大学化学, 2021, 36(3): 2007077-0 doi: 10.3866/PKU.DXHX202007077

课程思政建设专刊

有机合成协同思政教育的课程体系构建探索

吴亚1, 史俊1, 吴丽,2

Exploration of Course Ideology and Politics Merging into Education of Organic Synthesis

Wu Ya1, Shi Jun1, Wu Li,2

通讯作者: 吴丽, Email: wuli@ucas.ac.cn

收稿日期: 2020-07-26   接受日期: 2020-09-3  

基金资助: 2019年西安石油大学教学改革研究项目

Received: 2020-07-26   Accepted: 2020-09-3  

Fund supported: 2019年西安石油大学教学改革研究项目

Abstract

In order to achieve organic integration of ideological and political education and organic synthesis curriculum effectively, this article discusses how to design course system of organic synthesis. It is included how to play a dual educational function of organic synthesis curriculum, how to deepen innovative thinking and dialectical thinking in the course teaching, how to enhance the awareness of harmonious symbiosis between the development of green chemistry and the environment, and how to discover more examples connecting ideological and political education and organic synthesis education. An ideological and political course system for professional courses is constructed after exploration and training. The practice will assure to realize the purpose of cultivating talents by organic integration of ideological and political education and organic synthesis education.

Keywords: Course system of organic synthesis ; Course ideology and politics ; Thinking training ; Scientific and technological innovation ; Green development

PDF (886KB) 元数据 多维度评价 相关文章 导出 EndNote| Ris| Bibtex  收藏本文

本文引用格式

吴亚, 史俊, 吴丽. 有机合成协同思政教育的课程体系构建探索. 大学化学[J], 2021, 36(3): 2007077-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202007077

Wu Ya. Exploration of Course Ideology and Politics Merging into Education of Organic Synthesis. University Chemistry[J], 2021, 36(3): 2007077-0 doi:10.3866/PKU.DXHX202007077

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调:“把思想政治工作贯穿教育教学全过程,使各类课程与思想政治理论课同向同行,形成协同效应[1, 2]。”大学生正处于人生观、世界观和价值观形成的关键时期,面对多元化信息和社会重大事件,缺乏理性独立思考和正确判断[3, 4]。另一方面,随着自然科学飞速发展,新理论、新方法、新技术、新观点不断融入到化学课程中,相关的思政教育知识往往相对滞后,或者在专业教学过程中容易被忽视和遗忘[5, 6]。因此,在专业课程中对大学生进行针对性、亲和性的思政教育尤为重要。

有机合成作为一门理论性和实践性都很强的自然科学,它不仅提供密切相关的专门科学原理和科学方法,而且还蕴含着丰富的思政教育元素[7]。在对大学生进行专业教学的同时,有机合成有着潜在的优势成为切实的载体发挥思政教育功能。基于此,我们课程组牢牢抓住专业课堂这个主渠道,认真研讨、集思广益,精心设计教学过程,精选专业密切相关的德育教学案例,通过精选案例教学探索,推进思政教育融入课程教学的实践,发挥自然科学课程教学的双重育人功能,协同科学素养和人文素养训练,引导青年学生建立正确的科学思维方法,理性思考、正确判断社会重大问题,树立正确的人生观、价值观,刻苦锤炼本领、坚定理想信念、勇于担当时代重任、自觉肩负起实现中华民族伟大复兴的时代使命。

