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Reform and practice of Pesticide Synthesis course teaching

  • WU Qingnan ,
  • NA Risong ,
  • HE Rui ,
  • WU Jiakai ,
  • CHENG Yinan ,
  • YANG Xifa
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  • College of Plant Protection, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450046, China

Received date: 2024-09-19

  Online published: 2025-06-16

Abstract

To cultivate high quality professionals with broad competencies and technical talents, the current situation of Pesticide Synthesis course teaching was analyzed from 4 aspects: teaching model, teaching content, school enterprise cooperation, and evaluation system, and targeted teaching reform strategies were proposed. In terms of the current situation, this course has problems such as the conventional teaching model not conducive to students’ understanding of abstract knowledge such as reaction mechanisms, lack of practical teaching that matches the textbook content, insufficient cooperation between schools and enterprises, and a lack of evaluation standards for students’ comprehensive abilities and professional qualities in the evaluation system. Based on this, the following reform strategies are proposed. Adopting offline blackboard writing+online video, flipping classroom and other teaching models to construct diversified classroom teaching forms; selecting chloramphenicol raw material synthesis as a comprehensive project, it is divided into seven parts including introduction, alkylation, acylation, etc., and integrated into project-based teaching content; conducting teaching, research, and practical cooperation in the form of “bringing in+going out”, and strengthen the deep cooperation between schools and enterprises in teaching; establishing an evaluation system that combines summative assessment (60%) and formative assessment (40%) to assess students’ learning outcomes, innovative thinking, and other aspects. The teaching practical results show that the teaching reform has achieved significant results, with an increase in students’ classroom participation, enhanced practical abilities, and a satisfaction rate of 96% with the new evaluation system. This article provides references for the innovation and development of pharmaceutical related courses.

Cite this article

WU Qingnan , NA Risong , HE Rui , WU Jiakai , CHENG Yinan , YANG Xifa . Reform and practice of Pesticide Synthesis course teaching[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2025 , 31(11) : 127 -130 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.11.028

农药作为重要的农化产品,对于保障粮食安全有着至关重要的作用。农药合成是制药工程专业的一门核心课程,其实践性较强,课程内容涉及工科和农科两大学科,是以培养应用型人才为主要目标的交叉课程。该课程依据农药合成中常见的反应类型进行章节划分,每一章节均会详细探讨反应机理、不同反应的通式和影响因素以及该类型反应的应用实例,使学生深入了解并掌握农药合成的基础理论知识和设计原理[1]。近年来,随着企业对宽口径、高质量人才需求的增加,农业高校正以行业需求为导向,有针对性地探究农药合成课程的教学改革模式,这对于培养新农科和新工科背景下能够在农药、生物化工、化学工程等领域从事科学研究、技术开发等工作的创新型高级工程技术人才具有重要的支撑作用[2]
在众多课程改革的模式探究中,以产教融合为切入点进行农学类专业课程教学模式改革成为提升教学效果的研究热点。施渺筱等[3]探讨农学专业产学研合作培养模式,与当地农业科学院建立产教融合、协同发展的新型关系,通过建设产学研教育平台,发挥双边互补优势,探索形成具有实践意义的产学研教育新模式,在提高学生创新能力和完善“双师型”教师培养模式等方面取得了一定成绩。针对实践性较强的工科专业,贾顺杰[4]明确了产学研一体化在化工教学实践中的必要性,提出搭建化工实践教学平台、构建科学的实验教学体系等措施;蒋媛等[5]从培养方法、评价机制、培养机制等方面剖析,提出了新工科人才培养模式的改革举措,包括构建理论与实践并重的教学体系、搭建多学科交叉融合的实践平台、健全学生考核方式等。然而,涉及农药合成课程在制药工程专业产教融合的项目化教学模式改革报道较少。基于此,本文分析农药合成课程的教学现状,明确该课程现阶段在人才培养和教学过程中存在的待改进之处,有针对性地提出行之有效的改革举措,对其实践改革成效进行总结,为深度培养适应社会发展需求的新农科新工科高技术交叉人才提供参考。

