淺談藥物化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的構(gòu)建與實(shí)施

鐘霞 張俊清 任兆平 高炳淼 陳年根 黃艷

[摘 要] 我國(guó)現(xiàn)行藥物化學(xué)相關(guān)實(shí)驗(yàn)教材中實(shí)驗(yàn)內(nèi)容多以驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)所占的比例不足，缺乏對(duì)于學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合能力的培養(yǎng)。在藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中增加一些設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)內(nèi)容是對(duì)現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)課程的一次有益的探索。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方案的構(gòu)建和實(shí)施需要從選擇課題、設(shè)計(jì)方案、準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)、實(shí)施實(shí)驗(yàn)及分析結(jié)果等多個(gè)環(huán)節(jié)入手，要求學(xué)生自主完成查閱文獻(xiàn)、選擇合理的合成路線、具體操作實(shí)驗(yàn)和分析總結(jié)的整個(gè)科研過程。這種教學(xué)方式在教學(xué)實(shí)踐中取得了良好的效果，不僅提高學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性和實(shí)驗(yàn)操作技能，而且學(xué)生的科研興趣和創(chuàng)新能力也得到培養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]藥物化學(xué)；設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)；構(gòu)建；實(shí)施

中圖分類號(hào)：G64文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016） 01 （a）-0000-00

藥學(xué)專業(yè)作為藥學(xué)知識(shí)傳播應(yīng)用和創(chuàng)新的主要教育平臺(tái)，擔(dān)負(fù)起培養(yǎng)大量藥學(xué)專門人才的重任?，F(xiàn)代醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展和全球藥品研發(fā)領(lǐng)域的客觀現(xiàn)狀使得對(duì)藥物研發(fā)創(chuàng)新性人才的需求量大增。因此，高等藥學(xué)教育發(fā)展的方向和目標(biāo)之一就是實(shí)施創(chuàng)新教育、培養(yǎng)創(chuàng)新型醫(yī)藥人才。藥學(xué)是一門以實(shí)踐教學(xué)為主的學(xué)科，藥學(xué)教學(xué)應(yīng)該緊緊加強(qiáng)實(shí)踐教學(xué)這一學(xué)科基石，著力啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、綜合能力和動(dòng)手能力，造就理論知識(shí)扎實(shí)適應(yīng)社會(huì)需求的創(chuàng)新型高素質(zhì)人才。因此，實(shí)踐教學(xué)在藥學(xué)的專業(yè)教學(xué)體系中占據(jù)相當(dāng)重要的作用。藥物化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容涉及范圍很廣，包括了藥物的化學(xué)結(jié)構(gòu)、中英文名稱、理化性質(zhì)、合成方法、體內(nèi)代謝、作用機(jī)理和構(gòu)效關(guān)系等基礎(chǔ)內(nèi)容，還包括了藥物的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展、優(yōu)化、新理論和新技術(shù)、新藥研發(fā)動(dòng)向等。藥物化學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容就是先導(dǎo)化合物的發(fā)現(xiàn)及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化，它是新藥發(fā)現(xiàn)和研究的重要環(huán)節(jié)，對(duì)于藥學(xué)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)起著至關(guān)重要的作用[1]。

藥物化學(xué)的主要任務(wù)就是探索新藥開發(fā)的途徑和方法，創(chuàng)制安全高效的新藥，以滿足臨床的需要。開發(fā)有某種活性且有價(jià)值的先導(dǎo)化合物，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行一系列的改造和優(yōu)化以期創(chuàng)造出療效較好、毒副作用較小的新藥；改造現(xiàn)有的藥物或有效化合物以期獲得更為安全和有效的藥物。故藥物化學(xué)是一門非常注重實(shí)驗(yàn)教學(xué)的學(xué)科，實(shí)驗(yàn)教學(xué)不僅是理論教學(xué)的重要補(bǔ)充，更是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合能力、提高學(xué)生綜合素質(zhì)的重要途徑。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的主要形式均是針對(duì)藥學(xué)專業(yè)的各門課程的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)為主，在實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生們按部就班地根據(jù)書本上已有的實(shí)驗(yàn)步驟和方法去操作，這樣的教學(xué)形式雖然教授了學(xué)生基本的實(shí)驗(yàn)技能，但卻沒有給學(xué)生以自我發(fā)揮的機(jī)會(huì)，很容易導(dǎo)致學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的意識(shí)不強(qiáng)，束縛了學(xué)生自由思維的空間，不利于創(chuàng)新精神的培養(yǎng)。設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的引入旨在培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)，提高其創(chuàng)新能力和綜合能力。

