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1.2沈婵娟等通过比较茯苓醇提物、空白血清和含药血清的HPLC图谱,结果显示雌雄大鼠入血成分略有差异,雄性大鼠含药血清中有11种移行成分,其中6中为原型药物,5中为代谢产物,雌性大鼠含药血清中有9种移行成分,其中5种为原型药物,4中为代谢产物,提示药物代谢存在性别差异。
1.3黄柏中16个成分入血,7个以原型药物存在,9个为代谢产物,初步确定巴马丁和小檗碱为黄柏的主要入血成分。
1.4谢长等对菝葜抗炎活性部位进行血清药物化学研究表明,菝葜提取物含药血清中发现了45种入血成分,另发现新妇苷、黄杞苷、白藜芦醇、槲皮素为主要入血成分,即可能为菝葜抗炎活性部位的药效物质基础。
1.5雷公藤提取物给药后24h内血中先后出现了8个移行成分,其中5个为原型药物,2个为代谢产物,1个为血清固有产物。雷公藤为8个入血成分之一。没食子酸的研究表明,给药后血清中确定5个血中移行成分,4个为原型成分,另外1个入血成分则可能是某种化学成分的代谢产物。4个入血成分可能为没食子的体内直接作用物质,3种含药血清中均含没食子酸,提示没食子的作用物质可能是没食子鞣质在体内降解后的没食子酸。
1.6程星烨等采用LC-MS/MS对延胡索活性部位入血成分进行研究,通过对保留时间比对、离子碎片解析等综合分析,坚定了9个入血成分均为原型成分,同时也发现部分生物碱是以葡萄糖酸醛结合物的形式存在。
1.7龙血竭给药后在含药血清中发现6个入血成分,其中5个都属原型成分,分别为,3,4'-二羟基-5-甲氧基二苯乙烯、剑叶龙血素B,4'-羟基-4,2'-二氢查耳酮(新化合物)、剑叶龙血素A和龙血素B;1个可能为原型成分或代谢产物。此外,还有学者对金银花、防风、五味子、乌药、羊藿等药材进行了血清药物化学研究,为深入研究中药药效物质基础和阐明作用机制奠定了一定的基础。
2血清药物化学在中药复方物质基础方面的研究现状
2.1对当归芍药散的研究表明,给药后大鼠入血成分中有7个被确定为原型吸收、1个被确定为代谢产物吸收,并发现当归芍药散的药效成分可能为芍药苷磺酸盐、芍药内酯苷、芍药苷、阿魏酸、川芎内酯I、藳本内酯和丁烯酜内酯。
2.2郭辉等对大黄附子汤的研究表明,给药后发现18个入血成分,其中初步确定4个为原型成分,14个为代谢产物,血中移行成分主要来源于大黄和附子两味君药,复方中的芦荟大黄素、大黄酸、大黄素、细辛脂素均以原型形式直接吸收入血,初步推测其为治疗寒积腹痛的药效物质基础。
2.3地黄饮子研究表明,给药后家兔血清中9个入血成分,其中2个为原型成分,7个为代谢产物,这些分别来源于五味子、远志、石菖蒲、巴戟天、山茱萸、肉苁蓉、附子和麦冬。
2.4复方贞术调脂胶囊研究表明,给药后血清中发现有28个药源性成分,其中10个为原型成分,18个为代谢产物。体内药效物质并非体外成分的简单相加,经体内生物转化和选择性吸收,体外主要成分巴马汀和小檗碱在体内经代谢后含量明显降低,而丹酚酸A和丹酚酸B等含量较高的物质在实验中未被检测到。
2.5生脉散的研究表明,给药后血清中产生18个血中移行成分,利用质谱数据表征血中移行成分的结构,其中13个为原型药物,5个为代谢产物,推测他们有可能为生脉散的体内直接作用物质。
2.6吕永海等采用RRLC-Q-TOF/MS检测到复方丹参片的入血成分,14个原型药物和8个代谢产物,其中丹参醛、丹参新醌B、丹参素的糖结合物(M1)和丹参新醌B的甲基化产物(M8)等是利用LC-MS首次在大鼠体内检测到。利用UPLC-Q-TOF/MS鉴定了心肌缺血大鼠血浆中的22个生物标志物,其中7个标志物出现在嘌呤代谢途径中,丹参酮ⅡA和丹参酚酸B分别具有调节钙离子通道和抑制肾上腺素β受体的作用。此外,对灯盏细辛提取物、芍药甘草汤、舒胸片、四逆散、酸枣仁汤、三黄泻心汤、大承气汤等的血清药源性成分的研究初步明确了复方中众多化学成分在体内的吸收情况,为中药是我药效物质基础研究奠定了一定的基础。
3血清药物化学在其他领域的应用
近些年,药食同源的中药材成为我国功能性食品的资源宝库。血清药物化学在寻找食品功能因子和功能性食品功效物质基础的研究方面起到了很大的作用。功能食品中的功能因子,与药物中的药效活性成分基本类似,因此中药血清药物化学的研究方法也可以应用到药食同源的中药材食品功能因子的开发,同时,该法较之传统的研究方法,血中移行成分比原药的化学成分减少了很多,这在很大程度上降低了研究的难度,提高了研究的针对性,也节约了研究成本,为我们的功能性食品研究提供了新的思路。此外,孙志翠等人提出,借鉴“中药血清药物化学”研究思路,运用化学分析分离方法,观察给药后进入脑脊液的化学成分,通过关联透过血脑屏障的移行成分与中药复方的药理效应,来阐明药物透过血脑屏障来发挥作用的物质基础,这一方法的引入为中药复方体内的药代动力学研究开辟了了新的道路,为中药物质基础的研究迈了新的一步。
4研究中药血清药物化学的意义
4.1促进了中药血清药理学和中药药代动力学发展
中药血清药理学是一种离体的实验方法,是指给动物服药后,再取经消化、吸收、分布,代谢和排泄等体内过程的含药血清作为药物源进行药理学实验的方法。在实验中受到的影响因素较多,结果重现性低,引入血清药物化学的方法,可以根据给药后入血成分和血清HPLC指纹图谱的变化规律,消除不利的因素,采取合理的实验方案,利用化学分离技术有效的集合入血成分。药物动力学是应用动力学的基本原理,定量的描述药物通过各种途径进入人体内的吸收、分布、代谢和排泄等过程的动态变化规律。应用血清药物化学可在众多的复方成分中富集入血成分,形成有效成分群,从而更加清晰,全面的阐释复方中药效物质在体内经时量变化过程和药代动力学模型,探讨药物动力学参数与药物效应之间的关系,研究药物制剂体外的动力学特征与动力学之间的关系,也可以推测体内药量与时间的关系,以药物动力学参数定量的描述药物在体内的变化规律。
4.2建立中药及复方的质量标准
建立既符合中医药特色、又能走向国际的中药质量标准体系,是中药实现现代化、标准化的关键。中药成分复杂,进入血液的成分才是起效的根本物质。因此通过指纹图谱模式结合中药血清药物化学方法,同时以中药复方中的主要成分和血中移行成分均为指标,既能合理地评价复杂的中药复方的稳定性和真实性,也可以更真实全面的体现中药多途径多靶点的作用特点。
4.3有助于阐明中药复方的配伍机制
配伍是中药在临床应用的特点,通过配伍可增强疗效,降低毒副作用,扩大适应范围,改变药性药味以适应病情需要。按照配伍变化的发生部位,分为药物进入机体前由其理化性质的改变所引起的,称之为体外配伍变化。体内药物相互作用主要表现在药物再吸收、分布、代谢与排泄过程中产生的协同、拮抗或毒副作用。利用现代科学方法和先进的技术,通过中药血清药物化学方法可以全面分析复方的血中移行成分、确定复方的药效物质,阐明有效成分的体内动态变化和成分间相互作用及消长规律的研究,能够在一定程度上科学地诠释复方的配伍规律。
