有机合成协同思政教育的课程体系构建探索

吴亚 ，史俊 ，吴丽

1西安石油大学化学化工学院，西安 710065

2中国科学院大学化学科学学院，北京 100049

习近平总书记在全国高校思想政治工作会议上强调：“把思想政治工作贯穿教育教学全过程，使各类课程与思想政治理论课同向同行，形成协同效应[1,2]。”大学生正处于人生观、世界观和价值观形成的关键时期，面对多元化信息和社会重大事件，缺乏理性独立思考和正确判断[3,4]。另一方面，随着自然科学飞速发展，新理论、新方法、新技术、新观点不断融入到化学课程中，相关的思政教育知识往往相对滞后，或者在专业教学过程中容易被忽视和遗忘[5,6]。因此，在专业课程中对大学生进行针对性、亲和性的思政教育尤为重要。

有机合成作为一门理论性和实践性都很强的自然科学，它不仅提供密切相关的专门科学原理和科学方法，而且还蕴含着丰富的思政教育元素[7]。在对大学生进行专业教学的同时，有机合成有着潜在的优势成为切实的载体发挥思政教育功能。基于此，我们课程组牢牢抓住专业课堂这个主渠道，认真研讨、集思广益，精心设计教学过程，精选专业密切相关的德育教学案例，通过精选案例教学探索，推进思政教育融入课程教学的实践，发挥自然科学课程教学的双重育人功能，协同科学素养和人文素养训练，引导青年学生建立正确的科学思维方法，理性思考、正确判断社会重大问题，树立正确的人生观、价值观，刻苦锤炼本领、坚定理想信念、勇于担当时代重任、自觉肩负起实现中华民族伟大复兴的时代使命。

1 科学教育与价值引领同向同行，以德树人

专业知识是思想的载体，思想是专业知识的灵魂，而思政教育是专业知识通向思想灵魂的桥梁。“现代有机合成之父”R.B.Woodward把有机合成看作是科学与艺术的融合体[8]。作为一门自然科学，有机合成无论从科学精神还是人文素养方面都蕴藏着深刻的育人功能。面对目前新的教学方式、新的社会任务以及不断涌入的科学技术，我们紧紧围绕立德树人教育理念，将有机合成教学体系凝练出两条主线：一条科学线，一条育人线，如图1所示。科学线主要传授方法原理：围绕如何关注目标有机化合物的结构以及如何实现目标化合物的结构构建展开，通过有机合成基本原理、逆合成分析及其策略、有机合成新技术训练，使学生熟练掌握有机化合物的合成技能。另一条育人线：沿着引入合成-初识合成-学习合成-体验合成-感悟合成的途径，培养学生推演、分析、解决有机合成问题的能力，激发学生的科学精神和人文素养，实现知识传授、能力培养、价值引领同步提升。这两条主线同向同行、协同育人，切实落实立德树人根本任务。

图1 有机合成双重功能育人的两条主线

沿着两条教育主线，我们精心优选教学内容，精准设计教学方案，具体问题具体分析，深挖专业知识与育人的结合点，从抽象理论中激发出情景化、具象化和生动化的教学样本，让科学教育与社会价值交叉融合，发生“化学反应”。例如多肽化合物的合成，涉及构建碳杂键的方法、多官能团化合物的官能团保护与脱保护方法、固相合成技术等知识点，我们在介绍这些知识点时将牛胰岛素的合成穿插其中，帮助学生加深对方法、原理、应用和实验技术的理解，认识基础原理方法在实际应用中的指导意义，培养学生解决复杂实际问题的意识和能力。在知识传授、能力培养提升的同时，剖析牛胰岛素合成背后的价值内涵。牛胰岛素是标志性蛋白质类药物，用于控制血糖。然而，在20世纪50年代，蛋白质的人工合成还是一块鲜有人踏入的科学禁地。当时，中苏关系走向冰点，欧美国家正在全力想把新中国扼杀在摇篮里，绝不可能从这些国家进口到合成胰岛素所需的17种氨基酸。要合成这样极为复杂的多肽难度之大不可想象。然而在那个急需证明中国实力的特殊年代，中国科技先驱从制备这个复杂多肽所需的氨基酸原料开始，摸石头过河，在极其困难的环境下，于1965年9月在实验室内首次人工合成了具有全部生物活力的结晶牛胰岛素。强烈的民族责任心、高度的国家使命感无疑是驱使科研人员敢于开拓、勇于创新、不惧困难、勇于担当、不辱使命，以超乎寻常的胆识要为祖国攻下这个科学禁地[9]。同样，在今天的特殊历史时刻，疫情当头，我国的科学家在研发新冠肺炎药物和疫苗进程中勇担重任、披荆斩棘、勇于探索、砥砺前行，一步步揭开可怕病毒的神秘面纱[10]。这些重大社会事件激励着青年学生自觉树立把国家和民族的事业作为崇高的理想追求，勇担使命、勇于创新、勇于开拓、勇做时代的弄潮儿。在这两条教育主线中，有机合成专业知识融入思政教育，专业知识不再枯燥乏味，思政教育有了专业知识作为载体，亦不再空洞。