那么如何在藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)中實(shí)施設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)呢？首先，由任課教師給出實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙?，其次，學(xué)生通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)操作[2-5]。這是以教師為引導(dǎo)、學(xué)生為主體的實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式，需要學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中投入更多的精力、發(fā)揮更大的主觀能動(dòng)性，教師則需要完成更多的課前準(zhǔn)備工作：從課題選擇、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)實(shí)施、結(jié)果分析等多個(gè)環(huán)節(jié)入手進(jìn)行準(zhǔn)備，充實(shí)和完善設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的教學(xué)方案。在具體實(shí)施過程中，我校選擇了藥學(xué)本科已經(jīng)掌握了有機(jī)合成基本知識(shí)的大三學(xué)生進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)[6-8]。

1 如何設(shè)計(jì)課題

1.1 實(shí)驗(yàn)課題的選擇

如何進(jìn)行設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課題的選擇呢？這首先需要教師完成很多的課前準(zhǔn)備工作，譬如原料是否容易獲得、實(shí)驗(yàn)儀器能否滿足、實(shí)驗(yàn)操作的難易程度、實(shí)驗(yàn)時(shí)間的長(zhǎng)短、參與人數(shù)的多少等，同時(shí)還需要考慮學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)掌握情況、《有機(jī)化學(xué)》課程的開展情況和學(xué)生具體學(xué)過了哪些基本操作，在藥物化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程中如何從更深的層面來進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。

我校學(xué)生在已有課程中已經(jīng)學(xué)過有機(jī)化學(xué)和藥物化學(xué)的理論知識(shí)，在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)課程中選擇撲熱息痛這一經(jīng)典的解熱鎮(zhèn)痛藥作為研究對(duì)象。針對(duì)藥物化學(xué)專業(yè)的基本要求、特點(diǎn)以及設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的題目和內(nèi)容設(shè)計(jì)的原則，討論后提出了《撲熱息痛的合成》這個(gè)題目和本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一些基本要求。學(xué)生三到四人一組，采取組長(zhǎng)負(fù)責(zé)制，各自選取不同的合成路線來進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。

1.2 實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)

在以往的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)中，通常都會(huì)給出具體的原料和試劑用量，以及詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)步驟，學(xué)生只需機(jī)械性、按部就班地完成實(shí)驗(yàn)操作，即可獲得預(yù)期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，雖然學(xué)生在實(shí)驗(yàn)操作過程中發(fā)現(xiàn)的問題教師也都能及時(shí)幫助解決，但學(xué)生的實(shí)驗(yàn)的主動(dòng)性不能得以體現(xiàn)。

在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，沒有現(xiàn)成的實(shí)驗(yàn)步驟供學(xué)生參考，實(shí)驗(yàn)方案需要學(xué)生通過文獻(xiàn)調(diào)研自行設(shè)計(jì)，所以首先要培養(yǎng)學(xué)生如何進(jìn)行查閱文獻(xiàn)、如何通過整理分析獲得所需要的信息。實(shí)驗(yàn)方案在很大程度上決定了實(shí)驗(yàn)的成敗與否。授課教師首先要講解如何進(jìn)行專業(yè)文獻(xiàn)的查閱，并對(duì)學(xué)生的文獻(xiàn)查閱進(jìn)行指導(dǎo)，譬如可以利用網(wǎng)絡(luò)搜索工具或現(xiàn)有的圖書期刊等，網(wǎng)上資源主要包括一些常用的中英文數(shù)據(jù)庫(kù)，如Scifinder和Beilstein檢索，以及中國(guó)知網(wǎng)、萬方、維普、Web of Science、ACS、Elesevier、Wiley-Blackwell等，另外還包括專利文獻(xiàn)的檢索和獲取，二次文獻(xiàn)的使用等等。之后每組學(xué)生再就各自選題查閱相關(guān)文獻(xiàn)，對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行分類整理并討論分析。本著節(jié)省經(jīng)費(fèi)、操作簡(jiǎn)便、安全無毒的原則，討論每種合成方法的優(yōu)缺點(diǎn)及可行性，選定最優(yōu)的合成路線。接下來就各組實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行組間討論，教師給予一定的指導(dǎo)，引導(dǎo)學(xué)生互相交流、獨(dú)立思考并如何解決問題。各組學(xué)生經(jīng)過多次組間討論以及與教師的討論都可完成實(shí)驗(yàn)方案，包括實(shí)驗(yàn)題目、目的要求、儀器試劑、實(shí)驗(yàn)步驟、預(yù)期結(jié)果及參考文獻(xiàn)等。這種以學(xué)生為主、教師為輔的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)方式不但提高了了學(xué)生學(xué)習(xí)的主觀能動(dòng)性，而且鍛煉了學(xué)生查閱文獻(xiàn)和分析問題、解決問題的能力，還促進(jìn)了學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神。

