天然產物開發與應用研究生課程教學改革及探索

韋星船 蔡衛權 黨成雄＊

（廣州大學化學化工學院，廣東 廣州 510006）

0 引言

社會經濟的飛速發展，造成全球范圍的資源和能源短缺、環境惡化、污染加劇，化學工業面臨嚴峻考驗。發展綠色化工是保護地球、維護人與自然和諧共處的重要舉措。綠色化工的關鍵詞為“綠色、環保、可持續發展”，其中，開發可再生的天然產物或其衍生物替代日漸枯竭的化石能源，以期實現資源的生態化可持續利用，成為當今化學化工研究的熱點。天然產物開發與應用作為化工專業研究生的一門專業選修課程，對于深化和鞏固專業理論知識，促進相關專業的交叉融合，拓寬學生的專業素養，培養研究生天然產物開發與應用能力及提升創新能力具有重大意義[1]。因此，有必要對化工專業研究生課程天然產物開發與應用教學內容進行整合優化，對傳統的課堂教學模式進行改革及探索。

1 課程內容重整

高等院校化工專業研究生有關天然產物方面的選修課程通常選用天然產物化學作為授課教材。天然產物化學是以各類生物為研究對象，以有機化學為基礎，以化學和物理方法為手段，研究生物二次代謝產物的提取、分離、結構、功能、生物合成、化學合成和用途的一門科學，是生物資源開發利用的基礎。它的成果可廣泛應用于醫藥、食品、輕工、化工等領域[2，3]。對于化工專業研究生，在掌握天然產物相關知識、了解天然產物在化工領域的應用現狀的前提下，具備進一步開發、應用天然產物的實驗室條件及技術優勢，很有必要開設天然產物開發與應用課程。但常見的天然產物化學教材對于天然產物在化工領域的應用則敘述不多。

目前國內出版的有關天然產物方面的教材或專著，在京東購書平臺上出現的在售信息數見表1[4]：

表1 有關天然產物書籍在售種類

表1可知，目前國內出版的有關天然產物的教材、專著，主要面向的學習對象是生物類專業或藥學類專業學生，缺乏面向化工專業學生的天然產物開發與應用教材。

化工專業為化學工業培養人才，而化學工業涵蓋多種行業，在國民經濟中占據重要地位，我國化學工業涵蓋的領域可概括于表2[5]。

表2 我國化學工業的分類

化學工業是以天然物質或其他物質為原材料，利用這些物質的性質或形態變化，或以這些物質組合、加工為對國計民生有價值的化學產品的一種工業。可見，化學工業與天然物質密切相關，大量化學品以天然產物為原料，大量天然產物應用于化學工業眾多行業，化學工業與天然產物化學相互促進，共同發展。天然產物在化學工業中的應用不斷得到拓展，為化學工業的綠色化發展發揮越來越重要的作用。因此，在化工專業研究生教學中，需要在天然產物化學基礎上，整合、增加天然產物的開發及其在化工領域的應用理論及實例，拓寬學生視野，培養學生天然產物開發及實際應用能力。

為此，天然產物開發與應用的課程教學內容可整合如下：

（1）強化各種天然產物化學成分的結構、物化性質、生物活性、在生物及醫藥領域的應用。

（2）簡化天然產物化學成分的提取、分離、波譜分析、結構鑒定，因為化工專業的學生經過有機化學課程學習及有機化學實驗操作訓練，已獲得相關理論知識及實驗研究操作技能。

（3）探討天然產物活性成分的構效關系，學習以天然產物為先導化合物的衍生化合成或類似物合成，以達到高效率合成及篩選活性更高的化合物。例如，屠呦呦團隊開發的高效抗瘧藥物就是青蒿素的乙醚衍生物。