2 传道授业与思维培养同向同行，博学多思

耶鲁大学校长理查德莱文曾说：“真正的教育，是批判性的独立思考、时时刻刻的自我觉知、终身学习的基础。”哈佛大学教授也认为：“教育的目的不是学会一堆知识，而是学会一种思维的觉醒。”当今时代的教育任务不再是单纯的传授知识，更重要的是激活学生的心智，最大限度地挖掘学生的潜能，提高创新思维能力。然而，创造性思维与能力往往不是与生俱来的，是可以通过后天的训练有意识地培养的。有机合成是逻辑性和创造性很强的一门自然科学，有机合成路线设计原理、方法和应用及有关理论知识的学习与理解的训练能够帮助学生建立正确的科学思维方法，因而是理想的思维训练载体。

如图2所示，在有机合成学习中，要设计合成出所需化合物，需要识记、理解分子骨架的形成、官能团的转化、保护等方法原理，积累相关基础知识，通过“量”的积累实现“质”的飞跃，达到有机合成应用之目的。在知识传授层面，有机合成经历了“识记-理解-应用”低阶思维的培养过程。在此基础上，进一步经过审慎的思考，归纳、分析分子形成、转化方法，凝练出逆合成分析策略，利用此策略具体指导实践，创造出所需化合物。这后一过程则上升到高阶思维的训练。正如《礼记·中庸》云：“博学之，审问之，慎思之，明辨之，笃行之。”通过强化整个过程的思维训练，学生的逻辑思维、辩证思维和创新意识获得同步提升，潜在思维创新能力得到激发。

图2 有机合成课程思维培养设计

逆合成分析理论的诞生可以说是逻辑思维激发创造性思维的活范本。20世纪后半期，E.J.Corey教授在总结前人和他自己对复杂分子合成的基础上提出了合成路线设计及逻辑推理方法，创立了由合成目标逆推到合成原料的逻辑方法——逆合成分析，并在此基础上开发了计算机辅助合成设计程序，并被授予1990年诺贝尔化学奖[11]。时至今日，逆合成分析理论已然成为有机合成的重要策略。

有机合成的思维训练应沿循学生的认知成长过程，尊重认识自然的规律，使学生从思维培养中体悟科学之道、科学之美。在初识有机合成时，尽管学生会有“昨夜西风凋碧树，独上高楼，望尽天涯路”的彷徨，然而经过“衣带渐宽终不悔，为伊消得人憔悴”的刻苦锤炼，最终到达“众里寻他千百度，蓦然回首，那人却在，灯火阑珊处”的幸福巅峰。

3 科技创新与绿色发展同向同行，和谐共生

生态文明绿色发展，化学首当其冲。进入21世纪，“化学的绿色化”已成为世界各国化学发展的主要目标和方向。在我国，习近平总书记近来也多次强调：“同筑生态文明之基，同走绿色发展之路[12]。”要突破环境瓶颈，根本出路在于创新，关键要靠科技力量。有机合成迎接绿色发展的挑战，仍需发挥其强劲的自然科学和技术优势。历史证明，有机合成从萌芽时期发展到繁荣的艺术期再到近代化学生物期，每一个历史转折都激发着有机合成的创新，其创新成果都承载着重要的历史重任，推进人类文明的进步。