1 科学教育与价值引领同向同行,以德树人

专业知识是思想的载体,思想是专业知识的灵魂,而思政教育是专业知识通向思想灵魂的桥梁。“现代有机合成之父”R. B. Woodward把有机合成看作是科学与艺术的融合体[8]。作为一门自然科学,有机合成无论从科学精神还是人文素养方面都蕴藏着深刻的育人功能。面对目前新的教学方式、新的社会任务以及不断涌入的科学技术,我们紧紧围绕立德树人教育理念,将有机合成教学体系凝练出两条主线:一条科学线,一条育人线,如图 1所示。科学线主要传授方法原理:围绕如何关注目标有机化合物的结构以及如何实现目标化合物的结构构建展开,通过有机合成基本原理、逆合成分析及其策略、有机合成新技术训练,使学生熟练掌握有机化合物的合成技能。另一条育人线:沿着引入合成–初识合成–学习合成–体验合成–感悟合成的途径,培养学生推演、分析、解决有机合成问题的能力,激发学生的科学精神和人文素养,实现知识传授、能力培养、价值引领同步提升。这两条主线同向同行、协同育人,切实落实立德树人根本任务。

图1

图1   有机合成双重功能育人的两条主线


沿着两条教育主线,我们精心优选教学内容,精准设计教学方案,具体问题具体分析,深挖专业知识与育人的结合点,从抽象理论中激发出情景化、具象化和生动化的教学样本,让科学教育与社会价值交叉融合,发生“化学反应”。例如多肽化合物的合成,涉及构建碳杂键的方法、多官能团化合物的官能团保护与脱保护方法、固相合成技术等知识点,我们在介绍这些知识点时将牛胰岛素的合成穿插其中,帮助学生加深对方法、原理、应用和实验技术的理解,认识基础原理方法在实际应用中的指导意义,培养学生解决复杂实际问题的意识和能力。在知识传授、能力培养提升的同时,剖析牛胰岛素合成背后的价值内涵。牛胰岛素是标志性蛋白质类药物,用于控制血糖。然而,在20世纪50年代,蛋白质的人工合成还是一块鲜有人踏入的科学禁地。当时,中苏关系走向冰点,欧美国家正在全力想把新中国扼杀在摇篮里,绝不可能从这些国家进口到合成胰岛素所需的17种氨基酸。要合成这样极为复杂的多肽难度之大不可想象。然而在那个急需证明中国实力的特殊年代,中国科技先驱从制备这个复杂多肽所需的氨基酸原料开始,摸石头过河,在极其困难的环境下,于1965年9月在实验室内首次人工合成了具有全部生物活力的结晶牛胰岛素。强烈的民族责任心、高度的国家使命感无疑是驱使科研人员敢于开拓、勇于创新、不惧困难、勇于担当、不辱使命,以超乎寻常的胆识要为祖国攻下这个科学禁地[9]。同样,在今天的特殊历史时刻,疫情当头,我国的科学家在研发新冠肺炎药物和疫苗进程中勇担重任、披荆斩棘、勇于探索、砥砺前行,一步步揭开可怕病毒的神秘面纱[10]。这些重大社会事件激励着青年学生自觉树立把国家和民族的事业作为崇高的理想追求,勇担使命、勇于创新、勇于开拓、勇做时代的弄潮儿。在这两条教育主线中,有机合成专业知识融入思政教育,专业知识不再枯燥乏味,思政教育有了专业知识作为载体,亦不再空洞。

2 传道授业与思维培养同向同行,博学多思

耶鲁大学校长理查德莱文曾说:“真正的教育,是批判性的独立思考、时时刻刻的自我觉知、终身学习的基础。”哈佛大学教授也认为:“教育的目的不是学会一堆知识,而是学会一种思维的觉醒。”当今时代的教育任务不再是单纯的传授知识,更重要的是激活学生的心智,最大限度地挖掘学生的潜能,提高创新思维能力。然而,创造性思维与能力往往不是与生俱来的,是可以通过后天的训练有意识地培养的。有机合成是逻辑性和创造性很强的一门自然科学,有机合成路线设计原理、方法和应用及有关理论知识的学习与理解的训练能够帮助学生建立正确的科学思维方法,因而是理想的思维训练载体。

