(北京林業(yè)大學(xué)材料與科學(xué)技術(shù)學(xué)院，北京　100083)

研究生教育的核心任務(wù)是培養(yǎng)滿足世界和中國工業(yè)發(fā)展所需要的高層次研究型科技人才。近10年來，我國研究生教育規(guī)模經(jīng)歷了急劇擴招和穩(wěn)步增長的過程，2006年我國研究生招生數(shù)為34.2萬人；而到2011年，研究生擴招到49.5萬人，較2006年增長了44.7%；2016年我國研究生招生數(shù)為58.4萬人，比2011年增長了18.0%。面對不斷擴大的研究生教育規(guī)模，如何進行教學(xué)改革，保障教育質(zhì)量，滿足高層次研究型科技人才培養(yǎng)的需求，是研究生教育急待解決的問題。研究生教育與本科教育不同，更注重培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力、解決問題的能力、獨立思考和創(chuàng)新能力。研究性教學(xué)是教師通過課程教學(xué)改革，提高學(xué)生創(chuàng)新思維能力的一種教學(xué)方式[1]。

“高等有機化學(xué)”是農(nóng)林院校林產(chǎn)化學(xué)加工工程學(xué)科科學(xué)碩士的學(xué)位課程，也是相關(guān)學(xué)科碩士和博士研究生的選修課程，是研究生在結(jié)束本科或碩士階段學(xué)習(xí)后選修的重要專業(yè)課程?！案叩扔袡C化學(xué)”課程將為研究生開展科研奠定理論基礎(chǔ)，在研究生人才培養(yǎng)過程中起著承上啟下的重要作用。

2009年，北京林業(yè)大學(xué)開設(shè)了“高等有機化學(xué)”課程，目前在課程教學(xué)方面存在著一些問題。為此，筆者針對課程教學(xué)中的問題探討了研究性教學(xué)的改革措施，旨在進一步提高課程教學(xué)的效果。

一、“高等有機化學(xué)”研究生課程教學(xué)的現(xiàn)狀

(一)課程教學(xué)的目標

“高等有機化學(xué)”課程教學(xué)目標是使學(xué)生能將有機反應(yīng)機理較好地運用到實踐中，為以后從事林產(chǎn)品深加工的工業(yè)生產(chǎn)和研究工作打下理論基礎(chǔ)。通過該課程的學(xué)習(xí)，林產(chǎn)化學(xué)加工工程學(xué)科的碩士研究生應(yīng)具備利用有機反應(yīng)對天然化合物進行開發(fā)和改性，從而提高從事林產(chǎn)品化學(xué)深加工的科研能力。

(二)課程教學(xué)的特點

首先，“高等有機化學(xué)”課程內(nèi)容多、信息量大。它是在“有機化學(xué)”課程的基礎(chǔ)上進一步闡述有機物結(jié)構(gòu)、反應(yīng)、機理以及它們之間關(guān)系的一門課程。通過該課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將掌握有機分子結(jié)構(gòu)及反應(yīng)的立體化學(xué)、取代基的誘導(dǎo)效應(yīng)及共軛效應(yīng)對有機反應(yīng)的影響以及有機活性中間體的結(jié)構(gòu)、形成、穩(wěn)定性及反應(yīng)；掌握各類有機反應(yīng)的機理及規(guī)律；能靈活運用反應(yīng)機理解釋有機反應(yīng)現(xiàn)象，并通過實例了解近年來有機化學(xué)反應(yīng)的新事例及目前有機反應(yīng)的方向和趨勢。

其次，“高等有機化學(xué)”課程理論性強[2]，學(xué)生必須具備一定的化學(xué)理論基礎(chǔ)?！案叩扔袡C化學(xué)”涉及“有機化學(xué)”的化合物結(jié)構(gòu)性質(zhì)、光譜性質(zhì)、反應(yīng)機理以及“無機化學(xué)”的晶體學(xué)知識等。在開始課程學(xué)習(xí)前，學(xué)生最好預(yù)修過“有機化學(xué)”“無機化學(xué)”和“儀器分析”等相關(guān)課程。

(三)課程教學(xué)對象的學(xué)科背景差異較大

北京林業(yè)大學(xué)的“高等有機化學(xué)”課程是林產(chǎn)化工學(xué)科科學(xué)碩士研究生的一門必修課，是林業(yè)工程專業(yè)碩士的選修課，也是生物學(xué)院、環(huán)境學(xué)院、理學(xué)院等各學(xué)科碩士研究生的選修課程。北京林業(yè)大學(xué)近5年選修“高等有機化學(xué)”課程學(xué)生的情況見表1。

