張?jiān)t,姜林,張麗麗,時(shí)偉杰,王艷芳,侯芹,侯菊英,李怡靖,萬(wàn)福賢
山東農(nóng)業(yè)大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 山東 泰安 271018
2019年6月28日,教育部發(fā)布了《安吉共識(shí)——中國(guó)新農(nóng)科建設(shè)宣言》,從此拉開(kāi)了中國(guó)“新農(nóng)科”建設(shè)的序幕,中國(guó)高等農(nóng)林教育發(fā)展進(jìn)入了新時(shí)代。在“新農(nóng)科”建設(shè)背景下,高等農(nóng)林教育面向“脫貧攻堅(jiān)、鄉(xiāng)村振興、生態(tài)文明和美麗幸福中國(guó)建設(shè)”等戰(zhàn)略需求,主動(dòng)對(duì)接正在全球興起的第四次產(chǎn)業(yè)革命,主動(dòng)培養(yǎng)能夠適應(yīng)和引領(lǐng)未來(lái)農(nóng)林發(fā)展需要的新型人才[1]。推進(jìn)農(nóng)科與理、工、文學(xué)科的深度交叉融合,建設(shè)融會(huì)貫通的“新農(nóng)科”知識(shí)體系,是“新農(nóng)科”建設(shè)順利進(jìn)行的重要支撐。
分析化學(xué)是高等農(nóng)林院校涉農(nóng)專業(yè)的一門公共基礎(chǔ)主干課程。通過(guò)本課程學(xué)習(xí),可以培養(yǎng)學(xué)生利用分析化學(xué)的理論知識(shí)分析、解決農(nóng)林等學(xué)科相關(guān)問(wèn)題的能力,為后續(xù)專業(yè)課程如環(huán)境化學(xué)、食品化學(xué)、生物化學(xué)、農(nóng)業(yè)化學(xué)等的學(xué)習(xí)提供扎實(shí)的分析化學(xué)基礎(chǔ);可以培養(yǎng)學(xué)生新思維和能力、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和精益求精的科研作風(fēng),為未來(lái)在新農(nóng)科及相關(guān)領(lǐng)域創(chuàng)業(yè)和深造打下堅(jiān)實(shí)的分析化學(xué)理論基礎(chǔ)。
在“新農(nóng)科”建設(shè)背景下,我校積極探索多學(xué)科促進(jìn)交叉融合的人才培養(yǎng)體系,著力由單一學(xué)科的人才培養(yǎng)模式向多學(xué)科交叉的復(fù)合型人才培養(yǎng)模式轉(zhuǎn)型,復(fù)合型人才需要具備多學(xué)科知識(shí)相互轉(zhuǎn)化和應(yīng)用的綜合能力。分析化學(xué)課程團(tuán)隊(duì)秉持“學(xué)用結(jié)合、學(xué)以實(shí)為貴”的教學(xué)理念,實(shí)現(xiàn)與農(nóng)科各專業(yè)的深度融合,積極探索和構(gòu)建了具有農(nóng)林特色的分析化學(xué)教學(xué)新模式——“三融入三結(jié)合”體系(圖1),旨在培養(yǎng)具有分析化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)、科學(xué)探究精神、創(chuàng)新思維和實(shí)際應(yīng)用能力及三農(nóng)情懷的新型農(nóng)林復(fù)合型人才,充分發(fā)揮分析化學(xué)在新農(nóng)科建設(shè)中的重要作用。
圖1 農(nóng)科分析化學(xué)的教學(xué)新模式——“三融入三結(jié)合”課程體系
在分析化學(xué)課程教學(xué)中,注重學(xué)生關(guān)注的社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題,尤其是分析化學(xué)在農(nóng)林學(xué)科領(lǐng)域新應(yīng)用、新進(jìn)展的案例,融入思政教育[2]。如圖2所示,在緒論部分甄選出合適的案例,解讀分析化學(xué)“眼睛”的作用,從而加強(qiáng)學(xué)生將所學(xué)知識(shí)與社會(huì)實(shí)際問(wèn)題相結(jié)合,形成自己的科學(xué)觀,同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。