图 2所示,在有机合成学习中,要设计合成出所需化合物,需要识记、理解分子骨架的形成、官能团的转化、保护等方法原理,积累相关基础知识,通过“量”的积累实现“质”的飞跃,达到有机合成应用之目的。在知识传授层面,有机合成经历了“识记–理解–应用”低阶思维的培养过程。在此基础上,进一步经过审慎的思考,归纳、分析分子形成、转化方法,凝练出逆合成分析策略,利用此策略具体指导实践,创造出所需化合物。这后一过程则上升到高阶思维的训练。正如《礼记·中庸》云:“博学之,审问之,慎思之,明辨之,笃行之。”通过强化整个过程的思维训练,学生的逻辑思维、辩证思维和创新意识获得同步提升,潜在思维创新能力得到激发。

图2

图2   有机合成课程思维培养设计


逆合成分析理论的诞生可以说是逻辑思维激发创造性思维的活范本。20世纪后半期,E. J. Corey教授在总结前人和他自己对复杂分子合成的基础上提出了合成路线设计及逻辑推理方法,创立了由合成目标逆推到合成原料的逻辑方法——逆合成分析,并在此基础上开发了计算机辅助合成设计程序,并被授予1990年诺贝尔化学奖[11]。时至今日,逆合成分析理论已然成为有机合成的重要策略。

有机合成的思维训练应沿循学生的认知成长过程,尊重认识自然的规律,使学生从思维培养中体悟科学之道、科学之美。在初识有机合成时,尽管学生会有“昨夜西风凋碧树,独上高楼,望尽天涯路”的彷徨,然而经过“衣带渐宽终不悔,为伊消得人憔悴”的刻苦锤炼,最终到达“众里寻他千百度,蓦然回首,那人却在,灯火阑珊处”的幸福巅峰。

3 科技创新与绿色发展同向同行,和谐共生

生态文明绿色发展,化学首当其冲。进入21世纪,“化学的绿色化”已成为世界各国化学发展的主要目标和方向。在我国,习近平总书记近来也多次强调:“同筑生态文明之基,同走绿色发展之路[12]。”要突破环境瓶颈,根本出路在于创新,关键要靠科技力量。有机合成迎接绿色发展的挑战,仍需发挥其强劲的自然科学和技术优势。历史证明,有机合成从萌芽时期发展到繁荣的艺术期再到近代化学生物期,每一个历史转折都激发着有机合成的创新,其创新成果都承载着重要的历史重任,推进人类文明的进步。

当今时代,探寻高效、高选择性、高原子经济性的合成反应,发展能够保护环境的化学技术,并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放已经成为合成化学的发展战略。美国科学家威廉·诺尔斯、巴里·夏普莱斯与日本科学家野依良治挑战高效立体选择性,创造了有机合成反应中的高效手性催化剂并建立了立体选择性的反应方法,可以高效方便地合成单一异构体的手性分子,避免了复杂的手性化合物分离,其成果促进了化学工业和制药工业的发展,这三位科学家因此获得2001年度诺贝尔化学奖。2005年三位科学家Y. Chauvin、R. H. Gmbbs和R. R. Schmck对烯烃复分解反应的发展贡献突出,因此被授予诺贝尔化学奖。烯烃的复分解反应代表着有机合成方法学中一种新颖、有效的形成碳-碳骨架的方法,反应体系简单易行,在常温和常压下可以有效实施催化;可使用无害溶剂,并产生低毒废物,其应用可减少合成步骤,降低资源的消耗和浪费。这些成果代表着向绿色化学目标的迈进,还体现了应用科学与技术开发对于环境和整个社会的发展产生了积极影响[13]。2010年诺贝尔化学奖因在“钯催化交叉偶联有机合成反应”方面创造性的贡献授予E. Negishi、R. F. Heck、A. Suzuki三位科学家。他们创造的一类更加方便、高效、准确地构建碳-碳键的方法被称为有机合成中的“焊接技术”,该研究成果突破了传统制药和电子材料等领域繁杂的合成瓶颈。2018年,F. H. Arnold因发明了定向进化制造的酶用于合成包括生物燃料、药品的各类产品被授予诺贝尔化学奖,这一成果促进了更环保的化学工业的发展。目前,F. H. Arnold仍然活跃在绿色化学和替代能源领域,开发高活性酶和微生物,将可再生生物转化为燃料和化学品等研究领域。为了减少碳排放,我国科学家在二氧化碳转变为有机化工产品及工业化方面获得的重要突破,例如2019年9月上海有机所成果转移转化项目——世界首个CO2合成DMF千吨级中试项目获得成功[14]。此科技创新成果的应用推动我国绿色低碳环保事业健康发展。总之,绿色发展激发了科技创新,科技创新推动了时代文明。科技创新与绿色发展只有同向同行和谐共生,绿色发展之基才能深入人心,科技创新之路才能行稳致远。