（4）學習新型高效的合成方法學，以實現天然產物的簡潔與大量制備。高活性天然產物在自然界中含量很低，全合成或半合成是天然產物實現規模化生產及應用的前提。

全合成是有機合成皇冠上的明珠，是高水平合成技能的綜合體現，眾多全合成發表在如Angew、JACS等一類高水平期刊中，研讀全合成文獻可以很好地鍛煉有機合成思維，對設計合成路線，優化合成反應有很大的幫助。

（5）挖掘各類天然產物在化工領域各行業的應用，關注天然產物的開發及應用前沿研究。廣泛收集各種應用案例，拓寬學生視野，啟發學生創新意識。例如，改性淀粉可應用于廢水處理中用作污水微粒捕集劑。聚乳酸已大規模應用于制備各種可生物降解材料。

2 構建“翻轉課堂＋探究式”教學模式，提高學生創新意識及創新能力

傳統的天然產物化學教學，以教師單一講授為主，學生被動聽課，屬于灌輸式教學模式，難以發揮學生的主體能動性，不利于培養研究生發現問題、設計研究方案以及解決問題的能力，不利于培養研究生的研究意識和探究精神。此外，隨著多媒體技術的發展，多媒體工具大量應用于天然產物化學教學。多媒體工具的豐富的音、色、圖、動畫變化能給學生帶來特別的視覺和聽覺感受，大大增加課堂教學容量[6]。但知識的學習、掌握及綜合應用需要經過一個認識、吸收、消化，進而轉化為個人所理解所掌握的知識的過程，特別是理、工科課程，因此，教學中需掌握好教學節奏，注重個體學習效果，引導個體自主學習，激發個體自主學習的積極性。

翻轉課堂教學模式，是隨著移動互聯網、交互式信息技術的發展而出現的一種創新式教學模式，是一種以學生為中心的教學模式，強調學生的個性化學習，能充分發揮學生學習的主體作用，是對傳統課堂教學模式的逆序創新。學生在課前或課外根據教師教學進度及要求，觀看相關網絡視頻課程，自主學習[7]。教師在課堂上不再是全程授課，而是作為組織者、引導者、參與者出現，課堂變成教師與學生之間和學生與學生之間互動的場所，答疑解惑、討論辯論、完成作業及考核等，進一步提升課程教學效果。它不是以在線視頻取代教師教學，也不是學生孤立、無序的學習過程，除了課前通過在線自主學習活動外，還強調師生面對面的交流與互動。

探究式教學模式，是指學生在學習過程中，教師只是給出一些事例和問題，引導學生自己通過閱讀、觀察、思考、討論、聽講等途徑去獨立探究，自行發現并掌握相應的原理，推導出相應的結論的一種學習方法。探究式教學是在教師的指導下，以學生為主體，讓學生自覺地、主動地探索，掌握認識和解決問題的方法和步驟，研究客觀事物的屬性，發現事物發展的起因和事物內部的聯系，從中找出規律，形成自己的概念和結論[8]。

翻轉課堂教學模式與探究式教學模式結合，能豐富教學形式，激發學生學習興趣，發揮學生學習主動性和探究精神，強化學生創新意識及創新能力培養，取得良好的教學效果。

3 “翻轉課堂＋探究式”教學模式在天然產物開發與應用課程教學中的實施

天然產物開發與應用課程是廣州大學化工專業研究生的專業選修課，該課程的開設能促進相關專業的交叉融合，拓寬學生的專業視野，培養學生專業應用能力以及提升創新能力。該課程教學時長為32學時，教學學時偏少，而課程內容較多，這就要求教師在有限的教學過程中，努力提升教學效果。近兩年來，“翻轉課堂＋探究式”教學模式的實施，收到明顯的教學效果。

天然產物開發與應用課程內容整合為4個大的模塊：（1）概論（天然產物概述，天然產物提取分離、結構鑒定及波譜分析的一般方法）；（2）天然產物結構分類、物化性質、生物活性、在生物及醫藥領域的應用；（3）天然產物活性成分構效分析及化學合成；（4）天然產物在化工領域的應用。每個模塊下設不同的小專題。

