“新農(nóng)科”背景下農(nóng)藥殘留分析教學改革設計實踐

劉金彤，楊紅

南京農(nóng)業(yè)大學理學院，南京 210095

習近平總書記強調(diào)，要著重強化基礎學科培養(yǎng)能力，推進新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科、新文科建設，為全國農(nóng)林院校加快推進新農(nóng)科建設指明了方向[1]。同時，教育部也特別強調(diào)了深化高等教育內(nèi)涵式發(fā)展的要求，進一步推進新農(nóng)科建設[2]。因此，為進一步響應新時代國家的戰(zhàn)略布局與需求，高等農(nóng)林院校教育亟需集合基礎學科教學與科研資源，以推動學科戰(zhàn)略布局。其中，化學學科作為基礎學科，更應立足經(jīng)濟社會發(fā)展需求和人才培養(yǎng)目標。面向新時代需求，唯有在“新農(nóng)科”背景下優(yōu)化重構(gòu)教學內(nèi)容與課程體系，提高農(nóng)林高等院校特色化學學科的吸引力，促進化學學科與國家鄉(xiāng)村全面振興戰(zhàn)略的契合，與“新農(nóng)科”建設體系中的農(nóng)業(yè)特色專業(yè)有機融合，將基礎學科與特色農(nóng)業(yè)學科集成創(chuàng)新，才能更好地為國家“三農(nóng)”戰(zhàn)略的推進提供充足的優(yōu)秀后備人才。

隨著農(nóng)業(yè)科學生產(chǎn)的發(fā)展，殺蟲劑、殺菌劑和除草劑等農(nóng)藥廣泛施用。然而農(nóng)藥因不規(guī)范使用，人們對日益凸顯的相關環(huán)境及食品安全問題的關注逐漸提高，對農(nóng)產(chǎn)品及環(huán)境進行及時有效的分析非常必要，而農(nóng)藥殘留分析課程的開設對培養(yǎng)相關創(chuàng)新性強、實踐性好的專業(yè)人才至關重要。農(nóng)藥殘留分析課程是農(nóng)林院?；诨瘜W學科的農(nóng)產(chǎn)品安全及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境應用型新農(nóng)科特色選修課[3]，農(nóng)藥殘留分析課程結(jié)合應用現(xiàn)代技術，教授農(nóng)藥施用后在農(nóng)作物或環(huán)境介質(zhì)中的殘留、代謝、降解和歸趨的規(guī)律及研究方法，以及農(nóng)藥殘留限量標準、農(nóng)藥安全使用標準和農(nóng)藥殘留檢測方法等，以滿足政府管理機構(gòu)對農(nóng)藥注冊以及農(nóng)藥安全、合理使用的管理需要。該課程不僅是高等農(nóng)林院校化學學科及分析檢測專業(yè)學生的選修課程，還是生物學、農(nóng)藥學及環(huán)境科學、植物營養(yǎng)、食品科學、植物學、動物醫(yī)學等其他學科進行農(nóng)藥及其殘留的毒理分析等科學研究必不可少的課程。修習本課程的學生涉及的學科較多，因此本課程是面向全校農(nóng)林相關專業(yè)開設的一門具有較強農(nóng)學特色的專業(yè)課，具有涵蓋知識面多、適用性廣、應用性強的特點。所以，化學教育教學為在新農(nóng)科建設農(nóng)林特色教學提供了新契機，以化學學科為基礎建設農(nóng)藥殘留分析課程，有助于推動新農(nóng)科建設從“試驗田”走向“大田耕作”?；趯r(nóng)林教育發(fā)展趨勢，為應對國家未來發(fā)展需要，為國家農(nóng)業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展和鄉(xiāng)村振興服務，重塑國家農(nóng)業(yè)全球競爭力，培養(yǎng)具有知農(nóng)愛農(nóng)人才，對農(nóng)藥殘留分析課程的改革實踐提出了新要求[4]。