1 农药合成课程简介及教学现状

该课程是在有机化学等课程的基础上开设的,主要面向制药工程专业大二学生。采用《药物合成反应》[6]作为主要教材,该教材包含8个章节,涵盖卤化、烃化、酰化、缩合、重排、氧化、还原、合成设计原理等方面,教材内容层次划分清晰、条理性强、难度适中、覆盖面广。该课程已开设多年,具有完整的教学设计、教学方案和师资团队等,在各项教学改革中取得了一定成绩,可为学生后续学习农药学、农药分析等专业课奠定基础。然而,随着社会发展对人才需求的不断提升,现阶段,该课程教学模式暂存在部分待改进的环节。

1.1 教学模式方面

目前,该课程多采用线下教学模式,这种模式可以让学生有效理解并掌握药物合成反应的基本知识和基础理论,但该课程涉及的知识点繁多且庞杂,基础知识理论性强、涵盖范围广,包含多种多样的反应通式、变化多样的电子效应和位阻效应等内容,以及较为抽象的反应机理等知识[7]。在常规教学模式下,学生普遍认为课程内容晦涩难懂、枯燥乏味,知识体系框架难以有效构建,尤其是部分学生对合成农药的反应机理理解不透彻,难以做到举一反三、学以致用。

1.2 教学内容方面

该课程应用性较强,教材的修订版本补充了大量应用性内容,例如,在每一章最后均增加一节“在化学药物合成中的应用实例”,介绍当前所使用的化学药物简况,包括其被发现、开发和上市等过程,并重点介绍该反应类型在此药物合成中的具体应用实例,让学生进一步了解农药合成在新药研发实践中的重要性。在该课程教学中,暂时缺少与教材内容配套的实践教学,学生仅通过课本文字描述和常规实验操作了解行业的发展前沿以及农药合成过程的基本原理和基本方法,较难充分锻炼其运用所学知识解决实际生产问题的能力。

1.3 校企合作方面

赵壮福等[8]研究认为,企业拥有丰富的实践经验和行业前沿技术,让企业参与高校的人才培养过程,对于加快学科专业建设、提升学生的学术水平和实践应用能力具有重要作用。随着新技术的不断发展与应用,农药的分子结构越来越精细,并趋于复杂,而该课程的部分内容可能与企业实际需求脱节,例如,未及时引入行业新工艺(如绿色合成、生物农药)、环保法规或智能化生产(如连续流化学)等内容;另外,校企合作不够深入,可能局限于短期实习或讲座,暂未形成研发、人才培养、就业一体化等深度合作。

1.4 评价体系方面

常规评价体系侧重考查学生对基础理论知识的掌握程度,缺乏对其综合应用能力和职业素养的评价标准,难以全面考查学生是否具备运用知识分析、解决实际问题的能力以及科学精神、创新意识等素质[9],考核模式难以体现学生解决工程问题的能力。实验课仅按“步骤完成度”打分,缺少对路线设计等实验的创新性或操作安全等规范性的考核;暂未将企业导师纳入考核主体,其反馈对学生考核成绩无实质性影响,导致部分学生对实习的重视度不足。因此,亟须构建以学生发展为中心的新型评价体系,以适应产教融合的教学要求。

2 农药合成课程教学改革措施

2.1 构建多元化课堂教学形式

2.1.1 采用线下板书+线上视频教学模式

该课程前3个章节采用以线下教学为主、线上自主学习为辅的混合式教学模式。由于学生是初次接触此类内容,缺少对知识框架、基本概念等的认识,因此前期采用线下为主的教学模式,以有效辅助学生快速进入学习状态,构建知识框架。基于课程特殊的知识体系,在线下教学过程中,采用板书+电子课件的形式,利用板书写出反应通式及解析反应机理过程,让学生在边写边讲解的过程中理解知识点,提高其专注力,使课堂教学更加生动、师生互动更为紧密;通过线上教学视频直观展示化学药物的立体结构、反应变化过程等内容,让抽象的反应机理变得更加形象和易于理解,充分利用线上测试题、课后作业及解析、虚拟仿真实验视频等线上资源,巩固学生学习成果,拓宽其学习视野。