4 专业知识与思政教育交叉融合,精准施策

要切实落实专业课程思政教育,不驰于空想、不骛于虚声,行之有效的方法是多角度、全方位建设有机合成设计课程思政教育素材资源库。国家总书记习近平提出:“做好高校思想政治工作,要因事而化、因时而进、因势而新[1]。”在有机合成设计的课程学习过程中,我们不断地深挖专业知识与育人的结合点,凝练思想性、人文性和实践性更强的教学内容,精准施策,确保良好的教学效果。以下列举了有机合成设计课程教学实践中各章节内容与思政教育融合点,见表 1

表1   有机合成课程思政教学典型案例汇编

章节知识点具体实例思政主体思政教学目标
引言1)有机合成的目标是创造需求的化合物分子:举例列出目前我国筛选的具有一定疗效的新冠肺炎药物分子结构,包括瑞德西韦、羟氯喹、法匹拉韦、洛匹那韦等。我国清华大学饶子和院士抗新冠病毒联合攻关团队率先研究出瑞德西韦和法匹拉韦分子的效应抑制新型冠状病毒RNA聚合酶的可能作用模式社会时事热点激发学生的好奇心和求知欲;
学习我国科学家聚焦前沿、迎难而上、潜心钻研的科学精神;
培养学生的坚定信念、在困难时期的时代担当和社会使命感
2) “现代有机合成之父”Woodward组织100多位科学家花了11年时间合成了复杂的分子维生素B12,1965年荣获Nobel化学奖世界著名的有机合成事件让学生体会科学家全身投入、善于钻研、严谨细致的科研作风,坚持不懈、孜孜以求、勇于创新的匠人精神以及为科学事业献身的精神;
培养良好的团队协作意识
3) 有机合成发展史:萌芽–发展–繁荣(艺术期)–化学生物期自然认识规律尊重自然发展的规律,体会战略性、创造性的进展不是一蹴而就的;
激励学生不驰于空想、不骛于虚声,一步一个脚印,踏踏实实地学习、干好工作
分子骨架的形成1)2010年Nobel化学奖:介绍钯催化交叉偶联反应,指出它是一类用于形成碳-碳键的重要化学反应,能够精确有效地制出他们需要的复杂化合物。这是经历了60多年的工作积累和坚持所取得的重大成果,已应用于药物、材料等领域的合成中世界著名的有机合成事件学习科学家的匠人精神,科研作风;
培养学生扎扎实实、潜心钻研的态度和学习作风,在未来的工作岗位上奉献自己的青春年华的梦想
2)黄鸣龙还原法:黄鸣龙在合成抗疟药相关的萘醌时利“Wolff-Kishner还原法”做中间体还原实验,意外发现反应效果极好,并创造性改造此还原方法,被命名为“黄鸣龙还原法”,这是首例以我国科学家名字命名的重要有机反应。1952年,黄鸣龙先生在我国经济基础羸弱、西方发达国家严密封锁的情况下,毅然放弃美国先进的科研环境,排除万难,回到祖国,投身于新中国的化学事业发展中,为我国甾族激素药物开发合成做出了开拓性工作中国的重要科技成果发扬老一辈化学家爱国主义的民族精神和深厚的家国情怀;
学习科学家严谨细致、独立思考、勇于创新、追求真理的科学精神
3)2020年1月周其林院士不对称合成催化剂获得国家自然科学一等奖:周其林院士团队经过十余年的潜心研究,设计发展了一类全新的手性螺环分子骨架结构,从这类骨架结构出发,合成了系列高效、高选择性的手性螺环配体和催化剂,成为新世纪不对称催化领域最重要的发现中国的重要科技成果学习科学家拼搏奋斗、争创一流、严谨细致、独立思考、勇于创新、追求真理的科学精神以及对科学的献身精神,增强学生的民族自豪感
