“植物资源化学”课程教学改革初探

(北京林业大学材料科学与技术学院，北京 100083)

随着资源短缺和环境污染等问题的日益突出，可再生生物质资源的开发利用迫在眉睫。植物资源作为来源丰富的可再生资源，与生物质产业的发展密切相关，生物质能源、材料及化学品已经成为林产化学加工专业重要的研究方向之一。该方向的拓展对“植物资源化学”课程的依存度较高，“植物资源化学”课程教学是其研发及技术革新的源泉。

此外，“植物资源化学”课程对准备在本专业继续深造的学生亦有重要的科研入门指导作用，北京林业大学林产化学加工专业将该课程列为研究生入学考试的专业课程。由此可见，“植物资源化学”课程在整个林产化学加工专业课程体系中具有举足轻重的作用。

一、“植物资源化学”课程的特点及教学现状

“植物资源化学”是轻化工程、林产化学加工专业的一门基础理论课程，主要研究植物纤维原料的生物结构及其所含各组分，特别是纤维素、半纤维素和木素三种主要组分的化学组成、化学结构、物理和化学性质[1]。作为一门理论性和实践性均较强的课程，“植物资源化学”课程以有机化学、分析化学、仪器分析、物理化学、植物学为基础，涉及制浆造纸、树木提取物、香料与色素、天然高分子等众多领域，是学生学习“制浆原理与工程”“生物质能源利用原理与技术”和“植物纤维高值化利用”等后续专业课程的基础和支撑[2]。

然而，由于“植物资源化学”课程教学内容繁杂，涵盖了大量的抽象概念和零碎的知识点，且无法通过推理获取，导致很多学生反映该课程难于掌握，影响学生学习的积极性。因此，如何激发学生的学习兴趣，提高教学质量，是该门课程授课教师所面临的挑战。

笔者认为，须从如下几方面进行改革探讨：引导学生克服畏难心理，激发学生学习兴趣；梳理教学内容，突出教学重点；改进教学模式，培养学习习惯；改革考核方式，注重能力考查。

二、“植物资源化学”课程教学改革的实践

(一)引导学生克服畏难心理，激发学生学习兴趣

德国教育家第斯多惠曾经指出，教学的艺术不在于传授而在于激励、唤醒和鼓励。“植物资源化学”课程与基础化学有紧密的联系，通常对基础化学学习感兴趣的学生对该门课程学习的积极性较高；而对基础化学课程内容掌握欠佳的学生往往会产生畏难情绪。因此，教师应从“植物资源化学”课程特点入手，充分利用该课程涉及到的新概念，巧妙引导学生逐步消除畏难情绪，紧跟教师的思路，掌握好新知识。在此基础上，查漏补缺，逐步击破，最终消化所有知识难点。教师在讲授“植物资源化学”课程时，可穿插讲授相关的基础知识。比如，在进行纤维素和半纤维两章内容学习之前，教师可带领学生简要复习糖化学的一些概念，包括糖的分类、糖和苷的定义，单糖的结构、构型、构象等内容。这样由简入繁、由浅入深过渡到纤维素和半纤维素的内容，既淡化了知识的跳跃性，又降低了学习的难度，使得学生没有知识脱节的感觉，有利于学生克服畏难心理、建立自信心。

有研究表明，当学生有学习兴趣时，会带着一种自觉自愿的心理进行学习，更有利于实现学习目标，甚至达到事半功倍的教学效果[3]。笔者在授课伊始，通过播放与所授内容紧密相关的视频，激发学生学习的好奇心和求知欲望。视频中平常随处可见的废弃玉米芯，经一定的工艺处理和机械化生产后，可加工成具有高附加值的功能糖产品、纤维素乙醇及木素高分子材料。这种和生产生活紧密相关的玉米芯“吃干榨净”的综合利用，在学生看来是既陌生又奇妙的。

另外，“植物资源化学”课程中有大量的知识点可以挖掘，可以激发学生的学习兴趣。例如，从人们所穿衣服的材质入手，讲解纤维素的酯化反应，目的是加深学生对黏胶纤维的主要成分、生产所用原料、原理、方法及注意事项的理解；从纤维素做人工组织构架、化妆品配料、手术显影纱布、药物包衣材料等角度出发，激发学生学习功能化纤维素材料的兴趣。