二、结合工作岗位,选择实验课程内容
打破理论课程为主,实践课程为辅的传统教学内容的安排,重新组织和设计教学内容,加大实验课程的比重,将实践课程融入理论课程的学习中。在实验课程内容的选择上,我们结合工作岗位,选择典型实验,例如针对主要岗位群岗位的基本技能要求,我们开设药物的氧化变质反应,药物溶解度和熔点测定,抗生素性质的实验,甾体药物的性质实验,维生素的性质,解热镇痛药物的性质实验,磺胺醋酰钠的制备,扑热息痛的制备,盐酸普鲁卡因的合成。每个实验项目以工作任务为核心,结合工作岗位由基本技能训练项目到综合实验技能训练项目的顺序进行编排设计,由易到难,符合学生的认知特点。实验课程内容设计强调所学知识与职业岗位同步,使教学内容与生产实践、工作过程紧密结合,学生在完成真实或虚拟的工作任务过程中逐步实现能力和知识体系的构建[2]。
三、以行动为导向,改进教学方法
(一)创建开放式的学习环境
药物化学是一门实践性较强的课程,理论教学离不开实验。通过实验室的开放,激发学生的学习兴趣,鼓励学生发散思维,不断创新,这样不仅可以最大限度地发挥实验器材及场地的作用,而且有利于锻炼学生的操作技能,培养他们的观察能力、解决问题的能力,使学生养成严谨细致,诚实守信及节约的职业习惯。在教学过程中,鼓励学生根据自己的能力,选择适合自己的角色,进行讨论式学习,竞争学习,研究学习等,培养学生团队合作的能力;在业余时间,可以安排相关专家讲座,网络课程等开放性学习活动。
(二)开发工学结合的教学资源
基于制药专业一线的工作过程,开发工学结合的教学资源辅助药物化学改革,例如,工作任务单、实训任务书、实训指导书、视频素材、工学结合教材等。同时开发网络课程,在模拟的工作环境下,扮演不同的角色,提高综合技能。
(三)采用“任务驱动”形式,按照工作过程“六步法”组织教学
教学活动与企业工作运行模式相融合,采用“任务驱动”的形式,以学生为主体,以与企业专家共同研讨设计的“任务书”和“工作单”等来引导教学,采用“咨询-计划-决策-实施-检查-评价”六步骤教学法,使学生有计划,有目的完成工作任务,不断提高学生职业素质和能力。
1)咨询。教师下发“实验任务书”,帮助学生明确任务和理解工作要求。依据任务要求,教师提出几个引导性问题,在寻找问题答案过程中,例如,“药物的氧化变质反应”实验项目任务书中,要求学生结合已学知识,完成工作任务如下:影响药物氧化变质的外界因素有哪些;药物结构中哪些官能团易被氧化;可采用哪些措施防止药物氧化变质。教师可通过提问的方式了解学生对任务内容的完成情况,对于知识的难点和重点,教师通过详细讲解的方式帮助学生理解和掌握。
2)计划。学生以小组(2~3人)为单位,制订设计实验方案,包括工作内容、仪器、分工、采用的组织方式等。
3)决策。各组通过制作幻灯片或选择喜欢的展现方式,简要汇报实验方案和分工要求,教师组织各组学生互相指出计划的优缺点,共同完成计划方案的优化,确定实施方案。
4)实施。学生按方案完成任务,详细记录工作过程与结果,合理分析结果,完成实验报告并提出改进意见;教师监控学生工作的全过程,并提供个性化的辅导。
5)检查。该环节渗透于其他各个工作环节中。在实施过程中不断自查、小组互查,教师在各组完成任务过程中不断进行过程检查,任务完成过程中,学生可以采用幻灯片,口头汇报,书面汇报等形式接受检查。
6)评价反馈。学生工作成绩由学生自我评价,组员间相互评价,教师评价相结合的方式完成。各个环节尽可能做到客观评价,这样才能激发学生的积极性,通过评价找出自身的不足,不断提高与进步。
2药物化学实验网络课程建设内容
药物化学实验网络课程平台是由如下几部分组成:课程介绍、教学大纲、教学日历、教师信息、教学材料(教案、讲稿、实验视频、实验教学的PPT)、答疑讨论、课程问卷、课程作业组成。在药物化学的实验网络平台建设中推行课程介绍,使学生对本课程有了更为深入的了解和认识,为本课程的学习奠定基础。同时在给平台中推行电子教案、讲稿、大纲、教学日历、教学材料(教案、讲稿、实验视频、实验教学的PPT),提高授课时效。例如,使用计算机多媒体技术模拟实验过程,把学生从形象思维引导到逻辑思维,使教学内容更为形象、生动,调动学生的学习兴趣,提高教学效果和学生的学习效率。药物化学实验网络课程不再是理论课教学的重复,而是知识的延伸、拓展和能力的训练过程。师生可以通过网络平台存储的教学资源,根据需要迅速、任意地选择和调用图文视频资料获取学习资源,便于学生根据教学要求进行自主学习,学生在有限的时间内任意反复接触较多的实验教学资料,提高学生的实践能力。学生还可以根据网络平台的课程作业进行网上自测,巩固所学知识,如有问题,学生可以在线提出问题,教师进行网上答疑讨论。网上答疑讨论,以教师与学生、学生与学生之间对药物化学实验学习的有关问题进行在线双向讨论。教师对学生提出的问题进行解答,便于学生和教师进行良好沟通,教师根据学生的普遍问题调整教学策略,学生的疑惑得以解答后促使学生能够对药物化学实验更好的学习,起到教学相长的双重效果。学生在线填写课程问卷,课程问卷是对教学效果的反馈,教师根据教学效果的反馈意见,对学生情况和教学内容进行分析,提出整改措施,提高效果。
导学案必须围绕一个学习目标,分层递进地设计活动。为了提取实验的主要信息,每个实验都设置了知识目标、能力目标、情感和素质目标,方便学生对照目标检查即将/是否完成的实验目标。如阿司匹林的合成,设计的实验目标是:①知识目标:巩固阿司匹林的结构、物理化学性质和用途;掌握酯化与重结晶的原理和实验操作;熟悉合成中杂质的来源及除去方法;理解影响实验结果的主要因素及如何设计和优选工艺参数。②能力目标:培养学生的实践操作能力、协作能力与科研创新能力。③情感与素质:阳光展示,快乐学习,加强实验安全意识,注重培养实事求是、严肃认真的科学态度以及良好的道德品质。
1.2重点、难点
每个实验操作过程都较繁琐冗长,重点难点要突出。一般合成实验中设置的重点和难点只有一两个,即合成反应的原理和实验操作,实验设计中影响因素及其水平的选择。
1.3实验原理
实验原理即操作的理论依据,只有真正理解了实验原理,才能理解实践操作过程的意义和目的,实验方案设计才能得心应手。根据理论指导实践操作,实践又修正理论的原理,设计的实验原理均是以问题探究的形式让学生自主预习与探究。如药物的合成实验中,通常设计的问题是:①简述药物的结构、性质、作用与用途。②合成化学反应的原理及其操作(要求写出化学反应方程);③杂质有哪些,如何除去这些杂质?④如何鉴定所得产品是目标产物?
