吳秀秀，曹 慧，袁 敏，葉 泰，于勁松，陰鳳琴，郝麗玲，徐 斐

(上海理工大學(xué)健康科學(xué)與工程學(xué)院，上海食品快速檢測工程技術(shù)研究中心，上海 200093)

2016年12月習(xí)近平總書記在全國高校思想政治工作會議明確指出“要用好課堂教學(xué)這個主渠道，思政理論課要堅持在改進(jìn)中加強(qiáng)，提升思想政治教育親和力和針對性，滿足學(xué)生成長發(fā)展需求和期待，其他各門課都要守好一段渠、種好責(zé)任田，使各類課程與思政理論課同向同行，形成協(xié)同效應(yīng)”[1]。開展思政教育是黨和國家對高校落實(shí)立德樹人根本任務(wù)、培養(yǎng)社會主義建設(shè)者和接班人的要求。探究專業(yè)課程中的思政教育建設(shè)和育人體系，是作為一名高校教師義不容辭的責(zé)任和義務(wù)。

本文結(jié)合思政教育的精神和任務(wù)，探索面向食品科學(xué)專業(yè)的計算化學(xué)課程中思政教學(xué)案例設(shè)計的思路和方法。旨在傳授計算化學(xué)相關(guān)的理論知識與應(yīng)用實(shí)踐、教授學(xué)生科學(xué)研究的思維方式和思想路線之外，全面提升學(xué)生的家國情懷、社會責(zé)任、科學(xué)素養(yǎng)以及創(chuàng)新意識和綜合能力，努力將計算化學(xué)課程打造成承載“立德樹人”使命的“金課”。

1 課程介紹

隨著計算機(jī)計算性能的飛速提高以及量子力學(xué)、分子模擬等理論的不斷發(fā)展，理論與計算化學(xué)方法已經(jīng)成為科學(xué)研究不可或缺的重要手段。它能夠提供在現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)水平上很難甚至無法得到的分子/原子結(jié)構(gòu)和過程變化的微觀信息，在食品檢測、能源材料、生命醫(yī)藥、資源環(huán)境等領(lǐng)域中得到了越來越廣泛的應(yīng)用和發(fā)展[2]。為了培養(yǎng)具有食品、化學(xué)、計算機(jī)等多學(xué)科交叉知識背景的復(fù)合型創(chuàng)新人才，我們面向食品科學(xué)專業(yè)的本科生開設(shè)了計算化學(xué)課程。在本課程的教學(xué)過程中，我們通過講授計算化學(xué)相關(guān)的基本概念和理論等，使學(xué)生對計算化學(xué)的一些基本原理和方法的應(yīng)用有充分的了解和掌握，并能夠?qū)⒂嬎慊瘜W(xué)作為“互聯(lián)網(wǎng)+”時代的一個工具和技能應(yīng)用到專業(yè)課程和知識的學(xué)習(xí)和探索中。同時，在教學(xué)設(shè)計和教學(xué)活動中融入思政元素，充分地發(fā)揮課程育人功能，培養(yǎng)具有社會主義核心價值觀、德才兼?zhèn)?、全面發(fā)展的人才。本文重點(diǎn)介紹了我們挖掘的計算化學(xué)課程中的幾個課程思政典型案例。

2 設(shè)計理念

2020年6月，教育部印發(fā)《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》，全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)?！毒V要》指出，全面推進(jìn)高校課程思政建設(shè)是深入貫徹習(xí)近平總書記關(guān)于教育的重要論述和全國教育大會精神、落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的戰(zhàn)略舉措，高校要深化教育教學(xué)改革，充分挖掘各類課程思想政治資源，發(fā)揮好每門課程的育人作用，全面提高人才培養(yǎng)質(zhì)量。上海理工大學(xué)深入貫徹《高等學(xué)校課程思政建設(shè)指導(dǎo)綱要》的精神，大力推動以課程思政為目標(biāo)的課堂教學(xué)改革，優(yōu)化課程設(shè)置、修訂專業(yè)教材、完善教學(xué)設(shè)計、加強(qiáng)教學(xué)管理。專任教師積極挖掘和設(shè)計專業(yè)課程所蘊(yùn)含的思想政治教育元素，并以實(shí)踐融入到課堂教學(xué)各環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)思想政治教育的功能。本文中計算化學(xué)課程的思政典型案例設(shè)計就是在這樣的背景下展開的。本文中我們通過對幾個思政案例的深入挖掘、全面分析和精心設(shè)計，將思政元素“潤物細(xì)無聲”地融入到專業(yè)教學(xué)中，實(shí)現(xiàn)思想政治教育與專業(yè)知識教育的有機(jī)統(tǒng)一，充分發(fā)揮課程育人功能。

