思政引领，科教融合—天然产物化学课程教学探索与创新

　　

思政引领，科教融合—天然产物化学课程教学探索与创新

许艳杰，赵丹，李娟，冯勇，苗亚磊

（洛阳理工学院，环境工程与化学学院，河南 洛阳 471023）

摘要：天然产物化学是一门重要的学科，在新药研发等领域具有重要的意义。基于我校应用型和创新型人才的培养目标、“两性一型”的办学定位、“立德树人”的教育理念，针对《天然产物化学》课程教学现状及存在的问题，将思政元素与知识传授巧妙融合，春风化雨、润物无声地发挥课程育人的重要作用。通过翻转课堂实现以教师为主导、以学生为中心的转变，同时将科教融合教育理念落实到课程教学中，将最新的科研新成果、新技术和新方法引入到课程的理论教学和实践环节。不断激励学生参加多元化创新科研活动，增强学生的专业认同感和学习兴趣，显著提高课程教学质量，同时也为学生今后从事科研和生产奠定良好的基础。

关键词：天然产物化学；课程思政；科教融合；教学创新

中图分类号：G642

基金项目：洛阳理工学院2021年度教育教学改革研究项目（天然产物化学）

《礼记·大学》中有记载称：“大学之道，在明明德，在亲民，在止于至善”，说明我国古代时期，“立德树人”理念就已经根深蒂固。目前，对于高校来说，最重要的教育之一就是“立德树人”，要坚持将其置于关键位置，把思想政治教育贯穿到各种教学活动中。2015年国务院印发的《统筹推进世界一流大学和一流学科建设总体方案》，指出完成“双一流”大学建设目标的关键在于提高本科生的教育质量，培养具有创新精神和实践能力兼具的高级专业人才是高等教育的根本任务^[1-3]。在新时代背景下，科教融合已经成为当前高等教育的主题教育理念，也是应用型大学创新人才培养的重要途径。科教融合的教育模式，是指将科研与教学相结合，将优质的科研资源转化为教学资源，以科研反哺教学，从而更好地培养优秀的创新型、科技型和复合型人才^[4-7]。天然产物化学是一门综合交叉学科，运用现代物理、化学、生物理论和技术，研究中药和天然产物中的药效成分或活性成分的结构特征、理化性质、提取和分离方法，并利用四大光谱对其单体化合物进行结构解析的学科，在医药化工和新药研发等领域具有重要的应用^[8]。本着“立德树人”的教育理念，将科教融合的教学模式引入到天然产物化学课程教学中，有利于创新型人才培养以及该学科的良性发展。

1. 天然产物化学课程教学现状及反思

作为我校应用化学专业本科生的一门专业课程，天然产物化学课程开设在第六学期，在有机化学、分析化学及仪器分析课程的基础上，着重围绕天然产物有效成分的结构类型与特点、理化性质、提取分离方法、结构鉴定的基本原理进行教学，所涉及的专业基础知识较多。在教学过程中，学生普遍反应的问题主要有：课时少而理论教学内容多，天然产物种类多样、结构复杂，检识反应、定性分析和结构鉴定等方面的知识点难以掌握；天然产物化学是一门理论紧密结合实践的课程，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，目前的课堂教学以老师讲授为主，学生的参与度低、主观能动性差；在先前的教学大纲中，没有设置实践教学环节，学生的动手能力和科研创新意识很难得到锻炼及提高，对知识的理解和掌握不牢固；此外，天然产物化学发展迅速，而教材知识更新较为滞后，教学内容经常与专业发展脱节，不利于天然药物化学学科的良性发展以及创新型人才的培养^[9]。

2. 天然产物化学教学改革与创新

2.1 翻转课堂—以学生为中心，激发学生的积极能动性

天然活性成分的提取、分离、纯化与表征是天然产物的分离与纯化课程的重要内容，涉及到提取和分离方法，表征技术等理论性较强的知识，学习起来较为枯燥乏味，从而会出现学生积极性低、主观能动性差的课堂现象。在授课适当的章节，采用翻转课堂的方式，以学生为主体，选择其感兴趣的素材，分析其与天然产物化学相关的知识，激发学生学习的积极主动性，同时将课程思政元素春风化雨般地融入到课堂教学中。

在翻转课堂中，典型的案例素材有：屠呦呦教授从黄花蒿中分离得到抗疟疾药—青蒿素，并于2015年获得诺贝尔生理学或医学奖的历程；在黄酮类化合物中的花色素和萜类及精油章节，举例“洛阳牡丹甲天下”，每年牡丹花开的季节，姹紫嫣红的牡丹争奇斗艳，以此启发同学们思考和调研“牡丹花呈现出不同颜色的原因”、“牡丹花香的成分有什么”、“如何提取牡丹花中的挥发性精油”、“精油的成分如何鉴定”及“牡丹花有何药理活性和药用价值”等问题，引导学生通过阅读课本、查阅文献资料等方式来掌握相关知识点，并在课堂展示调研结果。培养了学生独立思考的能力，以及锐意进取和开拓创新的精神，同时提高学生的专业认同感。

