計算機(jī)技術(shù)在《中藥化學(xué)》線上教學(xué)中的設(shè)計與應(yīng)用

＊趙 杰

（安徽醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院 中醫(yī)科/中西醫(yī)結(jié)合系 安徽 230022）

引言

在當(dāng)今世界形勢下，線上教學(xué)不可避免的成為一個重要教育手段。傳統(tǒng)的教學(xué)模式以線下教學(xué)為主，但在目前環(huán)境中出現(xiàn)了脫節(jié)問題。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、多媒體等資源的整合與發(fā)展，教育的天秤開始從“教”向“學(xué)”傾斜，網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)及人工智能等新興技術(shù)融合打造了區(qū)別于傳統(tǒng)課堂的智能化、創(chuàng)新性學(xué)習(xí)環(huán)境，豐富了學(xué)生的視野和眼界，使得教學(xué)不再局限于課堂，創(chuàng)造了無處不在、觸手可得的教學(xué)模式。線上教育與當(dāng)代教育理念及現(xiàn)實(shí)情況的訴求不謀而合，泛發(fā)出新的活力，帶來無限可能。

《中藥化學(xué)》歸根到底是在中國醫(yī)學(xué)理論指導(dǎo)下，研究藥物及其組份基本物質(zhì)基礎(chǔ)的一門學(xué)科。內(nèi)容不僅包括中藥材中各類有機(jī)無機(jī)化學(xué)成分的結(jié)構(gòu)類型、理化性質(zhì)，同時也涉及了藥物及成分的提取和分離方法，以及如何檢識、鑒別和鑒定等。所以說它既是藥學(xué)專業(yè)的一門核心專業(yè)課，也是和其他專業(yè)課如中藥藥劑學(xué)、中藥藥理學(xué)等課程的銜接課程。因此，《中藥化學(xué)》課程在藥學(xué)人才培養(yǎng)和藥物現(xiàn)代化中具有不可替代的地位。但傳統(tǒng)的教學(xué)缺乏專用的教學(xué)設(shè)備和智能化的教學(xué)手段。如何在線上教學(xué)過程中提高教學(xué)效果，讓學(xué)生熟練掌握各種課程的重點(diǎn)難點(diǎn)，從而更好地指導(dǎo)臨床工作，值得每個教育教學(xué)工作者深入探討。

近年來，隨著互聯(lián)網(wǎng)、信息技術(shù)的迅猛發(fā)展以及多學(xué)科交叉互融，越來越多的現(xiàn)代數(shù)字技術(shù)滲入到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中，中藥學(xué)的信息化建設(shè)也打開了新的篇章[1-2]。在教學(xué)實(shí)踐中運(yùn)用計算機(jī)輔助教學(xué)、體驗(yàn)式教學(xué)軟件等方法，取得了不錯的反響，現(xiàn)分述如下。

1.理論教學(xué)

(1)計算機(jī)輔助教學(xué)在課堂實(shí)踐中的應(yīng)用設(shè)計

不同于理論醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)知識的深奧模糊，中藥化學(xué)相對直觀形象。因此，在線上理論教學(xué)中，引入計算機(jī)輔助教學(xué)[3-4]（Computed Aided Instruction，簡稱CAI），摒棄了傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)教學(xué)板書、口授等無法適應(yīng)特殊時期的教學(xué)方式，綜合應(yīng)用多媒體、超文本和知識庫等計算機(jī)技術(shù)，將多種藥物化學(xué)軟件（Chem Bio Office、Model Chemlab及Universal Protein等）和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)資源融入到日常的教學(xué)工作中，探索現(xiàn)代信息技術(shù)在藥物化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，比如課堂演示藥物化學(xué)成分的3D結(jié)構(gòu)等，能夠最大程度上激發(fā)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)興趣，幫助其深刻理解和牢固掌握理論知識，為創(chuàng)新型藥學(xué)人才培養(yǎng)打下良好基礎(chǔ)。

在講授各種成分時穿插真實(shí)生動的畫面、動態(tài)形象的演示，幫助學(xué)生更好的理解模糊的醫(yī)學(xué)術(shù)語，觀察到鮮明的客觀指征，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，也最大程度上調(diào)動了師生互動，因勢利導(dǎo)，再告知本節(jié)課教學(xué)的學(xué)習(xí)目標(biāo)、重點(diǎn)難點(diǎn)，讓學(xué)生明白學(xué)什么、怎么學(xué)，才能引起學(xué)生的好奇心和求知欲望，收到良好的教學(xué)效果。

