有机化学课程思政的探索与实践
Exploration and Practice for Course Ideology and Politics of Organic Chemistry
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收稿日期: 2022-06-29 接受日期: 2022-07-13
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Received: 2022-06-29 Accepted: 2022-07-13
The course of organic chemistry involves many teaching contents, wide coverage, and abundant ideological and political elements. This paper analyzes the shortcomings of ideological and political construction in the course of organic chemistry, and proposes concrete measures for further promotion of ideological and political teaching reform in organic chemistry. This study aims to provide useful reference for the ideological and political education of professional courses in colleges and universities.
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江俊, 段文贵, 周立亚.
Jiang Jun.
“立德树人”是大学教育的根本任务。2016年12月,习总书记在全国高校思想政治工作会议上强调:“各门课都要守好一段渠、种好责任田,使各类课程与思想政治理论课同向同行,形成协同效应[1]。”课程思政建设已成为当前专业课程教学改革的重要内容之一[2–9]。有机化学是化学类专业的一门重要的基础理论课[10–12],其基本培养目标是:掌握有机化学的基础理论、基本规律与反应类型,认识有机化合物的结构、物化性质;灵活运用有机合成技术及各种分离、分析方法,科学合理地设计合成路线并实现有机化合物之间的相互转化;解决化学、化工、材料、环境、生物、医药、食品和物理等领域的有机化学相关问题。因此,做好有机化学的课程思政建设,是更好地实现有机化学课程培养目标的有效途径,对教学质量的提高和学生素质的培养起着至关重要的作用,对于引导学生形成科学的世界观与方法论,树立远大的理想信念等也是非常必要的[13–18]。
1 当前有机化学课程思政建设存在的不足
随着有机化学课程思政建设在高校的全面展开,近年来,课程思政研究也在不断深化并取得了一定的成效。但是,当前的有机化学课程思政建设还存在一些不足:(1) 有机化学课程思政教学缺少明确的思政教学目标和系统的课程思政内容设计,课程思政以单点或多点散发方式出现,任课教师各自为战,案例重复使用,专业内容与思政内容存在较严重的“两张皮”问题;(2) 课程思政教学模式大多以讲授为主,学生参与度不高,思政教育效果难以保证;(3) 课程思政建设效果的考核评价缺乏标准和依据,有机化学的课程思政教育应以产出为导向,考查学生专业知识与思政理念的综合运用能力。
因此,如何从本课程的专业内容与特点出发,深挖专业内容与思政教育的内在联系,将思政元素有机地融入到教学的整个过程,探索思政课程的实施模式,建立科学完善的考核评价机制,从而更好地实现既“教书”又“育人”的目的,是每一位高校有机化学教师面临的重大课题。
2 有机化学课程思政的教学探索与实践
2.1 强化课程思政的系统设计
