科研教学法在天然产物化学教学中的应用探索
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摘要：天然产物化学是我校应用化学专业一门重要的专业课程，在人才培养中起到重要作用。通过学习，培养学生具有从事天然产物研究的基础知识和实验技能，为今后从事科研和生产奠定良好的基础。但在教学过程中尚存在诸多问题，影响学生科研意识和创新能力的提高，教学效果不理想。针对问题，运用科研教学法将教师的科研成果、科研新技术和新方法及时引入课程的理论教学和实践环节，鼓励学生积极参与科研活动。通过科研教学法的实施，增强了学生专业认同感和学习兴趣、对培养学生科研意识、创新能力和团队合作精神起到了积极的推动作用，同时也显著提高了课程的教学质量。科研教学法是有效可行的教学改革新模式，值得推广。
关键词：天然产物化学;科研教学法;人才培养;教学改革
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）18-0192-03
天然产物化学是研究生物有机体（植物、动物、海洋生物、微生物等）代谢产物及其变化规律的科学[1]，是我校应用化学专业一门重要的综合性专业课程，在应用化学专业人才培养中起到重要作用。通过学习，要求学生掌握天然产物有效成分的类型、理化性质、提取、分离、结构鉴定、生理活性等方面的基础知识和实验技能，培养学生具有从事天然产物研究方面的能力，为今后从事科研和生产奠定良好的基础。然而，笔者发现传统的“灌输式”授课模式和“死记硬背”的学习方法很难达到理想的教学效果，学生对知识的理解和掌握不牢固，科研意识和创新能力很难得到提高。针对问题，尝试将科研教学法引入天然产物化学教学中，从理论教学内容和实践环节渗入科研理念，增强学生专业认同感和学习热情、科研意识、创新能力和团队合作精神。
一、天然产物化学课程教学中存在的问题
天然产物化学课程在我校应用化学专业本科生第七学期开设，是在先修《普通化学》、《有机化学》、《分析化学》和《仪器分析》课程后开设的专业课程，理论性和实践性都很强，内容繁多，与其他学科交叉广泛，难度较大。在实际教学过程中，学生反映的问题主要有：理论教学内容多，多数天然产物结构复杂，检识反应难记忆，仪器鉴定方面的知识点掌握困难;课堂教学仍然以“灌输式”模式为主，师生互动较差，学生主观学习热情不高;多媒体教学传输的信息量過大，很难在短时间内掌握;实验教学环节课时太少（仅占总学时的27.03%），动手能力和科研创新意识很难得到提高。以上诸多问题，也是天然产物化学教学中存在的普遍问题[2-4]。
二、科研教学法的引入
（一）运用科研教学法的教育教学理念
针对学生反映的问题，结合授课教师的科研项目，拟考虑将科研教学法引入天然产物化学教学，从理论教学内容和实践环节渗入科研理念，将教师的科研成果、科研新技术和新方法带入课堂。将科研教学法引入天然产物化学课程教学，运用的教育教学理念有三个：提高学生专业认同感、增强学生锐意创新的勇气和能力、培养学生团队精神。
1.提高学生专业认同感。对学生而言，专业认同表现为学生从情感上接受和喜欢本专业，希望将来从事与专业相关的工作。我们的调查结果发现[5]，部分同学对本专业的整体看法和学习态度存在严重问题，缺乏对专业的认同和全面认知，这也是学生学习专业动力不足的重要原因。
2.增强学生锐意创新的勇气和能力。锐意进取才能有所发展，开拓创新才能适应时代需求。锐意创新是意志坚决地追求上进，不断创新，力图有所作为。学生要好学习书本上的知识，但又不能只限定于学好书本上的文字介绍和图解。教学过程中，教师必须经常鼓励和引导学生对书本知识产生质疑和拓展，就知识中的某个或某些感兴趣的内容进行大胆地实践和深入研究，力图有所创新。我经常在课上和学生强调“成功离不开的五种好习惯”：保持激情、做事专注、坚定执行、努力学习、经常反省。鼓励和帮助学生锐意进取、开拓创新，也经常请学生监督老师，和老师共勉。