圖2 思政引領(lǐng),認(rèn)知分析化學(xué)“眼睛”的作用
切入:以“瘦肉精中毒事件”為切入點(diǎn),豬從喂養(yǎng)到成為餐桌上的美食,中間經(jīng)歷了層層檢驗(yàn)。豬飼養(yǎng)場(chǎng)是重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的地方,從源頭杜絕在飼料過(guò)程中添加瘦肉精;宰前尿檢,最大限度地防止添加過(guò)瘦肉精的生豬流入屠宰環(huán)節(jié);宰后肉檢,保證肉品質(zhì)量。從各個(gè)環(huán)節(jié)的瘦肉精檢測(cè)來(lái)看,分析化學(xué)扮演著“眼睛”的作用,有了分析化學(xué)的保駕護(hù)航,我們的食品安全才有保障。
拓展:分析化學(xué)滲透到我們生活、生產(chǎn)的方方面面,與我們的日常生活息息相關(guān)。比如:(1) 分析化學(xué)在利用質(zhì)譜技術(shù)判斷給定的分子來(lái)源方面發(fā)揮了巨大作用,使之成為了2006年的頭條新聞——贏得環(huán)法自行車賽冠軍的美國(guó)自行車運(yùn)動(dòng)員佛洛伊德·蘭迪斯尿檢顯陽(yáng)性,證明其服用了睪酮類禁藥以提高成績(jī)。(2) 2012年,廣西龍江發(fā)生鎘污染事件,其中拉浪鄉(xiāng)碼頭前200米水中鎘含量超標(biāo)高達(dá)80倍,鎘含量的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)為鎘污染處理方案提供了理論支撐。(3) 2020年,我國(guó)的新冠疫情得到了及時(shí)有效的控制,實(shí)時(shí)熒光定量PCR技術(shù)對(duì)新型冠狀病毒的核酸進(jìn)行快速、準(zhǔn)確的檢測(cè),成為扭轉(zhuǎn)疫情防控的關(guān)鍵措施之一[3]。(4) 2020年全年,博瑞科技檢測(cè)中心共采集黑龍江、遼寧、內(nèi)蒙古等地區(qū)的玉米青貯樣本,采用酶聯(lián)免疫吸附法測(cè)定樣品中霉菌毒素的含量,分析了總體污染情況以及不同月份、不同采集區(qū)域的污染情況,為牧場(chǎng)或飼料企業(yè)工作人員保證奶源健康提供了理論參考。
升華:分析化學(xué)學(xué)科的發(fā)展在疾病醫(yī)療、食品安全、生態(tài)環(huán)境污染等影響人民健康的熱點(diǎn)領(lǐng)域發(fā)揮了重要的“眼睛”作用。中國(guó)共產(chǎn)黨歷來(lái)堅(jiān)持以人民健康為中心的發(fā)展理念。2016年10月,中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《健康中國(guó)“2030”規(guī)劃綱要》,黨的十九大報(bào)告更是將實(shí)施健康中國(guó)戰(zhàn)略納入國(guó)家發(fā)展的基本方略,這充分體現(xiàn)了我們黨“人民至上、生命至上”的崇高理念。
分析化學(xué)各章節(jié)都蘊(yùn)含著豐富的思政內(nèi)容,如表1所示。
表1 分析化學(xué)各章節(jié)思政元素設(shè)計(jì)
新農(nóng)科建設(shè)需要復(fù)合型、應(yīng)用型等新型農(nóng)林人才,農(nóng)林高校應(yīng)該更加注重學(xué)科融合和實(shí)際應(yīng)用能力的培養(yǎng)。分析化學(xué)既是一門基礎(chǔ)課,又與農(nóng)林各專業(yè)學(xué)科有著緊密的聯(lián)系。利用這一優(yōu)勢(shì),在實(shí)際教學(xué)中我們把專業(yè)知識(shí)與農(nóng)科元素有機(jī)結(jié)合起來(lái),培育創(chuàng)造性解決農(nóng)林學(xué)科相關(guān)問(wèn)題的新型人才。
