藥物化學實驗課創(chuàng)新實踐教學改革*

鄭鵬飛，歐陽勤，劉天渝（第三軍醫(yī)大學藥學系，重慶400038）

藥物化學實驗課創(chuàng)新實踐教學改革*

鄭鵬飛，歐陽勤，劉天渝△（第三軍醫(yī)大學藥學系，重慶400038）

【提要】藥物化學是藥學專業(yè)重要的基礎課程之一，在以往的教學中藥物化學實驗課僅僅作為藥物化學理論課的輔助，旨在通過實踐操作加深學生對藥物化學基本理論的理解。隨著創(chuàng)新性教育理念的不斷深入，對藥學專業(yè)創(chuàng)新性人才的培養(yǎng)提出了新的更高的要求。該文根據(jù)作者近年教學實踐，探索性地提出自主設計合成目標藥物化合物的藥學化學實驗課創(chuàng)新實驗改革方案，通過該項創(chuàng)新實踐教學，訓練學生運用基本知識解決專業(yè)研究問題的能力，培養(yǎng)學生批判性思維，樹立創(chuàng)新性研究理念。

化學，藥物；教學方法；實驗課；自主設計；藥物化合物庫

藥物化學是一門發(fā)現(xiàn)和發(fā)明新藥、合成化學藥物、闡明藥物化學性質、研究藥物分子與機體相互作用規(guī)律的綜合性學科，是藥學專業(yè)的主干課程，也是連接化學與生命科學并使之融為一體的交叉學科［1］。開設藥物化學實驗課的目的是通過實踐操作加深學生對藥物化學理論知識的理解，熟練掌握藥物合成的操作技能，了解藥物合成的基本過程及結構修飾改造的基本思路，養(yǎng)成嚴謹科學的實驗作風。同時，通過藥物化學實驗課程訓練，進一步夯實學生對藥學基礎知識的理解，訓練學生用基本知識解決專業(yè)研究問題的能力，培養(yǎng)學生的批判性思維，樹立創(chuàng)新性研究理念［2-3］。但是，在具體教學實踐過程中發(fā)現(xiàn)，由于實驗內容多為“重復”、“驗證性”的實驗，教學方法相對單一，沒有針對性地提供給學生研究的自主性，往往不能激發(fā)學生的學習興趣。在課程實施過程中，學生們往往表現(xiàn)為實驗積極性不高，更重要的是，教員在整個實驗過程中很少關注學生創(chuàng)新性、批判性思維的培養(yǎng)，個性化地擬定研究方案，分析討論實驗結果。因此，藥物化學實驗課往往花費了許多時間，但是沒有收到預期的培養(yǎng)效果［4-6］。

本文根據(jù)作者近年帶教實踐，提出基于自主設計合成目標藥物化合物的藥學化學實驗課程創(chuàng)新實驗改革方案，該方案通過前期建立小型目標藥物分子化合物庫，經(jīng)過3個階段訓練：（1）調研文獻，撰寫研究計劃；（2）開展實驗，分析實驗結果；（3）通過口頭匯報或書面報告的形式交流研究結果和心得。充分調動學生參與具體實驗設計的積極性，幫助學生學習如何查閱研究相關的文獻，掌握實驗操作技能，培養(yǎng)學生對于數(shù)據(jù)的分析解讀能力，從而為藥學專業(yè)創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)奠定基礎。

1　構建目標藥物化合物庫

藥物化合物分子的合成，本質上屬于合成化學的問題，作者在選擇目標藥物化合物分子時，堅持了以下原則：藥物化合物分子合成路線的簡潔性，所需化學基礎知識貼近學生知識水平，便于學生掌握和理解一些有機化學的新進展，合成設計的新策略及藥物改造設計的新理念。同時，這些化合物的合成還包括了近年來發(fā)展新的合成方法、反應機制［7］。根據(jù)這一選擇標準遴選了以貝諾酯、苯妥英鈉、苯佐卡因等為代表的10種常見藥物分子，構建了小型目標藥物化合物庫。在實驗課程中，每個小組可以選擇自己感興趣的1個或2個藥物化合物作為目標化合物。按照實驗課程的教學安排，完成目標藥物化合物的合成。

