教研共生發展模式在藥化實驗教學中的探索*

丁麗娜，高琦冰，高珊珊，鄭甲信，李 雯，陳衛華

(1 鄭州大學藥學院，河南 鄭州 450001；2 鄭州大學化學學院，河南 鄭州 450001)

《教育部關于深化本科教育教學改革全面提高人才培養質量的意見》(教高〔2019〕6號文件)中提出“推動科研反哺教學”：強化科研育人功能，推動高校及時把最新科研成果轉化為教學內容，激發學生專業學習興趣，加強對學生科研活動的指導，加大科研實踐平臺建設力度，支持學生早進課題、早進實驗室、早進團隊，以高水平科學研究提高學生創新和實踐能力[1]。這啟發了我們關于實驗課程改革的思路——在本科教學中滲透科研內容，培養學生研究性思維，逐步實現科研引導教學任務，達到教研共生目標。藥物化學屬于將化學知識與思維有效應用于藥學的關鍵學科，同時它的實驗教學在藥學專業培養計劃中的地位非常重要。該課程體系的改革和探索，旨在實現本科教學中推進教研共生發展：實現理論學習與應用知識進行研究的銜接，加強學生科研思維的培養，提高學生適應國家未來創新型人才的需求[2-5]。

1 藥物化學實驗教學現狀

藥學屬于化學和生命科學的交叉學科，而藥物化學實驗課程作為藥學專業必修課程，其開展具備特點如下：一方面通過實驗進一步加深學生對藥物化學的基本理論知識的理解，掌握藥物合成的基本方法；另一方面加強學生對藥物結構及作用靶點的認識、對藥物作用機制的了解。

傳統的教學模式主要是針對經典藥物采取比較成熟的合成路線開展的驗證性實驗，在實驗過程中，培養了學生安全常識、基本儀器的認識以及動手操作等能力，同時也鞏固了學生的理論知識。但在中國應試教育模式下成長的學生，普遍存在機械性學習，理論知識較強但探索性學習能力較弱這一問題[6]。更有甚者，在實驗課程學習中不做預習課上也只是按照講義上的步驟操作完成實驗，整節實驗課只有“手在動”的現象普遍。

2 研究性思維模式的提出

國家需要的創新型人才和科學發展需要的研究型人才不僅理論基礎扎實和實驗基本功熟練，更多的是具備從探究中主動獲取知識、應用知識并解決問題的能力。為推動基礎研究的發展，培養高層次創新人才，高校教育培養模式一直在不斷改革[7]。我們根據教學實踐，發現在課程改革與實驗教學中，研究性思維是不可或缺且需要逐步滲透的。研究性思維是基于探究性學習的一種思維模式。探究性學習(HIBL，Hands-on Inquiry Based Learning)，是20世紀60年代中后期前蘇聯著名教育理論家和教育改革家蘇霍姆林斯基等創立的教學方法，是新課程倡導的一種學習的理念、方法、模式，探究性學習能讓學生從探究中主動獲取知識、應用知識并解決問題[8]。

針對當前藥物化學實驗教學中的情況：本科生理論基礎扎實，理解與動手操作能力強，思維活躍，但自主學習能力較弱，科研素養有待進一步提高。另外我們發現教學與研究之間無法很好的銜接，學生專業課程成績很好卻很難適應進一步深造的研究模式。為了改善這種現象，我們在藥物化學實驗教學中進行了探索，希望可以實現教學與研究的共生發展——在教學中將研究性思維傳遞給學生，提高學生的研究素養，幫助其更好更快的進入研究性學習階段?；诖?，我們提出將研究性思維引入藥物化學實驗課程教學，形成以設計性和探索性為主體的雙層次開放性實驗教學模式，在教學過程中注意培養學生的科研思維和科研素養，激發與引導學生自主性學習，幫助學生形成敏銳的學術嗅覺，增強其在實踐中捕捉科學研究方向的能力，提高學生在未來的研究生涯中的競爭力[9]。

3 基于研究性思維培養的雙層次課程設計

為適應藥學學科對創新型人才培養的需求，培養學生的研究性思維、強化學生的實踐能力，我們學院針對藥物化學實驗教學進行了改革。基于目前的教學條件以及課程安排，將課程設計為兩個層次，采取先進行驗證性實驗再進行開放性實驗的階梯式教學模式。