農(nóng)業(yè)是立國(guó)之本,強(qiáng)國(guó)之基。習(xí)近平總書(shū)記指出,只要糧食不出大問(wèn)題,中國(guó)的事就穩(wěn)得住。農(nóng)業(yè)研究離不開(kāi)分析化學(xué),我們從農(nóng)藥使用的視角,引導(dǎo)學(xué)生正確地認(rèn)知農(nóng)業(yè),將學(xué)生分四組進(jìn)行調(diào)研。一組調(diào)研農(nóng)藥使用的利與弊,農(nóng)藥不僅是保護(hù)作物生長(zhǎng)和糧食安全的重要幫手,也是影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全的主要風(fēng)險(xiǎn)因素。因此,如何趨利避害,科學(xué)、安全、合理地使用農(nóng)藥已成為關(guān)鍵。二組調(diào)研減少農(nóng)藥使用的方法——精準(zhǔn)噴藥,它與精準(zhǔn)播種、精準(zhǔn)施肥等技術(shù)構(gòu)成了未來(lái)農(nóng)業(yè)的發(fā)展要素。三組調(diào)研提高農(nóng)藥劑量傳遞效率的方法。四組調(diào)研綠色農(nóng)藥的開(kāi)發(fā)和使用情況。各組調(diào)研內(nèi)容通過(guò)撰寫(xiě)小論文的形式在微信群討論、交流,讓學(xué)生了解農(nóng)業(yè)發(fā)展是糧食安全和食品安全的保障,是關(guān)系到治國(guó)安邦的頭等大事(圖3)。
圖3 農(nóng)藥使用情況調(diào)研
當(dāng)前,土壤仍然是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)不可或缺的重要生產(chǎn)資料。其中,氮對(duì)作物來(lái)說(shuō)是最重要的營(yíng)養(yǎng)元素,土壤氮含量的測(cè)定離不開(kāi)分析化學(xué)的手段。在講解電位分析法一章前,給學(xué)生布置土壤中氮含量測(cè)定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)作業(yè)。本章內(nèi)容結(jié)束后,學(xué)生根據(jù)調(diào)研結(jié)果提供了不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案——硝酸根離子選擇電極法測(cè)定土壤硝態(tài)氮含量、凱氏定氮法測(cè)定土壤全氮含量和分光光度法及儀器分析法測(cè)定土壤硝態(tài)氮含量(圖4)。學(xué)生以ppt講解的方式在課堂上匯報(bào),交流實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的原理、可行性、在實(shí)際檢測(cè)中的應(yīng)用及土壤中各種形態(tài)氮含量測(cè)定的重要意義。
圖4 土壤氮元素含量測(cè)定調(diào)研
2014年發(fā)布的《全國(guó)土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示,全國(guó)耕地環(huán)境質(zhì)量不容樂(lè)觀,其點(diǎn)位超標(biāo)率近20%[4]。2021年11月中共中央國(guó)務(wù)院印發(fā)了關(guān)于深入打好污染防治攻堅(jiān)戰(zhàn)的意見(jiàn),意見(jiàn)中指出打好凈土保衛(wèi)戰(zhàn),深入推進(jìn)農(nóng)用地土壤污染防治和安全利用,特別指出實(shí)施農(nóng)用地土壤鎘等重金屬污染源頭防治行動(dòng)[5]。因此,工業(yè)廢水中鎘離子的檢測(cè)將為土壤重金屬鎘污染治理保駕護(hù)航。在講解配位滴定法一章前,給學(xué)生們?cè)O(shè)定目標(biāo)——解決如何用配位滴定法測(cè)定含鎘、汞工業(yè)廢水中鎘離子含量的問(wèn)題。