2　實驗課程的實施計劃

該課程計劃按照80學時制訂實施計劃，將20名學生分成五組，每小組分別由1名責任指導教師和1名助教全程參與整個教學實施計劃。責任指導教師負責講解藥物分子合成設計的宏觀思路及相關的知識點，助教具體參與到學生小組中，幫助學生按照科學方法進行研究，鼓勵學生在實驗過程中提出遇到的問題，幫助他們解決實驗中遇到的困難，總結分析具體的實驗結果。通過這一方式，能夠實時掌握學生參與實驗項目的進程。同時，助教還可以幫助學生理解他們不懂的設計及不會使用的實驗技術。更重要的是，助教可以監(jiān)督學生高效利用時間，調動學生參與的積極性。在整個實驗課的過程中，特別是在合成路線的設計討論時，對與錯意義已經(jīng)不再那么重要，責任指導教師和助教在教學過程中通過啟發(fā)、分析、講解，能夠讓學生在學習過程中深刻意識到：存在許多方法能夠實現(xiàn)目標藥物分子合成，但是其中可能只有一條路線是最安全、最經(jīng)濟、最高效的方法。

學生在實驗過程中，會發(fā)現(xiàn)要成功地實現(xiàn)目標化合物的合成，需要在多方面進行思考準備。例如他們必須要用以前的有機化學基礎和新的檢索工具結合（如 SciFinder）學習新的知識，制訂可行的實驗方案［8］。當遇到與設想不一致的結果時，學生必須重新評估他們的合成方案和相應地改進方案。最終目的是讓學生自主參與到學習實驗過程中，同時，通過自主設計也會讓學生獲得對于自己研究計劃的責任感。除此之外，學生還會對其他學生的研究計劃產(chǎn)生興趣，并積極參與到與他們不同的合成步驟及新設計思路的討論中。作者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當學生們對他們的研究計劃有濃厚興趣時，他們就會主動尋找指導教師和助教對他們的研究計劃進行指導，這種學習方式的轉變非常重要，這就意味著他們正在向創(chuàng)新性學習方式發(fā)生轉變。

2.1調研文獻，自行撰寫實驗計劃課程的第1階段是利用網(wǎng)絡資源完成實驗計劃方案書的撰寫。學生在助教的指導下通過逆合成分析法，了解將要合成的藥物化合物分子的結構特點、藥理學特性及臨床主治。隨后在檢索工具（如SciFinder）的幫助下，查找設計可行的合成路線。在實際操作中會發(fā)現(xiàn)，許多目標化合物不僅具有一條可行合成路線，此時，學生需要與指導教師討論，選擇一條合理可行、高效安全的實驗方案，根據(jù)這一方案，實驗準備助理將會提前為各組準備實驗過程中所需的儀器設備和化學試劑。當然，在有足夠文獻資料支撐的情況下學生們也可以自行選擇其他的合成路線和試劑。在開始實驗前，學生需要和他的導師就實驗合成路線進行討論并做出必要的調整。對擬合成的藥物分子的背景調研，逆合成分析及合成計劃要寫成一個計劃方案，最終作為正式報告的一部分內容［9］。

2.2開展實驗，分析實驗結果在這一階段，學生要完成目標藥物分子的合成，每一條合成路線需要3～5步。通常使用一些簡單的原料，每一個小組起始底物的原料大約為4 g，首先通過一個小反應（約100 mg），進行預實驗，預實驗成功后可以進行大量實驗。由于每一步反應在本質上是不同的，因此，需要學生認真做好實驗記錄的填寫，如實驗的目的、實驗的原理、反應方程式、流程、后處理及結構的鑒定。同時，學生需要在使用之前了解使用試劑的物理化學性質及安全性。當所有的學生按著這一流程完成實驗操作，他們就可以使用TLC和NMR來分析實驗結果［10］。盡管所有的實驗步驟在文獻中都有報道，但是學生需要結合實驗室現(xiàn)有的條件采用可行的實驗方法。助教在這一過程中要跟蹤實驗進度并在實驗過程中給予指導。

2.3匯報研究結果與心得在課程的最后一個階段，每一個小組展示他們的實驗研究結果，撰寫一份研究報告，交流研究進展，在課程結束2周前，學生提交研究報告的初稿和將要用于口頭陳述的PPT。在正式提交報告和陳述前，助教將修改或改進的反饋意見轉述給學生進行修改。在課程的最后1 d利用口頭陳述的方式展示給實驗室的學生、助教及責任指導教師。學生需要提出問題并且給出評價建議，在學生互相提出問題后，導師提出補充性的問題并且對其陳述的內容和表達方式提出建設性的意見。事實上，作者發(fā)現(xiàn)這是學生第1次正式匯報他們的科研成果。