2 如何實(shí)施實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)的前期準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)的前期準(zhǔn)備工作需要任課教師、實(shí)驗(yàn)教輔人員和學(xué)生的相互配合。學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案列出所需設(shè)備和儀器試劑等，提前一周遞交給實(shí)驗(yàn)室管理人員。實(shí)驗(yàn)教輔人員再根據(jù)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)方案準(zhǔn)備所需的實(shí)驗(yàn)設(shè)備和儀器試劑，另外，實(shí)驗(yàn)教輔人員還可以指導(dǎo)學(xué)生正確使用相關(guān)儀器。任課教師需進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，在學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)方案的基礎(chǔ)上，對(duì)該藥物的合成方法進(jìn)行全面而系統(tǒng)的檢索和總結(jié)，找出適合實(shí)驗(yàn)室操作的多種合成方法和路線。在預(yù)實(shí)驗(yàn)的過程中，認(rèn)真記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果，列出實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，并對(duì)各條路線的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行全面的分析，對(duì)每步反應(yīng)做到心中有數(shù)，這樣才能指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作。實(shí)驗(yàn)前要向?qū)W生特別強(qiáng)調(diào)安全問題及注意事項(xiàng)。

2.2 實(shí)驗(yàn)的具體實(shí)施

以“撲熱息痛的合成”為例，除了讓學(xué)生了解設(shè)計(jì)撲熱息痛的一般方法，培養(yǎng)學(xué)生靈活運(yùn)用已掌握的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)技能，通過查閱有關(guān)資料，自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，從而提高學(xué)生分析問題和解決問題的能力。圖1就是學(xué)生查閱的撲熱息痛的幾種常用合成路線及各條路線的優(yōu)缺點(diǎn)。

具體方案如下：①學(xué)生提前一周從網(wǎng)上查閱藥物的合成方法，完成相應(yīng)藥物合成方法的綜述，并說明現(xiàn)行的工業(yè)生產(chǎn)方法，設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)室合成工藝路線。②進(jìn)行組間討論，方案經(jīng)教師審閱后，若方法合理，條件具備，學(xué)生可按照自己的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。③學(xué)生依據(jù)與教師研討的結(jié)果，在一周內(nèi)寫出相關(guān)藥物的合成方法的具體操作步聚，做出具體的實(shí)驗(yàn)方案，包裝化學(xué)反應(yīng)方程式，原料的物化常數(shù)，原料的配料比，反應(yīng)所用的儀器設(shè)備和輔助材料，反應(yīng)的裝置圖，反應(yīng)的關(guān)健控制點(diǎn)，產(chǎn)品純化的方法，預(yù)期的收率等。④要求學(xué)生按事先規(guī)定的投料比進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，認(rèn)做好實(shí)驗(yàn)記錄。⑤實(shí)驗(yàn)結(jié)果和實(shí)驗(yàn)報(bào)告作為學(xué)生藥物化學(xué)實(shí)驗(yàn)考核的主要指標(biāo)。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的開展就是為了促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)思考，提高他們分析問題和解決問題的能力。在實(shí)驗(yàn)過程中，教師不再講解實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，而是鼓勵(lì)學(xué)生按照各自查閱好的實(shí)驗(yàn)方案完成具體操作，對(duì)于實(shí)驗(yàn)過程中出現(xiàn)的問題教師并不立刻給出建議，而是鼓勵(lì)學(xué)生互相交流、共同研討解決方案。通過這種教學(xué)改革的嘗試，發(fā)現(xiàn)基本上每組學(xué)生都能完成實(shí)驗(yàn)方案，達(dá)到預(yù)定的目標(biāo)，取得了預(yù)期成果。但在實(shí)驗(yàn)過程中也發(fā)現(xiàn)了一些值得注意的問題：一是學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察和記錄不夠仔細(xì)，很多學(xué)生的實(shí)驗(yàn)記錄本上只有幾組簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；二是部分學(xué)生實(shí)驗(yàn)中遇到問題不能很好地處理，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)進(jìn)程的延緩或結(jié)果的誤差；三是教師對(duì)實(shí)驗(yàn)可能出現(xiàn)的問題預(yù)計(jì)不足，譬如個(gè)別試劑短缺造成實(shí)驗(yàn)進(jìn)度減慢等等。這些問題在今后的教學(xué)實(shí)踐中都有待逐步解決，教師和學(xué)生共同努力才能更好地完善設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)。