1.4仪器与试药
要求学生自己列出,并说明每种试剂在反应中起什么作用,试剂规格和浓度是多少,实验前均需要提前准备好,这样在实验中才不会用错试剂。如磺胺醋酰钠的制备中,氢氧化钠试液有4种不同浓度(见表1),稍有不慎,将会有一步走错,全盘皆输的后果。
1.5实验操作及关键点
每个实验项目操作均不相同,根据具体的操作提出针对性的问题进行探究。在磺胺醋酰钠的制备实验中,设计的探究问题是:①在反应过程中加料很重要,先后的原则,每次只加其中的一种,以使反应液始终保持pH值。如果pH值过高,则多,如果pH值过低,则多。②酰化反应为(放热、吸热)反应,应采取措施控制反应温度为。③调pH至7时,析出的固体是,调至pH7以下时,固体(A增多、B减少)。④调pH至4~5时,析出的固体又是,调至pH4以下时,固体(A增多、B减少)。⑤制备钠盐时所需要氢氧化钠的量如何计算,氢氧化钠量偏多或偏少对实验结果有何影响?⑥根据磺胺类药物的结构与理化性质,请设计出2种以上的鉴别方法,并比较三种磺胺类药物的鉴定结果的异同。以上问题有些书上能找到答案,有些则需要探索后才能得到答案。
1.6原始记录、结果与讨论
科研过程要求原始记录真实、完整,这样实验过程中一旦出现异常情况即可查找原始记录,分析原因,寻找解决办法。在磺胺醋酰钠的制备实验中,我们设计的原始记录见表2和表3。通过表2和表3的数据可以从实践操作层面回答以上探究的问题。科研过程中对数据的处理和结果的分析是必不可少的环节,因此需要对学生加强引导与训练,使其具备一定的科研素质。
1.7巩固与拓展
此环节既是检测学生对实验重点内容的掌握情况,又是对与此实验相关的知识的拓展延伸,起到事半功倍的效果。在对乙酰氨基酚的实验中,设计的巩固与拓展问题有:针对药物的结构与性质间关系我们提出了“亚硫酸氢钠在实验中起什么作用”的问题;针对反应的原理及常用酰化试剂我们提出了“酰化反应为何选用醋酐而不用醋酸作酰化剂”的问题;针对精制的操作提出了“对乙酰氨基酚的合成中的特残杂质是什么”的问题;针对单因素实验结果提出了“影响酰化反应产率的因素有哪些”的问题,并要求学生根据单因素试验结果,自己设计一个正交试验来选择最佳的酰化反应条件。在思考回答这些问题时,即加深了对原来知识的记忆,又拓展了运用知识的新能力。
1.8反思与报告
课后师生均进行反思,对本次实验进行小结,以便能更好地开展以后的实验教学。每人提交一份实验报告,以锻炼学生的基本科研写作能力。
2在药物化学实验教学中引入导学案模式教学的意义
2.1由被动学习向主动学习转变
传统教学是教师口头告知需要做实验预习,因而大多数学生的预习是被动的,将课本上原理与操作过程照抄一遍给教师检查。导致实验课上是学生对实验的目的、原理、实验操作过程等基本不了解,而实验操作亦无新意与挑战性,很容易引起学生对教学实验的认识疲劳,在满足了学生的一点好奇心以后,可能会导致学生对教学试验的厌倦,丧失对实验的兴趣,因而很少有学生去主动探究实验的奥妙。采用导学案模式教学后,学生人手一份学案资料,按照学案资料能有目的地完成预习;实验环节丰富多彩且富有挑战性,学生对学习乐此不疲;实验成绩评价多元化,能激发学生的学习主动性,积极地完成学习任务。
2.2由机械地操作向丰富多彩地探究活动转变
例如对乙酰氨基酚的合成实验,传统的教学实验按照教材操作[3],基本上是“照单抓药”式,只是训练学生的机械式地操作技能或技术。至于为什么要这样进行操作,怎样做才能做得更好,实验过程中出现异常现象怎么处理等等诸多问题学生完全也不用去考虑,因为试验指导书、教材、老师都是这样记载、讲述和要求的。引入导学案模式后,我们设计了四个循序渐进的从理论到实践的问题进行探究,且增加了对理论与实践成果的展示与点评,巩固与拓展、反思与反馈等环节,学生在丰富多彩地教学环节中有效地完成了学习任务,学生发现问题、解决问题以及探索创新等能力均得到较大地提高。
2.3实验成绩评价由单一向多元化转变
传统的实验成绩由实验报告成绩确定,有的学生实验不做或做得不好,课后抄别组的实验数据甚至是照抄别的同学的报告,最后也得高分,这样误使学生认为实验操作不重要,重要是写好报告。而引入导学案模式后,实验成绩从预习、活动探究成果、展示与点评次数、实验报告、劳动以及纪律等多个环节较客观、公正地评价,有效地激发了学习的热情,使学生对各个环节学习的均较重视。
3讨论
经过一个学期的实践教学,大多数学生都适应且能良好地完成教学目标。课前积极主动完成预习、课堂探究、展示与交流活动开展有条不紊且有声有色,巩固和反思等环节能一丝不苟地完成,实验报告能及时完成且效果良好,并且能体会实验的乐趣,学会倾听与分工合作,学生的探索发现能力和解决问题能力提到了提升。但在实践中还需要注意几个问题,以便能更好地开展教学活动。
一是关于导学案的使用。导学案包括“导”和“学”两部分。“导”即教师的引导和指导,包括课前预习、课堂探究、巩固练习、课后拓展反思、兴趣与能力培养等各个具体的环节。教师需要全程参与、监督与指导,当学生在讨论过程中容易偏离话题或进入沉闷时,教师要及时引导、鼓励与点拨,同时也需要对重点、难点的内容进行精讲,并进行拓展延伸,培养学生的创新思维与能力。“学”即学生自主学习,主要以“问题探究”形式进行,包括课前对旧知识的回顾、新知识的预习,然后带着未能解决的问题进入课堂探索,课后学生需要自主整理、归纳、复习巩固,形成能力。
二是教学中要充分激发学生的学习兴趣与求知欲望。在实践过程中可以采取多种措施以激发学生的兴趣与求知欲望:①选择的实验内容最好是学生熟悉的药物,这些药物贴近生活,不再是纸上谈兵,易产生共鸣与兴趣。②鼓励学生进行展示,补充、提问与点评,评选优秀小组与组员等,均可加分并累积作为平时成绩的依据,使学生积极主动地参与。③实验成绩评价多元化,包括自评分、互评分和师评分,从预习、探究中展示、点评、补充、质疑、解疑、巩固拓展训练、反思、实验报告、劳动和纪律等各个环节进行评价,使评价更客观、公平与公正。④教师对学生实验探究活动表示出极高的信任,对其成果表示肯定,增强学生的自信与成就感。⑤在教学实践将导学案模式与科学试验的原理与方法[4]、多媒体手段等有机结合,让学生体验科学探索的过程,图、文与演示的直观生动与学习的乐趣。通过这些措施,能有效激发学习的兴趣与求知欲,提高了教学效果。