3 具體案例

3.1 案例一：理論化學(xué)領(lǐng)軍人，帶領(lǐng)實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展——“計算化學(xué)緒論”教學(xué)的思政設(shè)計

3.1.1 教學(xué)目標(biāo)

(1)知識與技能

為促進(jìn)學(xué)生對量子化學(xué)和分子模擬領(lǐng)域的認(rèn)識，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，調(diào)動學(xué)生自主學(xué)習(xí)的積極性，全面加強(qiáng)對計算化學(xué)的基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)，了解計算化學(xué)發(fā)展的新方向和新動向，進(jìn)而提出以下要求：

①掌握量子化學(xué)的基本概念和基本原理，了解量子化學(xué)背后的應(yīng)用領(lǐng)域和典型應(yīng)用案例。

②掌握分子力學(xué)的基本概念和基本原理，了解分子模擬在化學(xué)、食品、能源、材料等學(xué)科和領(lǐng)域的作用。

③了解計算化學(xué)未來的發(fā)展方向和更多潛在的應(yīng)用領(lǐng)域。

(2)過程與方法

進(jìn)一步加強(qiáng)學(xué)生對計算化學(xué)的理解，教授學(xué)生學(xué)會從計算化學(xué)的角度發(fā)現(xiàn)問題，分析問題并應(yīng)用計算化學(xué)解決實(shí)際問題：

①培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)計算化學(xué)相關(guān)知識的能力，學(xué)會靈活應(yīng)用計算化學(xué)解決實(shí)際問題。

②培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)學(xué)無止境的精神，使學(xué)生有意識地養(yǎng)成時時學(xué)習(xí)、終身學(xué)習(xí)的好習(xí)慣。

(3)情感態(tài)度與價值觀

為拓寬學(xué)生的知識面，開闊互聯(lián)網(wǎng)+時代學(xué)生的學(xué)術(shù)眼界，進(jìn)一步探索如何將計算化學(xué)中的價值引領(lǐng)落實(shí)到實(shí)處，提出以下要求：

①提高學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，培養(yǎng)學(xué)生正確的價值觀與科學(xué)思維意識。

②引導(dǎo)學(xué)生思考科學(xué)研究的意義，樹立求真務(wù)實(shí)和不斷進(jìn)取的科研創(chuàng)新精神。

3.1.2 教學(xué)素材

北京師范大學(xué)方維海教授是計算化學(xué)前沿理論方向的知名學(xué)者，被譽(yù)為中國理論化學(xué)領(lǐng)軍人，對理論化學(xué)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。他曾多次承擔(dān)國家自然科學(xué)基金委重點(diǎn)項(xiàng)目，被科技部聘為“973計劃”項(xiàng)目首席科學(xué)家。

方維海教授自2005年起擔(dān)任北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院院長。他以人為本、顧全大局，在化學(xué)學(xué)院的學(xué)科建設(shè)、人才建設(shè)、教學(xué)科研等方面作出了重要貢獻(xiàn)，引進(jìn)了多名國家杰出青年科學(xué)基金獲得者和教育部“長江學(xué)者”，積極推動化學(xué)學(xué)院的學(xué)術(shù)科研工作。

在方維海教授的帶領(lǐng)下，北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院致力于生命體系識別和調(diào)控過程中重要化學(xué)問題的基礎(chǔ)研究，系統(tǒng)地發(fā)展了理論和計算方法，解決了激發(fā)態(tài)和光反應(yīng)動力學(xué)一系列具有挑戰(zhàn)性的問題[3]。此外，方維海教授團(tuán)隊(duì)還運(yùn)用理論方法計算溶液、界面及蛋白微環(huán)境中的分子結(jié)構(gòu)與化學(xué)反應(yīng)，并基于Born-Oppenheimer近似的“絕熱化學(xué)”理論及其存在的問題進(jìn)行深入探究，從而發(fā)展了“非絕熱化學(xué)”基礎(chǔ)理論和相關(guān)計算模擬過程。由此北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院在計算理論化學(xué)方向?qū)崿F(xiàn)了跨越式發(fā)展，在國內(nèi)高校的地位和聲譽(yù)得到大幅度提升。

