有機(jī)化學(xué)課程思政、美育融合的探索與實(shí)踐
——以手性為例

張群，李秀艷，李昕，孫志敏，姜延，張秀芹

北京服裝學(xué)院材料設(shè)計(jì)與工程學(xué)院，北京 100029

自2016年全國(guó)高校思想政治工作會(huì)議召開(kāi)后[1]，習(xí)近平總書(shū)記分別在2018年的全國(guó)教育大會(huì)和2019年的學(xué)校思想政治理論課教師座談會(huì)上強(qiáng)調(diào)了高校立德樹(shù)人的根本任務(wù)，提出了通過(guò)全員、全方位、全過(guò)程的路徑實(shí)現(xiàn)為黨育人、為國(guó)育才的教育目標(biāo)[2]；2020年，教育部進(jìn)一步印發(fā)《高等學(xué)校課程思政指導(dǎo)建設(shè)綱要》的通知，對(duì)課程思政的總體建設(shè)進(jìn)行了全面部署[3]。全面推進(jìn)課程思政建設(shè)，就是要將價(jià)值觀融于知識(shí)傳授和能力培養(yǎng)之中，幫助學(xué)生塑造正確的世界觀、人生觀和價(jià)值觀。

美育，即審美教育，也是情操教育，心靈教育。蔡元培先生曾說(shuō)：“美育者，應(yīng)用美學(xué)之理論于教育，以陶養(yǎng)感情為目的者也[4]?！币虼?，美育作為情感教育的重要途徑，在培育和塑造學(xué)生的價(jià)值觀方面同樣發(fā)揮著重要作用。與思政教育不同的是，美育側(cè)重于先讓學(xué)生通過(guò)具體可感的形象的魅力，獲得心靈上的滿足和愉悅，進(jìn)而以感染、潛移默化的方式訴諸人的審美情感，以情感打動(dòng)人心，從而達(dá)到教育的目的。當(dāng)前，高校理工科學(xué)生的審美教育主要依靠美學(xué)類公共課程或者藝術(shù)鑒賞類選修課程進(jìn)行，而美學(xué)或藝術(shù)專業(yè)教師的講授內(nèi)容與理工專業(yè)學(xué)生原有的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)還存在一定程度的脫節(jié)，不能完全實(shí)現(xiàn)教育目標(biāo)。2019年，教育部印發(fā)《關(guān)于切實(shí)加強(qiáng)新時(shí)代高等學(xué)校美育工作的意見(jiàn)》，提出了“引領(lǐng)學(xué)生樹(shù)立正確的審美觀念、陶冶高尚的道德情操、塑造美好心靈”，“以美育人、以美化人、以美培元，培養(yǎng)德智體美勞全面發(fā)展的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人”的指導(dǎo)思想，對(duì)美育與課程思政的融合發(fā)展提出了要求[5]。在這種背景下，教師將美育滲透專業(yè)課程，探究美育與課程思政深度融合的路徑，成為高校當(dāng)前的重要課題。

北京服裝學(xué)院的校訓(xùn)即“與美同行”。美，之于“美麗中國(guó)”，之于“人民美好生活”，之于“德智體美勞”，體現(xiàn)了新時(shí)代賦予教育的使命之美；美，之于行業(yè)特色院校，體現(xiàn)了美美與共、各美其美的傳遞與創(chuàng)新之美；美，之于個(gè)人自身，體現(xiàn)了心靈美、行為美的具象之美。有機(jī)化學(xué)課程是我校高分子材料工程專業(yè)、輕化工程專業(yè)的基礎(chǔ)必修課，手性是有機(jī)化學(xué)的重要章節(jié)，是闡述原子連接順序相同的化合物在空間排列順序上的差異。理解和掌握手性的概念、判別和標(biāo)記、熟悉手性合成(不對(duì)稱合成)，對(duì)認(rèn)識(shí)其在有機(jī)合成及生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用有著重要意義[6]。