隨著本章內(nèi)容的推進(jìn),同學(xué)們的思考也在不斷深入:(1) 學(xué)生分析了配位劑EDTA與絕大多數(shù)金屬離子配位的特點(diǎn),結(jié)合混合離子選擇性滴定的方法,確定利用掩蔽解蔽的方法測(cè)定鎘離子含量;(2) 教師引導(dǎo)學(xué)生查閱鎘、汞配合物的穩(wěn)定性順序,選擇合適的配位劑進(jìn)行掩蔽或解蔽;(3) 學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,討論實(shí)驗(yàn)的可行性,選擇最優(yōu)方案。經(jīng)過(guò)反復(fù)探討修正,得出鎘汞廢水中鎘的測(cè)定方法:用硫脲掩蔽汞離子,然后用EDTA標(biāo)準(zhǔn)溶液、XO為指示劑滴定分析含鎘、汞廢水中鎘含量。根據(jù)分析結(jié)果可確定降低廢水中鎘含量的方法,從而減少其對(duì)土壤的污染。
甜菜是保障我國(guó)食糖安全不可或缺的重要作物,通過(guò)監(jiān)測(cè)甜菜中還原糖含量,可確定甜菜的品質(zhì)[6]。在氧化還原滴定法一章講到碘量法測(cè)定葡萄糖時(shí),學(xué)生調(diào)研糖甜菜中還原糖的測(cè)定方法。結(jié)合課程內(nèi)容,通過(guò)查閱、篩選、總結(jié)相關(guān)資料,學(xué)生們梳理出三種方法——高錳酸鉀法、間接碘量法和分光光度法(圖5)。教師總結(jié)、評(píng)價(jià)調(diào)研內(nèi)容,引導(dǎo)學(xué)生得出結(jié)論:檢測(cè)方法是不斷發(fā)展和完善的,穩(wěn)定性高、成本低、靈敏度高、檢測(cè)快速、重復(fù)性強(qiáng)的檢測(cè)方法是最有效的,從而培養(yǎng)學(xué)生思維的活躍性,提升學(xué)生綜合能力。課后學(xué)生調(diào)研提升甜菜品質(zhì)在鄉(xiāng)村振興、保障國(guó)家食糖安全方面發(fā)揮的重要作用。
圖5 甜菜中還原糖含量測(cè)定調(diào)研
蘋(píng)果是我國(guó)落葉果樹(shù)的第一水果,其中高類黃酮蘋(píng)果新品種營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值高、品質(zhì)優(yōu)良,市場(chǎng)前景廣闊。我校陳學(xué)森教授創(chuàng)制出的高類黃酮蘋(píng)果優(yōu)異種質(zhì)CSR6R6,如今被保藏進(jìn)中國(guó)科學(xué)院微生物研究所。在講到分光光度法一章時(shí),引導(dǎo)學(xué)生查閱資料,分享蘋(píng)果果實(shí)中類黃酮的測(cè)定方法:在堿性亞硝酸鹽溶液中,類黃酮可以與鋁離子形成紅色絡(luò)合物,通過(guò)測(cè)定該物質(zhì)在510 nm處吸光度從而定量檢測(cè)類黃酮的含量。課后學(xué)生調(diào)研高類黃酮蘋(píng)果優(yōu)異種質(zhì)CSR6R6與其他蘋(píng)果雜交產(chǎn)生的新品種在助力產(chǎn)業(yè)振興和健康中國(guó)建設(shè)發(fā)揮的重要作用。
在線課程為實(shí)現(xiàn)教學(xué)創(chuàng)新和教育變革提供了新的途徑和方式[7],隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,各種線上課程正在崛起。線上課程在時(shí)間和空間上有了更大的自由性,并且課程內(nèi)容更具有靈活性和多樣性[8];線下課程則更有利于學(xué)生能力的培養(yǎng)和良好師生關(guān)系的建立。因此,高校課程的教學(xué)逐漸向線上線下結(jié)合的方式發(fā)展。智慧樹(shù)教學(xué)平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)在線教程、問(wèn)答與討論、課程資料、作業(yè)考試等功能,學(xué)生可以更加方便地進(jìn)行自主學(xué)習(xí)、互動(dòng)討論、章節(jié)期末測(cè)驗(yàn)和情懷涵養(yǎng)?;谥腔蹣?shù)平臺(tái)優(yōu)勢(shì),以學(xué)生知識(shí)需求為中心、以學(xué)生獲得創(chuàng)新思維和能力為導(dǎo)向、以涵養(yǎng)三農(nóng)情懷和家國(guó)情懷為目標(biāo),課程團(tuán)隊(duì)經(jīng)過(guò)反復(fù)討論,確定了線上線下相結(jié)合的教學(xué)模式(圖6)。
