形象化教學方法在藥學專業化學類課程中的應用

展鵬，劉新泳

山東大學藥學院，藥物化學研究所，濟南 250012

1 引言

化學類課程是藥學課程體系的基礎，但普遍存在理論晦澀、內容龐雜、知識點零碎等特點。筆者作為無機化學的一線教師，同時也從事藥物化學領域的研究。無機化學作為藥學專業大一本科生先修課程，夯實基礎、培養濃厚的興趣對于后續藥學類課程的學習至關重要[1–6]。藥物化學作為藥學專業課程，知識點多、涉及內容廣泛，學習難度大，需要優化教學模式提高學生的學習興趣。

堅實的“專業知識”(即學科內容知識，Content Knowledge)與靈活多樣的“教學法知識”(Pedagogical Knowledge)是教師教學能力的兩大基石。特別是在雙一流建設背景下，只有將專業知識和教學法緊密結合，才能持續提升教師的教學能力。

通過運用教學法知識，教師將自己擁有的學科知識，通過比喻、比擬、類比、圖示、舉例和示范等“可視化”“故事化”“體驗式”的教學手段，把枯燥、抽象、晦澀的知識，以易于學生理解的形式來展示，同時培養學生的形象思維。其中，比喻和比擬不僅是常見的修辭手法，而且還是簡單有效、易于操作的形象化教學方法。

善喻作為形象化教學手段，由來已久[7–11]。早在先秦時期，就有“妙喻取譬”“辭喻橫生”的文化取向，人們已認識到比喻等修辭在教育中的重要作用，例如，《學記》中就有“君子之教喻也：道而弗牽；強而弗抑；開而弗達。道而弗牽則和；強而弗抑則易；開而弗達則思。和易之思，可謂善喻也”。在西方，亞里斯多德曾說：“通過隱喻，我們才能更好地把握一些新鮮的事物。”如今，形象化教學已經成為人們普遍接受或者潛移默化中使用的教學方式[7–11]。在教學中靈活使用比喻和比擬可以使深奧的道理淺顯化，抽象的事物形象化，啟發人們通過聯想和想象來理解和認識事物。例如無機化學中的Bohr氫原子結構理論的三點假設、電子云、自旋、屏蔽效應與鉆穿效應、軟硬酸堿理論，藥物化學中的鎖鑰結合模型等，無一不是“日用而不知”的形象化教學案例。

本文中，筆者結合教學與科研實踐，系統總結了比喻、比擬等形象化教學方法在無機化學與藥物化學等藥學專業化學類課程中的應用。

2 形象化教學在無機化學中的應用

無機化學包括物質結構、結構的變化、元素化學(描述化學)。無機化學的教學不但讓學生建立完整的知識體系，更要建立無機化學學習方法，培養學生發現問題、提出問題與解決問題的能力。更重要的是，在素質目標方面，需要將化學哲學、人文美學和化學的發展有機結合，將知識傳授與社會主義核心價值觀內涵思政素材相結合，養成良好的科學思維方法，提高學生的人文素養，培養情感態度與價值觀，引導學生樹立正確的世界觀、人生觀和價值觀，成為德才兼備、滿足新時代新要求的人才。

以比喻和比擬為特征的形象化教學方法(表1)，引導學生從感性認識出發，主動地去理解和掌握抽象理論知識，使抽象和枯燥的生化理論變得生動，使復雜問題變得形象，抽象問題變得具體，可提高學生的學習興趣和熱情，從而提高教學質量，實現預期教學目標。例如，在講授過渡金屬元素的配位性時，把配位能力比作社會中人與他人的合作能力，如果要建立起卓有成效的緊密合作，則需要自己具有對他人的接納力、吸引力、對周圍的影響力、對環境和他人的適應力；在講授堿金屬(鈉與鉀的性質差異)時，根據鈉與鉀性質的差異，創作了打油詩“鈉鉀兄弟倆”，通過各自主要化合物的典型用途，說明只要人們對物質世界充分認識，元素的性質無所謂缺點優點，都能變害為利，找到用武之地。進而借此知識點，闡發“天生我才必有用”的人生觀。在職場上應該做到揚長避短，人盡其才。而教師的職責正是“長善救失”，千錘百煉、去除瑕疵，把學生鍛造成日臻完美的可用之才。通過將知識點擬人化，大大突出了情感與價值觀教育。

表1 無機化學知識點與形象化教學

(續表1)

(續表1)

(續表1)

同時，在元素化學部分，還指導本科生將該理念貫徹到科普文章的寫作中，已有多篇文章發表[12,13]。在無機化學的形象化教學中，除了比喻與擬人的修飾手段，還需要充分利用元素周期表掛圖和原子軌道模型等實物工具。同時要區別物理模型與概念模型，使知識點在形象化的同時，不失去科學性。

3 形象化教學在藥物化學及藥物發現中的應用

藥物化學是藥學專業的一門核心課程，藥物化學教材中涉及大量基本概念[14–17]，在藥物化學前沿領域，也涌現出向基于鄰近效應的藥物設計等新理念，為了提高課堂教學效果及研究生培養質量，筆者用形象的表述、恰當的比喻、生動的實例對課程中的抽象概念、重點和難點原理進行了不同層次的形象化解構和分析，初步形成了一套形象化教學設計的思路和具體方法(表2)。