3.培养学生团队精神。团队精神，就是大局意识、协作精神和服务精神的集中体现。无论是在生活中还是在学习中，甚至是在日后的工作中，都离不开团队合作。一个没有融入团队的人必将是一个孤独的人，也很难成就伟大的事业。培养学生团队精神，不仅可以提高凝聚力，还可以提高学生的整体素养。就教师布置的与课程知识相关的专题内容，明确分工、合作完成或共同完成创新项目、科技作品等，都是培养团队精神的重要方法。
（二）运用科研教学法的形式
1.理论教学加入科研前沿内容并增加专题讲座。以天然产物化学第6章植物精油为例，植物精油的提取、组成分析及生物活性是本章的教学重点和难点，但书上只是对植物精油的定义、理化性质、提取方法做了简要的文字介绍，实际应用示例提及很少。仅凭书上的文字介绍，学生很难体会到不同提取方法对精油组成及生物活性的影响，学习兴趣不高。为此，在讲解理论内容时，授课教师将自己参与的科研项目“西北特色梨和葡萄贮运保鲜特性及技术集成研究”（主要负责研发以精油为主的果蔬绿色保鲜技术，减少甚至替代传统化学保鲜剂的使用，降低果蔬采后品质恶化，提高经济效益）中的精油不同提取方法的实验照片和实际测定的葡萄保鲜品质指标实验数据及取得的科研成果、论文展示在课堂上，向学生介绍不同的提取方法对精油组成、抗菌活性影响很大，且精油的抗菌活性可以实际应用到水果保鲜中，延长水果保质期，增加经济效益。将科研理念和科研前沿内容引入天然产物化学理论教学，有助于激发学生的专业学习兴趣，增强专业认同感，让学生感受到学以致用的乐趣[6]。
此外，在课堂教学过程中，授课教师还经常聘请学院专业教师针对自己的研究领域给学生讲解专业前沿知识。例如，以诺贝尔奖获得者屠呦呦团队为例，讲述了青蒿素的研究背景和发展历程，希望有更多学子从事天然产物化学方面的研究;再如，从农药好不好、农药毒不毒、人类能不能离开农药三个问题为同学们讲解有关农药方面的知识，提高学生对专业的认知，增强专业学习意识。再有，针对天然产物化学课本第12章天然产物的化学合成内容，将托品酮、喜树碱、利血平、维生素A1、石竹烯和紫杉醇共6种天然产物的理化性质和最新科学研究成果布置成6个专题讲座，学生10人一组，每组负责1个专题，从资料的收集、制作汇报PPT、讲解，回答其他学生提出的问题等都由团队成员共同完成。这种形式既锻炼了学生的资料调研、总结、表达能力也激发了学生的专业学习热情，培养锐意创新的勇气和团队精神。 2.实践环节培养科研意识，提高科研能力。圍绕授课教师参与的科研项目（西北特色梨和葡萄贮运保鲜特性及技术集成研究），在天然产物化学实践教学环节设置了“不同提取方法对八角油的组成和抗菌活性的影响”实验。采用水蒸气蒸馏、索氏和超声波三种方法对八角油进行提取，并比较不同提取方法对精油产率和外观品质的影响，利用气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）分析不同提取方法得到的精油组成和各组分相对含量。这些实验过程的实施让学生感受到不同提取方法对精油组成和抗菌活性的影响，提升了对精油知识的深刻理解，锻炼了天然产物提取常用操作技术和新技术，熟悉了GC-MS原理及操作技术，提高了学生对先进仪器的认知和使用。