1 “新農(nóng)科”背景下農(nóng)藥殘留分析課程教學的現(xiàn)狀與改革新挑戰(zhàn)

1.1 化學知識在課程教學中與新農(nóng)科的應用融合

本課程立足于化學基礎學科，著眼于“新農(nóng)科”建設，具有較強的農(nóng)林特色。目前四大化學基礎課程側(cè)重于化學知識與原理的傳統(tǒng)體系教學，與農(nóng)林專業(yè)課程的教學內(nèi)容相關性有待加強，因此如何將化學學科與新農(nóng)科背景下的農(nóng)業(yè)特色學科進行有效融合是一大挑戰(zhàn)。不同學生對于化學相關的知識理解及思維能力也呈現(xiàn)一定差異，一定程度影響了修習本課程前的自信心與興趣。此課程的開設學習能鞏固和加深理解化學相關理論、知識及技能，使化學知識學而所用，促進學科交叉融合。因此，本課程通過教學改革，在課程教學中，須將化學基礎原理及技術方法與環(huán)境、農(nóng)學、植物保護等應用出口進行有效銜接，以提高其廣泛的適用性及與“新農(nóng)科”專業(yè)密切結(jié)合的特色性。

1.2 “新農(nóng)科”人才培養(yǎng)的實際應用能力有待提高

以往農(nóng)藥殘留分析課程教學目標主要以講授相關基礎知識及技術為主，課程設置與“新農(nóng)科”人才培養(yǎng)目標契合度較差。同時，若單純教授學生理論知識，會導致實踐與理論部分的銜接脫節(jié)，更重要的是單一理解理論知識而無輔助性實驗，也對學生深刻理解理論要點造成困難。因此，“新農(nóng)科”建設內(nèi)涵為本課程提高學生的應用能力及實際操作能力提出了新的要求，本課程應注重理論知識與實踐性實驗的契合，以培養(yǎng)“新農(nóng)科”人才的實際應用能力。

以往實驗以驗證性實驗為主，學生在實驗操作中往往存在“按方抓藥”現(xiàn)象，導致學生對實驗操作及其內(nèi)涵知識無法做到真正的融會貫通，教學效果也將“緣木求魚”，降低了教學有效性，更阻礙了學生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)和創(chuàng)新能力的提高，也為本課程的實驗教學設計提出了更高的要求。而在目前農(nóng)藥殘留分析實驗課中，農(nóng)藥殘留樣品提取等實驗流程比較復雜，較少的實驗課課時安排將限制實驗課的內(nèi)容有效開展。在實驗設計方面，原有實驗對象及樣品與“新農(nóng)科”建設的特色農(nóng)業(yè)貼合度不夠，亟需調(diào)整應用實驗的設計，以契合應用型人才培養(yǎng)目標。另一方面，由于農(nóng)藥殘留分析技術不斷迭代，實踐課所需儀器往往是前沿大型儀器，簡單的分析滴定設備無法滿足實驗要求。同時，原有實驗結(jié)構(gòu)設計的農(nóng)藥殘留分析方法大多采用色譜等傳統(tǒng)分析方法，并為了保證全體學生的準確度，往往犧牲了檢測方法的靈敏度，不符合“新農(nóng)科”實際應用中農(nóng)藥殘留分析含量及限量標準，進一步限制了可與理論課堂相匹配補充的實驗課設計。同時，本課程原有實驗課缺乏設計性實驗，在培養(yǎng)“新農(nóng)科”應用特色人才方面具有一定的局限性。

1.3 “新農(nóng)科”人才的“知農(nóng)愛農(nóng)”情懷有待提升

“新農(nóng)科”背景下，培養(yǎng)全方位、高素質(zhì)的農(nóng)科特色人才是首要目標。然而，目前農(nóng)藥殘留分析課程的講授主要以傳播知識及技能為主，在熏陶教學對象的思想道德情操，培育后備“新農(nóng)科”人才的“知農(nóng)愛農(nóng)”情懷方面稍顯不足。因此，為提高學生的愛國信念及“知農(nóng)愛農(nóng)”情懷，如何將思想政治教育融入農(nóng)藥殘留分析課程講授是本課程教育教學的一大挑戰(zhàn)。