课程思政是一种教育理念,也是一种教学思维,而不是教条地、机械地将思政内容安排进入课堂,更不是“课程”与“思政”的简单加和。思政教育与课程教学教育目标应具有一致性。当前专业课程开展思政教育的最大难点在于缺乏明确的思政教学目标和系统的课程思政内容设计。课程思政要启智润心,立德树人,首先要讲好专业知识的那个“事”,从“事”中提炼出一个“理”,从“理”中升华出一个可立的“德”,再通过“德”来启智润心,激励学生成为合格的“人”。有机化学课程首先要基于培养目标,科学合理地编制、修订有机化学教学大纲,在大纲中对思政教育的教学目标、教学内容、教学方法、教学步骤等进行具体的设计和安排,将创新精神、家国情怀,职业素养、社会责任感,正确的世界观、人生观和价值观等思政元素融入到课程教学中,避免出现“两张皮”现象。以院系、课程组为单位,集体备课,避免思政案例的多次重复使用,建立系统完整的课程思政教学体系。
此外,课程思政教学设计要将有机化学方法论与辩证思维方法的培养贯穿到整个教学过程中,有助于学生理解有机化合物结构与性质的关系、反应机理以及化合物之间的相互转化;灵活运用归纳与演绎、分析与综合、抽象与具体等思维方法,理解有机化学知识的系统性与逻辑性,使学生逐步形成辩证唯物主义的世界观和方法论,并运用正确的政治观点、法律意识、伦理规范、可持续发展理念等分析、解决问题。
2.2 实施多样化教学
在课程实施过程中,多样化的教学方式、趣味性的思政内容设计都将提升课程的教学效果和质量。当前有机化学课程思政的教学模式主要是教师讲授。教师通过对专业知识和思政内容的理解与把握,发挥自身的教学所长,将思政教育有机地融入到教学过程中,生动形象地展现在课堂上,让学生喜闻乐见,让课程思政教学更贴近学生、贴近实际、贴近生活,让学生能够用正确的立场、观点和方法分析解决问题,从而提高教学效果。同时,鼓励学生参与提问式、讨论式教学,体现学生中心,强化学生的参与度,有效调动学生的主动性。通过案例分析、问题研讨等教学环节,让学生在课堂上聚精会神、积极地参与讨论,提出个人的见解,相互学习、相互促进,使学习过程变得变得生动有趣,理解起来也更为透彻。培养学生使用专业知识与思政理念,分析并解决问题,实现“知行合一”。
在谈到我国首位获得自然科学类诺贝尔奖的中国本土科学家屠呦呦时,介绍其创造性地使用低温乙醚萃取方法从中草药中分离提取了可以治疗疟疾的青蒿素。讲述屠呦呦在自己平凡的岗位上不求名利、默默耕耘,开展长达近半个世纪的研究,最终发现了青蒿素,拯救了全世界数百万疟疾病人的生命,为全人类健康事业做出了卓越贡献,培养学生不忘初心、砥砺前行的科研精神,增强学生的民族自豪感和奉献精神。由于天然植物中青蒿素含量较低,青蒿素药物的生产成本很高,有机化学科学家们经过不懈的努力和探索,实现了青蒿素的高效人工合成。随着临床研究的深入,发现青蒿素具有水溶性、脂溶性、稳定性较差,并且口服生物利用度低等缺点。为进一步改善青蒿素的临床应用,有机化学科学家们又对青蒿素分子的结构改造进行了大量研究,合成了双氢青蒿素、青蒿琥酯、蒿甲醚、蒿乙醚等衍生物,部分衍生物已显示出比青蒿素更好的抗疟效果与理化性质。讲述之后,让学生主动思考并讨论两个问题:1) 合成蒿甲醚、蒿乙醚等衍生物的成醚反应条件是什么?2) 从分子结构(酯基、醚、过氧基等官能团类型)的角度来分析青蒿素为什么需要低温提取?通过回答这两个问题,学生能熟练掌握醚的制备方法及其实际应用,学会运用学科方法论理解有机物的结构(官能团)与性质的关系,从而深刻理解青蒿素所含有的过氧桥对热不稳定性易导致青蒿素高温分解,激发学生学习有机化学的兴趣和研究有机化学的热情,探索未知、勇攀科学高峰的责任感和使命感。
