天然产物开发与应用研究生课程教学改革及探索

韦星船 蔡卫权 党成雄＊

（广州大学化学化工学院，广东 广州 510006）

0 引言

社会经济的飞速发展，造成全球范围的资源和能源短缺、环境恶化、污染加剧，化学工业面临严峻考验。发展绿色化工是保护地球、维护人与自然和谐共处的重要举措。绿色化工的关键词为“绿色、环保、可持续发展”，其中，开发可再生的天然产物或其衍生物替代日渐枯竭的化石能源，以期实现资源的生态化可持续利用，成为当今化学化工研究的热点。天然产物开发与应用作为化工专业研究生的一门专业选修课程，对于深化和巩固专业理论知识，促进相关专业的交叉融合，拓宽学生的专业素养，培养研究生天然产物开发与应用能力及提升创新能力具有重大意义[1]。因此，有必要对化工专业研究生课程天然产物开发与应用教学内容进行整合优化，对传统的课堂教学模式进行改革及探索。

1 课程内容重整

高等院校化工专业研究生有关天然产物方面的选修课程通常选用天然产物化学作为授课教材。天然产物化学是以各类生物为研究对象，以有机化学为基础，以化学和物理方法为手段，研究生物二次代谢产物的提取、分离、结构、功能、生物合成、化学合成和用途的一门科学，是生物资源开发利用的基础。它的成果可广泛应用于医药、食品、轻工、化工等领域[2，3]。对于化工专业研究生，在掌握天然产物相关知识、了解天然产物在化工领域的应用现状的前提下，具备进一步开发、应用天然产物的实验室条件及技术优势，很有必要开设天然产物开发与应用课程。但常见的天然产物化学教材对于天然产物在化工领域的应用则叙述不多。

目前国内出版的有关天然产物方面的教材或专著，在京东购书平台上出现的在售信息数见表1[4]：

表1 有关天然产物书籍在售种类

表1可知，目前国内出版的有关天然产物的教材、专著，主要面向的学习对象是生物类专业或药学类专业学生，缺乏面向化工专业学生的天然产物开发与应用教材。

化工专业为化学工业培养人才，而化学工业涵盖多种行业，在国民经济中占据重要地位，我国化学工业涵盖的领域可概括于表2[5]。

表2 我国化学工业的分类

化学工业是以天然物质或其他物质为原材料，利用这些物质的性质或形态变化，或以这些物质组合、加工为对国计民生有价值的化学产品的一种工业。可见，化学工业与天然物质密切相关，大量化学品以天然产物为原料，大量天然产物应用于化学工业众多行业，化学工业与天然产物化学相互促进，共同发展。天然产物在化学工业中的应用不断得到拓展，为化学工业的绿色化发展发挥越来越重要的作用。因此，在化工专业研究生教学中，需要在天然产物化学基础上，整合、增加天然产物的开发及其在化工领域的应用理论及实例，拓宽学生视野，培养学生天然产物开发及实际应用能力。

为此，天然产物开发与应用的课程教学内容可整合如下：

（1）强化各种天然产物化学成分的结构、物化性质、生物活性、在生物及医药领域的应用。

（2）简化天然产物化学成分的提取、分离、波谱分析、结构鉴定，因为化工专业的学生经过有机化学课程学习及有机化学实验操作训练，已获得相关理论知识及实验研究操作技能。

（3）探讨天然产物活性成分的构效关系，学习以天然产物为先导化合物的衍生化合成或类似物合成，以达到高效率合成及筛选活性更高的化合物。例如，屠呦呦团队开发的高效抗疟药物就是青蒿素的乙醚衍生物。

（4）学习新型高效的合成方法学，以实现天然产物的简洁与大量制备。高活性天然产物在自然界中含量很低，全合成或半合成是天然产物实现规模化生产及应用的前提。

全合成是有机合成皇冠上的明珠，是高水平合成技能的综合体现，众多全合成发表在如Angew、JACS等一类高水平期刊中，研读全合成文献可以很好地锻炼有机合成思维，对设计合成路线，优化合成反应有很大的帮助。

（5）挖掘各类天然产物在化工领域各行业的应用，关注天然产物的开发及应用前沿研究。广泛收集各种应用案例，拓宽学生视野，启发学生创新意识。例如，改性淀粉可应用于废水处理中用作污水微粒捕集剂。聚乳酸已大规模应用于制备各种可生物降解材料。

2 构建“翻转课堂＋探究式”教学模式，提高学生创新意识及创新能力

传统的天然产物化学教学，以教师单一讲授为主，学生被动听课，属于灌输式教学模式，难以发挥学生的主体能动性，不利于培养研究生发现问题、设计研究方案以及解决问题的能力，不利于培养研究生的研究意识和探究精神。此外，随着多媒体技术的发展，多媒体工具大量应用于天然产物化学教学。多媒体工具的丰富的音、色、图、动画变化能给学生带来特别的视觉和听觉感受，大大增加课堂教学容量[6]。但知识的学习、掌握及综合应用需要经过一个认识、吸收、消化，进而转化为个人所理解所掌握的知识的过程，特别是理、工科课程，因此，教学中需掌握好教学节奏，注重个体学习效果，引导个体自主学习，激发个体自主学习的积极性。

翻转课堂教学模式，是随着移动互联网、交互式信息技术的发展而出现的一种创新式教学模式，是一种以学生为中心的教学模式，强调学生的个性化学习，能充分发挥学生学习的主体作用，是对传统课堂教学模式的逆序创新。学生在课前或课外根据教师教学进度及要求，观看相关网络视频课程，自主学习[7]。教师在课堂上不再是全程授课，而是作为组织者、引导者、参与者出现，课堂变成教师与学生之间和学生与学生之间互动的场所，答疑解惑、讨论辩论、完成作业及考核等，进一步提升课程教学效果。它不是以在线视频取代教师教学，也不是学生孤立、无序的学习过程，除了课前通过在线自主学习活动外，还强调师生面对面的交流与互动。