(2)利用互聯(lián)網(wǎng)將理論知識形象化

在此基礎(chǔ)上，如果能在教學(xué)過程中疊加直觀的演示，就更加有利于教學(xué)內(nèi)容在學(xué)生腦海中形成深刻的印象。因此，我們常在課堂上根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選擇相應(yīng)的軟件。比如化學(xué)領(lǐng)域常用的軟件Chem Bio Office，這款工具包功能強(qiáng)大，集齊了化學(xué)結(jié)構(gòu)繪圖（Chem Draw）、3D模型仿真（Chem 3D）及化學(xué)信息收集整合（Chem Finder）等研究藥物化學(xué)的常用目的板塊，在線上教學(xué)中指導(dǎo)學(xué)生熟練使用后，布置相應(yīng)的需要掌握的化合物立體結(jié)構(gòu)，讓很多復(fù)雜抽象的問題形象化，同時也為后續(xù)的研究打下基礎(chǔ)，部分學(xué)生甚至可自主學(xué)習(xí)計算機(jī)模擬對接和生物活性研究，極大提高了學(xué)生的研究興趣和科研上的自主性，也便于學(xué)生直觀地感受藥物的空間結(jié)構(gòu)。此外，在《中藥化學(xué)》教學(xué)過程中我們發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對核磁共振分析技術(shù)的認(rèn)識不足，導(dǎo)致該項(xiàng)技術(shù)在藥物化學(xué)研究領(lǐng)域難以得到全面的開展和重視，同時，學(xué)生運(yùn)用這些知識解析圖譜的能力也有所欠缺。

為此，我們在課堂上引入了MestReNova軟件，課堂上運(yùn)用它可以讓學(xué)生直觀地看到圖譜中氫信號、碳信號的化學(xué)位移及碳信號不同的呈現(xiàn)規(guī)律等裂分規(guī)律。這些互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)資源不僅幫助解釋晦澀的化學(xué)理論知識，更增添了課堂上的趣味性，調(diào)動學(xué)生的自主學(xué)習(xí)潛能，同時也進(jìn)一步加深和拓寬了藥物化學(xué)書本理論的理解和掌握。同時，授課教師們也在此過程中提高了教學(xué)水平和教學(xué)技能，同時也對指導(dǎo)教師引導(dǎo)和聚焦提出了更高的要求，引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)業(yè)上精進(jìn)的同時，也要充分培養(yǎng)他們主動學(xué)習(xí)及終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。

2.實(shí)驗(yàn)教學(xué)

(1)現(xiàn)階段實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問題

我?！吨兴幓瘜W(xué)》在線課程建設(shè)方面積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但也存在一定的不足，比如，實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容過于簡單，課下延伸性較差，不能滿足未來學(xué)生深入挖掘的學(xué)習(xí)需求。同時實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段略顯單一，與現(xiàn)代化網(wǎng)絡(luò)資源與教學(xué)平臺銜接性不夠緊密，不利于學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)。現(xiàn)有的藥物化學(xué)線上實(shí)驗(yàn)教學(xué)資源難以滿足線上教學(xué)的需要，專業(yè)分類模糊、區(qū)分度不大。因此，隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，為了激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生的科研思維、提高學(xué)生的動手能力，我們根據(jù)專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)對基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了優(yōu)化，明確了實(shí)踐教學(xué)過程中能力與知識的訓(xùn)練培養(yǎng)框架。

在繼承以往基本操作與要求的前提下，深入挖掘?qū)嶒?yàn)細(xì)節(jié)內(nèi)涵與延伸，明確了需要強(qiáng)化的知識點(diǎn)及對應(yīng)的要求，從而讓學(xué)生在掌握實(shí)驗(yàn)所涉及儀器的基本操作、基本原理及注意事項(xiàng)的同時，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生藥物化學(xué)成分提取分離的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰εc科研實(shí)踐的思維的目的。設(shè)計相關(guān)重點(diǎn)難點(diǎn)問題及案例，督促學(xué)術(shù)完成思維導(dǎo)圖，共同促進(jìn)每位同學(xué)建立個性化的知識體系。引導(dǎo)學(xué)生利用多元化的知識資源形成自我吸收后的、能夠聯(lián)系實(shí)際、可持續(xù)延展的“變形”知識體系，學(xué)以致用，這點(diǎn)能夠極大的提高學(xué)生的邏輯思維慣性，幫助學(xué)生創(chuàng)新思維上升到更高層次。