(二)梳理教学内容，突出教学重点

著名的教育学家陶行知先生说，教师的责任不在教，而在教学，在教学生学。“植物资源化学”课程知识点杂多，且具有较强的抽象性，致使该课程具有较大的讲授难度，要使学生能更好地掌握和理解这些知识，授课教师要不断钻研教材内容并结合最新科研进展和成果对教学大纲和教学任务进行全面把握，做到轻车熟路、融会贯通。在此基础上理顺知识的关联点，尤其是要加强基本概念与基础理论知识之间的联系，对各部分知识点进行归类和结构的划分，将零散的知识点模块化[4]。

笔者在半纤维素概述的讲授中，有效结合了纤维素的相关知识，从半纤维素和纤维素的大分子形状、化学构造、超分子结构及理化性质入手，对比讲授二者的区别及联系，如纤维素是一种线型、直链的结构，而半纤维素具有主链和侧链，呈现出分枝结构。在化学构造方面，从糖基组成角度出发，讲授纤维素是由一种糖基构成，是均一的高聚糖；而半纤维素是由两种或两种以上的糖基构成。从糖基连接角度，讲授纤维素由β-(1→4)苷键连接，而半纤维素有1→2、1→3、1→4、1→6，α或β-苷键等多种连接。这种模块化的对比归纳学习，有效避免了知识的孤立化，有利于学生对知识点的理解和记忆，对建立完备且富有逻辑的知识框架体系具有积极的作用。

此外，将较为繁杂的内容梳理简化亦有助于学生掌握“植物资源化学”课程的内容。例如，对“半纤维素的命名”知识的学习，可以把较长的命名规则总结成简单的口诀，如“先枝后主、先少后多、词首加聚”等，再辅以相应的课堂练习，学生可以轻松掌握。在梳理好教学内容的基础上，如何突出教学重点，对学生学习也是至关重要的。一是合理分配时间，对于重点、难点内容多分配时间，将难点知识讲清、讲透，才能使学生彻底理解知识；而对于简单内容则少分配时间，即所谓的“只有轻其所轻，才能重其所重”。二是用比较通俗易懂的语言将特定的知识点形象化，如“植物纤维细胞壁组分分布”内容的学习，可将细胞壁比喻成一个“钢筋混凝土的结构”，纤维素作为细胞壁的骨架结构起到了钢筋的作用；半纤维素缠绕在纤维表面，起到了沙子的作用；木素则起到了水泥的作用。这种形象的教学，使得原本抽象的概念直观化、形象化，有利于学生的理解，还可以举一反三，培养学生的创造力。

(三)改进教学模式，培养学生良好的学习习惯

古语有云“授人以鱼，不如授人以渔”，教学的目的不仅仅是将理论知识单一的传授给学生，更重要的是使学生学会独立思考、自主学习。改变传统填鸭式的教育方式、改善传统课堂师生的关系、培养学生主动学习的习惯，一方面有利于创新人才的培养，另一方面可为学生今后的学习和发展打下良好的基础[5-6]。

华盛顿大学Scott Freeman与同事[7]在《美国科学院院刊》(PNAS)上发表论文认为，在理工科教学中采用“主动学习”理念，即让学生自主参与讨论的授课形式能够提高学生的学习成绩。实际上，早在1946年美国学者、著名学习专家埃德加·戴尔(Edgar Dale)[8]就提出了类似的“学习金字塔(cone of learning)理论”，该理论用金字塔模型和具体数字直观地展示了不同的学习方式或教学方式，以2周后学生学习内容的平均留存率来评判学习效果。研究发现，听讲、阅读、视听和示范等传统个人学习或被动学习方式，学习效果的留存率都不超过30%；而学习效果平均留存率在50%以上的，都是团队学习、主动学习和参与式学习方式[8]。因此，笔者认为主动的、团队的、参与式学习效果优于被动的、个体的学习。所以，在涉及应用领域学习的课程章节中，笔者采用了讨论课的教学模式进行授课。具体步骤如下：①将学生分组，以小组为单位围绕课程重点及科研热点等主题搜集资料、查阅文献，并对其进行整理消化；②小组成员通力合作，精心准备演示文稿PPT，在规定的时间内完成展示，并对其他学生的提问进行解答。这不仅促使学生由被动学习向主动学习转变，激发学生的求知欲，而且能培养学生探究式学习的习惯，提高学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，为后续学习、大学生创新计划项目及毕业设计奠定基础。