實(shí)物與自身鏡像不重疊的現(xiàn)象叫做手性。手性現(xiàn)象不僅在自然界中普遍存在，在微觀分子層面也有類似現(xiàn)象：例如，組成我們生命的基本物質(zhì)氨基酸、糖、乳酸等也具有手性，緩解人類病痛的藥物中超過(guò)一半具有手性。可以說(shuō)，手性與自然、生活、生命息息相關(guān)。但歷史上手性現(xiàn)象也曾給人類帶來(lái)巨大災(zāi)難。在教學(xué)過(guò)程中，教師要主動(dòng)挖掘手性相關(guān)的歷史事件、社會(huì)熱點(diǎn)、重要科學(xué)進(jìn)展等具有感染力的思政元素和案例，將價(jià)值觀與知識(shí)傳授、能力培養(yǎng)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。另一方面，教師也需提高自身審美能力，結(jié)合本?！芭c美同行”的辦學(xué)理念，深入挖掘?qū)W科中的科學(xué)美、情感美等美的元素，注重教學(xué)過(guò)程的形式美，培養(yǎng)和提高學(xué)生欣賞美、創(chuàng)造美的能力，讓美育和課程思政同向同行、互融互通，在潛移默化中樹(shù)立學(xué)生崇高的思想品德，激發(fā)學(xué)生關(guān)注自然、關(guān)愛(ài)社會(huì)、熱愛(ài)專業(yè)、崇尚科學(xué)的情感。具體可從以下四個(gè)方面實(shí)施。

1 專業(yè)融入生活，感受自然和人文之美

教師向?qū)W生闡述手性的概念后，打破以往繼續(xù)進(jìn)行理論知識(shí)講授的傳統(tǒng)，先向?qū)W生提出問(wèn)題：除了我們的雙手，我們身體中還有哪些部位，也具有手性的特點(diǎn)？學(xué)生稍作思考，紛紛回答出雙腳，雙眼，雙耳等等。教師充分肯定學(xué)生的回答，緊接著又提出第二個(gè)問(wèn)題：大自然中是否也有手性的現(xiàn)象呢？學(xué)生陷入思考，教師做些許停頓，繼而向?qū)W生展示了自然中的一些常見(jiàn)現(xiàn)象(圖1)，供觀察和討論。大到浩瀚的宇宙星云，小到細(xì)微之處的一只貝殼，一個(gè)海螺，一朵牽?；ǖ奶?，它們都具有特定的“右旋”或“左旋”的旋轉(zhuǎn)方向，這些自然景物都具有手性的現(xiàn)象。

圖1 自然中的手性現(xiàn)象

在此基礎(chǔ)上，教師進(jìn)一步引導(dǎo)：除上述手性現(xiàn)象，你還能列舉哪些手性現(xiàn)象？受到之前兩個(gè)問(wèn)題的啟發(fā)，學(xué)生開(kāi)始思考并列舉出若干具有手性的事物，此時(shí)教師需對(duì)學(xué)生的回答做出及時(shí)回饋并肯定學(xué)生積極思考的行為，課堂氛圍變得輕松、活躍。隨后教師又向?qū)W生展示四種具有中國(guó)特色的建筑景觀：故宮角樓、安徽民居、趙州橋和上海外灘(圖2)，并請(qǐng)學(xué)生根據(jù)手性的定義來(lái)判斷這些景觀是否具有手性現(xiàn)象。這些建筑與其水中的鏡像呈現(xiàn)出令人賞心悅目的對(duì)稱之美。其中故宮角樓、趙州橋結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)軸對(duì)稱的建筑結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，因此實(shí)物、鏡像可以做到完全重疊，不具有手性。而安徽民居、上海外灘，由于建筑本身沒(méi)有對(duì)稱性，鏡像、實(shí)物不能做到完全重疊，因此具有手性。