表1　近5年北京林業(yè)大學(xué)選修“高等有機化學(xué)”研究生課程的學(xué)生情況

由表中可以看出，林產(chǎn)化學(xué)加工工程學(xué)科必修人數(shù)占到總?cè)藬?shù)的60%左右，林業(yè)工程專業(yè)碩士選修人數(shù)約占20%，校外選修和校內(nèi)其他學(xué)科選課人數(shù)占到10%～20%，其中，2014年選課學(xué)生總?cè)藬?shù)增加了20%，但必修和選修人數(shù)總比例變化不大。

據(jù)統(tǒng)計，選課學(xué)生的學(xué)科背景差異較大。校內(nèi)選修學(xué)生主要涉及材料學(xué)院的木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科、生物學(xué)院的農(nóng)產(chǎn)品加工及貯藏工程學(xué)科、理學(xué)院的生物物理學(xué)學(xué)科、環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院的環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)科，校外選修學(xué)生的學(xué)科背景涉及了生態(tài)學(xué)學(xué)科和生物化學(xué)與分子學(xué)科等。有部分林產(chǎn)化學(xué)加工工程學(xué)科和木材科學(xué)與技術(shù)學(xué)科的博士生也選修了該課程。

二、“高等有機化學(xué)”研究生課程教學(xué)面臨的問題

(一)學(xué)時較少

北京林業(yè)大學(xué)“高等有機化學(xué)”課程僅有48學(xué)時，教師無法在較短的時間里講授完全部的課程內(nèi)容。如北京林業(yè)大學(xué)林產(chǎn)化工學(xué)科的“高等有機化學(xué)”課程理論教學(xué)有緒論(價鍵理論)、取代基效應(yīng)、反應(yīng)活性中間體、飽和碳上的親核取代反應(yīng)、芳環(huán)上的取代反應(yīng)、碳碳重鍵加成反應(yīng)、碳雜重鍵的加成反應(yīng)、分子重排反應(yīng)、消除反應(yīng)、自由基反應(yīng)和周環(huán)反應(yīng)等章節(jié)，內(nèi)容多且理論性強；同時，課程還要拓展講授天然資源材料在化學(xué)加工過程中的有機結(jié)構(gòu)以及有機合成反應(yīng)機理等內(nèi)容。理論課為40學(xué)時，實驗教學(xué)僅有8學(xué)時。

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(二)學(xué)生的專業(yè)背景差異較大

通過對選課學(xué)生特點的分析可以發(fā)現(xiàn)，選課學(xué)生專業(yè)背景差別大，化學(xué)基礎(chǔ)參差不齊。多數(shù)學(xué)生本科僅學(xué)習(xí)了“基礎(chǔ)有機化學(xué)”簡易版，部分學(xué)生因為考研、考博不考“有機化學(xué)”而導(dǎo)致基礎(chǔ)知識淡忘，甚至有些專業(yè)跨度大的學(xué)生在本科階段就沒有學(xué)習(xí)過“有機化學(xué)”課程。

(三)教學(xué)方法單一

“高等有機化學(xué)”是林產(chǎn)化工學(xué)科研究生的必修課程，研究生課程不同于本科生課程，研究生課程教學(xué)肩負著培養(yǎng)學(xué)生的專業(yè)研究能力的任務(wù)。目前，“高等有機化學(xué)”課程教學(xué)采取的仍是教師講、學(xué)生聽的單一教學(xué)方式，影響了對學(xué)生專業(yè)研究能力的培養(yǎng)。

三、“高等有機化學(xué)”研究生課程教學(xué)改革的措施

(一)合理規(guī)劃教學(xué)內(nèi)容

1.精簡教學(xué)內(nèi)容，確保授課內(nèi)容主次分明

針對“高等有機化學(xué)”課程內(nèi)容多、學(xué)時少的問題，筆者采用抽主線的教學(xué)方式，精簡教學(xué)內(nèi)容，使授課內(nèi)容主次分明。例如，在活性中間體一章中，由于碳正離子研究最早、最深入、應(yīng)用最廣泛，所涉及的基礎(chǔ)反應(yīng)歷程最多，所以將碳正離子作為主例，詳細講解其結(jié)構(gòu)、制備方法和穩(wěn)定性的影響因素；而碳負離子則采用與碳正離子對比的方法進行講解，以節(jié)省授課學(xué)時；對于碳烯和氮烯的內(nèi)容則只是講授了簡單的分析結(jié)構(gòu)和制備方法。