1.4 調(diào)整考核評價模式以適應“新農(nóng)科”人才培養(yǎng)需要

以往農(nóng)藥殘留分析課程考核模式主要以考查基礎理論知識的期末考試卷面成績?yōu)橹?，傾向于“重結(jié)果輕過程”的終結(jié)性評價。如此“一考定乾坤”的傳統(tǒng)考試模式既有較大的隨機因素，又因考查中過度重視學生的理論知識而忽略了學生實踐及應用技能，影響了評價的科學性與全面性。此外，學生在傳統(tǒng)評價模式中往往呈現(xiàn)“平時不努力，考前靠突擊”的不良學習心理，學生參與學習的積極性和主動性較差。在臨考突擊過程中，學生往往依靠臨時記憶通過考試，在考后幾周就將所學知識拋諸腦后，取得的學習效果也相對較差，導致無法真正通過課程學習收獲知識。同時，“新農(nóng)科”人才培養(yǎng)目標對培養(yǎng)對象的綜合性素質(zhì)也提出了更高的要求，以往評估體系不能滿足“新農(nóng)科”全面素質(zhì)人才培養(yǎng)的需要，因此改革更新傳統(tǒng)考核評價模式很有必要。

2 新農(nóng)科背景下農(nóng)藥殘留分析課程教學的新機遇與改革實踐

2.1 教學模式的改革與實踐

改革傳統(tǒng)農(nóng)藥殘留分析的教學模式，以強調(diào)“新農(nóng)科”背景下培養(yǎng)學生應用知識的能力為主線，將教學模式改為“理論+實驗+開放設計實踐”。學時分配如下：理論為18學時，實驗為20學時，開放及設計性實驗10學時。其中實驗課包括4個命題性實驗，采用“綜合–設計–開放”新模式，有效改善與化學基礎的銜接問題。開放及設計性實驗包括1個設計實驗(5學時)，開放性實踐(5學時)主要為參觀學習承接農(nóng)藥殘留檢測的一些相關單位。

2.2 優(yōu)化教學內(nèi)容

在課程的理論教學中，將化學基礎知識應用于本課程教學，并進行有效關聯(lián)完善課程教學。通過設計課程內(nèi)容，在每節(jié)課講授前將相關的基礎化學知識進行復習講授，拉平不同學生的基礎差距，提高學生的自信心。例如，授課時先重點復習相關儀器分析的原理及化學定量技術，有利于學生進一步學習農(nóng)藥殘留分析技術及應用。又如在農(nóng)藥殘留組分鑒定章節(jié)，復習有機化學等結(jié)構(gòu)鑒定及分析技術，復習深化色譜分析及色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術等基本原理，建立從化學基礎知識到農(nóng)藥殘留分析內(nèi)容的知識網(wǎng)絡。同時，可利用部分理論課時間講解分離科學等化學基礎課程知識，有益于學生在本課程中學習各類農(nóng)產(chǎn)品中農(nóng)藥殘留分析的技術及應用。通過相關內(nèi)容設計，有利于學生更順暢地利用化學基礎知識，深化理解本課程農(nóng)業(yè)特色性理論與要點，更有利于學生后續(xù)解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中的實際問題。此外，優(yōu)化教學內(nèi)容，從農(nóng)藥結(jié)構(gòu)及分類角度出發(fā)，介紹農(nóng)藥殘留分析的發(fā)展歷程，結(jié)合科研進展及需求，增補講授借助生物傳感技術設計農(nóng)藥殘留分析探針的最新進展，更新完善相關理論及方法技術，特別是對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和實踐中農(nóng)藥及其殘留分析技術的應用價值與發(fā)展方向進行更新，為后續(xù)應用打下堅實的知識基礎。