(2)中藥化學(xué)實(shí)驗(yàn)平臺的優(yōu)化

課前通過互聯(lián)網(wǎng)收集整理中藥化學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器圖片、視頻資料、及實(shí)驗(yàn)室常規(guī)與精細(xì)操作過程實(shí)況，以構(gòu)建知識體系為目標(biāo)，充分整理線上教學(xué)資源，借助現(xiàn)有教學(xué)資源平臺與技術(shù)，指導(dǎo)學(xué)生課前線上預(yù)習(xí)；教學(xué)過程中運(yùn)用現(xiàn)代計算機(jī)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)（Augmented Reality，簡稱AR）可以把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動[5-6]，能夠豐富教學(xué)呈現(xiàn)的內(nèi)容，將實(shí)驗(yàn)過程中的真實(shí)信息和互聯(lián)網(wǎng)虛擬世界進(jìn)行“無縫”銜接。

通過AR技術(shù)在某個特定對象注釋相應(yīng)的知識要點(diǎn)，讓學(xué)生在移動客戶端憑借注釋信息提取圖片3D圖像，從而增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的感官和認(rèn)知的強(qiáng)化，幫助學(xué)生更好地掌握學(xué)習(xí)要領(lǐng)。同時對于課堂上收集來的實(shí)際操作信息，融合模板操作的真實(shí)音視頻信息，通過AR技術(shù)打造一個模擬的“真實(shí)”環(huán)境，讓學(xué)生仿若置身真實(shí)情景之下，將理論與實(shí)際相結(jié)合，做到學(xué)以致用[7]。這種虛擬的學(xué)習(xí)環(huán)境有音頻、視頻等豐富的呈現(xiàn)形式，更是隨時可以通過移動設(shè)備抓取教材中的附件信息，把課堂嵌入理想化的真實(shí)臨床環(huán)境中，不僅可以快速的吸引學(xué)生注意力，更能獲得身臨其境的體驗(yàn)，課堂與實(shí)踐有機(jī)的結(jié)合起來，強(qiáng)調(diào)知識要點(diǎn)的同時又增強(qiáng)了互動性、趣味性[8]。在此基礎(chǔ)上基于通用模型設(shè)計，以實(shí)物化形式體現(xiàn)藥物化學(xué)結(jié)構(gòu)影像，將虛擬現(xiàn)實(shí)以實(shí)物再現(xiàn)，幫助學(xué)生更直觀地了解藥物，取得更好的認(rèn)知效果。

課后根據(jù)實(shí)踐教學(xué)內(nèi)容及時檢測學(xué)生的學(xué)習(xí)效果，進(jìn)行知識技能的鞏固擴(kuò)展及學(xué)情反饋后，授課教師可以按期布置課外內(nèi)容，也即是重點(diǎn)書寫實(shí)驗(yàn)討論內(nèi)容，這樣將課堂延續(xù)到課外，不僅能夠督促學(xué)生復(fù)習(xí)課堂教學(xué)內(nèi)容，更能充分調(diào)動學(xué)生主動思考的能力，授課老師也可以從學(xué)生上交的實(shí)驗(yàn)報告中了解到學(xué)生對中藥化學(xué)知識點(diǎn)的掌握情況及應(yīng)用程度，對于學(xué)習(xí)過程中存在的問題及難點(diǎn)補(bǔ)缺補(bǔ)差。

3.課程評價

講授后的教學(xué)質(zhì)量評價是對于教師授課結(jié)果及學(xué)生所學(xué)技能的綜合考量，這對在線課堂尤為重要。從學(xué)生和教育工作者雙重角度評價教學(xué)，整合不同評價方法優(yōu)缺點(diǎn)，更加有的放矢，有助于師生全面提高知識傳授成果[9]。采用不同的測評方式，以滿分100為例，期末考試成績占比40%，在線學(xué)習(xí)成績和實(shí)驗(yàn)操作各占30%。形式多樣，常規(guī)的如練習(xí)題、課堂課后問卷、教學(xué)評價量表等。設(shè)計問卷及其他形式在線檢測軟件，按照出勤率、課堂參與度、觀看課程音視頻、課后作業(yè)及課堂章節(jié)知識點(diǎn)測驗(yàn)等按權(quán)重進(jìn)行綜合評定。實(shí)際教學(xué)工作中，我們會提前告知各項(xiàng)得分的標(biāo)準(zhǔn)：如每簽到一次加1分，觀看完教學(xué)課程視頻/音頻成得5分，完成小組任務(wù)獲得10分等，目的是檢測學(xué)生是否掌握了書本內(nèi)容的重點(diǎn)難點(diǎn)部分，強(qiáng)化本章節(jié)部分相關(guān)知識點(diǎn)的掌握，對臨床辨證思維進(jìn)行鍛煉，從而進(jìn)一步完善教學(xué)策略。通過反饋我們也得知一些共性的問題，雖然大部分學(xué)生對線上教學(xué)效果滿意，超過五成學(xué)生能夠提前完成預(yù)習(xí)課程內(nèi)容的任務(wù)，課堂上通過彈幕等形式充分提出自己的疑問，與老師良好的互動。但是也會有學(xué)生反映長時間的線上教學(xué)，面對手機(jī)或電腦，會感覺視力下降、渾身酸痛疲勞，困倦疲憊，容易受到網(wǎng)絡(luò)速度或者周圍環(huán)境的干擾，無法集中精神上課，針對這種現(xiàn)象，教師要提前做好應(yīng)對，如縮短教學(xué)時間，授課過程中穿插不同形式的互動答疑環(huán)節(jié)，從而視力和心理上緩解疲勞，減少對著屏幕時間[10]，使學(xué)生保證休息的同時取得更好的教學(xué)效果。