在教學實踐中，針對某一專題，課前給學生提供相關的課程PPT及相關教學資料，設立1-2個需要學生課前進行探究的問題，引導學生應用強大的互聯網資源、學校購買的國內外電子資源、圖書館資源等，搜集大量有關材料，進行分類、分析、整理、歸納、推導，形成自己的觀點及見解。課中，學生圍繞所探究的論題各抒己見，討論、爭辯，在教師主導下深入分析、探討、完善，課后學生對自立的論題進行綜合、總結，得到科學、合理的結論。深入理解、掌握所學知識。

例如，針對“天然產物在化工領域的應用”這一模塊，下設的其中一個小專題是“天然產物在表面活性劑中的應用”。化工專業研究生來自不同高校、不同專業，具有不同的興趣愛好，對“天然產物”的知識基礎各不相同，有的研究生來自生物工程專業，有的研究生來自材料專業。翻轉課堂的理念與探究式教學模式的結合，能給予研究生更多獨立思考和學習的時間與空間。學生從各自的興趣出發，應用多種工具、方法，搜集相關材料，形成各種論題：“生物質在表面活性劑中的應用”“氨基酸表面活性劑”“生物高分子表面活性劑”“松香基表面活性劑”，等等，課堂上的分享、討論、補充、完善，使學生對享有“工業味精”之稱的表面活性劑有更深入的認識，了解到天然產物可應用于各種新型表面活性劑的合成，促進表面活性劑向綠色、環保、多功能方向發展。因此，線上資源的學習、思考，可培養研究生自我學習和自我探究的能力。課上探討環節又能進一步提高研究生的表達能力、思考能力，以及對他人觀點和愿望的理解、評價與綜合能力[9]。

4 建立相應的考核評價體系

對應于“翻轉課堂＋探究式”教學模式，建立相應的考核評價體系。該考核評價體系包括對課程教學效果的評價以及對任課教師教學水平的評價。

4.1 天然產物開發與應用課程教學效果評價

教學效果的評價一方面要反映學生的成績、教學結果，另一方面要反映學生的能力、平時表現，將過程性評價與結果性評價相結合，激發學生學習的積極性。具體可從以下幾個方面進行評價：第一，學生的自我探究能力；第二，學生的邏輯思維、表達能力；第三，學生的組織、綜合能力；第四，學生對課程內容的理解、掌握程度。第一點主要根據學生課前準備的論題內容進行評價，第二點主要根據課中學生表現進行評價，第三點主要根據課后作業完成情況進行評價，第四點主要根據期末試卷答題的情況進行評價。

根據教學效果的評價結果，及時發現學生存在的問題，及時分析、改進存在不足的教學環節，不斷完善“翻轉課堂＋探究式”教學模式[10]。

4.2 天然產物開發與應用課程任課教師教學水平評價

教師的教學水平評價一方面可根據教學效果（學生的各項成績）進行，另一方面可根據學生對任課教師的評價、同行教師對任課教師的評價、學校督導對任課教師的評價進行。教學過程中，同行教師及學校督導可隨堂參與授課過程，對任課教師的教學進行評價。課程結束后，學生對任課教師的教學進行評價。

對任課教師的教學評價包括：教材選用、教學態度、教學內容、教學能力、教學方法、課堂效果，等等。根據評價結果，及時發現教師存在的問題及不足，不斷完善“翻轉課堂＋探究式”教學模式[11]。

5 結語

在研究生天然產物開發與應用課程教學改革過程中，以“翻轉課堂”和“探究式”教學理念為指導，融合近年來多種教學方法及教學理論，構建了“翻轉課堂＋探究式”的教學模式。兩年多的教學實踐表明，該模式尊重個體差異，有助于激發學生的自主學習積極性和探究精神，強化了創新意識培養，有利于學生個性化發展。“翻轉課堂＋探究式”教學模式取得良好的教學效果。