圖2 中國(guó)特色建筑

以自然和傳統(tǒng)人文景觀為載體引入知識(shí)的學(xué)習(xí)和討論，學(xué)生更易于理解和接受。通過(guò)分析身邊熟悉事物的特點(diǎn)，強(qiáng)化了專業(yè)知識(shí)的學(xué)習(xí)，又引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)看似陌生的專業(yè)概念，原來(lái)早就普遍存在于自然和生活當(dāng)中。同時(shí)，這些極具感染性的自然及人文風(fēng)景圖片，也是教學(xué)過(guò)程中美育的滲透。審美活動(dòng)是層層推進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣、逐漸深化的過(guò)程。從學(xué)生的反饋中也可以發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)：在閱覽圖片時(shí)，賞心悅目的景物讓我們不禁精神為之一振，心情愉快地獲得初級(jí)的審美感受。在對(duì)美的欣賞過(guò)程中，我們又從化學(xué)的角度感受自然造物的神奇之處和中國(guó)特色的人文之美，體會(huì)到化學(xué)、自然、人文之間的奇妙連結(jié)。最終通過(guò)對(duì)美的感知，逐步形成了生態(tài)文明的理念，激發(fā)出熱愛(ài)自然、熱愛(ài)生活的情操。

在以上教學(xué)基礎(chǔ)上，教師繼續(xù)從生活入手，用牛奶中的乳酸和運(yùn)動(dòng)后產(chǎn)生的乳酸作對(duì)比(圖3)，拋出問(wèn)題：兩種乳酸分子是同一種物質(zhì)嗎？帶領(lǐng)學(xué)生逐步進(jìn)入微觀的化學(xué)世界，并引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用新學(xué)知識(shí)對(duì)兩個(gè)有機(jī)分子進(jìn)行判斷。教學(xué)過(guò)程中，教師還需要注意教學(xué)形式之美，運(yùn)用學(xué)生常用的“流行語(yǔ)”、豐富的多媒體手段和生動(dòng)形象的分子模型等，將理論知識(shí)以趣味性、視覺(jué)性的方式呈現(xiàn)出來(lái)，不僅讓學(xué)生在輕松活躍的課堂中接受課程內(nèi)容，提高了課堂效率，同時(shí)也提高了對(duì)美的認(rèn)識(shí)和審美情趣。

圖3 牛奶中的乳酸(左)和運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的乳酸(右)

2 立美育德，明辨善惡美丑

講授“手性結(jié)構(gòu)的標(biāo)記”一節(jié)時(shí)，待學(xué)生掌握R/S構(gòu)型標(biāo)記規(guī)則后，教師再次舉起兩個(gè)手性分子模型向同學(xué)們展示，并闡述：我們已經(jīng)直觀地看到，互為實(shí)物和鏡像的兩個(gè)手性分子，其基團(tuán)組成、基團(tuán)間的鏈接順序完全相同，唯一的差別就是基團(tuán)在空間中的排列順序。而這一差異，曾經(jīng)導(dǎo)致了歷史上著名的沙利度胺事件[7]。20世紀(jì)50年代，德國(guó)一家制藥公司研制出了一種叫做沙利度胺的藥物來(lái)治療妊娠初期婦女的惡心、食欲減退等反應(yīng)。由于療效確切，很快就推廣到歐洲等全球46個(gè)國(guó)家使用。1961年，3位德國(guó)醫(yī)師在婦產(chǎn)學(xué)科國(guó)際會(huì)議報(bào)告了海豹肢畸形胎兒病例。經(jīng)調(diào)查證明，這種畸胎兒與孕婦在妊娠期間服用沙利度胺密切相關(guān)。