4.存在問題

在臨床授課過程中，我們也總結(jié)了特殊時期下計算機(jī)輔助教學(xué)課堂上一些共性的問題，總結(jié)如下：

第一點(diǎn)就是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備條件支撐不足，相較學(xué)生而言，特殊時期所有高校、所有學(xué)科同時開展線上教學(xué)，這就導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)通訊阻塞、卡頓等現(xiàn)象，授課效果差強(qiáng)人意；而我們的授課對象，在日常生活中網(wǎng)絡(luò)條件難以滿足教學(xué)軟件的需求，在線上教學(xué)時難以統(tǒng)一不同的的授課平臺，在網(wǎng)絡(luò)監(jiān)管或者限制條件下難以下載相關(guān)教學(xué)軟件，網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定導(dǎo)致學(xué)生端信息接收不及時，容易滋生抵觸情緒。而一堂成功的課不僅是老師提供精彩的授課內(nèi)容，更需要學(xué)生的全身心參與，如果二者之間有偏差，不同主體性發(fā)揮程度不一，教學(xué)效果也將大打折扣。

第二點(diǎn)需要警惕的是線上教學(xué)環(huán)境相對寬松，沒有教師及課堂紀(jì)律的約束，容易引起懈怠心理，有些自主性欠缺的學(xué)生將學(xué)習(xí)視頻獨(dú)自打開，而本人在從事其他的事情，這里需要反復(fù)提及的是學(xué)習(xí)最終的學(xué)習(xí)效果與投入程度呈正相關(guān)。最后也是最難的一點(diǎn)是特殊時期突如其來，無法對線上教學(xué)的老師進(jìn)行系統(tǒng)培訓(xùn)，導(dǎo)致線上教學(xué)能力欠缺，對線上線下教學(xué)差別缺乏思考，無法整合網(wǎng)絡(luò)資源，對于突發(fā)事件應(yīng)對混亂，甚至形成教學(xué)事故，無法及時的糾正技能操作，通常的說學(xué)習(xí)任務(wù)完成度較高，但是從知識到臨床實(shí)踐知識掌握仍顯不足。因此需要后續(xù)課程中反復(fù)鞏固，優(yōu)化課程資源建設(shè)，提高高校和教學(xué)醫(yī)院教師線上教學(xué)能力，以期達(dá)到知行合一的學(xué)習(xí)效果。

5.小結(jié)展望

在線授課是現(xiàn)階段的最優(yōu)選擇，作為任課教師，唯有通過不斷提高中藥學(xué)信息化建設(shè)水平，豐富教學(xué)手段，才能在特殊時期保證教學(xué)質(zhì)量，充分提升學(xué)生臨床實(shí)踐技能?；谟嬎銠C(jī)信息技術(shù)數(shù)據(jù)化，不僅能更好的結(jié)合當(dāng)下醫(yī)學(xué)實(shí)際，關(guān)聯(lián)各種檢測指標(biāo)，也能啟發(fā)學(xué)生思維，調(diào)動學(xué)生的科研興趣，廣泛整合現(xiàn)代教育資源[11-12]。而計算機(jī)技術(shù)及軟件設(shè)計應(yīng)為中藥化學(xué)教學(xué)提供配套的儀器設(shè)備和形象化的教學(xué)手段，最大程度上模擬實(shí)際環(huán)境，對這些未來的從業(yè)者們的進(jìn)行思維鍛煉和考核，減少人為主觀因素干擾，實(shí)現(xiàn)真實(shí)世界與虛擬平臺的理想化交互，設(shè)計出更加優(yōu)化的軟件來展現(xiàn)教學(xué)成果、方便數(shù)字化儲存及多平臺的交互[13-14]，從根本上提高學(xué)生對于中藥化學(xué)知識的掌握。