3　需要注意的問題

3.1危險與安全課程中使用的一些試劑對健康是有害的，特別是當使用不當時會有危險。為了確保學生合理使用這些試劑，根據(jù)文獻及實驗室的經(jīng)驗制訂一個標準操作流程（SOPs），學生在閱讀理解SOPs后簽字，助教要對學生使用的各種試劑做到心中有數(shù)，同時在使用危險試劑時提醒并監(jiān)督操作過程。要準備合適的容器回收廢液，學生要嚴格穿戴防護工具，包括實驗服、護目鏡、口罩等。

3.2學生的反饋學生的反饋表明了他們參與實驗課程的積極性，同時也反映了他們與助教在完成課程教學過程中建立融洽的師生關系。當然，在學習合成的過程中或解決問題時，同樣也會受到助教和責任指導教師的批評。學生會在這一過程中學習到分析問題的邏輯方法，例如目的是什么，為什么這樣做和怎樣操作最優(yōu)化。更重要的是，學生們會在這一過程中發(fā)現(xiàn)通過助教們的鼓勵獨立地思考，幫助他們理解一些概念性的知識點，從頭開始一步步解決問題，直到最后攻克一個復雜問題在過程中學習知識是非常有意義的，這比讓他們在課程中僅僅練習實驗操作的對錯意義更大。盡管有許多學生認為，有機化學知識比較難懂，但是通過具體的實驗來學習知識會讓他們理解得更深入。

綜上所述，藥物化學作為一門理論性和實踐性兼具藥學專業(yè)的一門基礎課程，對于學生能否系統(tǒng)地掌握好藥學專業(yè)知識起著至關重要的作用。通過教學實踐，探索性地提出自主設計的藥學化學實驗課創(chuàng)新實驗改革方案，努力營造鼓勵獨立思考、自由探索、勇于創(chuàng)新的良好環(huán)境，努力為藥物化學教學改革尋找創(chuàng)新點和突破口。當然，要完成創(chuàng)造性藥學人才的培養(yǎng)是一個系統(tǒng)長期的過程，需要廣大教學工作者的不斷努力和長期摸索。

［1］鄭虎.藥物化學［M］.北京：人民衛(wèi)生出版社，2007：2.

［2］王新楊．談藥學專業(yè)的特色建設［J］．藥學教育，2009，25（2）：9-11.

［3］ National Research Council.Discipline-based education research：understanding and improving learning in undergraduate science and engineering［M］.Washington：The National Academies Press，2012：282.

［4］李念光，施志浩.提高藥物化學教學質量初探［J］.南京中醫(yī)藥大學學報：社會科學版，2008，9（4）：247-248.

［5］鄭明.對當今大學化學實驗教學改革的探究［J］.吉林教育，2009，8（22）：83.

［6］顧軍，韓香，張秋燕，等.藥物化學實驗教學創(chuàng)新初探［J］.華夏醫(yī)學，2004，17（17）：244-245.

［7］Weaver MG，Samoshin AV，Lewis RB，et al.Developing students′critical thinking，problem solving，and analysis skills in an inquiry-based synthetic organic laboratory course［J］.J Chem Educ，2016，93（5）：847-851.

［8］Graham KJ，Schaller CP，Jones TN.An excercise to coach students on literature searching［J］.J Chem Educ，2015，92（1）：124-126.

［9］Cole KE，Inada M，Smith AM，et al.Implementing a arant proposal writing exercise in undergraduate science courses toIncorporate real-world applications and critical analysis of current literature［J］.J Chem Educ，2013，90（10）：1316-1319.

［10］Soulsby D.Using cloud storage for NMR data distribution［J］.J Chem Educ，2012，89（8）：1007-1011.

10.3969/j.issn.1009-5519.2016.14.056

C

1009-5519（2016）14-2253-03

第三軍醫(yī)大學學科建設項目（sydxk201402）。

△，E-mail：liutianyu@tmmu.edu.cn。

（2016-04-14）