4) 二氧化碳转变为有机化工产品的重要突破,推动我国绿色低碳环保事业的发展
● 2019年9月上海有机所成果转移转化项目,世界首个CO 2合成DMF千吨级中试项目获得成功;
● 2018年中科院长春应化所的王献红团队实现了CO2基生物降解塑料的工业化生产;
●2017年5月中国科学院大连化学物理研究所孙剑、葛庆杰研究员团队实现了CO2直接转化制取汽油
中国的重要科技成果使学生认识基础知识对实际应用的贡献;
让学生认识国家创新发展驱动战略;
培养学生绿色发展的理念和环保意识;
培养青年学生的使命感和历史责任感
分子骨架的形成5)国际首例高性能光电子器件成功制备:北京大学郭雪峰教授团队在“科学无人区”长达10年时间,历经艰辛攻克难关,终于设计出关键的双键相连两个噻吩的二芳烯分子,将其接在石墨烯电极上制备出国际首例高性能光电子器件中国的重要科技成果感受到中国科学家对梦想的执着、拼搏奋斗、创新一流的精神;
坚定爱国信念,增强民族自豪感;
激起学生的好奇心,吸引学生自发学习的兴趣
官能团的转化反应“天使神药”阿司匹林到“恶魔毒品”海洛因的发明创造:德国化学家Felix Hoffmann对水杨酸的羟基进行乙酰化反应,发明了阿司匹林,随着其应用与开发,阿司匹林百年未衰,成为了药物神话。同理,他又运用乙酰化反应原理对吗啡进行改造,结果不仅没有降低吗啡成瘾性,反而获得了成瘾性更强的海洛因新型毒品,历经百年,海洛因像恶魔般驱之不散。同样的反应机理,仅仅是底物不同,药理活性就大相径庭,社会影响背道而驰世界著名的有机合成事件让学生体会科学家善于分析与独立思考的科研思维意识和洞察力,以及多种学科知识基础融会贯通的能力;
使学生认识科学发明是双刃剑,帮助学生形成明辨是非与自律的意识,让学生认识到科学技术一定要守住道德底线,将自己所学用于人类社会发展,做无愧于党和人民的人
官能团保护策略结晶牛胰岛素合成:1965年9月,新中国的科技先驱在我国经济基础羸弱、西方发达国家严密封锁的条件下,首次人工全合成具有生物活性的结晶牛胰岛素。在当时的条件下,人工合成蛋白质研究尚处在起步阶段,具有生物活性的蛋白质合成工作在中国被认为几乎是不可能完成的中国的重大科技成果科研人员敢于开拓、勇于创新、勇于担当,淡泊名利,不辱使命,拼搏奋斗和争创一流科研精神以及勤勤恳恳、潜心钻研、坚韧不拔的工作作风;
强烈的民族责任心、高度的国家使命感;
激励学生自觉树立把国家和民族的事业作为崇高的理想追求,勇担使命、勇于创新、勇做开拓
逆合成分析Corey逆合成分析理论:哈佛大学E. J. Corey教授创立了由合成目标逆推到合成原料的逻辑方法——逆合成分析理论,并因此被授予1990年诺贝尔化学奖世界著名的有机合成事件思维能力能够在实践中得到训练;
科学家要具有缜密的逻辑思维,战略性的判断力和辩证的思维;
培养学生的独立的思考、理性的判断习惯和创新意识,提高思维创新能力
有机合成新技术弗朗西丝-阿诺德发明的酶的定向进化:通过定向进化产生的酶作为工具来制造从生物燃料到创新药物等所有产品,能够促进更环保的化学工业,生产新材料,制造可持续生物燃料,减轻疾病和拯救生命。她因在“定向进化”领域做的奠基性的工作而获得2018年诺贝尔化学奖世界著名的有机合成事件学习科学家解决实际问题的战略思维意识、敏锐的洞察力以及勇于挑战、勇于探索、潜心钻研的科学精神;
培养学生和谐共生的环境意识和绿色发展的理念