2.3 優(yōu)化教學手段與方法

1) 堅持“走出去，請進來”的教學手段。“請進來”即在理論課授課中，邀請業(yè)界相關專家進課堂進行專題式學術報告，訓練學生的科研思維與全球視野；同時，理論課中通過案例引領教學法，結(jié)合案例分析，介紹各類農(nóng)藥殘留檢測分析實例，激發(fā)學生對事件的思考，形成共鳴，通過針對性的討論達成看法和態(tài)度的共識，進而形成對農(nóng)藥殘留分析知識及技術的感性理解。2) 教學與科研相結(jié)合。結(jié)合教學團隊的科研特色，從納米材料合成、化學分析與生物學相結(jié)合、生物技術等交叉融合角度，在相關章節(jié)增加介紹生物傳感農(nóng)藥分析探針的最新前沿，以拓寬學生的全球前沿科學視野[5–7]，把握“新農(nóng)科”建設中學科交叉內(nèi)涵，以基礎研究帶動應用研究，引領學生養(yǎng)成學科共通科學研究思維。進一步利用自身教學團隊承擔的各類國家、省部級科研項目作為實例，運用科研教學法將前沿知識及農(nóng)藥殘留標準等最新政策講授給學生，以科研反哺教學，從而培養(yǎng)學生科研意識。

在實踐及實驗課中，將科研成果案例引入實驗教學中，針對案例進行創(chuàng)新性教學設計，向?qū)W生介紹前沿進展，并利用國內(nèi)外學者及課題組科研項目發(fā)展的科研成果及最新技術，將傳統(tǒng)基礎實驗課中的色譜方法結(jié)合生物功能化新型熒光及電化學方法，構(gòu)建不同方法同步對比的實驗體系。集合與課程相關的化學教學與科研資源，引導學生了解國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。實踐課中則采用“走出去”的教學手段，即利用實踐學時，帶領學生進入環(huán)境及農(nóng)業(yè)科研院所進行參觀學習，拓寬學生的眼界并提升學生的學習興趣。

2.4 更新實驗設計

本課程在設計實驗技術與方法過程中，強調(diào)實用與動手能力，鼓勵學生的自信心，利用教學體系與方式改革實踐，潤物細無聲地借助實際操作與案例，通過課前復習每個實驗涉及的化學基礎知識，以實踐體驗式學習，使學生從實驗與案例中學到知識，鞏固理論知識，從而反哺知識基礎，使學生的知識獲取進入良性向上循環(huán)。引導學生通過實驗真正了解或掌握相關方法。推進實驗室向?qū)W生開放，推動科教融合，鼓勵學生根據(jù)自己的興趣愛好親自設計實驗內(nèi)容，自帶實驗項目，結(jié)合本課程內(nèi)容開展創(chuàng)新性研究實驗活動。

改革原有的實驗教學體系，以全新的模式運行，即：綜合–設計–開放。應用農(nóng)藥殘留分析的理論及實驗技術，進行綜合性實驗，利用不同基質(zhì)類別的樣品，分別設計及選定樣品前處理方法(圖1)，了解不同類別農(nóng)藥的殘留提取及定性定量測定的全過程，并比較不同方法的優(yōu)缺點。進一步更新和改革教學方式與實驗內(nèi)容，改變原有不適合“新農(nóng)科”建設并與本課程相關度不大的實驗，設計與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及環(huán)境相關的實際檢測樣品，如檢測的農(nóng)藥一定是目前農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應用的品種等。同時，跟蹤世界前沿的農(nóng)藥殘留分析技術(如QuEChERS方法)，設計以高效液相色譜、氣相色譜及色譜與質(zhì)譜聯(lián)用等大型儀器為主的綜合實驗，使學生在學習階段就可以接觸先進儀器，理解儀器相關原理及應用范圍，為學生后續(xù)完成與課程相關的創(chuàng)新性項目打下堅實的實踐基礎。此外，結(jié)合自身特色生物傳感器方向，利用課題組科研成果的高靈敏度新方法，擴充學生學習檢測方法的多樣性，同時讓其進行比較性的方法學習。最后一個實驗則進一步引導學生以小組形式從自身科研需求角度設計實驗內(nèi)容，或帶著自己科研項目中涉及的農(nóng)藥殘留分析相關課題進實驗室，開展設計性實驗，經(jīng)教師評審可行性后，即可進行實驗。學生們通過設計開放實驗的實施，真正解決科學研究中的農(nóng)藥殘留分析問題，使學生收獲成就感與實際操作技能。同時，這種學習實踐模式的開展更有利于學生共同協(xié)作、進步，既保證了每位學生的實驗參與度，又提高了學生的實際操作技能與榮譽感，從而培養(yǎng)學生科學實踐的基本素養(yǎng)，掌握數(shù)據(jù)分析及統(tǒng)計的基本技能，掌握化學物質(zhì)及農(nóng)藥微量分析的方法。通過本課程的實踐訓練，對提高學生知識結(jié)構(gòu)和能力培養(yǎng)起到了積極的作用，亦符合當前“新農(nóng)科”人才培養(yǎng)的需要。

