科研教學法在天然產物化學教學中的應用探索
來源:用戶上傳
作者:
摘要：天然產物化學是我校應用化學專業一門重要的專業課程，在人才培養中起到重要作用。通過學習，培養學生具有從事天然產物研究的基礎知識和實驗技能，為今后從事科研和生產奠定良好的基礎。但在教學過程中尚存在諸多問題，影響學生科研意識和創新能力的提高，教學效果不理想。針對問題，運用科研教學法將教師的科研成果、科研新技術和新方法及時引入課程的理論教學和實踐環節，鼓勵學生積極參與科研活動。通過科研教學法的實施，增強了學生專業認同感和學習興趣、對培養學生科研意識、創新能力和團隊合作精神起到了積極的推動作用，同時也顯著提高了課程的教學質量。科研教學法是有效可行的教學改革新模式，值得推廣。
關鍵詞：天然產物化學;科研教學法;人才培養;教學改革
中圖分類號：G642.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2019）18-0192-03
天然產物化學是研究生物有機體（植物、動物、海洋生物、微生物等）代謝產物及其變化規律的科學[1]，是我校應用化學專業一門重要的綜合性專業課程，在應用化學專業人才培養中起到重要作用。通過學習，要求學生掌握天然產物有效成分的類型、理化性質、提取、分離、結構鑒定、生理活性等方面的基礎知識和實驗技能，培養學生具有從事天然產物研究方面的能力，為今后從事科研和生產奠定良好的基礎。然而，筆者發現傳統的“灌輸式”授課模式和“死記硬背”的學習方法很難達到理想的教學效果，學生對知識的理解和掌握不牢固，科研意識和創新能力很難得到提高。針對問題，嘗試將科研教學法引入天然產物化學教學中，從理論教學內容和實踐環節滲入科研理念，增強學生專業認同感和學習熱情、科研意識、創新能力和團隊合作精神。
一、天然產物化學課程教學中存在的問題
天然產物化學課程在我校應用化學專業本科生第七學期開設，是在先修《普通化學》、《有機化學》、《分析化學》和《儀器分析》課程后開設的專業課程，理論性和實踐性都很強，內容繁多，與其他學科交叉廣泛，難度較大。在實際教學過程中，學生反映的問題主要有：理論教學內容多，多數天然產物結構復雜，檢識反應難記憶，儀器鑒定方面的知識點掌握困難;課堂教學仍然以“灌輸式”模式為主，師生互動較差，學生主觀學習熱情不高;多媒體教學傳輸的信息量過大，很難在短時間內掌握;實驗教學環節課時太少（僅占總學時的27.03%），動手能力和科研創新意識很難得到提高。以上諸多問題，也是天然產物化學教學中存在的普遍問題[2-4]。
二、科研教學法的引入
?。ㄒ唬┻\用科研教學法的教育教學理念
針對學生反映的問題，結合授課教師的科研項目，擬考慮將科研教學法引入天然產物化學教學，從理論教學內容和實踐環節滲入科研理念，將教師的科研成果、科研新技術和新方法帶入課堂。將科研教學法引入天然產物化學課程教學，運用的教育教學理念有三個：提高學生專業認同感、增強學生銳意創新的勇氣和能力、培養學生團隊精神。
1.提高學生專業認同感。對學生而言，專業認同表現為學生從情感上接受和喜歡本專業，希望將來從事與專業相關的工作。我們的調查結果發現[5]，部分同學對本專業的整體看法和學習態度存在嚴重問題，缺乏對專業的認同和全面認知，這也是學生學習專業動力不足的重要原因。
2.增強學生銳意創新的勇氣和能力。銳意進取才能有所發展，開拓創新才能適應時代需求。銳意創新是意志堅決地追求上進，不斷創新，力圖有所作為。學生要好學習書本上的知識，但又不能只限定于學好書本上的文字介紹和圖解。教學過程中，教師必須經常鼓勵和引導學生對書本知識產生質疑和拓展，就知識中的某個或某些感興趣的內容進行大膽地實踐和深入研究，力圖有所創新。我經常在課上和學生強調“成功離不開的五種好習慣”：保持激情、做事專注、堅定執行、努力學習、經常反省。鼓勵和幫助學生銳意進取、開拓創新，也經常請學生監督老師，和老師共勉。
3.培養學生團隊精神。團隊精神，就是大局意識、協作精神和服務精神的集中體現。無論是在生活中還是在學習中，甚至是在日后的工作中，都離不開團隊合作。一個沒有融入團隊的人必將是一個孤獨的人，也很難成就偉大的事業。培養學生團隊精神，不僅可以提高凝聚力，還可以提高學生的整體素養。就教師布置的與課程知識相關的專題內容，明確分工、合作完成或共同完成創新項目、科技作品等，都是培養團隊精神的重要方法。
?。ǘ┻\用科研教學法的形式