表2 藥物化學知識點的形象化教學

例如，共價修飾蛋白靶點的小分子藥物已經在制藥領域取得了巨大成功，然而共價修飾蛋白靶點的蛋白藥物卻是鳳毛麟角。盡管非天然氨基酸技術可以實現蛋白質的定點修飾，但是仍不能研發出共價修飾的蛋白藥物。這是由于若反應活性太高，蛋白藥物自身就能實現共價交聯；而反應活性太低，共價反應又無法實現。針對小分子共價藥物的優點與缺點(脫靶)，理論上都可以用于共價蛋白藥物，由于蛋白質的作用區域更大，而且對靶點的特異性通常比小分子更高。為了產生體內有效的共價蛋白藥物，最近，加州大學舊金山分校的王磊教授與合作者開發了一種可發生鄰近反應的新策略，即在蛋白藥物中引入一種非天然氨基酸FSY，其可與天然氨基酸——組氨酸，通過鄰近反應生成共價鍵，進而使蛋白藥物與靶點共價交聯(圖1)。而且該反應不僅能使蛋白質的化學反應具有生物相容性，且能保持對目標靶點具有高度特異性。該思路理解的難點是，FSY上的磺酰氟很穩定，在生理條件下和很多基團不反應，但是在口袋中只能與特定的氨基酸發生反應。簡而言之，基于鄰近反應(Proximity效應)的共價蛋白藥物，且共價反應需要藥物-靶標結合和非天然氨基酸-天然殘基配對的雙重定位，從而具有獨特的特異性和靶標選擇性。筆者將自由碰撞的基團比作蕓蕓眾生，而空間上被“約束”位置的基團(本例中的磺酰氟與咪唑)，如同“抬頭不見低頭見”的鄰居，交往頻率肯定高于一般路人。因此，共價反應能夠發生。這一形象化教學使學生深刻掌握基礎知識，并激發了學習藥物化學的濃厚興趣。

圖1 基于鄰近反應開發共價蛋白藥物

近期，為切實解決我國基礎研究缺少“從0到1”原創性成果的問題，科技部等部門印發了《加強“從0到1”基礎研究工作方案》。具體到藥物化學專業，發現新靶標、新機制、新結構的首創藥物屬于“從0到1”的研究范疇，藥物開發的創新性與挑戰性并存，“無限風光在險峰”，正如王安石在《游褒禪山記》中所說：“夫夷以近，則游者眾；險以遠，則至者少。而世之奇偉、瑰怪，非常之觀，常在于險遠，而人之所罕至焉，故非有志者不能至也。”通過借助文學意象，進行情感與價值觀教育，激發起藥物化學專業研究生的創新意識。

近期，蔣爭凡及其合作者的研究揭示了錳離子在腫瘤免疫中的關鍵作用及“錳免療法”的巨大臨床應用前景，為錳元素在體內的生理學功能，特別是作為免疫調節劑的功能研究開辟了新的方向。為了便于形象化理解，有報道把腫瘤的免疫治療比作一輛行駛的汽車，使用PD-1抗體相當于松剎車，而錳離子(cGAS-STING激活劑)的使用相當于踩油門，給發動機加油。二者同時使用使腫瘤免疫治療這輛汽車全速前進[22]。

4 總結與展望

綜上，比喻、比擬等形象化教學方法在無機化學、藥物化學等基礎化學課程教學中的應用，有利于消解概念或術語的冷冰的形式，使學生對深奧的理論產生親切感，加深對知識點的理解，并能激發學習興趣，提高教學效果。

筆者將形象化教學理念用于平時課堂教學，受到學生的認可；在2019年秋季的無機化學課堂評教中(實評人數108人)，收到了良好的反饋，得到了99.27分(滿分100分)。大部分同學認為：課程的挑戰性和難度適中，上課生動有趣，思路清晰，講解透徹，形式多樣，互動較多，課堂活躍。在2020年山東大學“同頻在線，共振育人”教學比賽中，筆者在“堿金屬”和“銅族元素”中多次采用形象化教學方法，取得較好效果，獲得一等獎。

需要指出的是，比喻與比擬僅僅是形象化的修辭方式，是教學手段，而非教學的目的。使用的對象是重要、晦澀、難理解的“高階性”知識點，切忌為了應用而應用，以免弄巧成拙。要準確區分形象化中的物理模型與概念模型，避免陷入將原子軌道認為是行星軌道之類的機械化思維。

此外，要使比喻與比擬真正在課堂教學中發揮提高教學質量、活躍課堂氣氛、改善學習效果的作用，關鍵要借助語言的力量，賦予語言生動的品格，帶給人無窮的想象力。語言的運用，不但要善于從中國傳統文化中吸收營養[23–32]，更要向近現代大師學習，形成新鮮活潑的、喜聞樂見的中國作風和中國氣派。例如，毛澤東在語言運用方面已達到爐火純青的境界，他在《一個極其重要的政策》中，為了說明精兵簡政的重要性，運用了《西游記》中孫行者對付鐵扇公主、柳宗元曾經描寫過的“黔驢之技”中大驢子被小老虎吃掉等形象化的比喻修飾；他在《愚公移山》中，將帝國主義和封建主義比作兩座壓在中國人民頭上的大山，號召全國人民一起來挖這兩座山，極具感召力。

總之，教學方法浩瀚如海，形象化教學僅僅是浪花一朵。需要教師在實際的教學中不斷摸索、領悟，并與模型道具(元素周期表、分子模型等)、多媒體和視聽教材等多種教學形式及BOPPPS(Bridge-in, Objective/Outcome, Pre-assessment, Participatory Learning, Post-assessment, Summary)教學方法聯合運用，投入情感，將語言的功效發揮到最佳，師生同頻共振，發揮最佳效果。