沙利度胺是由一對(duì)手性分子組成的混合物，分別為R和S兩種構(gòu)型(圖4)。其中R構(gòu)型沙利度胺具有良好的鎮(zhèn)定作用，而S構(gòu)型沙利度胺卻具有強(qiáng)烈的致畸性。據(jù)了解，當(dāng)時(shí)該藥物缺少嚴(yán)格的臨床實(shí)驗(yàn)，僅憑幾乎全部來(lái)自動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的安全性評(píng)估，便向多個(gè)國(guó)家推廣，從而導(dǎo)致全球約12000名嬰兒出生時(shí)帶有嚴(yán)重畸形。與此不同的是，當(dāng)時(shí)的美國(guó)卻基本幸免于難。一位名叫弗朗西斯·凱爾西的美國(guó)食品和藥物管理局(FDA)審查員認(rèn)為反應(yīng)停臨床數(shù)據(jù)不全，且由動(dòng)物實(shí)驗(yàn)獲得的毒理學(xué)數(shù)據(jù)并不可靠，因此連續(xù)六次拒絕其進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)，并要求更多的臨床數(shù)據(jù)。憑借對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的認(rèn)真和執(zhí)著，凱爾西將沙利度胺拒之門外，從而挽救了整個(gè)國(guó)家新生兒的健康和生命，成功阻止了悲劇在美國(guó)重演。凱爾西嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神和高尚的職業(yè)道德感動(dòng)了整個(gè)國(guó)家，被《華盛頓郵報(bào)》稱為美國(guó)的“女英雄”。

圖4 沙利度胺的兩種手性結(jié)構(gòu)

通過(guò)學(xué)習(xí)沙利度胺事件，學(xué)生表示：德國(guó)制藥公司由于對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的草率而導(dǎo)致上萬(wàn)畸胎兒出生的“惡”，和弗朗西斯·凱爾西求真務(wù)實(shí)，最終挽救千萬(wàn)家庭的“善”，形成了強(qiáng)烈的對(duì)比，帶給我們極大的震撼。前者讓我們心情沉重，而后者所展現(xiàn)出的職業(yè)道德讓我們感受到崇高美，不由心生崇敬。我們認(rèn)識(shí)到在科學(xué)研究上，需要認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙?duì)待實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并具備實(shí)事求是的科學(xué)精神。體會(huì)弗朗西斯·凱爾西的職業(yè)道德之美，鍛煉了我們明辨是非、美丑、善惡的能力。

在講解完沙利度胺事件后，教師進(jìn)一步提問(wèn)：為什么一對(duì)手性分子之間僅僅是空間結(jié)構(gòu)上的差異，就能帶來(lái)生理活性上的巨大差異呢？通過(guò)設(shè)問(wèn)牢牢抓住學(xué)生的好奇心，帶領(lǐng)學(xué)生拓寬知識(shí)的廣度。致畸機(jī)制是一個(gè)微觀的、復(fù)雜的生理作用過(guò)程，為了將其形象、簡(jiǎn)潔地呈現(xiàn)在學(xué)生面前，教師采用比擬的方法，設(shè)計(jì)了手性分子與生物體作用的演示圖(圖5)。組成我們生命的蛋白質(zhì)和部分氨基酸等具有手性。當(dāng)外來(lái)手性分子進(jìn)入到人體的手性環(huán)境后，能夠與生物體手性匹配的分子，才能產(chǎn)生有效的生理作用。手性不匹配，則難以奏效，甚至有害。

圖5 手性分子與生物受體的作用

學(xué)生反饋：手性分子與生物受體的作用機(jī)理以生動(dòng)、形象的圖片呈現(xiàn)，帶給我們非常直觀的視覺(jué)感知，對(duì)復(fù)雜致畸機(jī)理的了解豁然開(kāi)朗，因而也加深了對(duì)沙利度胺這一歷史事件的感悟，同時(shí)也更加認(rèn)識(shí)到手性學(xué)習(xí)的重要性。

3 激發(fā)愛(ài)國(guó)情懷，感受科學(xué)之美、創(chuàng)新之美、奮斗之美

講授“手性合成”這一節(jié)時(shí)，教師可引入中國(guó)科學(xué)家在手性方面的突出貢獻(xiàn)。例如周其林院士在手性合成中的重要工作，供學(xué)生討論學(xué)習(xí)。