1.理論教學加入科研前沿內容并增加專題講座。以天然產物化學第6章植物精油為例，植物精油的提取、組成分析及生物活性是本章的教學重點和難點，但書上只是對植物精油的定義、理化性質、提取方法做了簡要的文字介紹，實際應用示例提及很少。僅憑書上的文字介紹，學生很難體會到不同提取方法對精油組成及生物活性的影響，學習興趣不高。為此，在講解理論內容時，授課教師將自己參與的科研項目“西北特色梨和葡萄貯運保鮮特性及技術集成研究”（主要負責研發以精油為主的果蔬綠色保鮮技術，減少甚至替代傳統化學保鮮劑的使用，降低果蔬采后品質惡化，提高經濟效益）中的精油不同提取方法的實驗照片和實際測定的葡萄保鮮品質指標實驗數據及取得的科研成果、論文展示在課堂上，向學生介紹不同的提取方法對精油組成、抗菌活性影響很大，且精油的抗菌活性可以實際應用到水果保鮮中，延長水果保質期，增加經濟效益。將科研理念和科研前沿內容引入天然產物化學理論教學，有助于激發學生的專業學習興趣，增強專業認同感，讓學生感受到學以致用的樂趣[6]。
此外，在課堂教學過程中，授課教師還經常聘請學院專業教師針對自己的研究領域給學生講解專業前沿知識。例如，以諾貝爾獎獲得者屠呦呦團隊為例，講述了青蒿素的研究背景和發展歷程，希望有更多學子從事天然產物化學方面的研究;再如，從農藥好不好、農藥毒不毒、人類能不能離開農藥三個問題為同學們講解有關農藥方面的知識，提高學生對專業的認知，增強專業學習意識。再有，針對天然產物化學課本第12章天然產物的化學合成內容，將托品酮、喜樹堿、利血平、維生素A1、石竹烯和紫杉醇共6種天然產物的理化性質和最新科學研究成果布置成6個專題講座，學生10人一組，每組負責1個專題，從資料的收集、制作匯報PPT、講解，回答其他學生提出的問題等都由團隊成員共同完成。這種形式既鍛煉了學生的資料調研、總結、表達能力也激發了學生的專業學習熱情，培養銳意創新的勇氣和團隊精神。 2.實踐環節培養科研意識，提高科研能力。圍繞授課教師參與的科研項目（西北特色梨和葡萄貯運保鮮特性及技術集成研究），在天然產物化學實踐教學環節設置了“不同提取方法對八角油的組成和抗菌活性的影響”實驗。采用水蒸氣蒸餾、索氏和超聲波三種方法對八角油進行提取，并比較不同提取方法對精油產率和外觀品質的影響，利用氣相色譜-質譜聯用技術（GC-MS）分析不同提取方法得到的精油組成和各組分相對含量。這些實驗過程的實施讓學生感受到不同提取方法對精油組成和抗菌活性的影響，提升了對精油知識的深刻理解，鍛煉了天然產物提取常用操作技術和新技術，熟悉了GC-MS原理及操作技術，提高了學生對先進儀器的認知和使用。
此外，授課教師的科研課題恰好與天然產物化學課程中植物精油章節的內容相關聯，鼓勵學生參與到教師的科研項目中，系統研究精油在葡萄保鮮中的實際應用效果。研究中，我們發現八角油易揮發損失，且其刺激氣味會對葡萄的感官特性產業不利影響，我們采取了包埋技術，將八角油包埋入環糊精的空腔內部，制備成微膠囊，賦予其緩釋效果，并采用紅外光譜（FTIR）、差示掃描量熱（DSC）、粉末衍射技術（XRD）、掃描電鏡（SEM）、透射電鏡（TEM）和粒度分析儀等技術對微膠囊的形成進行表征分析。通過這些深入系統的科學研究，加深了學生對植物精油的理解，提高了學生對天然產物化學課程的學習興趣，學生接觸和使用了更多的化學分析新技術和新方法，初步掌握了Origin和SPSS軟件的使用，培養了科研意識，增強了專業認同感，充分感受到了學以致用的樂趣，對提高學生專業學習興趣和創新能力大有裨益。部分學生還根據自己的設想積極申報了與精油內容相關的大學生創新項目，參與了科技挑戰杯競賽等。通過創新項目和科技競賽，學生將自己的科研成果撰寫成科研論文并發表，鍛煉了自己的科研能力，為今后的科學研究打下了堅實的基礎。實踐證明，以科研促進教學，既能夠有效地提高教學效果，還能夠培養學生科研意識和創新能力[7]。
?。ㄈ┛蒲薪虒W法在天然產物化學教學中的應用效果
1.充實課程內容，改進教學方法。學生通過參與教師的科研項目，加深了對天然產物化學課程中植物精油章節內容的認知和理解。通過實踐，學生較深刻地認識到不同提取方法對精油提取率和外觀品質影響很大，得到的精油組成和組分含量差異明顯，抗菌活性不同，具體應用到水果保鮮上的效果也有較大區別。認識到天然產物化學課程是一門綜合性很強的專業課程，從事天然產物相關研究，需要扎實的化學理論和實踐操作基礎，還要注重學科之間的交叉和融合，重視計算機繪圖和相關數據分析處理軟件的熟練使用。學生認識到科學研究的重要性，科學研究可以驗證和發現規律，是取得進步的有效途徑。
將授課教師的相關科研成果和研究新技術、新方法帶入課堂，充實了天然產物化學課程第6章植物精油的教學內容，增設了“不同提取方法對八角油組成和抗菌活性影響”實驗內容。在教師的指導和幫助下，學生將“八角茴香油的提取和鑒定”實驗操作技術制作了微視頻（10分36秒）并在優酷網絡上播放（http：//i.youku.com/u/UMzQ0Mzg1MzYwOA==/videos）。微視頻可以幫助學生更好地進行課前預習，比之前只抄寫報告冊作為預習方式的學習效果有了很大提高，教學效果顯著改進。