2根据教育目的明确教学重点
对于化学制药专业的学生来讲,作为药化专业学生来讲最重要的药物分子与机体细胞之间相互作用机制可以少讲,因为高职化学制药专业的学生应以化学药物的基础知识为重点,在作者与学生的交流中发现,分子生物学是让他们对药化学习感到吃力甚至反感的主要原因。而且作者通过学生的平时作业及考试成绩分析发现,学生有些能够将分子生物学及药物的作用机制等知识点记住,药物说明书上常见的化学结构都不知如何命名,也不能通过化学结构推断出其性质和用途,主要原因是没有根据化学制药专业学生将来服务社会的就业岗位来调整药物化学的教学重点,违背了化学制药专业开设药物化学课程教学的初衷。
3重视实训课的教学,培养学生规范操作的职业技能
高职院校药物化学的实训课中,部分老师给学生打分评价的时候只看最后的结果,强调按照实验课本上的标准程序去实验。事实上很多药物史上重大的发现和突破都是一些偶然的或者从副作用等其他的方面来展开的,而不是按照固定的程序产生的。之前在药物化学的实训课的考核中,老师一般根据学生做实验的结果来打分,而作者认为学生将来就业要胜任自己的岗位工作和有所创新,必须重视实验记录情况、操作的准确记录度以及实验结果的分析。因为只有重视实验过程的详细记录和操作的规范准确,才有利于对实验结果的分析。实验结果本身在于实验过程是否准确,至少能够说明在某种固定的条件下产生了一个真实的结果,但是如果实验条件记录不清楚,实验结果即使正确也不能说明什么问题,再次重复可能不会得出上次一样的结果,它可能只是一种偶然条件下产生的。而如果结果是错的将无法从实验记录中查出失败的具体原因,因为对其产生的过程以及实验条件都没有详细的记录。
4强调自学能力的培养
在这个知识发展日新月异的时代,如何培养和提高学生的自学能力就显得尤为重要。化学制药专业是一个新型发展起来的专业,药物化学与数理化这样大部分规律已经明确知道的学科不同。药物化学基础理论是一个复杂的系统,更新也很快,因此在教学的过程中应强调学生文献检索能力和自学能力的培养。学生在未来的学习和工作中只有不断的自我更新专业知识,才能适应社会的发展不与社会脱节。在目前的信息社会,文献的检索利用及自学能力的强弱会对工作效率和质量产生重要的影响。
二、案例教学法在药物化学教学中的实践探索
国外高校在药物化学教学中也尝试运用案例教学法,并出版案例学习教材,书中收集的案例涉及临床用药和配伍,适合药学类专业学生使用。国内高校在药物化学教学中也尝试了案例教学法。《药物化学-案例版》(孟繁浩著)主要提供了一些代表药物的临床应用实例,内容稍显单一,并不适合制药工程专业学生使用。下面就对多层次案例教学法的设计和实施过程进行简单介绍。
1.梳理教学内容,实行多层次案例教学
药物化学课程内容繁杂,涉及知识领域多,如果不对知识体系进行适当的梳理,收集的案例资料就会难以全面反映课程教学内容。我们将药物化学的知识体系按教学要求分为四个层次:①药物化学基础知识和理论;②药物化学基础知识的应用;③药物设计和新药发现的原理和途径;④新药发展趋势和前沿知识。然后对以上四个层次设计相应的教学案例。针对基础知识和理论采用“趣味性案例”,案例资料以药物发展史实例、社会热点事件等为主。例如,在抗疟药中介绍“青蒿素发现的故事”,在学习普萘洛尔时穿插介绍詹姆斯•布莱克因发明该药获得诺贝尔奖的资料,学习麻黄碱时介绍“感冒药制毒案件”,学习抗生素时介绍“超级细菌”,学习激素药物时介绍“运动员兴奋剂事件”。这些贴近生活的实例增加了趣味性,提高了学生的听课热情,增加了课堂上的师生互动。针对药物临床应用和生产方法采用“问题型案例”。在讲课时提出相关药物的生产或临床使用实例,引导学生带着问题听课,在学习中思考,并能学以致用。例如,在学习解热镇痛药一节,课前先提出临床应用实例:“一名3岁男孩由于误服了大约半瓶对乙酰氨基酚,被母亲送到急诊室,医生为男孩洗胃后,还需要进行进一步治疗。然后提出问题:①大量服用对乙酰氨基酚会产生何种毒副作用?产生的机制是什么?②医生下一步应采取什么治疗方案?为什么?”。每个章节的药物介绍都通过类似的应用实例,提出若干问题,供学生在课堂上或课后分析讨论。针对药物设计和新药发现采用“典型案例式”教学,精选了10个新药研发案例,结合教材中的理论知识,通过课堂案例介绍,组织学生讨论其中的基本原理和方法,提高了学生对创新药物研究的兴趣和认识。如“西咪替丁及其类似物的发现过程”“、卡托普利的发现过程”、“他汀类药物的发现过程”、“紫杉醇的发现过程”、“联苯双酯的发现过程”等。通过案例讲解和讨论,培养了学生新药创新的概念和意识。针对新药的发展趋势和前沿知识采用“研讨式案例“教学。由于药物的更新换代速度很快,要及时跟踪新药发展趋势和前沿知识。布置学生跟踪最新上市的新药,组织课堂报告和讨论,包括其中蕴含了哪些药物化学原理和方法,有哪些创新性,对我国新药研发有哪些借鉴意义等,引导学生如何从文献资料中进行信息的归纳整理,培养学生终身学习的能力。
2.案例教学的实施过程
(1)收集资料。资料收集是案例教学法的关键环节。收集案例资料有几个主要来源:一是参考文献和教材,如《MedicinalChemistryCaseStudyWorkbook》,选取一些有针对性的案例直接使用,如地西泮类镇静催眠药的临床使用案例;二是反映行业进展和动态的网上资料和文献报道。如美国默克制药公司的罗非昔布召回事件;三是上市新药的研发案例。这部分来源于文献和专利报道的近几年世界上市新药。另外参考已出版的药物化学百科丛书《新药研发案例》,从中选择合适的案例,如西咪替丁的研发过程;
(2)编写案例。对收集的原始资料及文献资料要进行整理、提炼,提出问题和解决方案,编写完整的课堂教学案例。编写案例的关键是凝练问题,每个案例提出5个左右有针对性的问题。如在“瘦肉精(盐酸克伦特罗)”中毒事件案例中,可讨论问题如下:①瘦肉精为什么能增加猪的瘦肉率?②瘦肉精为什么能在猪肉中蓄积?③食用含瘦肉精的猪肉为什么会引起中毒?可能的机理是什么?④瘦肉精能否用来增加运动员的肌肉?是否会产生毒性?⑤有哪些可能的方法能快速检测猪肉中的瘦肉精?