圖1 綜合性實驗設計更新

2.5 思政元素融入課程教學

在理論課講授過程中，結(jié)合農(nóng)業(yè)院校的特色，講述新中國農(nóng)藥研發(fā)的故事，以農(nóng)藥學家蔡道基、李正名、錢旭紅、宋寶安等院士開發(fā)新型農(nóng)藥，突破國外技術封鎖，創(chuàng)制保護生態(tài)環(huán)境安全的低毒、低殘留的綠色農(nóng)藥的故事，鼓勵學生努力學習，創(chuàng)新方法，從思想道德方面播下愛國種子，通過思政教育增強學生的民族自信心。圍繞國家需求和人民健康等重大問題，引導學生思維從當下學習生活小視野拓展到國家需求和人民健康等大視野，使學生深刻體會到中國科學家的重要貢獻和全球性科技競爭的普遍性。

在實驗設計過程中，采用我國具有知識產(chǎn)權的新型農(nóng)藥(如毒氟磷等)，進行實際樣品的農(nóng)藥殘留分析實驗，讓學生了解到對于一種新型農(nóng)藥的生產(chǎn)及安全使用，新型農(nóng)藥殘留分析方法必不可少，從而激發(fā)和培養(yǎng)學生的學習興趣及愛國情懷，為培養(yǎng)新世紀愛國主義接班人貢獻力量。通過思政元素的融入，使學生在學習知識的同時，立志成為一名品德高尚、志向高遠的“新農(nóng)科”化學人，并努力研究解決國家急需解決的問題[8,9]。

2.6 教學資源及設備的多樣化

依托多媒體、人機交互、數(shù)據(jù)庫、網(wǎng)絡通訊等技術開展實驗教學活動。在授課過程中，帶領學生進行線下參觀與個人實踐，從先進儀器設備著手，引導學生對知識與技能進行更好的理解，實現(xiàn)“理性認識–感性深化–綜合應用”，達到書面知識體驗化，以期得到更好的教學效果。同時，由于課程具有實時前沿性特點，可以利用網(wǎng)上慕課平臺，將自己的實驗操作錄制視頻。結(jié)合自己的研究成果，轉(zhuǎn)化成學生可以理解的知識及相關操作的視頻，并制作或更新教學課件，使學生達到觸類旁通。豐富教學資源，培養(yǎng)學生文獻搜集、研究方法應用的能力，并結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及實際生活案例，以分析討論形式，使得選課學生能夠?qū)W到最先進的農(nóng)藥殘留分析技術，并具有靈活處理實際問題的能力與思維邏輯，進一步推進教學的現(xiàn)代化、信息化建設。利用教學相長式改革，真正走到學生中間，圍繞學生自身科研需求，實現(xiàn)學科交叉共融，結(jié)合前沿發(fā)展領域的農(nóng)藥殘留分析中所采用的方法與技術，培養(yǎng)學生高視野、落實處的科研精神。