周其林院士致力于手性研究已有20多年。而早在2001年，已有科學(xué)家在手性領(lǐng)域獲得了諾貝爾獎(jiǎng)。很多人認(rèn)為，若在這樣的高度上再進(jìn)行原創(chuàng)性的突破，其難度如同攀登科研上的珠穆朗瑪峰。而周其林甘坐基礎(chǔ)研究的“冷板凳”，以極大的專注投入到科學(xué)研究中，最終合成出一系列手性螺環(huán)催化劑(圖6)。這類催化劑在多個(gè)反應(yīng)中展現(xiàn)出了很高的催化活性和對(duì)映選擇性，被應(yīng)用于200多種反應(yīng)和多種手性藥物的生產(chǎn)，在合成化學(xué)中發(fā)揮了巨大功效[8]，手性螺環(huán)催化劑也因此被稱之為“周氏催化劑”。2019年，憑借“高效手性螺環(huán)催化劑的發(fā)現(xiàn)”項(xiàng)目，周其林院士團(tuán)隊(duì)獲得了被譽(yù)為原創(chuàng)性最強(qiáng)、科技含量最高的國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

圖6 手性螺環(huán)催化劑(左)及其X射線晶體結(jié)構(gòu)(右)

教師通過(guò)介紹中國(guó)科學(xué)家在手性方面的突出貢獻(xiàn)，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感和愛(ài)國(guó)主義情懷，使學(xué)生意識(shí)到有機(jī)化學(xué)的進(jìn)步離不開(kāi)像周其林一樣的科學(xué)家們的無(wú)私貢獻(xiàn)。與此同時(shí)，教師要注意拓展學(xué)生多角度的審美視野，向?qū)W生滲透化學(xué)審美觀念，避免只重視感官體驗(yàn)。不僅引導(dǎo)學(xué)生感受手性分子的結(jié)構(gòu)之美和反應(yīng)之美，還要通過(guò)感受這些外在的“形式美”，切身體會(huì)到科學(xué)家發(fā)現(xiàn)“美”的艱辛過(guò)程，以及追求“美”的鍥而不舍的科學(xué)臻美精神。

教師通過(guò)課前布置資料收集任務(wù)、課后布置小論文的形式，讓學(xué)生談?wù)劇澳闼私獾纳磉叺氖中苑肿蛹爸袊?guó)科學(xué)家在手性方面的貢獻(xiàn)”(1000字左右)。通過(guò)學(xué)生的反饋，可以看出此次課程思政和美育的融合實(shí)踐較好：“在對(duì)手性知識(shí)的學(xué)習(xí)后，手性分子的新奇結(jié)構(gòu)，手性在生活、生產(chǎn)中產(chǎn)生的重要應(yīng)用，給予了我們極大震撼，讓我們感受到科學(xué)創(chuàng)新的美好所在，極大地推動(dòng)了我們的學(xué)習(xí)積極性，也激發(fā)我們立志繼承和發(fā)揚(yáng)前輩事業(yè)，在科學(xué)研究的道路上繼續(xù)探索的決心。與此同時(shí)，我們也感受了科學(xué)家們甘坐冷板凳，堅(jiān)持科研探索的奮斗之美?！?/p>

4 藝工融合，培養(yǎng)學(xué)科交叉型的創(chuàng)新人才

在講授“手性化合物的應(yīng)用拓展”時(shí)，教師向?qū)W生提問(wèn)，手性除了在藥物分子上的應(yīng)用之外，還可以用于哪些領(lǐng)域呢？激起學(xué)生好奇心，教師再結(jié)合北京服裝學(xué)院“藝工融合”的辦學(xué)特色，引入手性材料在服裝藝術(shù)上的應(yīng)用案例。