当今时代，探寻高效、高选择性、高原子经济性的合成反应，发展能够保护环境的化学技术，并考虑节能、节省资源、减少废弃物排放已经成为合成化学的发展战略。美国科学家威廉·诺尔斯、巴里·夏普莱斯与日本科学家野依良治挑战高效立体选择性，创造了有机合成反应中的高效手性催化剂并建立了立体选择性的反应方法，可以高效方便地合成单一异构体的手性分子，避免了复杂的手性化合物分离，其成果促进了化学工业和制药工业的发展，这三位科学家因此获得2001年度诺贝尔化学奖。2005年三位科学家Y.Chauvin、R.H.Gmbbs和R.R.Schmck对烯烃复分解反应的发展贡献突出，因此被授予诺贝尔化学奖。烯烃的复分解反应代表着有机合成方法学中一种新颖、有效的形成碳-碳骨架的方法，反应体系简单易行，在常温和常压下可以有效实施催化；可使用无害溶剂，并产生低毒废物，其应用可减少合成步骤，降低资源的消耗和浪费。这些成果代表着向绿色化学目标的迈进，还体现了应用科学与技术开发对于环境和整个社会的发展产生了积极影响[13]。2010年诺贝尔化学奖因在“钯催化交叉偶联有机合成反应”方面创造性的贡献授予E.Negishi、R.F.Heck、A.Suzuki三位科学家。他们创造的一类更加方便、高效、准确地构建碳-碳键的方法被称为有机合成中的“焊接技术”，该研究成果突破了传统制药和电子材料等领域繁杂的合成瓶颈。2018年，F.H.Arnold因发明了定向进化制造的酶用于合成包括生物燃料、药品的各类产品被授予诺贝尔化学奖，这一成果促进了更环保的化学工业的发展。目前，F.H.Arnold仍然活跃在绿色化学和替代能源领域，开发高活性酶和微生物，将可再生生物转化为燃料和化学品等研究领域。为了减少碳排放，我国科学家在二氧化碳转变为有机化工产品及工业化方面获得的重要突破，例如2019年9月上海有机所成果转移转化项目——世界首个CO2合成DMF千吨级中试项目获得成功[14]。此科技创新成果的应用推动我国绿色低碳环保事业健康发展。总之，绿色发展激发了科技创新，科技创新推动了时代文明。科技创新与绿色发展只有同向同行和谐共生，绿色发展之基才能深入人心，科技创新之路才能行稳致远。

4 专业知识与思政教育交叉融合，精准施策

要切实落实专业课程思政教育，不驰于空想、不骛于虚声，行之有效的方法是多角度、全方位建设有机合成设计课程思政教育素材资源库。国家总书记习近平提出：“做好高校思想政治工作，要因事而化、因时而进、因势而新[1]。”在有机合成设计的课程学习过程中，我们不断地深挖专业知识与育人的结合点，凝练思想性、人文性和实践性更强的教学内容，精准施策，确保良好的教学效果。以下列举了有机合成设计课程教学实践中各章节内容与思政教育融合点，见表1。

表1 有机合成课程思政教学典型案例汇编

（续表1）

5 结语

通过强化课程思政在有机合成课程专业教育教学中的实践，优化思政教育融合有机合成课程教学体系，专业课程的思政教育功能得到充分发挥和切实实践。有机合成课程的思政教育实践对于培养学生勇于担当时代重任、自觉肩负起实现中华民族伟大复兴使命的社会责任感，加强课程教学中的创新思维和辩证思维训练，增强人与自然环境和谐共生意识，推进有机合成课程与思政教育同向同行、协同育人具有举足轻重的作用。通过深挖思政教育融合有机合成课程的结合点，精准施策，培养既具备丰富专业知识，又具有拼搏奋进、探索创新精神的当代大学生，切实落实立德树人根本任务。

当然“课程思政”教育是一项系统化、长期化的工作，在具体的教学过程中，还可以及时补充更加新颖、感染力更强的思政案例以融入到有机合成教学中，完善教学体系设计，推进全程全方位育人实践。