我们课程组成员绝大多数为教学科研岗教师,能够准确掌握本专业领域的先进成果和最新动态,能够捕捉最新的思政元素并融入到教学中。以醛酮的不对称还原反应为例,手性试剂能使醛酮的还原反应生成对映体不等量的产物,而不是对映体等量的外消旋产物。在该章节的讲授过程中,介绍不对称催化的合成方法,以及2001年诺贝尔化学奖授予了“不对称催化反应”研究领域;2021年,诺贝尔化学奖再次青睐不对称催化领域——“不对称有机催化反应”。介绍“不对称催化”与“不对称有机催化”的区别,不对称有机催化更符合绿色化学发展理念。教学科研岗教师课题组的最新研究成果也可以巧妙地融入到教学内容中。以亲核试剂与α, β-不饱和醛、酮的加成反应为例,笔者引入了自己课题组发展的不对称催化磷亲核试剂的1, 4-加成反应[19],不但加深了学生对共轭加成反应以及不对称催化概念的理解,还拓展了课本中加成反应的亲核试剂范围(图 1)。对于共轭加成体系,还可以拓展到1, 6-不饱和醛酮(图 2),同时介绍1, 6-不饱和醛酮与磷亲核试剂的不对称催化加成反应目前只能通过手性金属催化策略来实现,我们最近发展的手性脲催化磷亲核试剂的不对称1, 6-加成反应是首例不对称有机催化的方法[20],不需使用金属催化剂。通过金属催化与有机催化反应条件的实例对比,启发学生在设计合成路径时尽量考虑反应的原子经济性以及是否符合绿色化学发展理念等。在介绍这部分内容后,还让学生分析哪些有机反应符合绿色化学理念。学生积极列举了很多反应类型,包括羟醛缩合反应、氯仿反应、Diels-Alder反应、Friedel-Crafts反应、Pinacol重排等,并能基于原子经济性、反应条件的安全性、原料的可再生性、污染物排放等因素,分析各反应是否符合绿色化学理念。通过有机化学科学前沿实例的讲授,不仅可以让学生加深对理论知识的理解,拓展专业知识面,还有利于激发学生对有机化学的学习兴趣,显著提高科研兴趣,增强绿色环保意识,并且引导学生运用从个别到一般的辩证思维方法学习共轭加成反应的类型与绿色化学理念。
图1
图2
在介绍首例以中国科学家命名的重要有机化学反应——Wolff-Kishner-黄鸣龙还原反应时,讲述黄鸣龙先生冲破美国政府的重重阻挠,辗转回国,成为我国甾体激素药物工业的奠基人的事迹。先生常说“一个人不能为科学而科学,应该为人民为祖国作出贡献”。继黄鸣龙先生的人名反应之后,还有著名的陆熙炎[3+2]环化、史一安不对称环氧化、Roskamp-冯小明反应、张绪穆烯炔环异构化等人名反应,彰显了我国科学家在国际化学领域的重要地位。此外,进一步介绍英国《自然》杂志在2019年12月12日发表的评估报告,2019年中国的“自然指数”为6183.75,首次超越美国成为“化学第一大国”,中国已成为化学领域一支强大的科研力量。通过讲述人名反应和中国化学的快速发展,不仅能让学生加深对有机人名反应的理解,更能激发学生的爱国热情,增强学生的民族自信与文化自信,教导学生向有机化学家们学习其不畏艰难、潜心钻研、锲而不舍的精神。要求学生课后以小组为单位总结有机化学课本中的人名反应,分别简述人名反应的起始原料、反应条件及其合成应用,并且进行分组展示,锻炼学生自主协作与总结归纳的能力。学生通过自己总结(表 1),不仅熟悉了反应原料、反应条件,更能从应用层面理解人名反应的合成转化,提高了学习效果。
表1 有机人名反应节选
| 人名反应 | 起始原料 | 反应条件 | 合成应用 |
| Willamson合成法 | 卤代烃、醇钠 | 碱性 | 制备混合醚化合物 |
| Wolff-Kishner-黄鸣龙还原反应 | 醛或酮、肼、强碱 | 加热 | 醛、酮的羰基还原为亚甲基 |
| 克莱门森(Clemmensen)还原反应 | 锌汞齐、浓HCl | 加热 | 醛、酮的羰基还原为亚甲基 |
| 克莱森-施密(Claisen-Schmidt Reaction)反应 | 芳香醛、含有α-H的脂肪醛或酮、氢氧化钠 | 碱性 | 合成α, β-不饱和醛酮 |
| 康尼扎罗(Cannizzaro)歧化反应 | 无α-H的醛 | 加热 | 生成羧酸盐和醇 |
| Friedel-Crafts酰化反应 | 亲电试剂、酰卤或酸酐、AlCl3 | 无水 | 制备芳烃酰基化产物 |
| Friedel-Crafts烷化反应 | 卤烷、烯烃或醇、亲电试剂、AlCl3,FeCl3,BF3等 | 无水 | 制备烷基苯 |
除课堂教学,还可以组织学生利用假期时间开展有机化学课程的“思政”素材征集工作,进一步促进学生自我教育,助力学校“课程思政”建设,大力营造思政育人的氛围。学生们积极响应,收集了大量的“思政”元素,收集的主题包括“化学家的故事”“生活中的有机化学”“碳达峰碳中和”“生态环境污染”等,材料的形式包括文字、图片和影像。也可借助校内外资源,开展专业竞赛、讲座或实习等交流活动,让学生相互交流、相互促进,了解科学家、企业家的科研、创业精神,培养学生的实践创业能力,树立榜样效应,提高学习兴趣。