此外，授课教师的科研课题恰好与天然产物化学课程中植物精油章节的内容相关联，鼓励学生参与到教师的科研项目中，系统研究精油在葡萄保鲜中的实际应用效果。研究中，我们发现八角油易挥发损失，且其刺激气味会对葡萄的感官特性产业不利影响，我们采取了包埋技术，将八角油包埋入环糊精的空腔内部，制备成微胶囊，赋予其缓释效果，并采用红外光谱（FTIR）、差示扫描量热（DSC）、粉末衍射技术（XRD）、扫描电镜（SEM）、透射电镜（TEM）和粒度分析仪等技术对微胶囊的形成进行表征分析。通过这些深入系统的科学研究，加深了学生对植物精油的理解，提高了学生对天然产物化学课程的学习兴趣，学生接触和使用了更多的化学分析新技术和新方法，初步掌握了Origin和SPSS软件的使用，培养了科研意识，增强了专业认同感，充分感受到了学以致用的乐趣，对提高学生专业学习兴趣和创新能力大有裨益。部分学生还根据自己的设想积极申报了与精油内容相关的大学生创新项目，参与了科技挑战杯竞赛等。通过创新项目和科技竞赛，学生将自己的科研成果撰写成科研论文并发表，锻炼了自己的科研能力，为今后的科学研究打下了坚实的基础。实践证明，以科研促进教学，既能够有效地提高教学效果，还能够培养学生科研意识和创新能力[7]。
（三）科研教学法在天然产物化学教学中的应用效果
1.充实课程内容，改进教学方法。学生通过参与教师的科研项目，加深了对天然产物化学课程中植物精油章节内容的认知和理解。通过实践，学生较深刻地认识到不同提取方法对精油提取率和外观品质影响很大，得到的精油组成和组分含量差异明显，抗菌活性不同，具体应用到水果保鲜上的效果也有较大区别。认识到天然产物化学课程是一门综合性很强的专业课程，从事天然产物相关研究，需要扎实的化学理论和实践操作基础，还要注重学科之间的交叉和融合，重视计算机绘图和相关数据分析处理软件的熟练使用。学生认识到科学研究的重要性，科学研究可以验证和发现规律，是取得进步的有效途径。
将授课教师的相关科研成果和研究新技术、新方法带入课堂，充实了天然产物化学课程第6章植物精油的教学内容，增设了“不同提取方法对八角油组成和抗菌活性影响”实验内容。在教师的指导和帮助下，学生将“八角茴香油的提取和鉴定”实验操作技术制作了微视频（10分36秒）并在优酷网络上播放（http：//i.youku.com/u/UMzQ0Mzg1MzYwOA==/videos）。微视频可以帮助学生更好地进行课前预习，比之前只抄写报告册作为预习方式的学习效果有了很大提高，教学效果显著改进。
2.指导毕业论文和大学生创新项目情况。教师的科研项目实施4年，依托精油提取、组成分析和抗菌活性应用等研究内容，指导相关的本科毕业论文19篇，大学生创新项目5项（国家级2项、市级2项、校级1项），指导学生以第一作者发表论文3篇（中文核心期刊2篇、一般期刊1篇），学生以第二作者参与发表EI检索论文2篇。1名同学获得2015年度天津农学院大学生创新创业训练计划项目三等奖，2名同学分别获得第十届、十一届“挑战杯”天津农学院大学生创新创业计划大赛自然科学类作品二等奖。通过参与教师的科研课题，研究内容与毕业论文相结合，减轻学生课业负担，起到事半功倍的效果。通过大学生创新项目的训练，培养学生总结文献、设计实验方案、团队协作和撰写论文的能力，科研意识和创新能力有所提高，这些对学生进一步读取研究生和今后从事专业工作打下了良好的基础。
天然产物化学是一门综合性和实践性很强的学科。通过应用科研教学法，将教师的科研成果、科研新技术和新方法及时引入课程的理论教学和实践环节，鼓励学生积极参与科研活动。通过科研教学法的实施，学生的专业认同感和学习积极性得到了很大提高，科研意识、创新能力和团队合作精神增强。同时，科研教学法也显著提高了天然产物化学课程的教学质量，是有效可行的教学改革新模式，值得推广。
参考文献：
[1]刘湘，汪秋安.天然产物化学[M].第二版.北京：化学工业出版社，2014.
[2]徐学涛.《天然产物化学》课程教学改革研究[J].广东化工，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
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