圖6 農(nóng)科分析化學(xué)線上線下混合式教學(xué)模式
“新農(nóng)科”背景下,課程團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了分析化學(xué)的特色在線課程建設(shè)。除了知識(shí)點(diǎn)的講解以夯實(shí)基礎(chǔ)知識(shí)外,所建在線課程突出了學(xué)科史實(shí)、“三農(nóng)”榜樣和原創(chuàng)性題目三大特色(圖7)。
圖7 農(nóng)科分析化學(xué)的特色在線課程建設(shè)
分析化學(xué)史是學(xué)科的產(chǎn)生、形成和發(fā)展及其演變規(guī)律的反映,它可以讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)知識(shí)和儀器研發(fā)的過(guò)程性[9]。課程團(tuán)隊(duì)將分析化學(xué)知識(shí)產(chǎn)生和發(fā)展的過(guò)程作為線上課程特色內(nèi)容之一,以拓展學(xué)生知識(shí)視野、激發(fā)學(xué)生科學(xué)探究精神。例如,酸堿指示劑的發(fā)展過(guò)程可以看出,分析化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科,很多重大的發(fā)現(xiàn)源于科學(xué)家善于觀察、勤于思考和勇于探索的品質(zhì)。再如,由貝克曼紫外可見(jiàn)分光光度計(jì)的誕生過(guò)程可以看出,分析化學(xué)是與工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究、日常生活聯(lián)系密切的學(xué)科,很多問(wèn)題的解決與當(dāng)時(shí)科學(xué)知識(shí)的積累、科技水平的發(fā)展和科學(xué)家們孜孜不倦的探究緊密相關(guān)。
我國(guó)“三農(nóng)”領(lǐng)域榜樣資源豐富,比如用一粒種子改變世界的“雜交水稻之父”袁隆平,把論文寫(xiě)在大地上的“農(nóng)民院士”朱有勇,扎根大山、把生命定格在扶貧路上的“時(shí)代楷?!秉S文秀和扎根“三農(nóng)”一線的科技尖兵苗保河等。將這些先進(jìn)典型的事跡作為在線課程特色內(nèi)容之一,使學(xué)生獲得啟迪和鼓舞,進(jìn)而模仿榜樣行為、形成與榜樣一致品質(zhì)的教育資源,最終培養(yǎng)更多“懂農(nóng)業(yè)、愛(ài)農(nóng)村、愛(ài)農(nóng)民”的具有家國(guó)情懷的新型人才。
課程團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了符合農(nóng)科特點(diǎn)的原創(chuàng)性考試題目,實(shí)現(xiàn)學(xué)生知識(shí)的遷移和能力提升,從而培養(yǎng)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的領(lǐng)跑者、鄉(xiāng)村振興的引領(lǐng)者、美麗中國(guó)的建設(shè)者。如,2008年,綠色藻類滸苔開(kāi)始席卷青島海岸,這一現(xiàn)象已成為過(guò)去十幾年中一個(gè)普遍現(xiàn)象。每到夏天,滸苔覆蓋沿著海岸線數(shù)千平方米范圍。滸苔綠潮極大地改變了海洋生態(tài)系統(tǒng),嚴(yán)重威脅沿海水產(chǎn)養(yǎng)殖、漁業(yè)和旅游業(yè)的發(fā)展。海水富營(yíng)養(yǎng)化是綠潮爆發(fā)的最主要的外在因素。因此,監(jiān)測(cè)海水中的氮、磷、鉀含量將為海水治理提供數(shù)據(jù)支撐,請(qǐng)學(xué)生們提供氮磷鉀的測(cè)定方法,他們通過(guò)查閱資料,提供了海水中氮磷鉀的測(cè)定方法——流動(dòng)注射分光光度法在線檢測(cè)總氮、總磷含量,原子吸收分光光度法檢測(cè)鉀含量。