探究式教学模式，是指学生在学习过程中，教师只是给出一些事例和问题，引导学生自己通过阅读、观察、思考、讨论、听讲等途径去独立探究，自行发现并掌握相应的原理，推导出相应的结论的一种学习方法。探究式教学是在教师的指导下，以学生为主体，让学生自觉地、主动地探索，掌握认识和解决问题的方法和步骤，研究客观事物的属性，发现事物发展的起因和事物内部的联系，从中找出规律，形成自己的概念和结论[8]。

翻转课堂教学模式与探究式教学模式结合，能丰富教学形式，激发学生学习兴趣，发挥学生学习主动性和探究精神，强化学生创新意识及创新能力培养，取得良好的教学效果。

3 “翻转课堂＋探究式”教学模式在天然产物开发与应用课程教学中的实施

天然产物开发与应用课程是广州大学化工专业研究生的专业选修课，该课程的开设能促进相关专业的交叉融合，拓宽学生的专业视野，培养学生专业应用能力以及提升创新能力。该课程教学时长为32学时，教学学时偏少，而课程内容较多，这就要求教师在有限的教学过程中，努力提升教学效果。近两年来，“翻转课堂＋探究式”教学模式的实施，收到明显的教学效果。

天然产物开发与应用课程内容整合为4个大的模块：（1）概论（天然产物概述，天然产物提取分离、结构鉴定及波谱分析的一般方法）；（2）天然产物结构分类、物化性质、生物活性、在生物及医药领域的应用；（3）天然产物活性成分构效分析及化学合成；（4）天然产物在化工领域的应用。每个模块下设不同的小专题。

在教学实践中，针对某一专题，课前给学生提供相关的课程PPT及相关教学资料，设立1-2个需要学生课前进行探究的问题，引导学生应用强大的互联网资源、学校购买的国内外电子资源、图书馆资源等，搜集大量有关材料，进行分类、分析、整理、归纳、推导，形成自己的观点及见解。课中，学生围绕所探究的论题各抒己见，讨论、争辩，在教师主导下深入分析、探讨、完善，课后学生对自立的论题进行综合、总结，得到科学、合理的结论。深入理解、掌握所学知识。

例如，针对“天然产物在化工领域的应用”这一模块，下设的其中一个小专题是“天然产物在表面活性剂中的应用”。化工专业研究生来自不同高校、不同专业，具有不同的兴趣爱好，对“天然产物”的知识基础各不相同，有的研究生来自生物工程专业，有的研究生来自材料专业。翻转课堂的理念与探究式教学模式的结合，能给予研究生更多独立思考和学习的时间与空间。学生从各自的兴趣出发，应用多种工具、方法，搜集相关材料，形成各种论题：“生物质在表面活性剂中的应用”“氨基酸表面活性剂”“生物高分子表面活性剂”“松香基表面活性剂”，等等，课堂上的分享、讨论、补充、完善，使学生对享有“工业味精”之称的表面活性剂有更深入的认识，了解到天然产物可应用于各种新型表面活性剂的合成，促进表面活性剂向绿色、环保、多功能方向发展。因此，线上资源的学习、思考，可培养研究生自我学习和自我探究的能力。课上探讨环节又能进一步提高研究生的表达能力、思考能力，以及对他人观点和愿望的理解、评价与综合能力[9]。

4 建立相应的考核评价体系

对应于“翻转课堂＋探究式”教学模式，建立相应的考核评价体系。该考核评价体系包括对课程教学效果的评价以及对任课教师教学水平的评价。

4.1 天然产物开发与应用课程教学效果评价

教学效果的评价一方面要反映学生的成绩、教学结果，另一方面要反映学生的能力、平时表现，将过程性评价与结果性评价相结合，激发学生学习的积极性。具体可从以下几个方面进行评价：第一，学生的自我探究能力；第二，学生的逻辑思维、表达能力；第三，学生的组织、综合能力；第四，学生对课程内容的理解、掌握程度。第一点主要根据学生课前准备的论题内容进行评价，第二点主要根据课中学生表现进行评价，第三点主要根据课后作业完成情况进行评价，第四点主要根据期末试卷答题的情况进行评价。

根据教学效果的评价结果，及时发现学生存在的问题，及时分析、改进存在不足的教学环节，不断完善“翻转课堂＋探究式”教学模式[10]。

4.2 天然产物开发与应用课程任课教师教学水平评价

教师的教学水平评价一方面可根据教学效果（学生的各项成绩）进行，另一方面可根据学生对任课教师的评价、同行教师对任课教师的评价、学校督导对任课教师的评价进行。教学过程中，同行教师及学校督导可随堂参与授课过程，对任课教师的教学进行评价。课程结束后，学生对任课教师的教学进行评价。

对任课教师的教学评价包括：教材选用、教学态度、教学内容、教学能力、教学方法、课堂效果，等等。根据评价结果，及时发现教师存在的问题及不足，不断完善“翻转课堂＋探究式”教学模式[11]。

5 结语

在研究生天然产物开发与应用课程教学改革过程中，以“翻转课堂”和“探究式”教学理念为指导，融合近年来多种教学方法及教学理论，构建了“翻转课堂＋探究式”的教学模式。两年多的教学实践表明，该模式尊重个体差异，有助于激发学生的自主学习积极性和探究精神，强化了创新意识培养，有利于学生个性化发展。“翻转课堂＋探究式”教学模式取得良好的教学效果。