(3)课堂讨论。案例教学法的实施效果如何,关键在于课堂讨论的组织和调动。要将案例和问题提前布置,使学生课后主动查阅资料,思考解决方案,课堂上再分组讨论,老师做适当的引导,鼓励同学们积极发言。案例的背景介绍和问题的提前布置很重要。由于学时有限,课堂讨论一般要控制时间,以15~20分钟为宜。
(4)总结评价。案例教学法的最后环节就是老师的总结评价。对于很多案例的讨论结果,不一定有唯一的答案,重点强调学生讨论的参与程度,讨论问题的过程,分析和思考问题的思路等,鼓励学生的探索创新精神。老师根据学生的准备情况和讨论过程给出总结性评价,并计入平时平时成绩。
三、案例教学法在实施中的一些思考
1.1在立体结构教学中的应用
高职高专药物化学教学过程中,药物分子的结构式通常以二维形式呈现在书本上,而药物实际上是三维的、有空间结构的,且大多数药物的空间构对药效起着重要作用。比如中枢镇痛药吗啡的立体构象呈三维“T”型,虽然教材中给出了吗啡的“T”字型立体构象图,但大多数学生表示看不明白。又如青霉素的母核β-内酰胺环和五元的氢化噻唑环不共平面是导致青霉素不稳定的结构因素。何为不共平面?常规的语言描述和图形展示都难以表达清楚,而SYBYL软件能够做到。通过SYBYL软件的Sketch模块构建药物分子模型,保存为mol2文件;教学过程中,导入预先构建好的化合物mol2文件,SYBYL主界面上即可显示药物分子模型。可选择比例模型、球棍模型、棍型或线型来呈现,点击ContinuousRotation按钮可呈现化合物连续旋转动画,也可用鼠标360°旋转分子模型。通常界面中显示的是单个化合物,当需要比较化合物间的结构差异时,也可以同时显示多个化合物。图1为吗啡的球棍模型和比例模型,通过一目了然的立体结构模拟,学生可自己比较、分析和归纳吗啡及其类似物的3个共同结构特征,明白此类药物正是因为具有空间上的构象一致性,所以才具有相似的镇痛作用。光学异构、几何异构和构象也是学生比较难理解的几个概念。如麻黄碱和氯霉素都有两个手性碳、4个光学异构体,通过SYBYL的Edit-Chirality功能,可以设置化合物中手性原子的构型,R型和S型的结构差异便清晰可见。当讲解以己烯雌酚和雷尼替丁为代表的具有几何异构体的药物时,运用SYBYL直观展示顺式体和反式体结构差异。构象是碳原子上的原子(基团)在空间呈现的立体形象,不同构象之间可以相互转变。在各种构象形式中,势能最低、最稳定的构象是优势对象。采用Comptute-Minimize能量优化模块可以看到化合物优化前后的变化,动态展示能力优化过程,帮助学生理解构型和构象的区别。
1.2在构效关系教学中的应用
对于一系列结构相似、作用于同一靶点的药物,可以通过SYBYL的Application-AlignCompounds分子叠合模块,把这些药物叠合在一起,使学生找出它们的共同结构(基本结构)和可变化的取代基。图2为喹诺酮类药物叠合图,学生通过观察可以自己归纳这类药物的必需结构和重要取代基,再经教师讲解,喹诺酮类药物的构效关系就变得容易理解了。巴比妥类、拟肾上腺素类药物教学过程中亦可同理运用。
1.3在药物分子与受体相互作用教学中的应用
药物的作用靶点主要有受体、酶、离子通道和核酸。结构特异性药物的活性主要取决于药物分子与受体的匹配关系。如吗啡作用于阿片受体,是阿片受体激动剂。哌替啶、芬太尼、美沙酮与吗啡的结构相去甚远,为何也具有与吗啡类似的药理作用?通过SYBYL的Application-DockingSuite分子对接模块,可以把吗啡、哌替啶、芬太尼和美沙酮“放进”阿片受体的活性位点中去(阿片受体的晶体结构可在蛋白质晶体结构资料数据中搜索并下载)。对接后可以简单分析配体与受体间的相互作用力,如氢键、静电作用和疏水作用等。通过SYBYL的MOLCAD模块,呈现多彩画面。图3为吗啡及其类似物与阿片μ受体的分子对接图,正是这些药物分子作用于同一受体,才有相似的药理作用,药物分子活性的大小与作用力的强弱直接相关。
1.4在新药研究知识简介教学中的应用
定量构效关系(Quantuativestructure-activityrelationships,QSAR)是教材中提及的一种先导化合物的优化方法,由于没有实例,因此晦涩难懂。教学过程中,可利用SYBYL演示一类药物的QSAR建模过程:选用一系列活性已知的化合物,以最简单的比较分子力场分析(Comparativemolecularfieldanalysis,CoMFA)方法建模,对建模结果进行简单解释,让学生了解QSAR研究是如何减少新药研究盲目性的。SYBYL的应用可拓宽学生眼界,培养学生科研兴趣。
2讨论
药物化学是药学专业的一门专业基础课,使用传统教学方法学生普遍反映听不懂、难记忆,教学节奏太快,印象不深刻。SYBYL软件能够形象地展示药物空间结构,变抽象为具体,使学生更好地理解药物结构,为学习后续内容打下基础。SYBYL功能非常强大,教学时主要运用其基础模块。可以在多媒体教室的电脑上安装SYBYL软件,做一些简单的现场演示;对于不方便安装软件的教室,可将截图放入课件,或采用录屏软件制作成动画进行展示。值得注意的是,高职高专层次教学应坚持“实践为主,理论够用”原则,以教材为基础,避免借助SYBYL把理论知识讲得太过深入,反而使学生难以接受[5]。随着分子模拟技术的发展,越来越多的分子模拟软件被开发出来,并在药物设计领域广泛使用,计算机辅助药物设计已成为生物药物的热点研究领域。分子模拟软件不仅可以在课堂上用于演示教学,还可以让学生在实训室实际操作,对于探索欲强的学生,亦可开展药物设计和药物定量构效关系等方面的研究性学习。
3结论
在高职高专药物化学教学中,以现代多媒体技术为载体,通过引入计算机模拟软件合理设计辅助药物化学教学,将枯燥、抽象的药物化学结构和化学知识变得直观、简单易懂,既能活跃课堂气氛、拓宽学生视野,还能激发学生科研兴趣。
作者:王琴 单位:雅安职业技术学院
参考文献:
[1]葛淑兰,惠春.药物化学[M].北京:人民卫生出版社,2013.
[2]杜利月,李传俊,郭留城.Flas在高职药物化学课堂教学中的实践[J].卫生职业教育,2014,32(16):32-33.
1.1增强学生重视实验的意识和勇于实践的情感
克服学生在普通中等教育中形成并且普遍存在的重理论轻实践的思想,转变学生死记硬背实验现象的学习方法,使学生真正认识到实验教学是理论教学的补充和延伸,是一个不可取代的重要学习环节,是培养自身实践动手能力的重要方式。
1.2初步养成认真、仔细、紧张有序地进行实验的习惯
实验前做好预习,理解实验的目的要求,了解实验原理,理清操作步骤,查找有关数据,绘制仪器、装置简图,做好记录准备。实验中保持安静,多做、多想,有条不紊地进行实验;认真、仔细观察现象,理论联系实际地思考其现象的本质,记录数据和现象应真实、可靠、完整。实验后分析现象,研究问题,得出结论,及时完成实验报告。
1.3培养学生严肃—严谨、求真—认真、务实—求是的科学态度
纠正学生对待实验项目敷衍了事,对待实验数据随意涂改或编造或抄袭的陋习。要求学生认真、仔细地观察实验现象,真实、准确地记录实验现象,完整、全面地收集实验数据。如果出现异常现象,首先要求学生应用基础知识独立思考其可能性,然后再指导学生找出问题根源,最终指导教师与同学共同分析、做出结论;尤其特别鼓励学生把问题带到课下,通过查阅有关书籍、文献、资料,结合自己的推理、判断和分析,说明产生异常现象的基本原因和影响因素等。