在計算化學(xué)課程的緒論一章，我們可以以方維海教授的事例為例，講述計算化學(xué)理論方法發(fā)展的重要性，以及強(qiáng)調(diào)計算化學(xué)在化學(xué)、食品、能源、材料等學(xué)科和領(lǐng)域的重要作用。旨在引起學(xué)生對這門課的興趣，為學(xué)生打開計算化學(xué)的大門，有助于后續(xù)引導(dǎo)學(xué)生深入探究量子化學(xué)、分子力學(xué)等理論知識，培養(yǎng)學(xué)生探索求知的科學(xué)態(tài)度。

3.2 案例二：立鴻鵠之志，尋求計算領(lǐng)域不斷突破——“理論計算化學(xué)方法”教學(xué)的思政設(shè)計

3.2.1 教學(xué)目標(biāo)

(1)知識與技能

引導(dǎo)學(xué)生理解不同理論方法的內(nèi)涵，從電子、原子、分子層面思考相關(guān)科學(xué)問題：

①掌握化學(xué)鍵理論，掌握分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的研究方法，掌握計算和分析分子間作用力，化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和分子光譜能譜的方法。

②了解利用量子力學(xué)和分子力學(xué)手段設(shè)計食品檢測材料的基本原理，了解基組、力場、能態(tài)等基礎(chǔ)理論知識背景。

(2)過程與方法

①了解量子力學(xué)和分子力學(xué)在材料篩選制備中的方法應(yīng)用。

②面對不同材料的設(shè)計和制備，善于選擇合適的理論方法進(jìn)行計算研究。

(3)情感態(tài)度與價值觀

①培養(yǎng)學(xué)生從不同角度看問題的能力，培養(yǎng)靈活變通思維能力。

②從院士的案例中體悟勤勉科學(xué)精神，加強(qiáng)學(xué)生天道酬勤的意識。

3.2.2 教學(xué)素材

中國共產(chǎn)黨優(yōu)秀黨員、我國著名物理化學(xué)家、中國計算化學(xué)的奠基人、中國科學(xué)院院士、北京師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院劉若莊教授是我國早期量子化學(xué)開拓者之一。歷經(jīng)幾十年，劉若莊院士不僅對量子化學(xué)理論本身做出了重要貢獻(xiàn)，同時也致力于量子化學(xué)與有機(jī)化學(xué)等化學(xué)各分支學(xué)科的相互結(jié)合，推動各學(xué)科的快速發(fā)展。

劉若莊院士談起自身的成就，夸得更多的不是自己，而是在他逐步成長道路上的各位學(xué)者。他曾坦言：“在量子化學(xué)研究上對我影響最深的是唐敖慶院士”。這位唐敖慶院士在新中國成立之初沖破重重阻力，毅然回國，應(yīng)邀在北大開設(shè)量子化學(xué)以及統(tǒng)計學(xué)等理論課程。當(dāng)時劉若莊院士就師從唐敖慶先生并在研究生畢業(yè)后為他做助教，自此開始他的理論化學(xué)旅程。劉若莊院士于1978年創(chuàng)建了北京師范大學(xué)量子化學(xué)研究室，并逐漸將其發(fā)展成為我國運(yùn)用量子化學(xué)手段研究化學(xué)體系的重要基地之一，也是中國理論化學(xué)對外聯(lián)系的重要窗口。劉若莊院士的主要貢獻(xiàn)是創(chuàng)造性地將量子化學(xué)理論和計算方法應(yīng)用于研究實(shí)際的化學(xué)問題，并取得了一系列優(yōu)秀成果。與此同時，劉若莊院士在培養(yǎng)化學(xué)專業(yè)人才方面也作出了卓越的貢獻(xiàn)。