2.3 建立“产出导向”理念的考核评价机制
评价有机化学课程思政的实施效果不应只停留在对教师讲授水平以及学生专业知识的考核,而是学生能否基于所学的有机化学专业知识,结合思政教育形成的价值理念、世界观与方法论,自主完成带有课程思政教育要求的有机化学领域相关的问题、论文、报告等,充分考核学生专业知识与思政理念的综合运用能力。例如,在期末考核环节中设置开放式的有机合成路线设计的题目,从自主选定的基础原料出发,通过阅读文献、查阅相关资料,设计出最优的合成路线。设计路线要求不仅考虑合成步骤简短、理论产率高、产物容易分离等因素,还要考虑政策法规、绿色环保、原子经济性、成本与消耗、废弃物的排放与再利用等问题,并且兼顾实际工业化生产的可行性。
例如,选择简单的原料设计路线合成2-环己烯酮
环己烯酮的合成的方法很多,以下仅列出3种路线的逆合成分析(图 3)。路线1以环己酮为原料,合成路线简单,原料廉价易得。但是α-溴代环己烯酮步骤需要使用溴素,属于易制毒化学品,需要办理第二类易制毒化学品购买备案证明;溴素价格较高,会增加生产成本;大规模生产时安全性较低;会产生严重的环境污染。路线2以由环己烯为原料,合成步骤较多;烯丙位溴代涉及自由基反应,需要光照或较高温度。路线3以廉价易得的甲醛、乙醛、丙酮为原料;各步反应条件都是碱性水溶液,可以一锅法完成,中间过程甚至不需要分离;产生的废弃物少;生产成本较低,原子经济性相对较高。综合各因素,学生能分析各路线的优劣并选出最优合成路线。
图3
还可以在考题中设置主观论述题,例如,以“反应停”悲剧事件为背景,沙利度胺药物有显著的治疗妊娠反应的作用,但是因服用该药物而诞生了12000多名形状如海豹的婴儿。虽然沙利度胺是这次悲剧事件的“元凶”,但是后来科学家又发现沙利度胺对麻风结节性红斑、多种癌症有较好的疗效。请学生分析“反应停”悲剧事件背后的化学本质原因,评价沙利度胺对人类健康的利弊,并解释原因。考核学生从有机化学专业知识的角度分析对映异构体与其生理活性的作用差异,通过社会热点问题,让学生主动挖掘深层次的“思政”价值。从回答的情况可以看出,大多数学生能辩证地看待沙利度胺药物的利弊,认识到人们对事物的研究是逐渐深入、不断探索的过程。我们应该树立严谨的科学态度和强烈的社会责任感,勇攀科学高峰、探索未知、追求真理,坚守科学伦理规范,准确地分析事物的潜在危害,制定有效的预防和解决方案。
建立完善的考核评价机制是课程思政实施效果的重要保障。近年来,我们学校、学院建立了较完善的考核与评价体系,将课程思政实施效果纳入职称评定、评奖、评优、评先范围,把课程思政工作纳入学校二层机构的年度考核、党建和思政工作考核,以及党委、党支部和党员干部的考核中。比如,学校教学督导团对任课教师的教学水平评价明确了对课程思政实施效果的考核要求,且考核分占比不低于10%。
在有机化学课程思政开展的近几年时间里,广西大学化学类专业有机化学课程的期末成绩也有了显著的提升,学生普遍反映效果良好。以产出为导向,我们根据实施效果的考核与评价结果,进一步总结、分析、改进和完善有机化学课程思政的教学方式,提高教学效果,让有机化学课程成为展现思政教育独特魅力与优势的有效载体。
3 结语
课程思政建设是一项长期、系统性工程。我们通过强化课程思政教学的系统设计、实施多样化的教学方式、建立“产出导向”理念的考核评价机制等具体措施,对有机化学课程思政的教学改革进行了探索与实践,形成了较完善的有机化学课程思政教学体系,促进“课程”与“思政”的协同发展,让学生在学习专业知识的同时,培养其内在精神素养,真正实现“立德树人”。
参考文献
DOI:10.1039/D1QO00823D [本文引用: 1]
DOI:10.1039/D0QO01638A [本文引用: 1]
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