1.4树立厉行节约思想和渗透绿色化学、环境友好化学理念
按要求用量取药。称量固体药品时不洒落在托盘上,量取液体药品时不溅洒到实验台面上。仪器应轻拿轻放,贵重仪器未经教师允许不得擅自动用。一旦损坏仪器应及时报损、补领,不随意使用他人的仪器。养成节约水、电,节约使用一切实验用品和爱护仪器的习惯。
1.5培养学生整洁、有条理的习惯
保持自己实验台面的整洁。仪器、装置摆放应有条理、便于使用,污物、废纸等杂物应及时放入垃圾箱或实验台面上的杂物缸,废液应及时倒入公共的废液回收瓶,待实验后统一处理。实验结束后应及时清洗所用仪器,整理所用器具,公用物品放回原处。各种化学试剂按照相应的规律摆放整齐,擦净实验台面。认真做好实验室的保洁值日工作。
1.6自觉遵守实验室各项规章制度
化学实验是丰富多彩的,但同时也处处存在着一定的危险。化学试剂通常具有一定的毒性、腐蚀性、挥发性、可燃性、易爆性。因此,在学生实验课开出之前,教师要认真组织学生学习实验室的各项规章制度,实验课时教师要督促学生自觉地遵守实验室各项规章制度。譬如,在实验课时,学生一定要穿着实验服,必要时要佩戴防护镜和防护手套,不允许穿着裙装、也不允许穿着拖鞋、更不允许穿着高跟鞋,还不允许散披长发;严禁在实验室饮水食物,尤其是严禁将饮用水和食品带入实验室内;严禁在实验室内高声喧哗、追逐嬉戏、相互打闹。对于使用剧毒试剂或有危害气体产生的实验中,学生必须按照要求由二人或二人以上操作、或在教师的监视、指导下完成。
2培养学生的规范操作
科学规范的操作是学生在实验中获取准确数据和保障实验安全的关键所在,是学生必须具备的基本功,也是药学无机化学实验教学的重点和难点。因此,努力提高学生无机化学实验的基本操作技能势在必行。
2.1认清新生实验现状和存在的问题
药学无机化学实验具有承上启下的重要作用,起着从普通中等教育学习过渡到高等专业教育学习的纽带作用。在中学化学中,要求学生了解仪器的名称、用途和操作原理,会使用基本仪器,并且掌握常见气体的制备方法和一般溶液的配制,学会观察和记录实验现象,并根据实验现象得出正确的结论,如实地写出实验报告。但由于中学实验条件所限或应试教育影响,化学实验常常是纸上谈兵。学生入学时普遍实验基础差、操作水平低,学生在实验室手忙脚乱,无所适从,这在药学无机化学实验教学中表现尤为突出。
2.2从点滴入手,逐项规范操作行为
在教学之始,就应培养学生正确掌握药学无机化学实验的基本操作。无机化学实验涉及到许多基本操作,例如试剂的量取、称重、溶解;反应液搅拌、振荡、加热、冷却、过滤、蒸发、浓缩、结晶;还有溶液的配制等。传统的教学方式是指导教师在讲解实验内容的同时,做出必要的示范操作,并赋予一些问题和指出注意事项。这种教学方式可能会由于每一位指导教师对教学内容的理解程度的不同或基本操作掌握程度的不同,也可能会由于不同的指导教师的耐心程度的不同,往往使教学效果产生比较大的差异。利用现代教育手段采用多媒体,例如对每一个无机化学实验教学内容制成幻灯片或者摄成音像片,在实验前播放给学生观看,并配合指导教师必要的讲解,既可以提高学生的学习兴趣,又可以规范教师的教学行为。这是因为幻灯片或者音像片是集体研讨制作,具有一定指导性。在此基础上,对于实验中操作不够规范的学生,指导教师及时地予以纠正。这样指导教师对学生既可以严格地要求,又会有足够的耐心。
2.3以多种教学手段示范规范操作
制作仪器基本操作展板、展牌。展板、展牌是很直观的实验教学教具。因此,把小型仪器设备(例如:酸度计、电子天平等)的操作规程做成展牌,放置在待操作的仪器处,让学生严格按照规程操作,这样做的同时也降低仪器的损坏率;把需要熟练掌握的无机化学实验基本操作分类设计成展板,实验课时取出将其悬挂在实验室的黑板上,便于指导教师示范讲解,也有利于学生掌握无机化学实验基本操作流程。
1理论联系实际,激发学生的学习兴趣
很多学生认为物理化学是非常难学的一门课程,都是抽象的、枯燥的理论,从而产生厌学心理。“兴趣是最好的老师”,作为教师要从兴趣入手,引导他们喜欢并且学好这门课程,教师应更多地介绍物理化学与药学的联系,激发学生学习的积极性。例如讲授“相平衡”时,介绍超临界二氧化碳提取药物的知识,它是利用了物质在临界点附近的奇异性,利用无毒、不残留的二氧化碳代替水或有机溶剂作为萃取介质,将高压下萃取的物质经降低压力分离出来的一种把萃取与分离两个过程合为一体的新型提取分离方法。对于那些热不稳定或易被破坏活性成分的药物,采用这种方法提取优于传统的方法,然而这一高新技术是物理化学中临界状态、两相平衡的知识。在介绍相图时,结合药剂型改良的知识。比如,难溶于水的药物溶解后不易被吸收,药效慢,如果与尿素或其它溶于水并且无毒的化合物共熔,用快速冷冻的方法制成低共熔混合物,则尿素在胃液中能很快溶解,剩下高度分散的药物,从而利于吸收。例如,在讲授“稀溶液依数性”内容时,可以列举“北方冬天吃冻梨前,先将冻梨放入凉水中浸泡一段时间。发现冻梨表面结一层薄冰,而里边却解冻了。这是什么道理呢?”实际上,如果能清楚梨中的水不是纯水,而是溶有糖和一些物质的溶液,利用稀溶液中凝固点降低的规律就很容易解释这一问题了。在“胶体”这一章中,医药上用于胃肠造影的硫酸钡合剂,其中就含有足够量的一种高分子化合物——阿拉伯胶对硫酸钡溶胶起保护作用,当患者服用后,硫酸钡胶浆能均匀地粘附在胃肠道壁上形成薄膜,从而利于造影检查。
把理论知识与实际联系起来,让学生感觉到物理化学知识跟我们的生活息息相关,不再是一门枯燥乏味的课程,而是让学生感兴趣的课程。
2有效地组织课堂教学
课堂教学要遵循教师为主导,学生为主体的原则。课堂上教师除了传授知识之外,更重要的是培养学生的思维能力。因此,教师在组织教学活动时,要注意培养学生的创新精神。教师在授课的时候,应采用启发式教学,不能只以老师为中心,平铺直叙,照本宣科。多提出问题,让学生进行思考,采取教师讲授理论和学生参与讨论有机结合起来,让课堂变得生动活泼,教师和学生形成良好互动。这样既能够让学生掌握了知识,又能培养学生的思维能力。
例如,讲授到“热力学第二定律”时,让学生先发表自己对热力学第二定律的两种说法的理解,然后教师再做出总结和归纳。第二定律指出在自然界中任何的过程都不可能自动地复原,要使系统从终态回到初态必需借助外界的作用,由此可见,热力学系统所进行的不可逆过程的初态和终态之间有着重大的差异,这种差异决定了过程的方向,人们就用状态函数熵来描述这个差异。通过学生讨论和教师总结,加深了学生对知识的理解,同时也为后面讲的内容“熵增加原理”作铺垫。
3合理运用各种教学手段
在物理化学传授过程中,针对不同的教学内容应采用适当的教学手段。多媒体的应用使原本枯燥乏味的理论知识,通过具体、生动、形象、直观的形式表现出来,调动了学生学习的积极性,为教师节省了大量板书绘图的时间,加快了知识点的讲授速度,课堂教学的信息量大大增强[2]。例如,物理化学课程有很多现象和性质,可通过直观的图片加以形象说明;对于需要大量图形图像信息展示的相图部分,利用多媒体教学优势更为突出。
在物理化学课程教学当中,有一些内容采用多媒体教学就不能显示出优势。比如,一些重要公式的推导和中间步骤及计算过程,适宜通过引导学生参与并以板书的形式讲解,让学生对公式的来龙去脉有必要的了解。这并不是说要求药学专业的学生掌握公式的推导过程,而是让他们加深印象,明白公式的应用条件和范围,从而能更好地运用这些公式。因此,要挖掘多媒体教学和传统教学的优势,发挥各自的长处,提高授课水平。