表1. 《天然产物化学》课程教学典型案例

章节	思政及教学案例	思政元素及科教融合
天然产物的提取分 离和结构鉴定	新疆阿尔泰野胡麻中活性成分的提取分离及结构鉴定	锐意进取、开拓创新的精神，提高专业认同感
糖和糖苷	名贵中药材人参及其临床应用	文化认同感
生物碱	明星抗癌药物紫杉醇的传奇发现及全合成之旅	科研前沿，勇于创新和团结合作的科学精神
黄酮类化合物	花色素类化合物与姹紫嫣红的牡丹	家国情怀，民族自信心
萜类及挥发油	屠呦呦教授发现抗疟疾药青蒿素，获诺贝尔生理学或医学奖	爱国主义教育，民族自豪感
甾体类化合物	胆甾醇（胆固醇）对生命活动的重要性	树立正确的健康理念和价值观

2.2 任务式教学—驱动学生自主探究

在课前通过学习通平台发布本节课学习内容和学习视频，导入问题并告知学习目标，如学习视频中的课间提问、随堂测验、讨论等学习任务，提出问题，驱动学习，提高学生学习积极性和主动性（表1）。课后布置作业及每章内容对应的单元测试，针对课堂讲授内容提出问题，让学生谈谈他们的见解，使学生对本次课的知识有整体性的认识；在学习通平台设置测试题，并针对学生的问题在线答疑解惑以及调查学生对本次课堂的满意度，根据学生提出的不足进行改进授课方式等。在课程小论文中，鼓励学生根据自身兴趣选取一种药材或日常生活中接触到的植物，如甘草、虎杖、灵芝等，结合课程内容查阅文献资料，调研其所含主要天然产物种类、提取分离方法、生物活性和临床应用等，以及学习本课程后的所感所想等。很多同学表达了自己独特的学习感悟，例如刘同学写道：“通过学习本课程，让我更加深刻认识到大自然是一个宝库，天然产物的无处不在、丰富多样、变化多端，以及了解到日常中常见的药物、食品中包含哪种天然产物，更生动地了解天然产物与人类生产生活密不可分和未来对抗疾病药物研究和开发具有非常重要的意义”。另一位王同学写道：“小时候爷爷生病，吃了很多西药都不见好，一个善于专研医术的医生开的几副中药，治好了爷爷的病，直到学习本课程之后，我才理解中药治病的道理。几年前，屠呦呦奶奶提取出青蒿素，有效地治疗疟疾并获得了诺贝尔奖，兴许几年后，我们便成了屠呦呦呢？”

2.3 科教融合—以科研反哺教学

天然产物化学是一门理论与实践结合较强的课程，但是教学大纲中没有设置实验教学环节，使得学生接受的知识过于虚无，动手能力和科研创新意识很难得到提高。因此，在本课程的教学中，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。在天然产物提取分离及结构鉴定部分，涉及到不同的提取分离和纯化方法，以及结构鉴定所用的红外光谱、核磁共振和质谱等分析检测方法，而实际的应用示例提及较少，仅凭文字的介绍，学生很难体会到不同方法的区别及应用，学习兴趣不高。

基于以上原因，在讲解理论内容的同时，结合授课教师自身的科研项目—“新疆阿尔泰地区野胡麻化学成分及其抗肿瘤活性研究”，为学生系统讲授不同的分离提取方法的实际应用，针对不同极性活性成分萃取层，采用相应适宜的纯化方法。简要的说，野胡麻全草中活性成分提取时，采用70%的乙醇作为提取溶液，通过连续回流的方式进行提取；减压浓缩后得到的浸膏，经去离子水分散后经系统溶剂萃取法，依次用石油醚-氯仿-乙酸乙酯-正丁醇溶剂，按极性由小到大的顺序进行萃取。在分离过程中，用到硅胶柱色谱、聚酰胺柱色谱、大孔吸附树脂、Sephadex LH-20凝胶柱色谱、制备型薄层色谱、制备型高效液相色谱以及重结晶等分离方法，得到17个单体化合物。其中通过聚酰胺柱色谱法得到苜蓿素、木犀草素、芹菜素和金圣草黄素等黄酮类化合物，均为首次从野胡麻中分离，同时也是首次从野胡麻属中得到，印证了聚酰胺色谱法是最适合于黄酮类化合物分离的方法。