在整个过程中，教师首先应注意讨论课主题的选择，要注重知识性、趣味性和科学性的结合，并控制好题目的难易程度。在学生展示过程中，教师要肯定正确的观点、纠正错误的观点、补充不全面的观点；学生如能得到认可，会产生心理满足感，形成良好的心境。因此，准确、合理、富有鼓励性的评价更能调动学生学习的积极性，增强学生的自信心，使学生处于兴奋、主动、积极的学习状态中。久而久之，学生就养成了良好的学习习惯。

(四)改革课程考核方式，注重学生能力的考查

著名教育家克龙巴赫(Cronbach L.)和斯塔费尔比姆(Stuffebeam D.L.)强调，考核最重要的意图，不是为了证明，而是为了促进。课程考核是教学活动的重要环节，是依据教学目的对学生学习情况以特定的形式进行检查的过程，是检验教学效果的重要途径，亦是提高学生学习动力的有效方式[9]。但是，现阶段“植物资源化学”课程考核的方式主要是结课后的期末闭卷考试，而闭卷考试多以教材及课件上的基本理论知识为核心，考核形式、内容单一，致使学生临时抱佛脚的现象时有发生，造成相当一部分学生短时记忆一些知识应付考试，考试之后立马把知识抛到九霄云外，一问三不知的情况屡见不鲜。因此，笔者改革“植物资源化学”课程的考核方式，将过程考核贯穿于整个教学环节中，如课堂提问、课堂讨论、课后作业、阶段性小测验、文献查阅、讨论课PPT展示等，都要占一定比例。

所谓“多一把衡量的尺子，就会多培养出一批优秀的学生”：多元且从始至终的考核可提高学生学习的主动性，从而有助于激发学生学习该课程的兴趣，避免平时学习不认真、考前突击考后忘记的现象发生；有助于学生及时地认识到自己的不足，查漏补缺，亡羊补牢；有助于学生及时调整学习计划，找到更适合自己的学习方法；有助于教师有针对性地强化训练，达到夯实专业基础、培养创新能力的目的。

三、“植物资源化学”课程教学改革的效果

(一)活跃了课堂教学气氛

在“植物资源化学”课程授课过程中，笔者结合该课程教学内容的特点，由浅入深、化繁为简，淡化了专业知识的跳跃性，有效减少了学生的畏难情绪。同时，通过播放与所授内容紧密相关的视频，生动有趣、形象地展现了相关知识点，提高了学生学习该课程的兴趣，活跃了课堂气氛，为教学效果的提升奠定了坚实的基础。

(二)提升了学生学习的主动性

对于教学活动，教师是主导，学生是主体。在营造了浓厚的课堂教学氛围、激发了学生学习兴趣的基础上，进一步通过讨论课的形式，加强了学生学习的主动性。学生先后制作了纤维素和生活、纤维素在纺织及水处理工业中的应用、纤维素基传感器、半纤维素-壳聚糖基生物功能材料在医疗领域的应用等一系列图文并茂、生动有趣的PPT演示，这些PPT演示不仅仅有课堂教学所涵盖的知识点，甚至涉及到相关领域国内外的研究热点，对学生探究式学习习惯的养成及创新思维的培养起到了积极的作用，为后续大学生创新计划项目的实施及毕业设计奠定了良好的基础。

(三)提高了学生课程学习的效果

“植物资源化学”课程教学改革后，学生对该课程的满意度越来越高，从近3年的教学评价成绩看，学生的平均成绩有了较大提升。2016级林产化工班的29名学生中，有1人申请到国家级大学生创新计划项目、3人申请到北京市级大学生创新计划项目。

总之，教学是一门艺术，是教师“教”与学生“学”共同作用的过程，缺一不可。只有行之有效、优质的教学模式，才能激发学生学习的兴趣，培养学生良好的学习习惯和科学的思维能力。

资助项目：北京林业大学2018年教育教学研究项目——基于学习金字塔理论的“植物资源化学”教学模式研究，项目编号BJFU2018JY065。