè)能促進相關(guān)專業(yè)的交叉融合，拓寬學(xué)生的專業(yè)視野，培養(yǎng)學(xué)生專業(yè)應(yīng)用能力以及提升創(chuàng)新能力。該課程教學(xué)時長為32學(xué)時，教學(xué)學(xué)時偏少，而課程內(nèi)容較多，這就要求教師在有限的教學(xué)過程中，努力提升教學(xué)效果。近兩年來，“翻轉(zhuǎn)課堂＋探究式”教學(xué)模式的實施，收到明顯的教學(xué)效果。

天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用課程內(nèi)容整合為4個大的模塊：（1）概論（天然產(chǎn)物概述，天然產(chǎn)物提取分離、結(jié)構(gòu)鑒定及波譜分析的一般方法）；（2）天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)分類、物化性質(zhì)、生物活性、在生物及醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用；（3）天然產(chǎn)物活性成分構(gòu)效分析及化學(xué)合成；（4）天然產(chǎn)物在化工領(lǐng)域的應(yīng)用。每個模塊下設(shè)不同的小專題。

在教學(xué)實踐中，針對某一專題，課前給學(xué)生提供相關(guān)的課程PPT及相關(guān)教學(xué)資料，設(shè)立1-2個需要學(xué)生課前進行探究的問題，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用強大的互聯(lián)網(wǎng)資源、學(xué)校購買的國內(nèi)外電子資源、圖書館資源等，搜集大量有關(guān)材料，進行分類、分析、整理、歸納、推導(dǎo)，形成自己的觀點及見解。課中，學(xué)生圍繞所探究的論題各抒己見，討論、爭辯，在教師主導(dǎo)下深入分析、探討、完善，課后學(xué)生對自立的論題進行綜合、總結(jié)，得到科學(xué)、合理的結(jié)論。深入理解、掌握所學(xué)知識。

例如，針對“天然產(chǎn)物在化工領(lǐng)域的應(yīng)用”這一模塊，下設(shè)的其中一個小專題是“天然產(chǎn)物在表面活性劑中的應(yīng)用”。化工專業(yè)研究生來自不同高校、不同專業(yè)，具有不同的興趣愛好，對“天然產(chǎn)物”的知識基礎(chǔ)各不相同，有的研究生來自生物工程專業(yè)，有的研究生來自材料專業(yè)。翻轉(zhuǎn)課堂的理念與探究式教學(xué)模式的結(jié)合，能給予研究生更多獨立思考和學(xué)習(xí)的時間與空間。學(xué)生從各自的興趣出發(fā)，應(yīng)用多種工具、方法，搜集相關(guān)材料，形成各種論題：“生物質(zhì)在表面活性劑中的應(yīng)用”“氨基酸表面活性劑”“生物高分子表面活性劑”“松香基表面活性劑”，等等，課堂上的分享、討論、補充、完善，使學(xué)生對享有“工業(yè)味精”之稱的表面活性劑有更深入的認識，了解到天然產(chǎn)物可應(yīng)用于各種新型表面活性劑的合成，促進表面活性劑向綠色、環(huán)保、多功能方向發(fā)展。因此，線上資源的學(xué)習(xí)、思考，可培養(yǎng)研究生自我學(xué)習(xí)和自我探究的能力。課上探討環(huán)節(jié)又能進一步提高研究生的表達能力、思考能力，以及對他人觀點和愿望的理解、評價與綜合能力[9]。

4 建立相應(yīng)的考核評價體系

對應(yīng)于“翻轉(zhuǎn)課堂＋探究式”教學(xué)模式，建立相應(yīng)的考核評價體系。該考核評價體系包括對課程教學(xué)效果的評價以及對任課教師教學(xué)水平的評價。

4.1 天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用課程教學(xué)效果評價

教學(xué)效果的評價一方面要反映學(xué)生的成績、教學(xué)結(jié)果，另一方面要反映學(xué)生的能力、平時表現(xiàn)，將過程性評價與結(jié)果性評價相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。具體可從以下幾個方面進行評價：第一，學(xué)生的自我探究能力；第二，學(xué)生的邏輯思維、表達能力；第三，學(xué)生的組織、綜合能力；第四，學(xué)生對課程內(nèi)容的理解、掌握程度。第一點主要根據(jù)學(xué)生課前準備的論題內(nèi)容進行評價，第二點主要根據(jù)課中學(xué)生表現(xiàn)進行評價，第三點主要根據(jù)課后作業(yè)完成情況進行評價，第四點主要根據(jù)期末試卷答題的情況進行評價。

根據(jù)教學(xué)效果的評價結(jié)果，及時發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在的問題，及時分析、改進存在不足的教學(xué)環(huán)節(jié)，不斷完善“翻轉(zhuǎn)課堂＋探究式”教學(xué)模式[10]。

4.2 天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用課程任課教師教學(xué)水平評價

教師的教學(xué)水平評價一方面可根據(jù)教學(xué)效果（學(xué)生的各項成績）進行，另一方面可根據(jù)學(xué)生對任課教師的評價、同行教師對任課教師的評價、學(xué)校督導(dǎo)對任課教師的評價進行。教學(xué)過程中，同行教師及學(xué)校督導(dǎo)可隨堂參與授課過程，對任課教師的教學(xué)進行評價。課程結(jié)束后，學(xué)生對任課教師的教學(xué)進行評價。

對任課教師的教學(xué)評價包括：教材選用、教學(xué)態(tài)度、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)能力、教學(xué)方法、課堂效果，等等。根據(jù)評價結(jié)果，及時發(fā)現(xiàn)教師存在的問題及不足，不斷完善“翻轉(zhuǎn)課堂＋探究式”教學(xué)模式[11]。

5 結(jié)語

在研究生天然產(chǎn)物開發(fā)與應(yīng)用課程教學(xué)改革過程中，以“翻轉(zhuǎn)課堂”和“探究式”教學(xué)理念為指導(dǎo)，融合近年來多種教學(xué)方法及教學(xué)理論，構(gòu)建了“翻轉(zhuǎn)課堂＋探究式”的教學(xué)模式。兩年多的教學(xué)實踐表明，該模式尊重個體差異，有助于激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)積極性和探究精神，強化了創(chuàng)新意識培養(yǎng)，有利于學(xué)生個性化發(fā)展?！胺D(zhuǎn)課堂＋探究式”教學(xué)模式取得良好的教學(xué)效果。