4突出重点和突破难点
对于药学专业的学生来说,在较少的课时内讲解完物理化学这门课,学生很难理解全部内容。因而要做到有的放矢,吃透教材,分清主次,突出重点,突破难点,学生才能掌握好必修的内容,在有限的时间内学到相应的知识。比如“相平衡”中让学生了解单组分和二组分体系的相图和应用即可,而对于比较复杂的三组分体系的相图可以不介绍。
例如,在等温等压条件下,我们用Gibbs自由能的改变量ΔG来判断化学过程的方向和限度,但为什么可以用ΔG≤0来判断等温等压下过程自发进行的方向和限度呢?学生不能理解,而物理化学正是解决这个所以然的。用ΔG≤-W′判别式指出某个过程是不可逆的,并不意味着此过程就必定是自发的。从两方面分析用ΔG≤0能对等温等压下过程自发进行的方向和限度[3]。①W′≠0时,如果ΔG>0,由ΔG≤-W′,必然有W′<0,这说明环境对体系作了非体积功。所以,此不可逆过程是一个非自发过程。如果体系内发生自发过程,即体系对环境作非体积功,W′>0。由ΔG≤-W′,必然是ΔG<0。这就是说在等温等压并且作非体积功的情况下,体系发生自发过程,必然引起自由能的减少,一直到自由能最小时,ΔG=0,达到平衡状态。②W′=0时,体系与环境之间不作非体积功,则ΔG≤-W′式变为ΔG≤0。这样,ΔG>0的过程就不存在。体系若有自发过程发生,必定是不可逆的,即ΔG<0。这就是说在等温等压和不作非体积功的情况下,体系发生过程,必然引起自由能的减少,一直到自由能最小时,ΔG=0,达到平衡状态。从以上两方面来看,不管体系是否作体积功,在等温等压下,自发过程总是朝着自由能减少的方向进行,直到最小值时,ΔG=0,达到平衡状态。因此,可以利用ΔG≤0来判断等温等压下过程自发进行的方向和限度。通过详细讲解,让学生能更好地理解难点。
5借助类比法讲清物理化学规律
在物理化学教学中,往往要介绍一些较难理解的规律。人们接受新知识的能力,在很大程度上依赖已掌握的知识,教学中可借某些新旧知识间存在着形式上或性质上的类似,通过类比诱导,使学生建立新概念和认识规律,从而避免单纯枯燥地解释意义。
有些物理化学规律,初看并无类似之处,但只要认真思考,注意捕捉它们在形式上和物质上的相似之处仍然可以类比,达到深刻理解的目的。例如,温度对化学反应速度的影响规律即阿累尼乌斯方程式lgK2K1=Ea2.303R(T2-T1T1T2)和温度对化学平衡常数的影响规律lgK2K1=ΔHθ2.303R(T2-T1T1T2)也有形式上的类似。但二者的含义不同,前者当反应的活化能为已知时,则可以从T1温度的速度常数K1计算在另一温度T2的速度常数K2。后者是当等压热效应为已知时,则可从T1温度的平衡常数K1计算该反应在另一温度T2时的平衡常数K2。这样用类比法讲授物理化学规律,避免了学生容易出现的离开化学实质,把定律作为数学公式来记的弊病。
因此,在物理化学教学中,恰当运用类比,可以少费口舌,化抽象为具体,学生接受新知识的过程变得自然、亲切,又觉得新鲜而不重复,学生获得的知识确切、清晰,又印象深刻。需要注意的是,运用类比法讲授新课时,应使学生明白“类”只是类似,“比”只是比较、推理,“类比”并不是“等于”。这是因为事物都各有自己的特殊内在本质和规律,类比只是认识事物本质和规律的一种思维方法。
6小结
以上是笔者对药学专业物理化学课程教学方法的体会。通过问卷调查,让学生从9个方面评价教师的教学效果,结果见表1。从表1可以知道每一项的满意率都超过了70%,说明这样的教学方法得到大部分同学的认可。物理化学这门课理论性强,抽象难懂,是最难学的基础课程之一。另外,药学专科生的基础差,底子薄,因此学习这门课程就更困难。尽管教学方法得到大部分同学的认可,但是也存在很多不足之处,例如,有些知识点讲得不够具体,对于公式的应用,所举例子太少。
表12005级药学专业专科班40名学生对教师教学效果评价结果(略)
总之,我们要善于在物理化学课程教学实践中不断地总结经验,提高教学质量。
【参考文献】
2教学主要过程
本次将行动学习法应用于蒙授药物制剂专业药物化学的教学,主要的教学活动包括:①通过共同研究,提出问题;②成立行动学习小组;③积极开展学习、解决问题;④组织班级讨论与汇报。
2.1提出问题:在行动学习法中,首先要提出问题,问题并不能由教师单独决定,将蒙授药物制剂专业的学生分成行动学习小组,由小组成员共同讨论,并在教师的指导和商议下,最终选择提出的问题。在提出问题的过程中,教师必须能够引导学生要按照药物化学教学大纲的主要要求,设计并提出在本专业相关技能的基础上的一些教学问题。以外周神经系统药物中的局部为例,问题的提出可以分为三个主要步骤:①学生必须掌握的基本问题。如举例说明局部的分类,每一类局部的代表性药物的理化性质、合成及代谢途径等;②通过行动学习法探究后,学生可以掌握的具有一定深度和难度的问题。如通过局部的发现与发展历史,结合局部的构效关系,剖析每一类局部在临床应用中的优点和缺点,便于学生快速掌握局部的应用方法、适用范围、给药途径、临床价值及作用机制等;③通过案例分析,掌握的具有一定的典型性、综合性、难度性的问题。通过提供各种需要局麻患者的手术资料,要求学生根据所学知识,选择每一种手术(阑尾炎、剖腹产、眼科手术、甲状腺良性肿瘤等)需要选择哪一种,并能解释使用的原因。
2.2成立行动学习小组:行动学习的开展主要是在行动学习小组中完成的,将2012级蒙授药物制剂专业的44名学生分为7组,每组平均6~7人。学生轮流担任提问者、陈述者、观察者、支持者、监督者等角色,在行动学习小组中创造通过对话、讨论等方式进行交流与互动的学习环境。小组中陈述者的主要任务是向其他成员详细介绍对提出的问题给出的答案,并寻求其他成员的反馈意见,在小组其他成员的协助下不断改进完善;提问者主要负责提出疑问,请陈述者作出回答;支持者可以随时补充陈述者的观点,帮助小组成员理解所要掌握的知识;观察者作为倾听者;监督者负责监督整个小组的活动进程,有利于促进行动学习开展过程中小组成员之间达到有效的互动。
2.3开展学习与解决问题:开展学习以每个行动学习小组选择的问题为起点,小组成员针对提出的问题,采用各种方法提出自己的想法,试图找到解决问题的最佳途径,最终形成正式解决问题的方案。开展学习就是小组成员质疑和反思的过程。在解决问题的过程中,一般可以按以下步骤进行:寻找关键现象和事件;通过各种途径找到问题存在的原因;提炼出问题的重点内容;将问题理论化、逻辑化和系统化;讨论解决问题的主要可行方案;再次对问题进行界定并验证;对解决问题的方案进行评估筛选;制定行动计划;执行行动方案;总结并分享给其他成员。
2.4班级讨论与汇报:教师在行动学习法中起着非常重要的作用。首先教师必须能够引导学生按照药物化学教学大纲的主要要求,设计并提出在本专业相关技能基础上的一些教学问题。然后指引学生通过各种方法寻求解决问题的最佳方案,要对学生们遇到的各种困难给予帮助。最后教师还要在指导每一组学生认真完成任务后,回到课堂中对本次行动学习召开讨论总结大会,目的是要评估本次行动学习的所有成果及取得的成绩,并从中选出本次行动学习中表现最佳的小组和成员,将在本次行动学习中得到的解决方案流程化、精细化、标准化,把所有成果在小组之间共享。
3主要教学效果