2.7 開放“教師+學生”主題式圓桌派討論模式

在理論課教學過程中可采用討論教學法。一方面，邀請學術專家來進行專題式講座，并設置師生對話環(huán)節(jié)，學術論壇開放主題式圓桌派討論的“教師+學生”模式。促進學生從前沿角度理解相關知識，激發(fā)學生的科研自主性與學習興趣。另一方面，設計學生互動式辯論模式，由原有的單一講授式，轉(zhuǎn)變?yōu)橹v座、匯報及討論辯論混合式教學。教師組織提供候選題目，學生自主選擇并分組，引導學生課后調(diào)研相關資料，并對某一目標物的農(nóng)藥殘留分析方法進行討論與辯論，激發(fā)學生結(jié)合所學專業(yè)進行創(chuàng)意方案設計。自主式學習有助于學生綜合全面并有效地將理論知識轉(zhuǎn)化為可應用的內(nèi)在化技能。同時，將相關表現(xiàn)及圓桌派討論納入考核之中，既可提高學生主動求知的能力和積極性，又有助于本課程的過程化考核，滿足新時代專業(yè)人才培養(yǎng)的重素質(zhì)、強基礎、筑能力要求。

2.8 更新課程考核體系及評分標準

考核評價對于學生明確自身學習短板不足，優(yōu)化教學方案及教學設計非常必要。因此更新課程考核體系及評價標準對于農(nóng)藥殘留分析課程教學改革具有十分重要的意義。傳統(tǒng)課程考核方式中考核標準設置較為單一，通常由出勤、實驗表現(xiàn)、期末測試幾項組成，不能全面考察學生的學習水平。本課程設計構(gòu)建目標引領、實踐導向的綜合考核體系，更突出過程化考核，以期提升授課對象的積極主動性。學生成績由理論課成績(50%) +實驗課成績(50%)構(gòu)成，理論課部分由課堂表現(xiàn)(30%) +小組討論辯論(30%) +文獻匯報(40%)組成，同時小組討論辯論部分又分為學生互評(30%) + 組內(nèi)互評(30%) +教師評價(40%)。在小組討論辯論階段引入小組學生互評機制，賦予學生評價權利，使其充分發(fā)揮主觀能動性，以榮譽感與責任感帶動學生知識技能的自我提升過程。因此課程考核指標較為全面地覆蓋教學的各個環(huán)節(jié)，過程化考核有助于學生更好地將所學知識內(nèi)化并應用到實際，更有助于學生獲得以往傳統(tǒng)課程中難以獲得的自信感和成就感。

3 新農(nóng)科背景下農(nóng)藥殘留分析課程教學改革實踐效果

經(jīng)過農(nóng)藥殘留分析課程教學改革與實踐，一方面學生能夠?qū)W到農(nóng)藥殘留分析的完整知識體系及技術。每個學生通過在實體儀器平臺上機操作，掌握了氣相色譜及液相色譜等大型儀器使用。另一方面，學生通過學習能夠?qū)W有所用，學有所得，經(jīng)過指導后可以獨立完成實驗操作。最后學生也可以通過前期命題性實驗收獲技能，并在5學時的設計開放性實驗過程中達到方案可行、實驗操作可行，實施獲得良好效果。

4 結(jié)語

“新農(nóng)科”背景下，農(nóng)藥殘留分析課程在教學模式、教學內(nèi)容、思政融入、實驗設計、教學資源、開放式圓桌派、課程考核體系幾個方面進行改革，堅持“以本為本”，推進“四個回歸”，深化教育教學改革，切實提高課堂教學質(zhì)量，引導學生從認知到思辨、感悟和實踐。我們將繼續(xù)通過課程設計創(chuàng)新，培養(yǎng)具有“知農(nóng)愛農(nóng)”“誠樸勤仁”精神的綜合應用型人才，為新農(nóng)科建設貢獻力量。