2.指導畢業論文和大學生創新項目情況。教師的科研項目實施4年，依托精油提取、組成分析和抗菌活性應用等研究內容，指導相關的本科畢業論文19篇，大學生創新項目5項（國家級2項、市級2項、校級1項），指導學生以第一作者發表論文3篇（中文核心期刊2篇、一般期刊1篇），學生以第二作者參與發表EI檢索論文2篇。1名同學獲得2015年度天津農學院大學生創新創業訓練計劃項目三等獎，2名同學分別獲得第十屆、十一屆“挑戰杯”天津農學院大學生創新創業計劃大賽自然科學類作品二等獎。通過參與教師的科研課題，研究內容與畢業論文相結合，減輕學生課業負擔，起到事半功倍的效果。通過大學生創新項目的訓練，培養學生總結文獻、設計實驗方案、團隊協作和撰寫論文的能力，科研意識和創新能力有所提高，這些對學生進一步讀取研究生和今后從事專業工作打下了良好的基礎。
天然產物化學是一門綜合性和實踐性很強的學科。通過應用科研教學法，將教師的科研成果、科研新技術和新方法及時引入課程的理論教學和實踐環節，鼓勵學生積極參與科研活動。通過科研教學法的實施，學生的專業認同感和學習積極性得到了很大提高，科研意識、創新能力和團隊合作精神增強。同時，科研教學法也顯著提高了天然產物化學課程的教學質量，是有效可行的教學改革新模式，值得推廣。
參考文獻：
[1]劉湘，汪秋安.天然產物化學[M].第二版.北京：化學工業出版社，2014.
[2]徐學濤.《天然產物化學》課程教學改革研究[J].廣東化工，2016，43（3）：128-129.
Abstract：Natural product chemistry is an important professional course in applied chemistry in our school and plays an important role in talent cultivation.Through the study of the course，students will develop basic knowledge and experimental skills in the research of natural products，laying a good foundation for future research and production.However，there are still many problems in the teaching process，which affect the improvement of students' scientific research consciousness and innovation ability，and the teaching effect is not satisfactory.In response to the problem，scientific research and teaching methods was introduced into the theoretical teaching and practice of the course，showing the teachers' scientific research results，new research techniques and new methods to encourage students to actively participate in scientific research activities.Through the implementation of the research and teaching method，the students' professional identity and interest in learning have been enhanced，and the students' scientific research consciousness，innovation ability and teamwork spirit have been promoted positively.At the same time，the teaching quality of the course has been significantly improved.Scientific research teaching method is an effective and feasible new model of teaching reform，which is worth promoting.
Key words：natural product chemistry;scientific research teaching method;talent cultivation;teaching reform
轉載注明來源:http://www.hailuomaifang.com/9/view-14829733.htm