3.1提高了学生的学习兴趣,掌握了药物化学的基本知识:蒙授药物制剂专业的学生通过行动学习法学习药物化学这门专业必修课,可以在比较轻松、愉快、活跃的学习环境下,掌握药物化学中的一些基础知识,如各种药物的化学结构、理化性质及其构效关系。在行动学习过程中,每一个学生不是被动去学,而是作为各行动小组积极的陈述者、提问者、观察者、监督者,发挥各自的作用。特别是小组成员中的提问者和陈述者,更是得到了较大程度的提高。也就是说,通过行动学习法可以使学生对药物化学这门课程产生浓厚的学习兴趣,特别是蒙古族学生,药物化学在他们的眼中不再是枯燥乏味、理解困难的理论,变成了生动有趣理论与实践相结合的课程。
3.2培养了学生的协作能力:传统的学习模式一般使学生变成独立的个体,学生之间的互动与交流几乎很少。而行动学习法是一个有计划、有总结和有反思的学习过程,通过小组的行动学习活动,可以把小组中的每一个成员紧紧联系在一起,逐渐增强个人在集体中的协调能力和团队合作意识。小组的每一个成员担当角色的机会是均等的,可以去提出问题,也可以去寻求答案,通过小组的交流与讨论得到深入理解和有效启发。行动学习法可以促进小组成员之间的交流学习,可以培养小组成员的学习技巧,可以开发个人的潜力潜能,可以增强自信,进而改进学习方法、提高学习能力。
2.有机化学教学改革内容
2.1注重教学方法的研究。在教学内容确定的前提下,如何把知识高效的传授给学生,除了需要教师的激情、热情,对学生的了解、对教学内容的熟练把握之外,更重要的是需要恰当的教学方法。我们可以将知识分成记忆、理解记忆、理解、探索性等几个不同层次,对于不同层次的知识,我们可以采用不同的教学方法,当然,同一个知识到底属于哪个层次,可能会应人而异,教师在教学时应充分认识到这一点。对有机化学而言,其知识多数属于理解记忆,还有一些内容是偏探索性的,需要一些练习来加强理解、提高能力、检验自己的。对于纯记忆的内容,教师可以采用编段子、打比喻、类比等方法来帮助记忆;对于抽象的、需理解记忆的内容,教师可以采用模型、图表、动画、比喻等直观的东西帮助学生理解,如在讲立体异构,分子结构时,学生往往感觉很抽象难以理解,这时,实物模型就能起到很好的效果;而如果是因为学生缺乏某些知识而造成的理解困难,教师还应帮助他们复习,包括复习内容、复习方法等。
2.2按照教学大纲要求,合理选择教学内容,精心制作PP]。教学内容是一堂课的关键,没有好的教学内容,就相当于没有了灵魂,再好的手段也没有用,所以,一定要精心设计教学内容,然后用一种好的方法把它呈现出来。我们根据药剂专业学生的专业特点,遇到与药剂学,药物分析等专业相关的知识时,我们可以多介绍一些,以提高他们的学习兴趣,这就要求教师对他们专业课中的与有机化学相关的内容相当熟悉。考虑到文科学生的特点,对于他们可能难以理解的内容,教师要及时的发现并添加一些相关的复习内容。此外,还可以添加一些趣味性的东西,如小实验、小应用、小案例、小幽默等,可以起到启发学生,活跃课堂气氛的效果。总之,教学内容是一个很广的东西,我们不能只局限在书本上,而应跟据学生实际、教学大纲等精心设计,不断完善。
作者:周春琼 马豫峰 游文玮 唐中坤 单位:南方医科大学药学院
案例教学
我们曾经在教学的过程中通过引入物理化学史、介绍相关学科发展前沿、强化与药学融合和增强学生自主学习能力等多种方式来激发学生学习热情[2],并取得了较好的教学效果。因此我们建议把这些趣味性、创新性和启发性、科技前沿性的优秀案例,编写到物理化学教材中,让学生在预习和自学的过程中就能兴趣勃发。比如在讲解胶体分散系统中的泡沫部分时,可以提出一个非常有趣的例子:为什么喝酒的人认为啤酒产生的泡沫越多,啤酒的质量就越好,甚至有人称泡沫是啤酒之花,是啤酒的皇冠,有无道理[1]?这样一个引人入胜的问题,必然让求知欲强的学生去探寻其中的奥妙。在讲解相平衡章节中的二组分固液平衡系统时,教材编写中也应该增加一个经典的案例———药物制剂中的固体分散技术,要列举的例子随手拈来,如氯霉素和尿素共熔物(氯霉素76%、尿素24%),具有较均匀的微细分散结构,其溶出速度比纯氯霉素大30%;灰黄霉素和酒石酸共熔混合物的溶出速度比纯灰黄霉素大270%;10%磺胺噻唑溶于90%尿素中形成的饱和固态溶液,其溶出速度比磺胺噻唑增大700倍以上等。药物的溶出速度提高30%、270%,增大700倍,这些数据对于制药公司的研发人员来说非常重要。从这些例子可深刻地启发药学专业学生,科技创新并没有想象中那么难,而在于对基础知识的熟练掌握和学以致用。如今很大一部分大学生还想继续读研,从事科研工作,因此在物理化学教材编写中增加具有科技前沿性的教学案例也很有必要。比如在讲完化学热力学部分之后或者在化学平衡章节末引入等温滴定量热法(ITC)的案例。它是近年发展起来的一种在线和无损伤研究生化热力学和生化动力学的重要方法,方法简单、灵敏、快捷,特别适用于研究药物与蛋白质、核酸等生物大分子的相关热力学过程,可测定出反应的结合常数、结合位点数等参数及反应的焓变、吉布斯能的变化和熵变等热力学函数[3]。通过这样一个科技前沿案例,将药学生引入一个精彩的科学殿堂。
注重专业特色
一定要突出药学专业及相关专业特色,应当从内容、例题、习题及案例的选编上得以体现。从药学专业特色来看,教材编写中重点介绍化学热力学和化学动力学,以及由这些内容延伸和应用形成的分支内容,如电化学、表面化学、胶体化学等,而介绍物质性质与其结构之间关系问题的结构化学和量子化学两大内容,由于与药学专业联系相对不紧密,且难度较大,大多针对药学专业的物理化学教材均未将其编写进来。例题和习题对学生来说,是最能反映所学知识点是否与本专业密切相关的一个重要例证,如果所举的例题及给学生安排的习题,都是药学专业课老师提过的一些问题或药学生在专业领域内了解到的一些问题,那学生一定会对这部分知识点的学习和基本技能的培养上多下工夫。比如化学平衡章节可以编入很多与药学相关的例题和习题,在讲解溶液反应的平衡常数(Kaθ)的计算及由吉布斯能的变化值(ΔrGmθ)的计算判断反应进行的方向时,教材编写时可列举三磷酸腺苷(ATP)在细胞内水解为二磷酸腺苷(ADP)和无机磷酸盐(Pi)的Kaθ和相关的ATP浓度下的ΔrGmθ的计算;在编写该章由已知反应的ΔrGmθ计算未知反应的平衡常数时,可列举氨基酸在氧化酶作用下进行转化的例子,如L-丙氨酸在氨基酸氧化酶作用下转化为丙酮酸根;在编写将该章反应的耦合部分内容时,可编写的例题更多,如葡萄糖在ATP的水解反应驱动下可自发转化为6-磷酸葡萄糖,生物体内许多由单一酶催化的反应如活细胞中的谷氨酸盐在ATP的催化下进行谷酰胺生物合成反应等;课后习题的编写也要尽可能选择与药学专业相关的题目,如氨基转移酶催化谷氨酸盐和丙酮酸盐、磷酸甘油酸移位酶催化反应等[1]。最后对于编入教材中的案例,原则上也一定要与药学专业有直接或间接的联系,每章可根据基本知识点设置多个案例,以信息式、启发式、提问式的方法进行教材编写,从而向学生展开相关内容在药学及相关领域的生活、生产及科研应用。如很多物理化学教材在编写电化学章节的生物电化学部分时,都提到生物电化学传感器。这确实是一个非常经典的案例,生物电化学传感器广泛应用于临床医学、遗传工程、食品工业、生物武器和军事医学等领域,是比较前沿的科学研究,值得药学生特别关注[4]。总之,在这个科技飞速发展的年代,要使药学生在有限的学时内,学好物理化学课程,既要让他们掌握基本的理论和知识点,又要培养他们将物理化学知识点合理应用到药学生产和科研中,还要让他们从物理化学课程学习的窗口瞭望药学及相关专业研究领域的前沿科技动态。对物理化学教师来说,需要不断精编物理化学教材和教学,可谓任重而道远。