圖1 撲熱息痛的常用合成路線及各自的優(yōu)缺點(diǎn)

2.3 實(shí)驗(yàn)的分析總結(jié)

在設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果也是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生通過對(duì)整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的思考與整理，鍛煉了他們分析問題和解決問題的能力，奠定了他們從事初步的科學(xué)研究工作的基礎(chǔ)。

各組學(xué)生均要完成一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，實(shí)驗(yàn)報(bào)告內(nèi)容包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)要求、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、實(shí)驗(yàn)討論等幾部分，主要討論設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的過程和結(jié)果，對(duì)不同反應(yīng)路線的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行討論和總結(jié)。分析實(shí)驗(yàn)成功或者失敗的原因，然后師生一起總結(jié)交流，找出需要改進(jìn)的地方并提出解決方案。教師對(duì)學(xué)生所采用的合成路線及實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，分析利弊，使學(xué)生更好地了解如何設(shè)計(jì)藥物的合成路線并對(duì)其進(jìn)一步研究。

3 如何分析總結(jié)實(shí)驗(yàn)效果

在藥物化學(xué)設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，教師為輔助，他們需要提出實(shí)驗(yàn)課題，做好文獻(xiàn)調(diào)研工作和預(yù)實(shí)驗(yàn)，與學(xué)生分析討論實(shí)驗(yàn)方案，這樣不僅是教師引導(dǎo)幫助學(xué)生，學(xué)生的一些新思維、新想法也啟發(fā)了教師，使得教師對(duì)課堂及課題的掌控能力及對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)能力都有了明顯的提高。以學(xué)生為主體，使學(xué)生由被動(dòng)學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)為主動(dòng)學(xué)習(xí)，由以往驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的機(jī)械操作者變?yōu)閷?shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)者，積極主動(dòng)地完成了實(shí)驗(yàn)的每一個(gè)環(huán)節(jié)，極大地發(fā)揮了其主觀能動(dòng)性，各方面能力都得到鍛煉和提高。通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，更好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生積極踴躍參與討論各種合成路線的優(yōu)勢(shì)和弊端，從而確定出最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)方案。通過這些動(dòng)腦、動(dòng)嘴、動(dòng)手的環(huán)節(jié)，也讓學(xué)生們愛上了實(shí)驗(yàn)課，變以往較為枯燥的實(shí)驗(yàn)課為課堂氣氛活躍、科學(xué)思維活躍的創(chuàng)新課。

設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)教學(xué)是開展素質(zhì)教育和培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神的重要方法[6]，這在一定程度上彌補(bǔ)了現(xiàn)有以驗(yàn)證性為主的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的不足。通過設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)的實(shí)施，更好地激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生們能夠積極踴躍地參與討論各種合成路線的優(yōu)勢(shì)和弊端，從而確定出最優(yōu)的實(shí)驗(yàn)方案。通過這些動(dòng)腦、動(dòng)嘴、動(dòng)手的環(huán)節(jié)，也讓學(xué)生們愛上了實(shí)驗(yàn)課，變以往較為枯燥的實(shí)驗(yàn)課為課堂氣氛活躍、科學(xué)思維活躍的創(chuàng)新課。

總之，培養(yǎng)具有創(chuàng)新意識(shí)的綜合型藥學(xué)人才離不開新技術(shù)、新方法的應(yīng)用。多年來，我校藥學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革雖已取得了一定的成果，但這是一項(xiàng)長(zhǎng)期而艱巨的任務(wù)，新時(shí)期要與時(shí)俱進(jìn)，采取新的對(duì)策加快推進(jìn)藥學(xué)實(shí)驗(yàn)改革的步伐，積極構(gòu)建以綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)為主導(dǎo)的藥學(xué)專業(yè)實(shí)驗(yàn)課程新體系。

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