在上述“三融入三結(jié)合”的教學(xué)模式下,學(xué)生不僅對(duì)分析化學(xué)有了新的認(rèn)識(shí),同時(shí)也對(duì)新教學(xué)模式的探索進(jìn)行了反饋。利用網(wǎng)絡(luò)平臺(tái),對(duì)我校齊魯學(xué)堂農(nóng)業(yè)、園藝、生技和植保專業(yè)的學(xué)生發(fā)布了問(wèn)卷調(diào)查。問(wèn)卷結(jié)果顯示,82.14%的學(xué)生認(rèn)為在分析化學(xué)課程中融入與農(nóng)科專業(yè)融合的應(yīng)用案例,對(duì)所學(xué)農(nóng)科專業(yè)知識(shí)學(xué)習(xí)有幫助(圖8a),架起了分析化學(xué)與農(nóng)科專業(yè)的橋梁,充分發(fā)揮了分析化學(xué)在新農(nóng)科建設(shè)中的重要支撐作用;77.68%的學(xué)生認(rèn)為引入思政案例,特別是與農(nóng)業(yè)學(xué)科有關(guān)的案例,對(duì)“知農(nóng)、愛(ài)農(nóng)、學(xué)農(nóng)”三農(nóng)情懷的培育有幫助(圖8b),提升了分析化學(xué)課程的育人質(zhì)量;70.54%的學(xué)生更喜歡線上線下兩個(gè)維度的教學(xué)模式(圖8c),這種教材與智慧樹(shù)平臺(tái)互補(bǔ)的立體課程體系,拓展了學(xué)生的學(xué)習(xí)渠道;85.72%的學(xué)生認(rèn)為“三融入三結(jié)合”的教學(xué)模式對(duì)提高分析化學(xué)的學(xué)習(xí)興趣有幫助(圖8d),促進(jìn)了分析化學(xué)教學(xué)質(zhì)量的穩(wěn)步提升。
圖8 學(xué)生對(duì)“三融入三結(jié)合”教學(xué)模式的反饋
“新農(nóng)科”建設(shè)背景下,培養(yǎng)農(nóng)科學(xué)生扎實(shí)的分析化學(xué)理論基礎(chǔ)和技術(shù)應(yīng)用能力,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和能力,涵養(yǎng)學(xué)生“知農(nóng)、學(xué)農(nóng)、愛(ài)農(nóng)”的三農(nóng)情懷,鍛造學(xué)生濃濃的愛(ài)國(guó)主義情懷,是農(nóng)科分析化學(xué)課程肩負(fù)的重要使命。課程團(tuán)隊(duì)勇于擔(dān)當(dāng)和作為,緊緊圍繞“新農(nóng)科”建設(shè)提出的學(xué)科交叉融合理念,對(duì)分析化學(xué)課程新教學(xué)模式進(jìn)行了探索與實(shí)踐,實(shí)現(xiàn)了由注重理論知識(shí)講授逐步向?qū)W科知識(shí)遷移、轉(zhuǎn)化、吸收、應(yīng)用為主的新教學(xué)模式,豐富和發(fā)展了“學(xué)用結(jié)合,學(xué)以實(shí)為貴”的辦學(xué)理念,夯實(shí)了學(xué)生扎實(shí)的理論基礎(chǔ),提升了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力,培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),成為新時(shí)代農(nóng)科卓越人才培養(yǎng)體系中的重要環(huán)節(jié)。