2.1.2 采用翻转课堂教学模式

后续章节采用翻转课堂教学形式。要求学生利用线上充足的学习资源进行自主预习,构建新知识框架,并通过小组交流讨论等活动进一步完善知识体系;同时,以小组为单位,提前选定章节知识点进行翻转课堂,由学生主导课堂,体现以学生为中心的教育理念。例如,在烃化反应中,教师讲授完氧原子上的烃化反应后,要求学生仿照前期讲解过程完成后续氮原子和碳原子上烃化反应的授课;在学生完成讲解后,教师对讲解过程进行补充、完善,进而完成翻转课堂授课。以学生为中心的翻转课堂教学极大激发了学生的内在学习动力和学习主动性,学生课堂参与度大幅提高。

2.2 融入项目化教学内容

实际生产中,抗生素氯霉素生产工艺涉及卤化、烃化、氧化等多个合成单元反应,基本可以有效涵盖农药合成课程中所涉及的理论知识和实际生产工艺。因此,教学团队开展项目化教学,选择氯霉素原料合成作为综合性项目,并将其融入教学内容。
根据课程体系,将氯霉素项目设置为7个部分,分别是绪论(项目认识)、烃化、酰化、缩合、重排、氧化和还原,针对每个部分重新梳理其涉及的知识、技能和素质目标,以“确定目标—下达任务—核对指导—评价完善”的一体化模式开展教学;学生根据“预习知识—列出提纲—完善目标—实施计划—检查核对—评价反馈”模式完成学习任务。在此过程中,学生不仅可以获取必备的专业知识,还能了解实际生产中的岗位职责,提高职业素养。通过项目化教学,学生的课堂主体地位得以凸显,真正实现在做中学、在学中做,进而提升整体教学效果。

2.3 加强校企深度合作教学

通过“引进来+走出去”的形式开展教学、科研和实践合作。一方面,调整课程进度,精简理论知识,预留部分课堂时间,邀请农药企业的研发人员参与课堂教学,以更加直观的方式向学生展示农药合成在现代农药企业中的实际应用,并邀请企业参与制定模块化课程。另一方面,带领学生进入农药企业实地参观,让学生切实了解药企的厂房设置、操作流程、存储条件、研发过程以及市场需求等,直观感受农药研发、生产的软硬件;与企业合作共建实训基地,积极争取企业捐赠设备或联合建设实验室。此外,以课程基本理论和知识为载体,组织学生参加各类创新创业训练大赛,使其在实验室学习新药研发等过程,熟悉实验操作以及仪器使用规范,有效提升其将理论融入实践的能力。对于求职意愿强烈的学生,鼓励其参加职业规划类比赛,为其提供进入农药企业实习的机会。校企合作模式既可实现双方资源共享,又可根据企业需求有针对性地培养学生能力,有助于企业实现订单式的员工招聘[10]

2.4 建立课程综合评价体系

教学评价体系需突出应用型创新型人才培养目标,对教学过程、内容、方法、学习效果等进行综合评价。结合专业现状,建立了以终结性考核(60%)为主、过程性考核(40%)为辅的全方位课程评价体系。其中,终结性考核包括项目化教学考核(30%)+期末考试评价(70%),考查学生对基础理论知识的掌握程度,评价其项目化教学完成情况;过程性考核涵盖范围较广,主要是从不同维度对学生学习效果、创新思维、解决问题能力等方面进行评价,包括思政表现(10%)、课堂学习效果(20%)、作业完成情况(30%)、线上学习情况(40%),并将学生参与的实践教学成果折算为附加学分。此外,课程教学评价采用动态调整模式,教师在每一学年均会根据教学质量的评价与反馈,及时总结教学过程中存在的问题,不断改进教学方式和评价指标,从而有效提升教学效果。