2.理論知識形象化，突出授課重點

針對課程理論知識深奧難于理解的特點，筆者采用合理引入生活知識、科學(xué)前沿和科研實例等方式，使理論知識具體化、形象化，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，奠定研究型教學(xué)的基礎(chǔ)。例如，在自由基反應(yīng)的教學(xué)中，以科研實例引入自由基知識；以《新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志》臨床醫(yī)學(xué)圖片為例引入重點教學(xué)內(nèi)容。例如有28年開車經(jīng)驗的69歲的司機的臉部照片，司機的左臉比右臉看起來要老18歲，這就是單側(cè)先老化的現(xiàn)象，通過這一現(xiàn)象可以引起學(xué)生的好奇心和注意力。光老化帶給人面部的變化主要有皺紋和色斑，而自然老化則是細紋和皮膚的松弛為主。所以從化學(xué)專業(yè)知識分析，造成這種差異的主要原因是光催化反應(yīng)，即光催化自由基反應(yīng)。69歲的司機臉部照片見圖1。

在芳環(huán)上的取代反應(yīng)一章中，筆者結(jié)合部分學(xué)生的林產(chǎn)化工和木材科學(xué)與技術(shù)專業(yè)背景，引入酚醛膠黏劑以及木質(zhì)素改性膠黏劑內(nèi)容，通過詳細分析酸堿催化反應(yīng)原理，引入芳環(huán)上的親電取代反應(yīng)歷程和機理。

“高等有機化學(xué)”課程設(shè)置有8學(xué)時的實驗教學(xué)內(nèi)容，實驗課設(shè)置在教學(xué)內(nèi)容的后期進行，為二選一的設(shè)計性實驗，實驗內(nèi)容包括：一是共軛體系化合物的制備，利用不對稱分子結(jié)構(gòu)化合物，通過羥醛縮合反應(yīng)實現(xiàn)；二是利用松節(jié)油合成香料中間體。要求學(xué)生自主設(shè)計實驗路線，教師輔助學(xué)生分析反應(yīng)原理，討論理論可行性，教師統(tǒng)一為學(xué)生購買試劑，提供實驗平臺資源，讓學(xué)生真正學(xué)以致用，將具有研究意義的設(shè)計性實驗真正實施于教學(xué)過程。

圖1　單側(cè)先老化現(xiàn)象(69歲司機的臉部照片)

(二)采取多種教學(xué)方式開展教學(xué)

1.采用“引導(dǎo)教學(xué)法”培養(yǎng)學(xué)生獨立思考的能力

研究生教育不僅要注意教學(xué)內(nèi)容的深度，還要考慮教學(xué)內(nèi)容的廣度。采用“引導(dǎo)教學(xué)法”可以兼顧這一問題。例如，在活性中間體一章中，筆者以正碳離子為授課重點，在負碳離子授課中，則引導(dǎo)學(xué)生主動分析，對比正、負碳離子的結(jié)構(gòu)，分析歸納負碳離子穩(wěn)定性的影響因素，鍛煉學(xué)生獨立思考的能力。在開始新的章節(jié)學(xué)習(xí)時，筆者先以實例引導(dǎo)，引出教學(xué)內(nèi)容，分析可能用到的基礎(chǔ)知識點，要求學(xué)生提前復(fù)習(xí)“有機化學(xué)”課程中的相關(guān)基礎(chǔ)性知識點，并在課堂教學(xué)中通過提問等方式進行復(fù)習(xí)，在一定程度上緩解了課時有限而內(nèi)容多的矛盾。

2.通過“第二課堂”培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)研究能力

“第二課堂”為學(xué)生提供了更多的接觸科研的機會。北京林業(yè)大學(xué)研究生院設(shè)有多種教學(xué)改革項目支持的研究生教學(xué)，例如，為提高各學(xué)科前沿性專題課程的授課質(zhì)量，營造濃厚的校園學(xué)術(shù)氛圍，促進學(xué)術(shù)交流，使研究生了解學(xué)科最新前沿動態(tài)，學(xué)校設(shè)立專項經(jīng)費，用于資助外聘專家的授課工作，設(shè)置了“學(xué)科前沿性專題講座課程”項目。2014年，邀請中國林科院林產(chǎn)化工專業(yè)的專家進行了“林產(chǎn)資源化學(xué)改性利用的國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀”的課程講座，講座上學(xué)生積極與校外專家溝通，分析近年來林產(chǎn)化工科研前沿中的熱點，揭示高等有機化學(xué)理論知識在前沿科學(xué)中的應(yīng)用，起到了將理論課應(yīng)用到科研中的引導(dǎo)啟蒙作用。學(xué)生通過參加各種專家學(xué)術(shù)講座，利用高等有機化學(xué)知識與專家分析探討科研方向，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與感，營造了良好的學(xué)習(xí)氛圍。

3.強化學(xué)生計算機化學(xué)軟件的操作能力

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，越來越多計算機軟件應(yīng)用于化學(xué)教學(xué)和研究[3]，例如目前常用的化學(xué)軟件ChemOffice、Gaussian和Gromacs等，可形象直觀地展示分子軌道、化合物結(jié)構(gòu)及動態(tài)反應(yīng)歷程等，可促進學(xué)生理解復(fù)雜的高等有機化學(xué)知識。例如，在分子間作用力內(nèi)容中，氫鍵和范德華力非常難以理解，而用Gaussian軟件，可快速模擬出水分子間的氫鍵和范德華力，見圖2、3。