膽甾相液晶(圖7a)等含手性結(jié)構(gòu)的液晶材料，具有周期性的螺旋狀空間結(jié)構(gòu)(圖7b)。這樣的結(jié)構(gòu)可選擇性地反射可見(jiàn)光。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，液晶分子的空間構(gòu)象發(fā)生變化，導(dǎo)致反射波長(zhǎng)發(fā)生改變，最終呈現(xiàn)出不同效果的視覺(jué)色彩[9]。

圖7 手性液晶分子材料(a)及溫感變色示意圖(b)

利用手性液晶材料，一件“變色龍”服裝在英國(guó)的一場(chǎng)時(shí)裝秀上，呈現(xiàn)出了時(shí)尚和科技的完美融合。設(shè)計(jì)師將手性液晶微膠囊加工成可印染的油墨并涂敷至纖維表面，隨著模特身體不同部位的體溫變化，服裝表面展現(xiàn)出了迷人的色彩(圖8)。

圖8 “變色龍”服裝的變色前(左)、變色后(右)

畢業(yè)于英國(guó)皇家藝術(shù)學(xué)院的勞倫·鮑克是這件變色服裝的設(shè)計(jì)師。當(dāng)她還在學(xué)校學(xué)習(xí)紡織與面料時(shí)，便以化學(xué)材料的開(kāi)發(fā)作為產(chǎn)品的設(shè)計(jì)核心，同時(shí)又利用藝術(shù)的特長(zhǎng)賦予了作品更多的時(shí)尚氣息。在科技和時(shí)尚的雙重加持下，勞倫·鮑克的變色化學(xué)油墨及衍生設(shè)計(jì)品最終為世人所知，一舉斬獲全球期貨獎(jiǎng)和最具創(chuàng)新力品牌獎(jiǎng)等多個(gè)大獎(jiǎng)。

以往傳統(tǒng)的有機(jī)化學(xué)課堂上，較少展示與藝術(shù)有關(guān)的案例。教師引入“變色龍”服裝的應(yīng)用案例和設(shè)計(jì)師的“藝工融合”經(jīng)歷，不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)使他們感受到科技與藝術(shù)融合后的神奇和美妙。通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷收集學(xué)生的學(xué)習(xí)反饋，發(fā)現(xiàn)美育與課程思政結(jié)合下的實(shí)施效果較好：“紡織設(shè)計(jì)師的成功‘跨界’，讓我們意識(shí)到震撼人心的藝術(shù)作品后面，往往也閃爍著科學(xué)的智慧?？萍紕?chuàng)新能夠促進(jìn)藝術(shù)創(chuàng)作，而藝術(shù)創(chuàng)意也可以啟發(fā)科技創(chuàng)造。我們感悟到作為祖國(guó)未來(lái)?xiàng)澚?，在扎?shí)掌握科學(xué)知識(shí)、關(guān)注科技前沿的同時(shí)，也要不斷提高藝術(shù)素養(yǎng)，才能夠成為將科技與藝術(shù)緊密融合的創(chuàng)新型人才。”

5 結(jié)語(yǔ)

高校的課程思政工作關(guān)系到高校培養(yǎng)什么樣的人、如何培養(yǎng)人以及為誰(shuí)培養(yǎng)人這個(gè)根本任務(wù)。教師需要深挖課程思政元素，并通過(guò)不斷學(xué)習(xí)來(lái)提高自身審美能力，將美的教育、美的體驗(yàn)、美的表達(dá)有機(jī)融入課程思政的實(shí)踐中。將美育和價(jià)值傳遞在專業(yè)知識(shí)的傳授中滲透，引導(dǎo)學(xué)生了解學(xué)科、熱愛(ài)學(xué)科，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科交叉融合及科學(xué)人文互通的思想意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)精神，潛移默化地將職業(yè)道德、科學(xué)精神與家國(guó)情懷融入日常教學(xué)。通過(guò)拓寬多角度、多層次的美育視野，使學(xué)生體驗(yàn)到化學(xué)之美、自然之美、人文之美，最終實(shí)現(xiàn)“以美育人，培根鑄魂，立德樹(shù)人”的教育目標(biāo)。