3 农药合成课程教学改革实践成效

该课程教学改革已实践了两个学期,取得了较为明显的成效。一是课堂教学效果明显提升,学生对授课教师和授课模式的满意度高达99%。课堂参与度明显提升,学生积极回答课堂问题、开展小组活动、进行翻转课堂教学,尤其是在项目化教学实践中,能将所学知识迅速转化为解决实际生产问题的能力,对反应通式、反应机理等抽象知识的理解能力极大增强,学习积极主动性大幅提高。二是学生实践能力明显增强。自逐渐推进校企合作以来,任课教师顺利组织200余名学生到2家企业厂区、总部完成参观学习,使学生真切了解到现阶段农药企业的基本工作流程、厂区的基本布置、设备的先进化程度、研发部门的主要职责、行业市场现状等;组织13名学生以农药合成基本前沿理论和知识为核心内容,完成省级大学生创新创业比赛、大学生职业规划竞赛等赛教融合项目;邀请3家企业研发、销售等部门负责人到课堂讲解分享农药行业现阶段的发展现状,增进学生对行业前景的认知;为学生提供在企业长期实习的机会,使其切身体会农药企业对人才需求的关键点;为学生提供深度参与科研的实践机会,为其后期从事研发类工作奠定良好基础。三是完善后的评价体系获得良好反馈。新模式下的教学评价体系更加注重考核学生的综合素质,尤其是动手实践能力、创新思维等方面得到较大提升,学生对于新型评价体系的满意度达96%。
基于产教融合的教学改革在农药合成课程中取得了一定成绩,但实践中仍存在项目化教学课时较少、长期实习实践岗位不足、企业人员参与教学的总数和覆盖面较低等问题。因此,授课教师将继续在实践中进行优化改善,不断探索完善适合制药工程专业人才培养和农药合成课程教学的新模式。
综上,本文通过分析农药合成课程的教学现状,有针对性地提出了以深化产教融合为目的的课程教学改革措施。该课程对于培养新农科背景下农药行业创新型高级技术人才具有重要的支撑作用。针对该课程实践性强、与实际生产紧密结合的特点,通过开展多元化、项目化、校企合作等多种教学模式改革,有效实现了理论知识与实际生产的深度融入。该教学模式不仅以行业需求为导向,更以实际生产为教学模块,有助于实现高校与企业的资源共享与协同创新,使人才培养的形式从课堂延伸至社会,真正实现宽口径创新型高级技术人才的培养。本文为农药合成课程的创新与发展提供参考。
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李洪森,陈玲艳,黄立梁,等. 药物合成反应课程教学改革实践与探索[J]. 上海化工202348(2):42-44.

2
卢建军. 坚持产学研深度融合 教育科技人才一体化推动新质生产力发展[J]. 中国高等教育2024(6):34-36.

3
施渺筱,张鹏,喻辉,等. 农学专业产学研合作培养模式研究[J]. 农业技术与装备2020(7):126-127.

4
贾顺杰. 产学研一体化的化工教学实践探析[J]. 现代职业教育2018(28):188.

5
蒋媛,杨创华,卢超,等. 产学研视角下电信专业新工科人才培养模式改革与创新研究[J]. 科教文汇2024(13):101-105.

6
闻韧. 药物合成反应[M]. 4版. 北京:化学工业出版社,2017.

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魏军,韦思平,卢戢. 药学专业《药物合成反应》课程教学改革与探索[J]. 广东化工202451(11):199-200,160.

8
赵壮福,丁佳玥,朱丽娜. 基础工程课程引入校企合作教学改革研究[J]. 甘肃教育研究2024(14):41-43.

9
马亚娟,张光进,刘丹丹,等. 学生参与的材料结构与性能课程评价体系构建[J]. 公关世界2024(19):112-114.

10
杨仁树,焦树强,罗熊. “产教融合”构建行业特色高校应用型人才培养新生态[J]. 中国高等教育2024(2):33-36.

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