3.1 在驗證性實驗中培養研究性思維

驗證性實驗的開設之前，教師首先要講解課程的設計理念，讓學生盡量對整個實驗教學流程有全面的認識和理解，并且鼓勵學生提出建議，使其有更多的參與感；然后帶教老師需強調實驗的規范操作與實驗室安全規章的重要性，對學生進行安全教育不容忽視；之后教師根據實驗內容標出關鍵詞，引導學生自己查閱相關文獻或資料了解實驗合成路線，鍛煉其資料檢索、文獻調研能力；最后，引入計算機輔助藥物設計(CADD，Computer Aided Drug Design)內容，使學生對藥物結構及靶點有初步認識，掌握藥物的作用機制以及藥物結構修飾的基本方法，從而加深對實驗內容的理解，同時也幫助學生對于CADD課程的了解、認識和運用。

在驗證性實驗中，同樣是合成經典藥物分子與應用比較成熟的反應路線，但與傳統實驗教學不同之處在于：通過實驗原理、關鍵點以及注意點的小組討論，引導學生課前預習，目的在于帶動學生學習的主動性，鍛煉其文獻調研能力和實驗基本操作能力，加強學生對藥物結構及作用靶點的認識并對計算機輔助藥物設計有初步的認知，更重要的是培養其探究性學習習慣，為下一階段的開放性實驗教學的實施做準備[10]。

3.2 在開放性實驗中深化研究性思維培養

開放性實驗主要是模擬經典藥物的研發過程但路線開放的實驗教學，具有設計性、探索性等特點，能夠培養學生的研究性思維、探索精神和團隊意識。根據教學安排，將40名學生分成10個組，每組4人，設組長1名。以局部麻醉藥的合成為例，方案如下：首先，教師提供局部麻醉藥靶標鈉離子通道以及CADD得到的三種氨基苯甲酯類化合物與靶標的分子對接圖及相關數據(見圖1、表1)。引導學生了解靶標靶點以及化合物結合位點、分析打分函數與活性數據的關系，嘗試小組內討論分析藥物構效關系。結合本學院的實驗條件以及藥物構效關系等因素，最終選擇以局部麻醉藥苯佐卡因的合成作為教學目標。針對苯佐卡因合成實驗，每組同學在實驗課前調研、討論并提交合成路線，課上教師組織學生討論各組所提交的合成路線，最終整理出4條最優合成方案(表2)。

圖1 三種氨基苯甲酯類化合物與局部麻醉藥靶標鈉離子通道的 對接表面圖

表1 三種氨基苯甲酯類化合物采用MOE軟件Docking的 打分函數

表2 局部麻醉藥苯佐卡因的4種合成方案

得出4種方案后，教師需再引導學生分析各個方案進行的具體實驗條件及相關注意事項；最終經討論，學生一致認為第3種方案最佳。該方法操作簡便、反應時間短、反應收率高、產品純度好，并且該方法污染少，符合清潔生產工藝。經過師生互動、學生互動，可以讓實驗方案更加完善、更合理，讓學生更加清晰的了解實驗內容、實驗原理、操作步驟以及所需儀器、藥品等。

4 雙層次實驗所需的配置條件與思考

雙層次實驗的實踐以及在教學中引入研究性思維，筆者有以下四點體會：一、教學改革需要學校、院系的大力支持；二、教學改革需要教師具有較高的業務水平與盡心盡力為學生服務的奉獻精神；三、教學改革中本科實驗室不具備的實施條件，需要學校及相關合作研發單位、企業的支持。四、教學改革離不開學生的參與，需要學生積極配合教師工作并提高自身學習自主性。

雙層次實驗教學帶來的思考：從資料的調研、實驗方案的設計到結果討論等實現學生全程參與，使得學生能夠更加深刻理解實驗原理及注意事項，面對疑問可以自行查閱和主動溝通，提高了學生學習的自主性和積極性。在實驗過程中，學生自主學習，去探索、解決問題，教師進行指導和協助；師生互動、學生互動，共同提高實驗教學質量。尤其開放性實驗的教學模式，整個過程呈現出的是新藥研發的基礎思路與流程，培養了學生的科研性思維；學生在實驗中了解了新藥研發的基本流程、學會了基本的科研方法。

5 科研性思維的培養為實現教研共生奠定基礎

藥物化學實驗課的雙層次課程設計引入了研究性思維，這一改革能更好的將科研思維、科研方法滲透進本科教學過程中。通過研究性思維在藥物化學實驗課程中的實踐，我們認為這種方法有利于培養學生養成嚴謹的科學作風、認真的科研態度、科學的思維模式、勇于探索的創新意識；有利于提高學生的自主學習、獨立思考能力，以及發現問題、提出問題、分析問題、解決問題的能力，保證未來的核心競爭力。

希望在未來能更多的推廣研究性思維在教學過程中的培養，實現教學和研究的共生發展，推進我國高等教育教學實踐的改革，為我國醫藥衛生事業培養更多具有創造力的人才。