新窗口打开| 下载CSV


5 结语

通过强化课程思政在有机合成课程专业教育教学中的实践,优化思政教育融合有机合成课程教学体系,专业课程的思政教育功能得到充分发挥和切实实践。有机合成课程的思政教育实践对于培养学生勇于担当时代重任、自觉肩负起实现中华民族伟大复兴使命的社会责任感,加强课程教学中的创新思维和辩证思维训练,增强人与自然环境和谐共生意识,推进有机合成课程与思政教育同向同行、协同育人具有举足轻重的作用。通过深挖思政教育融合有机合成课程的结合点,精准施策,培养既具备丰富专业知识,又具有拼搏奋进、探索创新精神的当代大学生,切实落实立德树人根本任务。

当然“课程思政”教育是一项系统化、长期化的工作,在具体的教学过程中,还可以及时补充更加新颖、感染力更强的思政案例以融入到有机合成教学中,完善教学体系设计,推进全程全方位育人实践。

参考文献

习近平在全国高校思想政治工作会议上发表重要讲话. [2018-09-10]. http://www.gov.cn/xinwen/2018-09/10/content_5320835.htm

[本文引用: 2]

齐金花. 中国高等教育, 2020, (6), 37.

URL     [本文引用: 1]

刘天府. 大学化学, 2020, 35 (8), 44.

URL     [本文引用: 1]

王朝霞; 罗千福; 徐首红. 大学化学, 2019, 34 (11), 45.

URL     [本文引用: 1]

李佩珊; 许良英. 20世纪科学技术简史, 第2版 北京: 科学出版社, 1999, 9

[本文引用: 1]

秦厚荣; 徐海蓉. 中国大学教学, 2019, (9), 61.

URL     [本文引用: 1]

韩国志; 刘睿; 关建宁. 大学化学, 2019, 34 (11), 56.

DOI:10.3866/PKU.DXHX201908007      [本文引用: 1]

汪丰云; 吴凤兮; 程红梅. 化学教育(中英文), 2019, (2), 89.

URL     [本文引用: 1]

陈禹. 档案春秋, 2019, (4), 7.

URL     [本文引用: 1]

Yan R. ; Zhang Y. ; Li Y. ; Xia L. ; Guo Y. ; Zhou Q. Science 2020, 367 (6489), 1444.

[本文引用: 1]

冯亚青; 陈立功; 张宝; 闫喜龙; 徐加良. 中国大学教学, 2018, (9), 48.

DOI:10.3969/j.issn.1005-0450.2018.09.013      [本文引用: 1]

习近平在2019年中国北京世界园艺博览会开幕式上的讲话. 中华人民共和国国务院公报. [2019-04-28]. http://cpc.people.com.cn/n1/2019/0428/c64094-31055696.htm

[本文引用: 1]

朱杰; 李京卿. 化学教学, 2005, (12), 40.

URL     [本文引用: 1]

中国科学院上海有机化学研究所. 高科技与产业化, 2019, (11), 78.

URL     [本文引用: 1]

/