劉若莊院士作為導(dǎo)師時，他教導(dǎo)學(xué)生要找到和堅持自己獨(dú)立的研究方向，給予了學(xué)生們充分的選擇自由度。正是這種寬松、自由的學(xué)術(shù)氛圍，激發(fā)和提高了學(xué)生們的科研熱情，他們在生物大分子結(jié)構(gòu)性質(zhì)計算化學(xué)研究、反應(yīng)勢能面、贗勢梯度法等多種方法的發(fā)展上取得了一系列的進(jìn)步[4]。這啟發(fā)我們，要啟發(fā)和活躍學(xué)生的科研思維。在使用計算化學(xué)設(shè)計食品檢測材料時，要啟發(fā)和解放學(xué)生的思想，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)際體系學(xué)會和提高合理選擇不同計算方法的能力。

3.3 案例三：計算指導(dǎo)材料合成，開啟發(fā)展新篇章——“理論計算開發(fā)綠色食品檢測材料”教學(xué)的思政設(shè)計

3.3.1 教學(xué)目標(biāo)

(1)知識與技能

①掌握利用綠色發(fā)展理念設(shè)計開發(fā)食品質(zhì)量與安全檢測材料的方法。

②理解綠色材料發(fā)展的實(shí)際意義。

(2)過程與方法

①熟練掌握量子化學(xué)和分子動力學(xué)軟件的建模手段和計算方法。

②熟練掌握利用計算和模擬手段設(shè)計綠色材料的開發(fā)過程及步驟。

(3)情感態(tài)度與價值觀

①培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)理念，能注重將材料的開發(fā)與環(huán)境的保護(hù)相結(jié)合，貫徹“綠水青山就是金山銀山”的理念。

②引導(dǎo)學(xué)生自主靈活學(xué)習(xí)，主動承擔(dān)科研任務(wù)，提升科研能力，培養(yǎng)責(zé)任意識。

3.3.2 教學(xué)素材

黨的十八屆五中全會提出“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享”五項(xiàng)發(fā)展理念，并指出綠色是永續(xù)發(fā)展的必要條件和人民對美好生活追求的重要體現(xiàn)。在科研過程中，綠色環(huán)保也是體現(xiàn)發(fā)展可持續(xù)性的一項(xiàng)重要指標(biāo)。

“綠色化學(xué)”作為化學(xué)領(lǐng)域的新興學(xué)科，它的實(shí)施意義在于提高原子經(jīng)濟(jì)性，符合資源節(jié)約型發(fā)展模式[5-6]。譬如量子計算和分子模擬指導(dǎo)食品檢測納米材料的合成，極大減少了材料合成和制備過程中有機(jī)溶劑等化學(xué)試劑的耗費(fèi)，從而大大降低了人為的化學(xué)試劑使用帶來的環(huán)境污染。例如，通過量子計算和分子模擬開發(fā)出的高選擇性分子印跡聚合物吸附劑，作為可立即應(yīng)用的食品最終樣品的實(shí)際分析，節(jié)省了開發(fā)最佳吸附材料所需時間、儀器和大量的資金投入，減少了對環(huán)境的有害影響。這無疑也是綠色分析化學(xué)的一個例子[7]。

計算模擬輔助開發(fā)綠色材料的重大意義在于通過計算的手段減少實(shí)驗(yàn)過程中不必要的浪費(fèi)，同時提高開發(fā)過程的精準(zhǔn)度，設(shè)計合成出經(jīng)濟(jì)有效的食品基質(zhì)識別和吸附材料，這對于資源的節(jié)約和環(huán)境的建設(shè)起到良好的促進(jìn)作用。

4 結(jié) 語

以上是我們在計算互相課程教學(xué)過程中實(shí)施的幾個課程思政典型案例，在實(shí)際教學(xué)中仍有更多的思政元素和案例值得廣泛思考和深入挖掘?！罢n程思政”是高校思想政治教育方式的創(chuàng)新。課程思政作為一種新的課程觀對教師提出了新的要求，需要不斷更新教育理念、掌握現(xiàn)代教學(xué)方法、提升育德能力，做到在發(fā)揮專業(yè)課程本身特色的前提下，將知識傳授與價值引領(lǐng)有機(jī)融合。