在结构鉴定过程中，通过与标准品进行共薄层色谱的方式，对β-谷甾醇进行结构鉴定，在三种不同的溶剂系统中展开，经显色后发现其比移值均一致，初步表明其和标准品为同一种化合物；在对新化合物tricin-7-O-(β-glucuronide-6-butylester)进行结构鉴定时，采用紫外吸收光谱、红外光谱、质谱以及核磁共振谱等四大波谱；为精确推测出其结构，借用二维核磁波谱异核多碳相关谱（HMBC）和异核单量子相关谱（HSQC）（图1）。天然产物化学研究的目的之一，就是发现有益于人类身体健康或可治疗人类疾病的先导化合物。以野胡麻全草中化学成分的抗肿瘤活性筛选为实例，向学生展示实验室中细胞实验的原理及操作。在该科研项目中，采用MTT法，选用人类肝癌细胞（HepG2）和人类宫颈癌细胞（HeLa），对得到的17种单体化合物进行抗肿瘤活性初步研究。

通过分享科研项目案例，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，不仅充实了天然产物化学分离提取及结构鉴定的教学内容，让学生更加深刻地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。同时，学生的专业认同感和学习积极性得到了很大提高，科研意识和创新能力增强。

a

b

图1. 野胡麻中苜蓿素的结构鉴定示例（a）聚酰胺薄层色谱和紫外吸收光谱和（b）核磁共振谱图氢谱和碳谱及其结构

3. 结论

随着科学技术的发展以及天然产物应用价值不断被发现，天然产物的提取、分离与纯化工艺仍在不断改进和完善。这要求教师在教学中，不仅要重视课程知识的传授，更要依据行业发展需要，注重培养学生的探究能力和解决问题的能力，使学生学到的知识能真正满足后期工作需要。根据学生在超星学习通平台回答问题、参与讨论的表现，结合课后分组讨论以及调查问卷，发现“思政引领，科教融合”的教学方式对教学效果有显著的提升，主要表现在以下几个方面：（1）激发了学生对本课程学习的自主能动性和积极性，锻炼了学生查阅文献和资料的能力，培养了学生在信息化高度发展的时代获取知识的能力；（1）将天然产物化学领域最新研究成果引入到课堂相应的章节，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；（3）结合契机，充分发挥了本科教学课程的“立德树人”的教育理念。

参考文献

[1] 王晓霞, 马力通, 王正德等.“课程思政”在天然产物化学教学中的实践探究[J]. 化工时刊, 2022, 36(04), 32-34.

[2] 林洁. 天然药物化学课程教学的实践与思考——以提取分离为例[J]. 山东化工, 2021, 50(17), 205-206+208.

[3] 赵丹, 许艳杰, 黄晶晶.“超星学习通”辅助“仪器分析”课程思政教学初探[J]. 安徽化工, 2022, 48, 146-148+151.

[4] 杨帆, 马高兴, 吴学友. 线上线下混合式教学模式的建设与应用—以“天然产物化学”为例[J]. 科技视界. 2021, 32, 141-142.

[5] 李萍, 闫师杰, 田琳. 科研教学法在天然产物化学教学中的应用探索[J]. 教育教学论坛, 2019, 18, 192-194.

[6] 李晓龙, 陈玉萍, 李燕怡等. 应用型本科院校背景下天然产物化学实验教学初探[J]. 山东化工, 2021, 50(14), 208-210.

[7] 周光礼, 周详, 秦惠民等. 科教融合 学术育人-以高水平科研支撑高质量本科教学的行动框架[J]. 中国高教研究, 2018, 08, 11-16.

[8] 宋高鹏, 霍理坚, 高永峰. 天然药物有效化学成分的提取分离技术教学改革及优化——评《天然药物化学》[J]. 化学工程. 2023,51(04), 1.

[9] 孙娜, 张倩倩, 李邦忠等. “专创、科教”融合人才培养模式探索与实践[J]. 教育教学论坛, 2022, 31, 177-180.

作者简介：许艳杰，（1992-），女，出生于河南省周口市，讲师，兰州大学物理化学博士，从事“天然产物化学”教学工作

通讯地址：河南省洛阳市洛龙区王城大道90号 邮政编码：471023

联系方式：17395906914；电子邮箱：xuyj1223@163.com

On the Guidance of Ideological and Political, Integration of Science and Education—Exploration and Innovation of Natural Product Chemistry Course Teaching

XU Yan-jie, ZHAO Dan, LI Juan, FENG Yong, MIAO Ya-lei

（School of Environmental Engineering and Chemistry，Luoyang Institute of Science and Technology，Luoyang 471023，China）

Abstract: Natural product chemistry is an important subject, which is of great significance in the research and development of new drugs. Based on the training objectives of application-oriented and innovative talents, the school orientation of "gender-oriented", and the "moral cultivation and cultivation of talents" of our school educational concept. In view of the teaching status and existing problems of Natural Product Chemistry, ideological and political elements are combined with knowledge imparting clever integration, spring breeze rain, moistening things silently play the important role of curriculum education. 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. It also lays a good foundation for students to engage in scientific research and production in the future.

Key words: natural product chemistry; curriculum ideological and political; teaching and researching integration; teaching innovation

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