圖2　計算機模擬的水分子間的氫鍵

圖3　計算機模擬的水分子間的范德華力

由圖中可清晰看出弱作用力的存在，學(xué)生比較容易理解。計算機化學(xué)在科研工作中應(yīng)用實例非常多，例如研究人員模擬出所制備的高分子新材料中水分子的存在形式[4]，見圖4。

圖4中所圈出的8個外圍圖中，虛線部分便是氫鍵作用，水分子中的氧原子和氫原子分別同材料中的烷基氫和羰基氧形成氫鍵作用，從而使得水分子穩(wěn)定地存在于材料中。由該計算機模擬出的圖可清晰明了看出氫鍵存在于材料中，也證明氫鍵弱作用力在材料制備等相關(guān)科研中具有重要存在價值，增強和促進學(xué)生對課程理論內(nèi)容的理解和消化吸收。

圖4　計算機模擬的高分子材料中水分子存在形式

4.實施“多師聯(lián)合授課”以開闊學(xué)生的科研視野

北京林業(yè)大學(xué)“高等有機化學(xué)”開課以來，一直堅持以教師主講、“多師聯(lián)合授課”的教學(xué)模式[5]。每位教師根據(jù)各人科研重點選擇各人精通的章節(jié)進行授課，該方法可集中利用多位教師的研究優(yōu)勢，準確教授教學(xué)內(nèi)容的科研前沿，同時還可以結(jié)合個人科研成果，賦予基礎(chǔ)理論以新的活力，有利于提升學(xué)生從事科研的信心，開闊學(xué)生的科研視野。

(三)優(yōu)化和完善課程考核方式

傳統(tǒng)的理論性較強的課程均采用閉卷的考核方式?！案叩扔袡C化學(xué)”雖然也是理論性較強的課程，但是由于學(xué)生的化學(xué)基礎(chǔ)參差不齊，專業(yè)學(xué)科背景差別較大，因此采取了多種形式的考核方式。對于必修課程的學(xué)生，采取閉卷考試為主的考核方式；而對于專業(yè)碩士和選修課程的學(xué)生采用中低難度的閉卷、開卷或論文考試為主的考核方式。根據(jù)學(xué)生實際情況，靈活選擇考核方式的目的是既要全面考察學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，同時又不給學(xué)生施加過大壓力。試卷的設(shè)置更加注重考核學(xué)生的研究能力。

四、“高等有機化學(xué)”研究生課程教學(xué)改革的成效

(一)提高了教師的專業(yè)素質(zhì)

教學(xué)改革促進了教師的科研能力，提升了教師的專業(yè)素質(zhì)，特別是在跟課程相關(guān)的理論研究方面，取得了較大的進展。任課教師通過將計算機化學(xué)應(yīng)用到相關(guān)研究中，并結(jié)合研究成果展開教學(xué)工作，把研究融入到理論教學(xué)中，使學(xué)生更容易接受講授的內(nèi)容。教師通過學(xué)習(xí)新的技能，促進了教學(xué)和科研，提高了教學(xué)效果。

(二)提升了學(xué)生的研究能力

教學(xué)改革的最大受益者還是學(xué)生，通過對課程進行研究性教學(xué)改革，學(xué)生發(fā)表科研論文的能力明顯提高，80%的學(xué)生在研究生階段都能發(fā)表SCI論文，影響因子大于5的高水平論文逐年增加，個別學(xué)生在碩博研究生階段發(fā)表的論文影響因子之和超過30，學(xué)生研究能力得到大幅度提升。

[1]劉漢蘭，李雪剛，周媛媛，等.“高等有機化學(xué)”研究性教學(xué)的實踐與思考[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(社會科學(xué)版)，2011(5)：132-134.

[2]李兆隴.突出創(chuàng)新，強化研究型教學(xué)——建設(shè)高等有機化學(xué)精品課[C].首屆全國化學(xué)類專業(yè)研究生化學(xué)課程與教學(xué)研討會暨“211、985”高?；瘜W(xué)類專業(yè)研究生教育高層論壇論文集，上海：中國化學(xué)會，2010：75-77.

[3]莫倩，鄭燕升.計算化學(xué)軟件在高等有機化學(xué)研究性教學(xué)中的應(yīng)用[J].廣州化工，2013，40(255)：299-230.

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[5]崔玉，仲倩，楊小鳳，等.主講制下“多師合授”高等有機化學(xué)教改探索[J].化工高等教育，2014，31(3)：34-36.